作为异构平衡和氧化还原反应中最简单和最基本的现象之一,分子内或分子间质子转移(PT)在很多化学和生物化学过程中起着重要的作用。氢键的形成和质子转移现象在众多化学过程中重要而且很常见,质子转移可以沿着生物分子之间形成的氢键进行传递,这种转移与生物体系的能量传递和电子转移同样重要,几乎所有的有机化学反应中都包含了全部或者部分质子转移过程。它广泛存在于光合链、呼吸链、酶促反应及各种细胞代谢过程,产生细胞信息传递的驱动力、确定信息传递的方向、程序并使生物信息以能量量子方式予以编码和传递。此外,质子转移在分子间信息传递及生物信息流传递方面也具有重要作用。 本文选取了模型精氨酸和鸟嘌呤-钠两个体系进行研究,采用密度泛函理论(DFT)方法,研究了生物分子内以及分子间质子转移过程的机理以及环境因素对其所起到的辅助作用,通过对这此不同体系的研究得出了一些有意义的结论。 全文共分为五章。第一章为前言部分,简单地介绍了分子间以及分子内质子转移的研究进展及红外光谱的一些基础知识,并且扼要地阐述了本论文的主要研究工作。第二章就主要的理论研究依据—各种相关的计算方法进行了系统的介绍,旨在说明我们选用DFT方法的理论依据,经过比较,考虑到计算精度和计算效率之间的平衡,我们选择了DFT方法作为我们研究体系的计算方法。上述两章主要概括了本文工作的理论背景和理论依据,在计算手段上为我们的研究奠定了基础。 在这些理论工作的基础上,第三章中我们采用了密度泛函理论(DFT)方法,系统地研究了模型精氨酸体系中水辅助的质子转移异构化行为,并考虑了体系质子化后的情况。结果表明,质子在蛋白质内部的传输过程可以通过模型精氨酸分子的质子化以及去质子化行为来实现。由于生成的五种异构体的能量相近,因此,体系中同时还存在着异构体的相互转化现象。在水辅助的情况下,迁移的质子可以通过氢键链来实现传输,水分子的直接参与明显地降低了质子转移过程的活化能垒,这说明水的辅助使质子转移反应更易