● 摘要
DNA和RNA核酸碱基分子在生物中起着保存和传递基因信息的作用。核酸分子激发态性质及其动力学的光物理光化学过程研究对于理解核酸的紫外线损伤机理,预防光致基因突变具有重要意义。碱基分子是紫外线强吸收体，对其吸收和发射光谱的稳态和瞬态光谱的研究一直是该领域的研究热点和难点。随着计算化学的方法和计算机的发展，围绕其激发态性质的理论计算也是越来越该领域的热点问题。本论文主要使用量子化学的计算方法，以碱基尿嘧啶分子酮式结构为例，分别考察了该分子在真空和在水溶剂相超分子结构下的低能态激发态特征。具体内容如下：
第一章：简要介绍了碱基分子激发态电子结构计算的研究背景、研究状况及尿嘧啶分子的基本结构和功能介绍。
第二章：尿嘧啶真空下激发态能量研究。首先使用CASSCF、SAC-CI等高精度方法计算了尿嘧啶分子激发态电子结构，考察了活化空间选取和激发态根数等对激发态能量跃迁距等特征影响，研究表明对于CASSCF方法考虑的是相对性价比较高的计算方法,但是同样计算量也会非常大，而对于SAC-CI而言，考虑的内层占据轨道数目和外层空轨道数目越多，所得的能量更稳定；其次考察了目前发展较快的DFT方法对尿嘧啶分子激发态的影响，该文中分别选取了3种杂化密度泛函B3LYP、CAM-B3LYP、LC-WPBE 和3种纯密度泛函LC-BLYP、LSDA、PBEPBE共六种泛函，计算了尿嘧啶分子低能量单线态激发态能量，研究表明考虑了长程的相互作用的CAM-B3LYP泛函在计算真空下的尿嘧啶激发态能量结构时，相对于其它泛函的结果更接近我们选用的对称性匹配/组态相互作用的SAC-CI方法的标准结果。
第三章：微溶剂化下尿嘧啶的激发态光谱研究。选定Improta等人研究过的四水尿嘧啶分子结构进行研究，采用Gaussian09中含时密度泛函理论方法TDDFT中的PBE1PBE和LC-BLYP泛函方法及Gamess程序包中全电子的TDDFT和两体片段分子轨道Fragmental Molecular Orbital结合TDDFT方法比较了全电子TDDFT与FMO2-TDDFT对Improta文献微溶剂结构尿嘧啶分子激发态计算。结果表明：通过对比我们发现，相同DFT泛函不同程序包Gaussian09与Gamess计算的激发态能量计算有一定的差异，但相对能量平行；在相同程序包Gamess中，全电子TDDFT与基于两体相互作用FMO2-TDDFT计算结果几乎一致，同时该FMO2方法可以做到线性标度激发态计算，为采用超分子方法并使用电子结构计算的方法考察环境对溶剂分子溶质激发态电子结构的影响提供了可能。
第四章：大量溶剂化效应下尿嘧啶分子的光谱能量研究。本章采用分子动力学方法模拟了尿嘧啶分子周围水分子构像行为，采用传统TDDFT的LCBLYP泛函和线性标度的FMO2-TDDFT的分别计算尿嘧啶分子周围相邻水分子对其低激发态结构的影响。结果表明：随着水分子数目的增大，由两体片段分子轨道法FMO2-TDDFT计算的激发态能量和直接的含时密度泛函TDDFT计算拟合的，而且计算花费时间比直接的密度泛函TDDFT少很多，所以综合考虑得出，两体片段分子轨道法相对具有一定的优势。
第五章：不同构象下用片段分子轨道法（FMO）计算激发态能量。运用统计力学方法，考察了分子动力学确定的不同超分子构象中尿嘧啶分子激发态的行为，得出随着水分子数目增多，远距离溶剂对尿嘧啶吸收光谱贡献很小。
第六章 全文总结概括