生命现象中的化学机理问题，充分认识和彻底了解人类和其它生物体内分子的运动规律，是21世纪化学亟待解决的重大难题之一。大分子体系的理论计算一直是具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。量子力学因其可以在分子、电子水平上对体系进行较为精细的理论阐释，是其它理论研究方法所难以替代的。因此，要深入理解有关酶的催化作用、基因复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子力学的原理和方法对这些生物分子体系进行研究。 近20年来，过渡金属离子与生物有机分子的气相反应化学已经成为一个非常活跃的研究领域。在气相生物分子化学，有关金属离子与生物有机分子复合物化学反应的研究随着粒子轰击技术，如等离子体解吸质谱(PDMS)和快原子轰击质谱(FAB)的发展取得了长足的进步。量子力学计算对研究生物有机分子和金属离子反应的本质、性质提供有用的模型，对寻找、确定金属蛋白、金属酶等的活性位点提供较大帮助。其中，过渡金属与氨基酸的反应研究是一个重要方面。氨基酸是生物体内大量存在的一类生物配体，是蛋白质、酶等的基本结构单元，研究过渡金属与氨基酸的反应和相互作用将为探索过渡金属在生物体内的代谢及其生物效应提供理论基础。 Q．Paula Lei and I．Jonathan Amster等人研究了20种常见氨基酸与一价基态金属阳离子Cu<+>(<1>So,3d<10>)在气相中的反应，对于甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、脯氨酸及苯丙氨酸等五种氨基酸，实验检测到了脱去分子量为18，28和46的产物，他们推测在反应过程中，这些氨基酸失去了一分子H<,2>O和一分子CO；或同时失去一分子的H<,2>O和CO；或失去了一分子HCOOH。研究该类反应的机理有助于深入了解过渡金属与生物分子反应的成键性质、催化原理以及其它电子结构规律，对于提升相关实验研究水平具有重要的科学意义。依据文献报道的实验推测，对这些反应在B3INP/6-31G<*>理论水平上进行量子力学计算，并采用B3LYP/DZVP、B3LYP/(6-311 +G<**>(C，H，O)+Lan12dz(Cu))、B3LYP/6-311+G<**>、MP2/6-3ll+G<**>等4种方法对各驻点进行了单点能计算，对相对能量进行了零点能校正，得到了更为精确的、改进的能量。通过计算，给出了以上五种氨基酸与一价基态金属阳离子Cu<+>的反应机理、反应路径和各驻点几何构型优化参数。 密度泛函理论(DFT)方法计算的结果显示，5种氨基酸与Cu<+>(<1>So,3d<10>)的反应机理基本相同，都是插入C-C或插入C-O键，经过不同的中间体和过渡态，再失去H<,2>O、CO或HCOOH的反应。可以叙述为： (1)氨基酸与基态Cu<+>在气相的反应过程中，Cu<+>首先插入C-C键，经过一系列过渡态和中间体，脱去H<,2>O，生成脱去分子量为18的产物[Amino acid+Cu]<+>-H<,2>O；脱去CO，生成脱去分子量为28的产物[Amino acid+Cu]<+>-CO：同时脱去H<,2>O和CO，生成脱去分子量为46的产物[Amino acid+Cu]<+>-H<,2>O-CO：脱去HCOOH，生成脱去分子量为46的产物[Amino acid+Cu]<+>-HCOOH。 (2)氨基酸与基态Cu<+>在气相的反应过程中，Cu<+>首先插入C-O键，经过一系列过渡态和中间体，脱去H<,2>O，生成脱去分子量为18的产物[Amino acid+Cu]<+>-H<,2>O；脱去CO，生成脱去分子量为28的产物[Amino acid+Cu]<+>-CO；同时脱去H<,2>O和CO，生成脱去分子量为46的产物[Amino acid+Cu]<+>-H<,2>O-CO；脱去HCOOH，生成脱去分子量为46的产物[Amino acid+Cu]<+>-HCOOH。 (3)对于甘氨酸、D-丙氨酸、D-缬氨酸、D-脯氨酸和D-苯丙氨酸与基态Cu<+>(<1>So,3d<10>)气相反应，分别找到了4、4、4、5和4条反应通道。从反应总体来说，以上5种氨基酸的各条反应途径都是放热的，这在动力学上是有利于反应进行的，几个反应通道中，反应中能垒最低的是通道(2)，是主要反应途径。5种氨基酸反应的难易顺序为：甘氨酸>D-丙氨酸>D-缬氨酸>D-脯氨酸>D-苯丙氨酸。这可能是由于随着侧链的增长，侧链在反应过程中可以起到分散体系电荷的作用，使体系能量降低而趋于稳定，有利于反应的进行。