钌配合物的低毒性以及本身特有的优势使他们成为取代顺铂的最佳的无机金属类抗肿瘤药物。从已经进入临床的三价钌配合物如ImH[tans-RuCl4(DMSO)(Im)](NAMI-A)和(IndH)[trans-RuCl4(Ind)2](KP1019)到正在研究中的Ru(Ⅱ)-azpy(azpy=2-phenylazopyrinel)和Ru(Ⅱ)-芳烃类等二价钌配合物，可以看出钉配合物的研究已经成为国际上生物无机化学中的热点，具有很大的发展潜力。但是虽然有很多钌配合物作为抗肿瘤药物被广为研究，即使是对已经进入临床的药物，它们的抗肿瘤机制并不是很清楚，而这方面理论上的研究更为罕见。因此，在实验的基础上，进行抗癌性钉配合物构效关系和作用机理的理论研究，对设计结构新颖、高效低毒且能进入临床应用的抗肿瘤新药及作用机理分析具有十分重要的意义。 本论文运用Gaussian 03量子化学程序包，采用密度泛函理论(DFT)并结合CPCM(conductor-like polarizable continuum model)等溶剂化模型，对几类典型的抗癌性钌配合物，包括已经进入临床实验的NAMI-A，进行作用机理方面的理论研究。基于计算结果获得有关的结构特征、热力学和动力学性质数据，通过探讨配合物结构与活性的关系、水解行为、水解产物与DNA碱基模型的作用得出该类配合物的构效关系。 本文内容包括以下六部分： 第一章前言，简要介绍了顺铂的发展历史以及研究现状，系统的总结了几类典型的钌配合物可能存在的抗肿瘤作用机理、研究现状及其理论方面的研究进展。说明了理论研究新型抗癌性钌配合物构效关系及作用机理的意义。 第二章理论基础与计算方法，简要介绍了量子化学计算方法，分子力学理论及溶剂效应原理和方法。在第三章中，研究了异构配合物α-，β-，γ-，δ-，ε-[Ru(azpy)2Cl2](1～5)的结构与其抗癌活性的关系。对配合物进行DFT计算，首先分析了异构体1～3的几何及电子结构特征，对其构效关系进行理论探讨，藉以理解这类异构体抗癌活性差别的原因，并用得到的构效关系预测迄今尚未见活性报道的该系列其它两个异构配合物δ-，ε-[Ru(azpz)2Cl2](4和5)的抗癌活性。通过对母体的三个甲基取代衍生物采用同样的方法进行计算分析，发现其构效关系遵循和母体系列相似的规律。 在第四章中，对一系列结构相关且抗癌活性有较大差异的Ru(Ⅱ)配合物，即α-[Ru(azpz)2Cl2]，β-[Ru(azpy)2Cl2]，α-[Ru(azpy)(bpyl)Cl2]和cis-[Ru(bpy)2Cl2]利用DFT方法研究其水解产物与DNA碱基(主要是鸟嘌呤和腺嘌呤)的相互作用。通过研究Ru(Ⅱ)-DNA碱基模型加合物的结构特征发现氢键对其稳定性和Ru-B键分裂能都有重要的影响。基于计算得到的热力学性质，得出该系列结构相关配合物的完全水解产物与DNA碱基模型在气相中和水溶液中的键合力次序。为了证实Ru(Ⅱ)配合物的水解产物在动力学和热力学上都优先结合鸟嘌呤的N7位(G7)而非腺嘌呤的N7位(A7)，除了计算Ru-G7，Ru-A7加合物的Ru-B键在气相和液相中的分裂能外，还以α-[Ru(azpy)2(H2O)2]2++G7(A7)化学反应为例，进行了动力学研究。在计算的Ru(Ⅱ)-DNA碱基模型加合物的结构特征、热力学和动力学性质基础上得到了本系列配合物可能的构效关系。 在第五章中，对成功完成Ⅰ期临床试验的抗癌性钌配合物NAMI-A的水解行为进行DFT计算研究。通过分析水解过程中中间体、过渡态的结构特征、热力学能量及反应速率常数，并与实验结果进行对比，研究了该配合物在生理条件下的水解作用机理。同时，还研究了酸性条件对水解行为的影响。基于计算结果得到详细的反应势能面，并推测出NAMI-A水解反应的路径。 在第六章中，对一系列“Kcppler型”钌配合物生理条件下的水解过程进行DFT理论研究。得到反应中相关物质(包括中间体，过渡态)的结构特征、详细的反应势能面及一些定性规律。同时，用极性叠加原理对配合物第一步水解反应快慢的定性规律进行了合理解释。 最后，对本论文的工作作了扼要的总结与展望。