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作为一种常见的理论研究手段，量子化学被越来越多的应用到分子性质计算，反应模拟等领域，其准确性也得到越来越多的实验所证实。本论文采用计算化学的手段来研究化学反应机理以及分子动力学力场的优化，主要内容包括以下几个方面:采用DFT方法研究二氧化碳还原成甲烷的机理;采用DFT方法研究碘代芳烃反应的机理;检验不同PCM溶剂模型的准确性，并通过优化Amber力场电荷的方式提高力场的精度;开发优化MAP力场。 在研究二氧化碳还原为甲烷的机理及其相关工作当中，我们采用了DFT方法中的M052x/6-31G*方法来研究相关反应的具体机理。整个二氧化碳催化还原过程可以分为三个部分:第一部分是二氧化碳被催化剂催化活化的过程，在该步骤二氧化碳被化合物1([TMPH]⊕[HB(C6F5)3]θ)活化进而生成离子对2([TMPH]⊕[HC(=O) OB(C6F5)3]θ;第二部分是离子对2在催化剂B(C6F5)3的催化下进一步加氢还原的过程，在该过程中离子对2与被催化剂B(C6F5)3活化硅烷发生反应并进一步还原生成硅烷5(HC(=O) OSiEt3)，与此同时催化剂1重新回到体系中，形成一个循环;第三部分是硅烷5在催化剂的作用下还原生成甲烷的过程，在该过程中5首先与一分子被硼烷B(C6F5)3活化的硅烷4发生反应，生成中间体6，并放出催化剂B(C6F5)3，从而完成第二步催化循环，然后6又与两分子4发生相同的催化还原反应，并最终生成CH4。在这三步氢转移的过程均是SN2反应，在该反应中B(C6F5)3起到了催化剂的作用，而催化剂1并没有参与到反应中。通过SN2的反应途径进行反应可以最大化的降低体系中空间位阻的影响，从而使得亲电以及亲核反应更容易进行。 在研究碘代芳烃反应中，我们同样采用了DFT的方法来研究相关反应的机理。经过推导我们提出了以下机理:首先双氧水在CeO2的催化下生成羟基自由基，羟基自由基具有较强的氧化性，并进一步的将碘分子进行氧化活化生成IOH分子。然而由于IOH中的I的正电荷密度较低，导致其亲电性不强，无法进攻苯环生成对应的碘代芳烃，而且该反应只有在酸性条件下可以发生反应，在碱性条件下无法发生反应，所以我们推测IOH首先与环境中的H+离子发生反应，从而得到反应活性更强的IOH2+，并通过理论计算的方法验证了IOH2+能够很容易的将苯环活化。最后我们通过测试体系环境中的各种粒子对反应的影响，最终发现在IOH的协助下，经过IOH2+活化苯环能够进一步脱H，并完成相应的碘代反应，然后IOH2+则从体系中游离出去，从而完成一个催化循环。 由于PCM溶剂模型对溶剂计算的精度有着很大的影响，所以我们对不同溶剂模型进行了一系列的计算，力求找出其中最好的溶剂模型。由于Amber力场中所采用的原子电荷是通过HF/6-31G*计算而得到的，就目前而言，该方法的精度太低了，所以我们通过替换Amber电荷的方式，试图进一步的优化Amber力场的精度。通过使用量化软件G03及G09搭配常见的PCM溶剂模型以及分子动力学软件Amber搭配MM-GB模型计算15种氨基酸侧链类似物的水合自由能，总共得到了2668组数据。以实验数值为标准，对这些数据分析发现:1）在G03中IEFPCM/UAKS溶剂模型的结果在所有结果中最好;2）G09中的SMD模型要比G03/IEFPCM/UAKS的精度低一些;3）当使用Amber默认的电荷时采用GB7溶剂模型与mbondi2溶剂半径时所得的结果是最优的，其MAD±SD为1.01±0.67kcal/mol，但是如果采用替换RESP电荷的方式，使用量化方法在MP2/6-311++G**级别生成的RESP电荷能够极大的提高GB模型的精度，其MAD±SD进一步减小为0.78±0.58kcal/mol;4）通过QM计算从溶剂条件下获得的RESP电荷的精度要比从气相下获得的RESP电荷的精度要低。如果要采用相应溶剂下的RESP电荷则需要重新优化对应的GB参数。 在采用优化后的RESP电荷基础上为了进一步提高力场的精度，我们提出了基于氨基酸主链二面角势能面的力场，即通过量化计算来获得氨基酸主链的二面角势能面，并以此为基础进行相关的力场优化。优化后的MAP力场的精度得到了大大的提高。传统的Amber力场精度最高的Amber99SB力场与MP2/6-31G**的结果相比较其RMSD为2.24，而经过层层优化后的MAP力场的精度达到了0.82，这意味着在计算氨基酸四肽体系时MAP力场的精度甚至要比某些量化方法（如B3LYP）的精度都要高。