木糖是存在于生物质半纤维素中的主要糖基单元,是一种重要的有机化工原料,可直接转化合成众多具有工业意义的基础化学品,其中糠醇和乙酰丙酸酯就是基于木糖衍生的重要化学中间体和新能源化学品。从目前的研究现状来看,如何避免使用贵金属和高压氢气并且开发绿色、高效和低成本的催化转化途径是此类反应技术发展和规模化应用的重难点。基于此,本论文针对生物质基木糖直接转化合成糠醇和乙酰丙酸酯的催化体系展开系列创新研究,首先开发了基于甲酸/叔丁醇的共溶剂体系用于催化转化木糖,系统研究不同反应底物、催化剂和溶剂体系、过程变量对反应的影响,以期寻找有效直接合成糠醇的新策略并阐明其反应机理;然后对木糖基于上述反应体系转化合成糠醇的反应动力学进行研究;最后以低成本的金属锆负载分子筛结合杂多酸构建组成多功能催化体系,探讨其催化合成乙酰丙酸酯的反应效果,并且对工艺条件进行优化调控。研究表明:木糖可在含叔丁醇的无外源氢体系中,通过杂多酸催化直接合成糠醇,进一步添加共溶剂甲酸可明显提高糠醇选择性。通过对催化剂种类及用量、醇介质类型、甲酸用量、底物浓度、时间和温度进行优化调控,发现以10%甲酸+90%叔丁醇组成共溶剂体系,130℃下用硅钨酸催化可获得90.1%的糠醇得率。基于木糖、糠醛和糠醇在上述反应体系中的反应情况,推断硅钨酸的布朗斯特酸位可使木糖有效脱水转化成糠醛,并在硅钨酸活性金属中心作用下使叔丁醇和甲酸同时提供氢供体促进糠醛转移加氢生成糠醇,同时叔丁醇的存在能有效稳定保护生成的糠醇,从而获得高的糠醇选择性。为了进一步阐明甲酸/叔丁醇共溶剂中硅钨酸催化转化木糖的反应过程机理,构建了木糖经糠醛转化合成糠醇的宏观反应动力学。结果表明:相同反应温度下木糖脱水成糠醛的反应速率常数大于糠醛转移加氢成糠醇,另外主反应的反应速率常数明显高于副反应;木糖脱水成糠醛和糠醛转移加氢成糠醇的表观活化能分别为118.0 k J/mol和93.2 k J/mol,前者是整个串联反应的主要限速步骤;升高温度有利于糠醇收率的增加,同时副反应程度也会相应加剧,反应温度是木糖直接有效合成糠醇的关键因素。进一步整合糠醇醇解反应,对木糖经脱水、转移加氢和醇解直接转化合成乙酰丙酸酯的反应途径进行了研究。结果表明:仲醇（如异丙醇、2-丁醇）在转移加氢过程中展示出优异的供氢能力,但强疏水性的2-丁醇更有利于木糖的脱水反应;以金属锆负载的分子筛Zr（20）-MCM-41结合磷钨酸作为催化剂体系,在150℃温度下反应12小时,可获得得率为53.0%的乙酰丙酸酯;该催化剂体系可有效分离回收,并具有良好的可重复使用性。基于催化剂的特性表征和反应活性,推理认为:高分散于MCM-41表面的Zr O₂金属活性位点负责催化转移加氢糠醛合成糠醇,路易斯酸和布朗斯特酸位点的合理调配能有效地促进木糖脱水和糠醇醇解,并抑制乙酰丙酸酯向γ-戊内酯的转化。综上所述,本论文提出了利用硅钨酸在甲酸/叔丁醇共溶剂中直接催化转化木糖合成糠醇的全新路径,并建立了木糖经糠醛转化合成糠醇的反应动力学;开发了含锆基、路易斯酸和布朗斯特酸的多功能催化剂体系用于催化转化木糖进一步合成乙酰丙酸酯。开发的反应体系具有如下优势:催化剂使用非贵金属,廉价易得;用反应溶剂作为氢供体,无需外源高压氢气;反应过程工艺简单,目标产物得率和选择性高。研究结果可为生物质基木糖直接转化合成高值化学品的后续深入研究以及工业化应用提供理论指导和技术参考。