目的:1H-吡唑萘醌类作为含氮杂环醌的一种衍生物,其抗肿瘤,抗炎等活性广泛应用于日常生活。由于其传统的有机合成方法大多不够环保且耗能高,因此开发绿色高效型的1H-吡唑萘醌类合成方法是很有必要的。四唑（偶极体）与烯烃（亲偶极体）的光诱导1,3-偶极环加成反应通常是制备吡唑啉加合物的有效合成途径。虽然醌类在反应中通常作为电子受体化合物,然而在光化学过程中作为亲偶极体的醌（具有潜在的C=C双键）却很少被探索。因此,最近Ortiz-Rojano等人提出了一种仅在光条件下去诱导四唑-萘醌反应就合成了一系列具有潜在药理作用且高产率的1H-吡唑萘醌类的方法,这引起了我们的极大兴趣。与1H-吡唑萘醌类的其他合成方法相比,本实验的主要优点是反应只需光辐射,原料稳定且易于制备,偶极亲核试剂（萘醌）用量少,高产率（50%以上）。虽然该实验研究有其独特的优势,但它仍存在一些有待探索的机制问题。例如2,5-双取代四唑类的光致断键和与萘醌的环加成反应分别是发生在基态还是激发态?四唑类的裂解是协调过程还是逐步过程?与反应相关的能垒和时间尺度到底又是什么?等等,这些关键问题的澄清都离不开理论化学帮助。因此,我们按照其产率大小挑选了实验报道中的三种具有潜在的抗胶质母细胞瘤癌细胞、抗白血病、除草等药用价值的1H-吡唑萘醌产物3g、3i、3e（为方便起见,以下分别简称为MPBQ、PFQ、MPQ）为例,然后用相关计算方法系统地研究其光反应形成过程中所发生的完整微观机制。方法:利用状态特定的CASSCF方法,优化了3g、3i、3e各自的2,5-双取代四唑光反应物（以下分别简称为MPBT、FPT、MPT）在S0、S1态的极小值、中间体、过渡态、锥形交叉点和最小能量势能分布,并采用MS-CASPT2重新计算了所有优化结构的能量,以获得更精确的势能面。并根据该势能面的综合分析,我们总结了其光反应部分的反应路径和机理。而对于四唑生成的光产物与萘醌在基态下的1,3-偶极环加成,则采用了M06-2X+B3LYP的DFT方法去优化了反应物、中间体、产物的最小能量结构,从而得到了环加成部分的反应路径,其中该部分相关的热力学、光学、共轭效应等性能的计算还涉及到全电子极化基组6-31G*结合B3LYP的使用。通过对光反应和环加成两部分的理论计算,即可得到了光诱导四唑-萘醌1,3-偶极环加成生成1H-吡唑萘醌的完整机理。结果:首先通过SA-CASSCF方法对三种2,5-双取代四唑初始反应物在S0和S1态的结构进行了优化,从而得到了各自的S0-MIN和S1-MIN。然后MS-CASPT2再对上述两种结构进行能量精算,最终发现三者系统均属于Cs点群,并且从S0到S1态的过程中,N2-N3键具有最显著的伸长率,且N2-C6键和C5-C7键都得到了加强。其次,MS-CASPT2计算所得到的激发态及精确能量均处于紫外光范围内,振子强度也都大于0.300,表明S1态是三种初始反应物在光谱上是明态和最佳激发电子态,且三种四唑都始终对应有N2原子相连的基团和四唑环的1π→1π*跃迁。随后再通过相同的计算方法得到了其他的稳定结构和能量,确定了反应路径,发现三种四唑反应物均倾向于以协同异步的方式去除氮气分子,即首先发生N2-N3键的断裂,随后发生N4-C5的断裂得到了各自的腈亚胺;同时通过DFT计算优化得到了在基态1,3-偶极环加成过程中的相关反应物、过渡态以及产物,并且该反应只需克服极小的能垒即可生成氢化产物,该氢化产物再通过进一步氧化就能获得各自的终产物。通过对三者的过渡态结构的频率分析,进一步表明了基态[3+2]环加成是一个协同同步反应,即N2-C8和C5-C9键同时形成。结论:总之,我们在这项工作中采用静态电子结构和密度泛函计算探索了原子级的光诱导四唑-萘醌1,3-偶极环加成生成1H-吡唑萘醌的机制。该反应分为三步:（1）四唑类被光激发后衰变产生腈亚胺;（2）基态下腈亚胺与1,4-萘醌的[3+2]环加成;（3）二氢化1H-吡唑萘醌类的氧化。其中光反应部分为S1态下的协同异步机制,而与萘醌的环加成反应为S0下的协同同步机制,氧化过程由于在实验中比较成熟而不再过多讨论。由于能量高、势垒小,整个反应过程很容易发生,最终导致整个反应的高效合成。我们目前的工作不仅详细解释了实验机制,而且为未来相关光诱导反应的合理设计提供了理论基础。