中文摘要：

在生物体系中，质子传递反应的发生非常普遍。质子的转移和传递在很多生物化学反应过程中(例如光合作用、糖代谢)起着关键作用。我们将主要研究在生物体系的质子传递过程中振动模的耦合，氢键的作用和受限水(confined water)溶剂的影响。我们将从量子力学和量子动力学的第一性原理出发进行系统研究。在应用已有的量子统计动力学理论方法的同时，我们还将发展QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics)与量子统计结合的动力学方法。此外，我们也拟采用近年来新兴的基于随机方法的量子统计动力学方法。通过模型研究可以帮助我们获得清楚的物理图像；以小分子作为模型体系，模拟生物大分子质子传递过程中的某些特性将有利于具体问题具体研究；研究的目标体系是一些生物大分子，通过理论模拟质子传递反应微观动力学过程，数值计算体系随时间的演化，给出反应机理和相互作用的物理阐释。

结论摘要：

本项目旨在发展新的量子统计动力学理论方法，并着眼于研究复杂分子体系反应中溶剂效应的影响。取得的最主要进展是建立了一套严格的量子统计动力学耗散运动方程组，它通过对影响泛函路径积分表达式求时间导数推导，得到一套级联耦合线性齐次微分方程组。整套理论从最基本的体系－环境相互作用体系出发，采用热库谱密度函数参数化模型，并对参数化热库相关函数和实际情况的差别进行有效修正，对原则上无限耦合的方程进行有效截断。在此方程基础上，我们推导了德拜溶剂中两态反应自旋－玻色体系的严格且解析的反应速率表达式；热力学方面发现反应热力学函数随环境参数变化的非线性非单调特性；动力学方面发现量子溶剂化效应体现在溶剂快调制即低粘度区，与经典溶剂化结果比较，不仅是数值上的修正，而且是机理上的不同；另外在低粘度区，反应更趋向于非绝热过程；反应速率常数的意义是以假设反应是马尔可夫过程为前提，研究发现非马尔可夫过程主要发生在处于溶剂快调制区的强跃迁耦合的对称体系，此时只能采用量子动力学时间演化来描述它的动力学过程。本项目研究环境对反应动力学的影响获得了清晰的物理图像，为今后更深入的工作打下了基础。