嘧啶和吡嗪（互为同分异构体）是许多重要杂环化合物的母核，有着广泛的应用，其中嘧啶环系最为重要，如核酸中的碱基有三种是嘧啶衍生物。核酸碱基的电子激发态在核酸UV光损伤中扮演着重要的角色。因此嘧啶和吡嗪光物理化学性质，尤其是激发态弛豫动力学过程是大量研究关注的焦点。文献报道吡嗪第二电子激发态（S₂）的寿命非常短（约22fs左右），并且迅速经过内转换衰变到基态。电子势能面的锥型交叉在其无辐射衰变和超快内转换（IC）等过程中显得尤为重要，所以，研究分子激发态势能面的锥型交叉能够揭示其短时激发态动力学。共振拉曼光谱学作为激发态结构动力学研究的强有力探测手段,通过获取反应坐标信息,在研究Franck-Condon区域势能面交叉和电子态耦合等方面发挥独特的作用。本论文采用共振拉曼光谱技术研究了嘧啶（pyrimidine）和吡嗪（pyrazine）两种化合物分别在不同溶剂（环己烷、乙腈、水和甲醇）中的Franck-Condon区域光诱导激发态动力学，并结合密度泛函理论（DFT）以及完全活化空间的自洽场方法（CASSCF）讨论了其光化学反应在微观动力学上的调控因素以及光转化机理，取得了一些有意义的研究成果。（1）测得嘧啶在环己烷，乙腈，水和甲醇四种溶剂中两个主要允许的电子跃迁带，溶剂极性对紫外光谱的吸收强度和谱峰位移影响不大。获取了208.8,228.4,235.9,266.0和273.9nm激发波长下，嘧啶在环己烷和水溶剂中的共振拉曼光谱。B-带中（C₂,C₅）嘧啶环变形振动14、（N₁,N₄,C₆）环变形振动16和（C₃,C₆）环变形振动21这三个拉曼带的基频及其泛频和组合频占据了共振拉曼光谱强度的大多数部分，其次是C-H弯曲振动+C=N伸缩振动5、C-H弯曲振动+环变形振动6、C-H弯曲振动9、C-H弯曲振动+（C₃,C₅）环变形振动12和环变形振动22，8个活性振动模的同时存在说明嘧啶在Franck-Condon区域的光诱导短时动力学具有明显的多维性。这也预示着嘧啶B电子吸收带激发态的短时动力学主要沿着14、16和21这三个环变形振动的反应坐标展开。比较了嘧啶A-带、B-带和C-带电子激发态结构动力学的异同。溶剂对其共振拉曼光谱影响微弱。（2）采用共振拉曼光谱技术和密度泛函理论研究了吡嗪的电子激发和Franck-Condon区域激发态结构动力学特征。溶剂极性对紫外光谱影响不大。运用含时波包理论拟合得到环己烷溶剂中吡嗪分子的共振拉曼强度分析。结果表明，环呼吸振动4和环变形振动5这两个拉曼带的基频及其泛频和组合频占据了共振拉曼光谱强度的大多数部分，其次是C-H弯曲振动+C=C双键伸缩振动2和C-H弯曲振动3，4个活性振动模的同时存在显示了吡嗪在Franck-Condon区域激发态动力学的多维性。这表明吡嗪B电子吸收带激发态的短时动力学是主要是沿着4和5这两个振动模展开的。研究吡嗪S₂（¹B2u,1ππ*）激发态的振动耦合结构动力学，得出明态S₂态和它附近低能暗态之间锥形交叉的详细信息。依据Herzberg-Teller振动耦合机理，在Franck-Condon区域附近发现3个与明态S₂（11B2u,1ππ*）耦合的电子态(1¹B_3u,1¹B_1g,1¹B_2g)。溶剂对其共振拉曼光谱影响微弱。锥形交叉过程是由波长决定的，而并非是溶剂。比较了吡嗪A-带、B-带和C-带电子激发态结构动力学的异同。（3）采用CASSCF方法计算出嘧啶基态S₀、吡嗪基态S₀、激发态（S₁和S₂）的几何结构参数和稳定能量值，同时找到其两个重要的锥形交叉点CI[S₂（B₂u）/S₁（B₃u）]和CI[S₁/S₀]，并利用QST3方法获得了吡嗪光转化为嘧啶的过渡态TS[S₀（PyZ）-S₀（PyM）]的几何结构及其相应参数值。总结了吡嗪、嘧啶分子之间的光物理和光化学异构化反应过程：首先，吡嗪分子光照后由基态S₀被激发到S₂态，经过锥形交叉点CI（S₂/S₁），然后再通过交叉点CI（S₁/S₀）时，一部分吡嗪分子沿着过渡态TS，最终到达嘧啶分子的基态势能面；而另外一部分吡嗪分子直接由交叉点CI（S₁/S₀）沿着其基态势能面弛豫到其基态S₀。其中锥形交叉点CI（S₁/S₀）是一个关键的中间点，将CI（S₂/S₁）和过渡态TS连接起来。对比嘧啶和吡嗪的光诱导短时动力学，总结两者的异同点，发现它们有相似的振动模，但Franck-Condon区域激发态结构动力学有很大的不同，说明环上N原子的异位影响了整个环的光化学反应动力学行为。