随着环境污染日益严重和石化资源的枯竭,生物质作为一种绿色可再生资源,受到越来越多的关注。甲壳素类海洋生物质是自然界中储量仅次于纤维素的第二大类生物质资源,也是天然的含氮糖类聚合物。将甲壳素生物质转化为含氧平台化合物或含氮精细化学品是其资源化利用的有效途径。探索甲壳素生物质转化过程中的各物质间的相互作用和反应机理路径,是生物炼制中依据其特性寻求合适的催化体系的关键。本论文研究了以甲壳素生物质的单体化合物氨基葡萄糖（GlcNH₂）和乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）为原料,催化转化制备含氧平台化合物5-羟甲基糠醛（5-HMF）、含氮精细化学品3-乙酰氨基-5-乙酰呋喃（3A5AF）,阐述了催化剂与反应物之间的相互作用关系以及催化反应机理等科学问题。首先,论文考察了在65wt%氯化锌（ZnCl₂）水溶液中Lewis酸氯化锡（SnCl₄）助剂的加入量对GlcNH₂转化率和5-HMF收率的影响,研究了GlcNH₂与催化剂之间的相互作用;并对比了在65 wt%ZnCl₂水溶液中SnCl₄对葡萄糖（Glucose）转化为5-HMF的影响。此外,首次利用液体核磁共振（NMR）技术从分子水平上证明在65 wt%ZnCl₂水溶液中,GlcNH₂与SnCl₄之间的相互作用。论文还研究了以中性离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐（[AMim]Cl）和硼酸（B（OH）₃）为催化剂,在二甲基亚砜（DMSO）溶剂体系中GlcNAc转化制备3A5AF的反应。考察了催化剂[AMim]Cl/B（OH）₃对3A5AF收率的影响,同时,利用NMR技术系统地探究了催化剂[AMim]Cl/B（OH）₃与底物GlcNAc之间的相互作用。以¹³C同位素标记乙酰氨基葡萄糖([¹³C-1]GlcNAc)为原料开展示踪实验,并通过NMR原位监测该反应过程。利用一维（1D）和二维（2D）多种NMR技术及质谱鉴定反应中间体的结构,并结合密度泛函（DFT）理论计算进一步验证提出的反应路径。通过以上研究,论文得出的的主要结论如下:（1）在65 wt%ZnCl₂水溶液体系中,加入的SnCl₄为GlcNH₂的0.1倍摩尔量时,在反应初期会抑制GlcNH₂的转化,随着反应时间增加,会促进GlcNH₂的转化;当SnCl₄的量增大到GlcNH₂的0.5倍摩尔量时,GlcNH₂转化为5-HMF的反应被完全抑制。其原因在于65 wt%ZnCl₂水溶液中不完全配位的Zn²⁺与GlcNH₂形成配位络合并促进反应进行,而SnCl₄的加入代替了ZnCl₂的配位作用使得GlcNH₂上的氨基与Sn⁴⁺形成络合作用更强、更稳定的配合物,阻碍了GlcNH₂的转化。（2）催化剂[AMim]Cl和B（OH）₃对GlcNAc转化为3A5AF反应都有促进作用,其中[AMim]Cl的催化作用更强,而[AMim]Cl和B（OH）₃共同催化反应时表现出协同作用,能更明显地促进GlcNAc的转化。NMR滴定实验表明,[AMim]Cl与GlcNAc之间的相互作用主要是通过离子液体的氯离子发挥作用;在[AMim]Cl存在的体系中,B（OH）₃可以促进GlcNAc由α构型异构化为β构型,且能与GlcNAc形成络合物促进该反应。（3）原位NMR追踪[¹³C-1]GlcNAc实验结果表明GlcNAc转化为3A5AF的过程中有较稳定的中间体出现。通过联合使用多种1D/2D NMR谱、质谱检测验证了中间体化合物的主要组成为色原体I（Chromogen I）和色原体III（Chromogen III）,经过对中间体的结构鉴定提出了GlcNAc转化为3A5AF的两条反应路径,结合DFT理论计算阐明了在本文实验条件下反应的主要路径。