随着计算机的计算性能的提升,量子化学计算已被用于多个领域的研究,已成为研究物质光物理性质和光化学反应的有效方法。本论文采用理论方法对几个有机体系的分子结构和发光性质进行了分析,讨论了体系中的激发态质子转移过程和荧光检测机理。具体研究内容如下:（1）对具有两个不对称质子受体的HBT衍生物中的激发态分子内质子转移（ESIPT）的方向性和动力学行为进行了理论研究。结构参数、红外振动频率及RDG分析证实羟基O1-H与质子受体N原子或O2原子形成的氢键O1-H···N或O1-H···O2在激发态增强,CVB指数表明氢键O1-H···N的强度更强,这将驱动质子转向N位点。扫描的势能曲线表明ESIPT发生在N位点的能垒更小（0.39 kcal/mol）。动力学模拟证实质子转向N位点发生于48 fs,而转向O2位点发生于151 fs且于294 fs发生了反向转移,进一步证实了质子转移发生于N位点而不是O2位点。由电荷分布和表面静电势分析证实质子转移的方向性与N原子的碱性有关。该工作将为调控质子转移方向方面的研究提供一些帮助。（2）研究了一个基于亚水杨酰基苯胺的荧光化学传感器（E）-2-（4-（（4-（二乙氨基）-2-羟基苄基）氨基）亚苄基）丙二腈（SB1）的光谱性质及对氰化物阴离子（CN-）的传感机理。结构参数与非绝热动力学分析表明,传感器SB1及产物SB1-CN中的分子内氢键在激发态增强并分别于114 fs和167 fs诱导了质子转移的发生。通过对电子光谱的计算证实626 nm的荧光归于SB1的质子转移异构体,而不是激发态分子内电荷转移态。而加入CN-后出现的523 nm的发射峰来自于SB1-CN的质子转移异构体,与SB1相比,蓝移了103 nm。电荷转移分析表明荧光蓝移是由CN-的加成反应破坏了SB1的π共轭结构,导致分子内电荷转移程度减弱引起的。（3）探讨了一个双功能比率荧光探针2-（4-（苯并[d]噻唑-2-基）-3（（叔丁基二甲基硅基）氧）苄叉）丙二腈（HBT-FS）对氟化物（F-）和亚硫酸盐(SO32-)的检测机理。F-和SO32-分别使HBT-FS的荧光发生了红移和蓝移。通过拉普拉斯键级和轨道权重双描述符分别预测了F-和SO32-的反应位点。F-劈裂了HBT-FS中的Si-O键,形成具有氢键六元环的产物化合物2;SO32-加成到HBT-FS的C5位点,形成产物化合物3。势能曲线和动力学模拟证实,化合物2的激发态质子转移（ESIPT）能够发生且发生于155 fs,形成酮式结构并发射623 nm的荧光,与加入F-后的测量值634 nm一致。因此,F-诱导的荧光红移是由ESIPT引起。计算的化合物3的荧光位于404 nm,与加入SO32-测量值371 nm吻合。电荷转移分析证实SO32-引起的荧光蓝移是由共轭结构遭加成反应的破坏使得分子内电荷转移程度减弱引起。该研究将为设计多功能的荧光探针提供一些理论指导。（4）从理论上研究了荧光探针2-（3-（3-甲酰基-4-羟基苯乙烯基）-5,5-二甲基环己二烯基）丙二腈（EP1）的激发态分子内质子转移（ESIPT）过程及对氰化物阴离子（CN-）的检测机理。轨道权重双描述符和简缩局部亲核指数证实EP1醛基上的碳原子是CN-的加成位点。吉布斯自由能计算表明CN-与EP1反应需克服14.29 kcal/mol的能垒,得到比反应物能量低6.61 kcal/mol的产物EP1-CN。结构参数表明EP1中的氢键O1-H2···O3在激发态增强,而产物EP1-CN中O1-H2基团上的质子自发转移到O3原子上。势能曲线证实由于基态和激发态的能量都随着O1-H2键长的延长而增加使得质子转移在EP1中不能发生,而在EP1-CN中基态能量随着O1-H2键长延长而减小使得质子转移自发发生。这就证实了用于检测CN-的荧光变化不是通过阻碍ESIPT引起,而是电荷转移程度的增强导致的。（5）用理论方法研究了比率荧光化学传感器2-（6-（二乙基氨基喹啉-2-基）亚甲基）丙二腈（3A）对氰化物阴离子（CN-）的传感机理。通过计算的简缩双描述符确定3A的C2位点为CN-加成位点,该反应的能垒为8.58 kcal/mol。CN-与3A之间的25.75 kcal/mol的相互作用能表明3A对CN-的具有较高的选择性。加成产物的荧光相对于探针3A发生了蓝移,其原因通过前线分子轨道（MOs）和Hirshfeld布局分析进行了解释。