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气相（H2O）6团簇的研究对于理解液相和固相本体水的性质、揭示大气物理与化学及生命科学领域的本质问题具有重要意义,对不断变化与错综复杂的氢键网络重排动力学过程的理解是至关重要的核心问题。自Richardson等报道了在（H2O）6的Prism构型中存在两根氢键协同断裂的现象后,对于水团簇氢键网络重排又引起了广泛的关注。氢键网络重排动力学机制和完整的反应路径对于理解重排过程和将重排机制拓展到其它水团簇中有重要意义,但目前从分子水平上提供相关两根氢键协同断裂的详细过程未见报道。在Al（H2O）63+水溶液体系模拟研究中,需添加真实溶剂水分子来模拟短程的溶剂效应。但由于真实溶剂水分子数目和排布方式带来的大量局域最小点的问题,在添加真实溶剂水分子问题上一直缺乏普遍适用的方法。手性物质广泛存在于环境和生物体中,Al（III）与有机配体分子以1:2或1:3的方式配位可形成不同的手性配合物。从分子水平上提供手性配合物的静态结构和动态水交换反应的相关信息对于理解手性物质理化性质的相似性和手性对映性有重要意义。本论文围绕上述问题开展了研究工作,论文共分为四章:1.（H2O）6氢键网络“协同断裂和分步形成”重排机制的MP2—团簇方法研究。采用二阶微扰理论（Moller-Plesset second order perturbation theory,MP2）结合团簇模型（Cluster model,CM）,在aug-cc-pVDZ基组下,模拟了（H2O）6的Prism构型中氢键“协同断裂和分步形成”的动力学反应过程。其它三种典型物种包括手性异构体、（D20）6和（H2180）6也进行了研究。首次提出了两根氢键协同断裂并形成一根氢键（“-2+1”）和另一根氢键后形成（“+1”）的两步连续氢键网络重排机制,其中“-2+1”过程为决速步骤。整个氢键重排涉及一个bifurcation结合两个flip形式的隧穿过程,对应的置换反演表达式为P =（AD）（B F）（C E）（1 8 2 7）（3 11）（4 12）（5 9）（6 10）。采用 CCSD（T）/aug-cc-pVDZ 计算活化单点能AEelec,a≠与文献报道的随最小路径变化的势能（Potentialenergy along the minimum-energy paths,V）吻合。其它8种与重排相关的可能的转动方式的计算结果均表明,geared路径为最可行路径,其次是antigeared路径。2.Al（H2O）63+水交换反应溶剂效应的密度泛函理论研究—外层真实溶剂水分子数目和排布方式。采用密度泛函理论（Density functional theory,DFT）与团簇模型（Cluster model,CM）结合的量子化学计算方法研究Al（H2O）63+水交换反应溶剂效应中外层（第二水化层）真实溶剂水分子数目和排布方式。在B3LYP/6-311+G（d,p）基组水平下,采用逐个添加水分子直至内层氢键饱和的方法,得到了外层真实溶剂水分子数目（Nm’）为1～7时的最佳排布方式,探索了一种简单有效的外层水分子数目和排布方式的研究方法。通过对比逐个添加法和独立添加法中Nm’对水交换反应路径中反应物种的结构参数、能量参数和过渡态寿命的影响,确认Al（H2O）63+水交换反应中Nm’ = 6为最佳的外层溶剂分子数。3.铝-草酸和铝-麦芽酚手性配合物特性的密度泛函理论研究。采用密度泛函理论（Density functional theory,DFT）结合团簇模型（Cluster model,CM）和极化连续模型（Polarizable Continuum Model,PCM）的量子化学计算方法,在 B3LYP/6-311+G（d,p）基组水平下,以铝-草酸和铝-麦芽酚为典型实例,研究手性铝有机配合物的动静态性质,系统地开展了以下工作:（1）采用GP-SM-PCM模型优化得到了 1对铝-草酸和3对铝-麦芽酚手性配合物,并通过静态结构参数、能量参数和谱学性质分析了手性配合物之间的差异;（2）采用GP-SM（PCM）模型模拟了手性配合物可能存在的10条水交换反应路径,对比了手性配合物水交换反应速率常数;（3）采用GP-SM（PCM）模型通过Berny方法得到了铝-草酸手性配合物异构体构型转化的动态反应路径,并计算了构型转化的活化能。4.铝-草酸1:3手性配合物特性的密度泛函理论研究。采用密度泛函理论（Density functional theory,DFT）结合团簇模型（Cluster model,CM）和极化连续模型（Polarizable Continuum Model,PCM）的量子化学计算方法,在B3LYP/6-311+G（d,p）基组水平下,优化得到一对Al（Ox）33-手性异构体的静态构型,并对比分析了手性异构体的静态结构特性、能量参数、NMR谱图、IR光谱和VCD光谱特性以及前线分子轨道和静电势特征。结果表明:手性异构体结构和能量参数及NMR化学位移相近,IR谱图基本重合而VCD谱上下对映,但前线分子轨道不完全对映。计算结果体现了 Al（ox）33-手性异构体理化性质的相同性和微观结构的差异性。