量子化学是一门以量子力学为基础并利用其相关原理和方法研究化学问题的理论学科。密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)是一种计算精度较高而计算速度非常快的量子化学计算方法，已被广泛应用于化学理论的研究，它能够有效地解决电子结构难题。现今密度泛函理论已在研究分子的结构和性质、热化学、光谱、过渡态反应机理等诸多方面得到广泛应用，目前正迅速渗透在材料科学、生命科学、药物分子设计等领域。在人体内，自由基是一类较为活跃的活性小分子片段，部分种类的自由基则因其强氧化性而损伤机体。抗氧化剂是一种具有清除自由基或抑制其生成的物质。黄酮类化合物常被作为有效的抗氧化和抗炎药剂，并且因其具备对人体健康的诸多益处而备受关注。甘草中的四种黄酮类化合物甘草素、异甘草素、甘草苷、异甘草苷具有抗氧化、抗肿瘤、抗HIV等生物活性，具有潜在的药用价值。采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法在6-311G(d,p)基组水平上对甘草中的四种黄酮类化合物甘草素、异甘草素、甘草苷、异甘草苷进行了优化计算，从四个分子的几何结构、氢原子的NBO电荷、羟基解离能、HOMO、LUMO、⊿E(LUMO-HOMO)等方面分析了四种甘草黄酮类化合物清除自由基的机理。结果表明，四种甘草黄酮类化合物的抗氧化能力大小为异甘草素≧异甘草苷>>甘草素≧甘草苷。C7位的酚羟基为最大可能活性位点，容易发生抽氢反应，C4’位酚羟基也具有一定的活性，可以增加分子本身的抗氧化活性。C7位上酚羟基的解离能越小、羟基氢原子带正电荷越大、HOMO能级相对越高、⊿E(LUMO-HOMO)越小分子的抗氧化活性越高。2、3位C=C双键可以增大分子的共轭体系，从而增大分子的抗氧化活性；糖苷的取代，增加了HOMO、LUMO轨道能级，但是分子失去了4’位酚羟基，所以从整体上降低了分子的抗氧化活性。异甘草素是从甘草中提取的一种查尔酮类化合物，具有较为广泛的药理活性，如抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗病毒、抗氧化等生物活性。采用密度泛函(DFT)B3LYP/6-311G(d,p)方法，对异甘草素分子的几何构型进行了全优化计算，得到其稳定构型，并在优化好的基础上进行频率计算得到了异甘草素分子的红外振动光谱，振动频率校正因子为0.96。对计算得到的振动频率进行归属解析，并与实验测定的异甘草素IR特征峰位比较，发现理论计算得出的红外光谱与实验测定的红外特征峰位具有较好的一致性，说明所采用的DFT方法能用来预测黄酮类化合物的分子结构和红外光谱数据。而后对该分子的酚羟基解离能、前线轨道能级及结构、半醌式自由基的自旋密度分布及不同位酚羟基对·OH的模拟计算进行详细分析，得出C4’位酚羟基是发生清除自由基反应的最大活性位。采用密度泛函理论中的B3LYP方法在6-311G(d,p)水平上对黄芪中的四种异黄酮类化合物毛蕊异黄酮、毛蕊异黄酮苷、芒柄花素、芒柄花苷进行了优化计算，从四个分子的几何结构、酚羟基氢原子上的NBO电荷、酚羟基解离能、HOMO和LUMO能级以及其能级差⊿E(LUMO-HOMO)等方面分析了四种黄芪异黄酮类化合物清除自由基的活性。C3’位的酚羟基为毛蕊异黄酮苷元及其苷分子的最大可能活性位点，C7位酚羟基也具有一定的活性，可以增加分子本身的抗氧化活性，C7位酚羟基为芒柄花素分子的活性位点。C3’位或C7位上酚羟基氢原子带正电荷越大、酚羟基的解离能越小、⊿E(LUMO-HOMO)越小、HOMO能级相对越高分子的抗氧化活性越高。糖苷取代C7位酚羟基上的H原子，可以提高HOMO、LUMO的轨道能级，但是分子失去了7位酚羟基，从而降低了毛蕊异黄酮苷分子的抗氧化活性。结果表明，四种黄芪异黄酮类化合物的抗氧化能力大小为毛蕊异黄酮＞毛蕊异黄酮苷＞芒柄花素＞＞芒柄花苷。作为例子，对芒柄花素和羟基自由基反应的过渡态进行了计算研究。初步探究毛蕊异黄酮及其衍生物4-硫代黄酮的结构与活性关系，计算结果证实毛蕊异黄酮的活性中心为B环，为了提高该分子A环的活性，将该分子改造为4-硫代黄酮，改造后分子的A环活性有了一定的提高。