在气相下,双分子亲核取代反应已经在原子层面上得到了广泛的研究,但是通过气相研究而来的结果并不能简单地直接推广到液相。2015年,一种新的双翻转反应机制在气相下的F^-+CH₃Cl反应中刚刚被发现,我们利用多层次的量子力学和分子力学方法,在液相下证明:针对F^-+CH₃Cl和F^-+CH₃I反应,双翻转反应机制同样存在。然而,由于溶质和溶液之间强烈的相互作用,尤其是溶质和溶液之间氢键的形成,在液相下沿反应路径的驻点与气相下的驻点大相径庭。更重要的是,在气相下针对双翻转机制的探究没有说明两个过渡态之间的关系。我们在液相下揭示了诱导夺取翻转过渡态和瓦尔登翻转过渡态之间存在一个中间络合物,充当连接杆的作用。目前,人们对于大体系的研究大多停留在DFT层次上,而我们创造性地利用有效静电势和层次转换的方法,在CCSD（T）理论水平下对F^-+CH₃Cl和F^-+CH₃I反应进行研究,计算所得的瓦尔登翻转反应势垒与实验值非常接近。同时考虑到目前还没有诱导夺取翻转的实验值,我们采用Born溶剂模型和气相下的反应势垒,预估F^-+CH₃I在液相下的诱导夺取翻转反应势垒为72.9 kcal/mol,与我们在CCSD（T）/MM理论水平下计算的结果69.5 kcal/mol一致。另外,我们还在CCSD（T）层次下精确地分析了溶剂化能量和溶质-溶剂相互作用能量对反应路径上平均力势能的影响。针对液相下8-羟基鸟嘌呤自由基的环打开反应,我们用CCSD（T）/MM理论计算的反应势垒31.6 kcal/mol与通过气相反应剖面图和溶解自由能预估的结果有极强的一致性。另外,我们也绘制了该反应在气相下的反应路径,并且在CCSD（T）理论水平下计算的反应势垒19.2 kcal/mol与之前科学家们利用从头算方法得到的20.8 kcal/mol吻合得很好。我们还探索了液相下8-羟基鸟嘌呤自由基在水辅助下的质子转移过程,采用SPC/E这种显含的水分子模型去处理水分子的局域分布。在该反应中水溶液对反应势垒贡献了-8.6 kcal/mol,意味着水溶液的存在降低了该反应在液相下的反应势垒,对于质子转移进程起到了催化作用。在本论文中,我们在第一章介绍计算化学的发展以及选题背景;第二章介绍在科研工作中主要用到的理论方法,主要包含混合量子力学和分子力学方法、密度泛函理论、耦合簇理论等等;第三章我们选择F^-+CH₃Cl和F^-+CH₃I这两个S_N2反应去探索液相下的双翻转反应机制,选择Cl^-+CH₃I这个S_N2反应探索液相下的背面进攻反应机制;第四章我们主要研究8-OHGrad的相关反应,分别是8-羟基鸟嘌呤自由基生成中间络合物formimidic acid radical的环打开反应和水辅助的8-羟基鸟嘌呤自由基的质子转移过程。第五章是总结与展望。