硫化氢虽然是一种传统的环境污染物,但是与多种疾病直接相关,具有重要的生理学和药理学研究价值。硫化氢是新近公认的气体传输剂,由于具有抗炎、抗癌、降低血压、抗氧化等生理功能,使其在生物医学研究中显示出巨大的治疗潜力。由于硫化氢固有的物理和化学属性,导致其可控输送成为一个艰巨的挑战。为了解决这一难题,设计并开发出了多种硫化氢供体,使其作为硫化氢传输的载体,并在适当位置释放硫化氢。因此,设计高效的硫化氢供体并开展生理学功能研究,成为最近热门的研究领域之一。虽然已经开发出了多种硫化氢供体,但依然存在着选择性不高、在靶点处无法控制释放等问题。对硫化氢供体释放硫化氢机理研究的不足,阻碍了更为高效的硫化氢供体的发展。本文选取了一系列硫代磷酸酯类硫化氢供体(命名:JK-n,n=1、2、3、4)为研究对象,利用量子化学计算方法,研究其释放硫化氢的微观反应机理,探究水或硫化氢辅助下的氢质子转移过程,揭示立体选择性和取代基效应。在M06-2x/6-31G(d,p)水平下,研究了硫代磷酸酯释放硫化氢的内环化反应,该反应经过三个步骤,即氢质子转移、羧酸根阴离子对磷原子的亲核进攻和磷硫键的断裂。在氢质子转移步骤中,硫代磷酸酯的两种异构体发生异构反应,由稳定的、不易发生磷硫键断裂的磷硫双键状态转化为有利于磷硫键断裂的磷硫单键状态;随后羧酸根阴离子亲核进攻磷原子,生成五元环状中间体,减弱磷硫单键的强度;最终磷硫单键断裂,释放出HS-阴离子。对反应路径中所有关键结构进行了单点能校正和溶剂化效应计算,构建反应势能面。势能面表明,氢质子转移过程是总反应的决速步骤,但其活化能过高,在生理条件下很难反应。将水分子和硫化氢引入质子转移步骤中,形成了更为稳定的六元环状过渡态结构,显著降低了活化能,显示了水分子和硫化氢对反应的促进作用。此外,还揭示了不同取代基和手性异构对内环化反应释放硫化氢的影响。相关研究成果为高效硫化氢供体的设计和开发提供理论和技术依据。