基于密度泛函理论的第一性原理方法,因为其计算量适中、计算精度高,已经广泛应用于凝聚态物理、量子化学、材料科学等。用第一性原理计算小分子的几何构型、电子结构、振动频率等许多其他性质,基本都可以得到准确的结果。众所周知,阿司匹林是一种运用极广的,用于治疗炎症的有效药物成分。然而,如果在客观条件的驱动下,产生了不同的异构体,就会对药效产生不同的影响,所以阿司匹林的异构体问题一直是实验和理论研究的重要对象。作为异构体问题重要分支之一的构象异构现象,因为其普遍存在性和重要性,自然成为人们研究的热点。本论文的主要内容就是利用密度泛函理论研究阿司匹林分子和二聚体的构象异构体。在第二章中,我们首先简要介绍了密度泛函理论的基本框架,从作为理论基础的Hohenberg-Kohn定理,到将理论转变为实际计算的Kohn-Sham方程,再到几种常用的交换关联泛函。最后我们详细介绍了量子化学软件包Gaussian09的主要功能,和里面所用到的与本文密切相关的理论基础和计算方法,包括基组的构成、内旋转模式分析和热力学函数的计算。在第三章中,我们首先构建了aspirin forml的分子结构的初始结构,并利用DFT-B3LYP方法结合基组6-311++G(2d,2p)对初始结构进行了优化,优化后所得结构2a的结构参数和振动频谱与实验值吻合得很好,由此证明了2a结构的正确性和我们所用计算方法的精确性。接着我们以2a结构为出发点,通过内旋转,再以相同的计算方法优化得到11种aspirin分子的构象异构体。11种分子构象异构体中,能量最低的是1a,其次是2a,2a的总电子能只比1a高了0.038eV；能量最高的是7b,比1a高了0.59eV。所有的分子构象异构体都倾向于得到电子,因为它们的电子亲和势都是正值,其中7b的电子亲和势最高,达到了0.838eV;相反的,5a的电子亲和势最低,只有0.324eV,但是它的电离能最高,达到了9.040eV,说明5a的化学性质最稳定。与前人对aspirin分子构象异构体的研究相比,我们发现了全新的分子构象异构体6a,并且我们采用了更高水平的计算方法对结构进行优化,得到了3a和2b之间不同的能量顺序,以及各个分子构象异构体间更低的相对能量。最后,为了更好地了解不同构象异构体之间的反应机理,我们进行了过渡态结构和反应路径的计算,并进一步计算了不同构象异构体之间互相转化的活化自由能(即反应能垒)和反应速率,其中自由能的计算考虑了内旋转运动的影响。在11种分子构象异构体之间,我们计算得到的15条IRC反应路径,这15条反应路径保证了能量最低的构象异构体1a可以转变为另外10种构象异构体中的任意一个。由反应能垒的相对大小可知,羧基COOH的旋转运动最容易发生,乙酰基CH3CO的旋转运动最难发生。因为所有反应的反应能垒都低于20kcal/mol,所以这些反应在常温下都可以发生,进而说明aspirin分子的11种构象异构体在室温下是可以共存的。在第四章中,为了解释理论计算和实验上观察到的aspirin基态分子结构的不一致,以及Wilson观察到的aspirin分子中的氢氧键O-H会随温度变化的实验现象,我们选取aspirin二聚体(dimer)为研究对象。我们首先根据实验上给出的aspirin formI的dimer结构,用B3LYP/6-311++G(2d,2p)方法优化得到2a’2a,通过内旋转,优化得到另外19种dimer构象异构体。考虑到远程相互作用,我们将已经优化好的20种dimer构象异构体结构用CAM-B3LYP/6-311++G(2d,2p)方法再次进行优化,所得的分子构型基本没有变化,但是dimer间的相对能量差值增大,其中能量最低的是la’1a。接着,我们计算了2K-700K温度范围内,2a’2a和1a’la的吉布斯自由能(下文中都简称为自由能)及玻尔兹曼因子。结果发现,如果计算自由能时考虑了内旋转运动的影响,当温度达到280K时,2a’2a的自由能开始低于la’1a,la’1a可以转化成2a’2a,这就解释了为什么室温下观察到的分子结构基本都是2a,因为实验都是在室温下操作的,而理论计算则是在温度等于OK的条件下执行的。但如果不考虑内旋转运动的影响,温度至少要达到500K以上,2a’2a的自由能才会比la’la的低,这也说明了判定简正模式中的内旋转运动对计算热力学量的重要性。la’1a结构看上去好像是2a’2a中单分子的氢氧键变长了,于是我们考虑从这两个状态出现的相对概率之比来解释Wilson观察到的实验现象。两个状态的出现概率之比可以由它们的玻尔兹曼因子之比得到。当温度大于180K时,理论计算结果可以很好地解释实验观察数据,但当温度低于100K时,两者产生了矛盾,我们的计算结果是在温度低于100K时应该有大量的1a,1a存在,而实验上观察到的基本都是2a’2a。于是我们又尝试利用量子隧穿效应和过渡态理论中的反应时间来解释这一矛盾。最后,为了分析不同氢键结合方式间的相对强度,我们分别用B3LYP/6-31G(d)和B3LYP/6-311++G(2d,2p)方法,重新开始了YURTSEVER的工作,将分子构象异构体1a’、2a、2a’、4a’、2b’、4b通过不用的氢键方式结合成dimer构象异构体。所得dimer构象异构体的结构构型和氢键长度都与YURTSEVER的基本一致,主要不同点在于C和D之间结合能的相对强度；以及用B3LYP/6-311++G(2d,2p)方法优化,得不到dimer构象异构体A。在第五章中,我们对现有的工作进行了总结,并对以后的工作进行了展望。