弱相互作用是生物分子体系中普遍存在的一类重要作用,在分子组装和分子识别以及研究结构—功能—活性关系等方面有着极其重要的作用,一直是科学研究的前沿。本论文从研究简单的生化模型出发,进一步扩展到生物活性小肽谷胱甘肽,采用结合红外、核磁共振等光谱实验、分子动力学模拟以及量子化学计算等理论的一套方法从多角度来研究典型生化模型分子和生物小分子在水溶液中的结构和弱相互作用。 论文首先对最简单的肽键结构模型分子N-甲基乙酰胺（NMA）在水溶液中的行为进行了研究。我们结合化学缔合理论建立了NMA-H₂O体系的化学缔合模型来描述其核磁共振化学位移和宏观热力学行为;红外光谱和密度泛函理论用于研究NMA水溶液中的结构和相互作用,发现在红外光谱中不同的基团发生了红移和蓝移现象,密度泛函理论计算得到的羰基、N-H基团和C-H基团键长和频率变化对于红移蓝移现象给出了很好的解释,而且与红外光谱结果吻合较好;而分子动力学模拟（MD）结合核磁共振波谱研究了NMA-H₂O体系中的氢键网络结构,核磁共振引入相对化学位移值概念成功解决了难以获得甲基氢原子精确化学位移值的难题,MD模拟发现了C-H…O弱相互作用在溶液中普遍存在,径向分布函数结合变温核磁实验发现了NMA分子中两个甲基氢在形成C-H…O弱相互作用时显示出不同的能力。 为了加深理解肽键的相互作用,论文进一步采用MD模拟和NMR变温实验的方法将研究体系扩展到了其它酰胺—水溶液。N,N—二甲基甲酰胺（DMF）—H₂O以及N,N—二甲基乙酰胺（DMA）—H₂O体系氢键网络和平均氢键数的统计进一步揭示了酰胺—水溶液中的弱相互作用。而MD模拟和变温核磁实验也共同反映了不同的甲基氢在形成C-H…O弱相互作用能力的不同。同时,在酰胺水溶液的研究中,我们引入相对氢键度(η_rel^HB)和过量相对氢键度(η_rel^E)的概念,结合过量焓研究了酰胺水体系的过量性质随浓度的变化。在三种酰胺水溶液体