当今世界范围的毒品泛滥，成为危害人类最严重的社会问题之一，对全球的和平、稳定和人类安全构成了巨大威胁。毒品滥用严重影响着人类的身心健康，而且带来严重的公共卫生问题。毒品滥用已成全球性问题，改进治疗方法、寻找疫苗抗体、完善解药理论迫在眉睫。直接用毒品制备疫苗和解药在多个环节有潜在滥用危险，但随着计算机科学的发展和分子模拟技术的进步，使得通过量子化学的方法探究毒品的成瘾机理成为可能。但是吗啡、可卡因等毒品在人体内的反应机理不是很清楚且存在很多争议。基于此，本文从理论上对可卡因作用机理做了深入系统的研究，同时为进一步深入研究可卡因人体内的水解反应机理提供了重要的理论证据，以期设计出更好的能够催化可卡因水解的更活跃的单细胞克隆抗体。本文用密度泛函的B3LYP方法，在6-31G^*水平上对反应物、产物以及各种可能的中间体和过渡态进行了全参数优化，在同一理论水平上对势能面上的全部驻点进行了振动频率分析。本论文的主要工作有：1．作为了解可卡因水解反应的第一步，用量子化学从头算和密度泛函理论研究了可卡因以及三个对比酯与H₂O的反应。事实上，可卡因与H₂O的反应是在人体内的进行的，就是说在溶液中进行的。本论文用极化连续介质模型考虑了溶剂对反应机理及反应能垒的影响。通过以上讨论得出以下结论：1)可卡因的苯甲酰和甲基酯基团的基础水解的机制与烃基酯的水解的两步骤路径类似。第一个步骤在可卡因的羰基碳受到H₂O的攻击形成四面体中间物；第二个步骤是对产物的四面体中间物的分解。2)溶剂效应降低了反应过程所有结构的总能量，却增大了反应的势垒。对反应机理没有影响。3)可卡因苯酰酯和甲基酯的水解的第一步骤为可卡因水解的速率决定步骤。4)讨论了可卡因苯酰酯和甲基酯水解的第二步骤的机理：一是质子直接从—OH转移到酯氧；另一种是水携带着这个质子进行转移。2．研究了采取更换可卡因结构中的水解基团的方法来讨论可卡因本身结构对其水解机理的影响，选取一系列的可卡因同系物来进行计算。通过一系列的从头算和密度泛函理论来研究参与可卡因及其同系物的水解基团对水解机理和结果的影响。通过计算得出如下结论：1)取代基为H，OH时，容易和水形成氢键，抑制可卡因同系物的水解。2)取代基为吸电子基团的时候，促进可卡因同系物的水解。3)取代基为较大基团的时候，促进可卡因同系物的水解。4)当取代基为较大基团，且为吸电子基团的时候，对可卡因同系物水解的影响就难以判断。