氨基酸和寡肽是重要的生物小分子体系,对它们的理论计算研究不仅可以帮助解释对这些体系所开展的实验研究的结果,还可以为人们更清楚地认识和了解例如蛋白质分子这样大的生物分子体系奠定坚实的基础。本论文利用基于密度泛函和波函理论的计算方法详细研究了典型的氨基酸和寡肽分子体系的结构和性质。研究涉及方法的发展,方法的测试和方法的应用,其内容涵盖了氨基酸和寡肽理论计算研究领域的多个方面。第1章中我们简要介绍了用于研究分子体系的主要计算方法的理论基础,包括各种从头计算方法,半经验方法和密度泛函方法。同时对用于描述诸如电荷和轨道等化学经验概念的理论方法进行了阐述。最后对本论文研究所要用到的各种计算软件包加以简单说明。第2章给出了氨基酸和寡肽分子体系理论计算领域的主要研究内容和研究热点,这包括氨基酸和寡肽分子的稳定结构,电子性质,内部弱相互作用,质子化和去质子化过程,构象转换,金属离子结合及溶液效应等多方面的研究。这为本论文提供了研究方向上的指导。第3章中我们利用密度泛函方法系统寻找了缬氨酸分子的稳定构型,对前人的研究工作给出的缬氨酸分子的势能面信息做了相关补充,同时利用计算出的构型分布为以前的实验工作提供了重要的温度信息。利用分子中的原子理论,自然键轨道理论,几何结构判据和红外谱线判掘系统分析了缬氨酸稳定构型的分予内氢键情况。在缬氨酸稳定构型中找到了常规氢键,蓝移氢键和双氢键这三种迄今为止所发现的各种氢键类型,它们的共存现象形象的说明了各种氢键的内在统一机制。所发现的N—H…H—C双氢键拓宽了双氢键的定义。第4章中以高精度的耦合簇方法的计算结果为基准,测试了五种密度泛函方法(BHandHLYP,MPWB1K,B3LYP,B3PW91和SVWN)和两种波函方法(HF和MP2)对描述22种氨基酸体系的构型相对能量,垂直电离能,质子化和去质子化能这四种能量性质的能力。同时研究了各方法的计算结果对不同大小基组的收敛情况。研究给出了BHandHLYP泛函方法配合6-311++G(d,p)基组是最适合描述含有分子内氢键作用体系的计算水平,这为他人的研究工作提供了重要支持。第5章中使用系统的构型寻找方法全面的研究了13种有代表性的二肽分子的势能面,并对所得到的稳定构型进行了结构特性的详细分析。找到了二肽稳定构型和其组成氨基酸稳定构型间的密切联系,这促使了一种基于氨基酸稳定构型来寻找二肽稳定构型的方法的提出。对该方法在他人研究过的二肽体系上所进行的全面测试证明此方法不仅更高效,而且提供了更为完整的稳定构型集合从而使得理论和实验红外光谱的一致性大大增强。第6章中使用系统的构型寻找方法全面的研究了5种有代表性的三肽分子的势能面,并详细分析了三肽构型的结构特点及其与二肽的差异。分析给出了三肽稳定构型和相应的二肽及氨基酸稳定构型间的密切联系,基于二肽构型的寻找方法,发展了一种使用二肽和氨基酸稳定构型来高效寻找三肽稳定构型的方法。对该方法在前人研究过的三肽体系上所进行的全面测试证明此方法不仅更高效而且更准确。同时我们利用基因遗传算法的概念对该方法进行了拓展,对丙氨酸四肽的研究表明该方法可以得出具有重要的蛋白质二级结构构象的稳定构型,这为该方法应用于大的寡肽体系奠定了坚实的基础。