羟基自由基是活性氧簇（ROS）中最活跃的物种,在生物体内,活性氧（ROS）可以造成许多形式的DNA损伤,这些损伤会引起DNA结构和功能的改变,从而使DNA中遗传信息的稳定性受到不同程度的破坏,具有诱发肿瘤的潜在危害。近年来研究发现,在含有二氧化碳溶液体系中,人们检测到大量存在的是碳酸根阴离子自由基（?CO3-）,羟基自由基如何转化为碳酸根自由基,以及碳酸根自由基是否也像羟基自由基与DNA中主要结构成分反应值得深入研究,本论文针对羟基自由基如何转化为碳酸根自由基,以及碳酸根自由基与DNA主要结构成分鸟嘌呤反应机理进行量子化学计算研究。本文首先采用密度泛函理论（DFT）,运用Gaussian 09软件计算了含CO2体系（CO2,HCO3-,H2CO3）中羟基自由基转化为碳酸根阴离子自由基的反应机理。采用含两个显式水分子的隐式CPCM溶剂模型,在UM06-2X/aug-cc-p VTZ水平上对水溶液体系中所有的反应物,复合物,过渡态和产物进行了几何优化,通过振动频率和内禀反应坐标（IRC）分析,确认了过渡态、复合物以及产物。在此基础上,采用UCCSD（T）-F12/cc-p VDZ-F12方法和基组进行单点能的计算。从过渡态出发进行内禀反应坐标计算,确认了反应通道。计算了反应体系中各基元反应的反应能垒,焓变和自由能变化。最后基于配分函数对反应过程中的速率常数进行了计算。利用鸟嘌呤分子范德华表面的静电势（ESP）、平均局部离子化能（ALIE）、Fukui函数（FF）和双描述符（DD）预测了鸟嘌呤不同位置的自由基反应活性。采用密度泛函理论在UB3LYP/6-31++G（d,p）水平上,使用连续介质极化水溶剂隐式溶剂模型（CPCM）,研究了碳酸根阴离子自由基从鸟嘌呤不同位点夺氢氢反应的机理,计算了反应能垒,焓变和活化自由能以及速率常数。本文的主要结果总结如下:（1）所有含CO2（CO2,HCO3-,H2CO3）成分中,HCO3-与羟基自由基反应的能垒最低（5.6kcal/mol）,反应速率最大(7.60×10~7dm~3mol-1s-1)。而羟基与CO2反应的能垒最高（20.3kcal/mol）,反应速率最小(8.88×10-10 dm~3mol-1s-1)。其中CO2和H2CO3分别与羟基自由基的反应产物都为?HCO3。HCO3-与羟基自由基的反应直接生成?CO3-。（2）CO2、H2CO3与羟基自由基反应生成的?HCO3在水溶液中进一步解离形成碳酸根阴离子自由基。计算出的解离过程的自由能为-2.5kcal/mol,p Ka为-1.9,说明?HCO3为强酸。因此,在含CO2体系中,羟基自由基会自发转化为碳酸根阴离子自由基。（3）根据HCO3-和羟基自由基反应生成?CO3-的反应能垒和反应速率,可以看出羟基自由基转化为CO3-所需的反应能垒是非常低的（5.6kcal/mol）,而且反应速率也是比较快的((7.60×10~7dm~3mol-1s-1)。考虑到含CO2体系不同离子的比例,羟基自由基主要与H2CO3反应生成?HCO3,然后电离得到?CO3-。（4）用静电势、平均局部离子化能,以及福井函数和双描述符方法对鸟嘌呤的反应活性位点进行了预测,结果表明静电势分析法、平均局部离子化能方法、福井函数和双描述符在自由基反应活性位点预测上表现出了很好的效果。预测结果显示在鸟嘌呤N11位上的H16和H15位置处存在很高的反应活性。而C8位的H14位置处反应活性最低。（5）通过过渡态理论（TST）,对碳酸根阴离子自由基从鸟嘌呤不同位置的夺氢反应路径进行了计算,结果表明碳酸根阴离子自由基从鸟嘌呤N11位上的H16位反应的能垒最低（4.87kcal/mol）,自由能垒最低（7.14kcal/mol）,反应速率最大,为2.05×1028s-1。（6）通过对鸟嘌呤表面反应活性位点的预测,以及碳酸根阴离子自由基与鸟嘌呤不同位置的夺氢反应,结果表明鸟嘌呤环外氨基上的H16相比于其他位置的氢原子具有比较高的夺氢反应活性,而C8位的H14则是夺氢反应活性最差的位置。碳酸根阴离子自由基夺取鸟嘌呤分子上的一个氢原子形成中性鸟嘌呤自由基和HCO3-,而鸟嘌呤自由基后续的反应是导致DNA损伤的主要来源。