生物大分子体系的研究能够加深人们对生命过程的认识,也能够提高人类对生物大分子的综合利用。因此深入研究木质素的生物合成的机理以及HDV核酶自切除反应的机理是当前生物物理有机化学、化学生物学、生物医学等领域中最热门的前沿课题之一。但由于实验条件和研究对象的限制,采用量子理论化学方法就显得非常必要。这些课题会为生物质热解为生物油的研究,以及HDV核酶的基因治疗提供了有价值的理论指导。本论文对木质素单体的键离解能、气态电离能、水溶液中的氧化电动势等物理化学性质进行了深入的研究:对HDV核酶自切除反应的机理进行了详细的研究,本文的主要研究工作如下:通过结合密度泛函的方法以及与实验数据,经过对数据的线性拟合,能够精确的预测不同木质素单体的相对和绝对键离解能、气态电离能、水溶液中的氧化电动势,精度达到2 kcal/mol,同时通过木质素单体征水溶液中的氧化电动势的研究,找到了木质素生物合成的反应过程和反应机理。为精确预测酚类化合物的物理化学性质提供了可行性,为木质素的研究提供了有益的理论指导。率先尝试将分子动力学、量子力学反应路径搜索、量子力学与分子力学组合(QM/MM)、自由能微扰、NAC、pK_a、表观活化能等概念相结合应用于HDV核酶的自切除反应机理的研究。我们最终确定了在科学界争论了20多年的HDV核酶自切除反应的机理。为基因治疗肝病毒提供了有益的理论指导。同时这一套方法无论从机理的解释还是从数据的精度上来讲,都将优于以往一种或者两种方法相结合的计算,可以将这一套方法扩展到其他生物大分子体系的研究。拓展了物理有机化学研究方法和研究领域。基于量子化学理论方法的第一性原理,其计算结果是可靠的,同时它不受实验条件的限制,可以解决一些通过实验手段难以解决的问题。本论文的研究成果,会对生物质洁净能源的研究以及HDV核酶的基因治疗提供有价值的基础资料。