氢键在化学和生物研究领域有着重要的作用。水分子通过氢键,不仅能够与有机分子结合形成不同的分子构型,还能够直接参与到化学反应当中。本论文针对含有水分子的氢键在化学领域中的重要角色分别讨论以下两方面内容:1.色胺与水分子间多氢键的理论研究文献报道在中性下水分子通过双氢键与色胺分子结合形成最稳定的构型,本论文理论上首次证实色胺侧链能够与水分子形成第三个氢键(C-H...O氢键)。其中水分子通过O-H作为质子供体,氧原子的两个孤对电子作为质子受体,分别与色胺分子形成了三个氢键。结合GKS-EDA的划块方案,提出了研究该多氢键体系的能量分解方案。计算结果表明三个氢键的相互作用本质有很大不同。当化合物离子化变为正电性体系后,三个氢键依然存在且强度发生了变化。通过进一步研究复合物正电性下分子内和分子间相互作用的变化,指出色胺分子内氢键的变化是复合物从亚稳态变为最稳定构型的主要原因。2.水桥辅助质子转移的能量分解研究一般认为分子内质子转移反应通过激发态较易进行,本论文通过对3-羟基吡啶中质子转移的反应机理研究发现,通过分子内基团间水桥的辅助,反应可以在基态下进行。能量分解方法的分析结果发现反应能垒主要与几何形变能和极化能有关。增大水桥的长度可以增大反应过程相互作用中极化能的变化量,从而降低反应能垒,但是过长的水桥也会增大几何形变能升高反应能垒。进一步的,能量分解方法结合反应电子通量的分析结果表明不同的水桥对应着不同的反应机理。两分子水桥在过渡态区域的反应机理是先断键后成键的过程,而三分子水桥则是先成键后断键。进一步的研究成果仍在整理中。