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化石燃料的过度消耗导致温室气体的排放和空气质量的恶化等一系列前所未有的环境问题，寻找合适的化石燃料替代品成为当务之急。生物质作为一种绿色清洁的可再生资源，可以转化为固体、液体和气体燃料，为热能、电力和运输燃料等行业供应高效的清洁能源。为了提高生物质转化效率，我们需要对生物质热转化机理有更全面和深刻的认识。目前半纤维素和果胶在热转化过程中的反应机理尚不明确，对半纤维和果胶热转化过程中的反应机理和热解产物的形成途径需进行深入的研究。本文采用DFT方法对模型化合物木聚糖及果胶的热解过程及产物的形成路径进行了分析，从微观角度揭示了半纤维素和果胶的热解机理。主要研究内容及结果如下：
①利用密度泛函理论并结合Mayer键级分析，对O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木聚糖的初步热解反应进行了研究。结果表明：O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木聚糖最可能的起始反应是4-O-甲基葡萄糖醛酸基的裂解。4-O-甲基葡萄糖醛酸进一步分解的起始途径是发生开环反应，从而引发深度裂解，形成的小分子产物主要有CO、CO2、CH3OH、甲醛、糠醛和1-羟基-2-丙酮。并且糠醛主要由中间体i5-2和i5-4经开环反应、脱羧、氢迁移和环脱水反应产生；而1-羟基-2-丙酮主要由i5-24发生脱羰反应和烯醇互变异构反应产生。
②通过分析O-乙酰基-木聚糖的后续分解，发现可以通过中间体i6-11经两条不同的途径，生成环状化合物2-羟甲基-四氢呋喃-3-酮（PD7）；i6-3发生一系列反应过程，生成4-羟基-5,6-二氢-2H-吡喃-2-酮（PD10），并且该路径中所有反应步的反应能垒都较低，所以Path-B2-4是形成PD10的一条重要反应路径。通过分子内脱水和糖苷键裂解反应，可制备脱水木糖和双脱水木糖，而分子内脱水反应最难发生。
③利用密度泛函理论计算了果胶的六条初始热解路径。热解反应可以分为开环反应、糖苷键断裂和支链断裂三类反应。其中开环反应的反应能垒最低，糖苷键断裂反应能垒最高，而支链断裂反应介于两者之间。由此可知果胶裂解最有可能发生的初始反应是开环反应，即α-1,4-糖苷键的断裂。
④通过对果胶主要热解产物,乙醛、呋喃、糠醛、2-呋喃甲酸甲酯、丙酮和丙烯醛进行动力学分析，结果发现，呋喃和糠醛的主要生成路径为Path-A1-2，并且生成速率决定步都是脱水反应。可以通过多条反应路径实现乙醛的生成，但主要是由Path-A2-2途径产生。路径Path-A2-1和Path-E2分别是产物2-呋喃甲酸甲酯和丙酮的主要生成路径，而脱羰反应为两者共同的生成速率决定步。丙烯醛的主要生成路径是Path-C3，其速率决定步为脱羰反应。
①利用密度泛函理论并结合Mayer键级分析，对O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木聚糖的初步热解反应进行了研究。结果表明：O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木聚糖最可能的起始反应是4-O-甲基葡萄糖醛酸基的裂解。4-O-甲基葡萄糖醛酸进一步分解的起始途径是发生开环反应，从而引发深度裂解，形成的小分子产物主要有CO、CO2、CH3OH、甲醛、糠醛和1-羟基-2-丙酮。并且糠醛主要由中间体i5-2和i5-4经开环反应、脱羧、氢迁移和环脱水反应产生；而1-羟基-2-丙酮主要由i5-24发生脱羰反应和烯醇互变异构反应产生。
②通过分析O-乙酰基-木聚糖的后续分解，发现可以通过中间体i6-11经两条不同的途径，生成环状化合物2-羟甲基-四氢呋喃-3-酮（PD7）；i6-3发生一系列反应过程，生成4-羟基-5,6-二氢-2H-吡喃-2-酮（PD10），并且该路径中所有反应步的反应能垒都较低，所以Path-B2-4是形成PD10的一条重要反应路径。通过分子内脱水和糖苷键裂解反应，可制备脱水木糖和双脱水木糖，而分子内脱水反应最难发生。
③利用密度泛函理论计算了果胶的六条初始热解路径。热解反应可以分为开环反应、糖苷键断裂和支链断裂三类反应。其中开环反应的反应能垒最低，糖苷键断裂反应能垒最高，而支链断裂反应介于两者之间。由此可知果胶裂解最有可能发生的初始反应是开环反应，即α-1,4-糖苷键的断裂。
④通过对果胶主要热解产物,乙醛、呋喃、糠醛、2-呋喃甲酸甲酯、丙酮和丙烯醛进行动力学分析，结果发现，呋喃和糠醛的主要生成路径为Path-A1-2，并且生成速率决定步都是脱水反应。可以通过多条反应路径实现乙醛的生成，但主要是由Path-A2-2途径产生。路径Path-A2-1和Path-E2分别是产物2-呋喃甲酸甲酯和丙酮的主要生成路径，而脱羰反应为两者共同的生成速率决定步。丙烯醛的主要生成路径是Path-C3，其速率决定步为脱羰反应。