亚硝胺类化合物是广泛地存在于环境和日常生活中的一类潜在的致癌物质。本文应用量子化学方法，选取脂肪族亚硝胺(二甲基亚硝胺)和环烷亚硝胺(α-乙酰基．吡咯烷亚硝胺、吡咯烷亚硝胺、吡啶烷亚硝胺)，对它们从α-羟基化到生成终致癌物及终致癌物与DNA相互作用的整个过程进行了系统的理论研究。找到它们各自生成终致癌物所进行的若干反应途径、反应中间体和自由基，并指明了各反应途径进行的相对难易程度，为相关的实验提供理论指导。 1．在B3LYP/6-31G<**>水平上研究了二甲基亚硝胺(NDMA) 与<3>O的反应，考虑经过势能面交叉点和经过过渡态两种反应方式来实现α-羟基化过程。经过渡态的方式能垒比经过交叉点要低的多。所以，<3>O直接氧化H，经过渡态的方式为二甲基亚硝胺α-羟基化反应的最优途径。产物α-Hydroxy-NDMA的解离反应中，脱醛反应比N-N键的解离容易进行，与实验结果一致。解离产物单甲基亚硝胺，经过异构化和质子化过程形成终致癌物CH<,3>N<,2><+>，相对容易进行。终致癌物CH<,3>N<,2><+>会与DNA碱基形成DNA加合物，导致机体发生癌变。对气相和水溶剂中四类DNA碱基10个亲核位与CH<,3>N<,2><+>阳离子发生甲基化反应进行了详细的计算。结果表明：(1)甲基化过程遵循S<,N>2反应历程。其中，鸟嘌呤的N7位比011位更具有甲基化反应活性，与实验结果相一致；(2)终致癌物CH<,3>N<,2><+>阳离子对四种碱基的甲基化过程，有较小的反应活化能(<8.00kcal/mol)，是很容易进行的放热反应。对由NDMA这种前致癌物到形成癌变物(DNA加合物)的整个过程，脱醛反应能垒最高，是反应的速控步。 2．MP2/6-31<**>水计算水平上研究了α-乙酰基-吡咯烷亚硝胺(α-Acetoxy-NPYR)在三种条件下解离为相应的α-羟基化产物的过程。结果表明，α-Acetoxy-NPYR在碱性(OH)和中性(H<,2>O)条件下的解离都遵循羟基进攻羰基C机理，碱性条件下是一个无位垒过程，中性条件下有相对高的位垒，与实验结果相一致。酸性(H<,3>O<+>)条件下是先形成阳离子产物的S<,N>1过程。α-Acetoxy-NPYR的解离，碱性条件下最容易形成α-羟基化产物。其解离产物--α-Hydroxy-NPYR，经过异构化和质子化过程，形成终致癌物(B、C、D)，这一步相对容易进行。终致癌物之一----重氮烷阳离子C，它与鸟嘌呤在N7位形成DNA加合物3和4遵循S<,N>2反应机理，加合物4由加合物3异构形成，且异构化能相对高，这与实验结果得到较少的加合物4相一致。得到碱性条件下α-Acetoxy-NPYR最容易形成致癌活性产物，为实验和医务工作者防癌、治癌提供有益的理论指导。 3．由于很难获得单独的氧原子，为了在实验上能够得到亚硝胺的致癌活性物(α-羟基化产物)，因而设计了用双环氧乙烷(Dioxirane)氧化二甲基亚硝胺(NDMA)、吡咯烷亚硝胺(NPYR)、哌啶烷亚硝胺(NPIP)的CH键，这三类亚硝胺都形成α-羟基化产物。发现三类分子的羟基化反应均有 syn-和 anti-两种进攻方式，反应机理一致，为Dioxirane中的一个氧原子抽取α位C上的H。在气相和溶剂(CH<,2>Cl<,2>)中，活化位垒都不超过28 kcal/mol，比较容易形成α-羟基化产物，可供实验工作者参考。 亚硝胺类化合物的致癌机理研究表明：NDMA 的羟基化过程，经过过渡态的方式是最优的反应途径，脱醛反应是整个过程的速控步；NDMA和α-Acetoxy-NPYR代谢为终致癌物的最后一步均涉及异构化和质子化，且容易进行；碱性条件下，α-Acetoxyr-NPYR 最容易解离为致癌活性物(α-Hydroxy-NPYR)，一旦形成终致癌物，它们与碱基的反应很容易进行。这些都为实验和医务工作者防癌、治癌提供理论指导。