含氟有机化合物具有良好的物理化学性质使其在医药等领域得到了广泛应用。通过三氟甲基试剂对苯乙烯及其衍生物的碳碳双键的自由基加成以及对芳香族氨基酸芳环的自由基取代是一种方便且条件温和的制备含三氟甲基化合物的手段,确定其反应机理以及反应条件对反应的影响对含氟化合物合成及相关领域的应用具有重要指导意义。本论文运用Gaussian 09量子化学计算软件,在B3LYP/6-31+G（d,p）水平上对该反应的机理进行探究。首先,在真空状态下探索以Langlois试剂（CF3SO2Na）作为三氟甲基化试剂,亚硝酸叔丁酯（TBN）用作氧化剂与肟源,在苯乙烯上发生双官能团化（三氟甲基化和肟化）的反应机理及能量变化。计算反应过程中各步的反应能垒,反应焓变,吉布斯自由能能变和反应速率常数。从亚硝酸叔丁酯（TBN）裂解生成叔丁氧自由基和一氧化氮自由基开始,最终生成α-三氟甲基乙酮肟的反应路径共包含7步,第6步肟化反应为限速步骤,在真空环境下,其能垒为57.80 kcal/mol,反应速率常数为9.607×10-31s-1。为研究取代基的类型及所在位置对反应的影响,本论文中考察了甲氧基（-CH3O）,甲基（-CH3）和氟基（-F）三种取代基以及苯乙烯苯环对位和双键β-C两个取代位点对苯乙烯双官能团化反应的影响。取代基当供电子取代基—-CH3O位于苯环对位时,可以大幅度减少第4步,减少了99.88%。但是,不同位置的取代基对控速步骤（第6步）几乎不会产生影响,这说明仅仅通过改变取代基的位置或者类型不能提高整体的化学反应速率。考察溶剂效应对反应过程的影响。通过量子化学计算,采用PCM溶剂模型,在B3LYP/6-31+G（d,p）水平上,计算二甲基亚砜（DMSO）,乙醇和水做为溶剂时反应过程能量变化,发现溶剂效应对控速步骤的能垒改变影响很小。因此实际实验中可以采用沸点高,溶解性好的DMSO作反应溶剂,提高反应温度,促进反应的进行。考察水分子介导的质子转移对苯乙烯及其衍生物双官能团化反应第6步肟化反应的影响。发现在水溶剂中通过两个水分子介导,氢原子从β-碳原子到N=O的氧原子的质子转移过程比原来直接转移能垒降低了77.8%,为12.98 kcal/mol。在DMSO溶剂中,两个水分子介导的质子转移同样使能垒显著降低,为12.98 kcal/mol。表明无论在水溶剂或含水有机溶剂中,水分子介导的质子转移都能显著降低控速步骤的能垒,从而提高整个反应的速率。采用PCM水溶剂模型,探索由Langlois试剂与亚硝酸叔丁酯引发的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的芳香环自由基取代三氟甲基化机理。结果显示,三氟甲基自由基取代氨基酸芳环C-H键的氢原子得到相应三氟甲基化的氨基酸,其反应能垒均低于15kcal/mol,说明芳香族氨基酸芳环C原子三氟甲基化比较容易进行。通过比较反应速率常数,发现苯丙氨酸的反应产物主要在对位,酪氨酸反应产物主要在邻位,色氨酸反应产物主要在1和5位。