作为异构平衡和氧化还原反应中最简单和最基本的现象之一，分子内或分子间质子转移在很多化学过程中起着重要的作用。质子转移可以沿着有机分子之间形成的氢键进行传递，这种转移与分子体系的能量传递和电子转移同样重要，几乎所有的有机化学反应中都包含了全部或者部分质子转移过程，质子转移在分子间信息传递具有重要作用，氢键的形成和质子转移现象在众多化学过程中很常见而且很重要，因为许多化学，物理和生物过程都包括这种键的形成和断裂。 本论文中采用密度泛函理论在B3LYP/6-31+G*基组水平研究了5-甲基胞嘧啶在水分子和六种氮基酸残基辅助下的质子转移异构化反应及水解脱氨反应。论文主要包括以下三个方面的内容： 1、对于水分子辅助的5-甲基胞嘧啶异构化反应，由于反应的环境中均存在水，因此水分子可能参与分子内的质子转移过程，当水分子参与质子转移时可以形成六元或八元环的结构，水分子参与了过渡态的形成，改变了质子转移的反应途径，质子转移由分子内的直接转移过程变为通过水分子的质子交换传递过程，反应势垒小于直接质子转移过程，因此水在5-甲基胞嘧啶异构化反应中起到非常重要的作用。 2、我们用醋酸，乙酰胺，甲基亚氧基甲二胺，甲醇，甲胺，p-甲酚等六种模拟氨基酸残基化合物辅助5-甲基胞嘧啶异构化反应，得出结论，形成八元环状结构的异构化过程的辅助效果好于形成六元环状结构的异构化过程的辅助效果，其中乙酸中的羧基作辅助基团，质子转移所跨越正向反应能垒最低，其正向反应能垒为16.39KJ.mol-1。 3、研究结果表明，5-甲基胞嘧啶可以通过水解方式脱去环外氨基生成胸腺嘧啶，水解脱氨过程分三步完成，反应的第一步，5-甲基胞嘧啶在水分子作用下异构化生成亚氨式结构，第二步为碱基与水分子加成反应形成中间体的过程，水分子中带负电荷的0进攻碱基骨架上与氨基相连的C=N双键中带正电荷的C，水分子中带正电荷的H进攻C=N双键中带负电荷的N，形成四元环结构的过渡态，该过程属于偶极加成反应。在过渡态中O-H键和C=N键部分断裂，H…N键和O…C之间的键部分形成，形成的四元环平面基本垂直于5-甲基胞嘧啶骨架。第三步为中间体脱氨形成产物的过程。这一步中，羟基O-H中的H进攻氨基上的N，同样形成一个四元环的过渡态，随着N-H键的形成和N-C键的彻底断裂，NH3基本形成，随着原羟基中的O逐渐靠近碱基骨架平面，氨基的逐渐远离，生成了水解脱氨产物胸腺嘧啶。总之，通过对5-甲基胞嘧啶异构化、水解脱氨等过程的理论研究，初步阐明了上述过程的分子机制和热力学行为。