氢键在自然界中随处可见,人类的生命周期借助氢键得以维持。它在物理反应,化学反应、特别是生物大分子反应过程中都具有重要的作用,因而备受学者关注。氢键是溶质与溶剂之间发生相互作用的直接载体。在自然界存在的复杂生命体系中,许多生物大分子的结构和功能都受到氢键作用的直接影响。质子转移反应是生物反应领域中较为重要的反应,例如酸碱中和反应,大部分质子转移反应是在氢键作用基础上完成的,特别是生物分子体系的激发态质子转移反应。例如:用于治疗肿瘤、艾滋病等特殊药物的研发、荧光探针的设计与应用,药物物分子设计和分子开关等等。激发态质子转移是指分子被光激发到激发态后,质子供体上的质子沿着分子氢键转移到相邻的质子受体上的异构化过程。然而,氢键在激发态质子转移起到何种作用,又是如何影响生物分子的结构以及相关功能呢?正是本次研究所关注的问题。研究过程中我们采用密度泛函理论与含时密度泛函理论方法对生物小分子的激发态质子转移机理进行了深入的研究。主要针对以下三方面进行详细的讨论:溶剂分子个数对质子转移反应的影响;溶剂极性对质子转移反应的影响;天然产物分子的质子转移机制的研究。我们通过对分子体系在基态和激发态分子构型和红外振动光谱的分析,发现氢键在激发态时增强,氢键加强会促进质子转移反应的进行;计算得到的吸收光谱和荧光光谱值与实验值符合的较好,证明我们所采用方法的合理性;最后,采用构建基态与激发态势能曲线的方法,明确提出了具体的激发态质子转移机理。我们的研究成果不仅证明了量化计算方法的科学性与高效性,也进一步强调了通过构建分子势能曲线的方法解释激发态质子转移机理的合理性。