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3，4-苯并芘是由一个苯环和一个芘分子构成的多环芳烃，是一种强致癌物质。苯并芘没有工业价值，作为生产过程中的副产物随废气排放。在目前已检测出的400多种致癌物中，有200多种属于多环芳烃类化合物，苯并芘就是其中的代表物质。早在1918年，人们就在实验中证实煤焦油中的苯并芘对实验动物具有很强的致癌性并于1933年首次从煤焦油中分离得到苯并芘。其他研究者陆续从炭黑、加工过的橡胶、大气灰尘、汽油和柴油发动机尾气、煤气、受污染的水中的牡蛎、烟叶及卷烟的烟雾中鉴定出3，4-苯并芘及其它多环芳烃。苯并芘不仅来自食物烧制烟雾或者烟熏食品中，食物自身加热时也会产生苯并芘。许多烃类化合物热解时，在热解产物中也检测到苯并芘。从来源分析，只有高温或者加热的情况下才会生成苯并芘，说明苯并芘是某些化合物热解的产物。苯并芘不仅具有强致癌性，它还能诱发哺乳类动物的动脉粥样硬化的形成，因而受到研究者的广泛关注。随着对苯并芘致癌作用机理研究的不断深入，研究对象也从小鼠等实验动物渐渐扩展到人类本身，由于苯并芘很强的遗传毒性所引起的DNA损伤DSBs和SSBs早有报道，其中DSBs被认为是最严重的DNA损伤之一，可导致基因突变和染色体重排。 对于苯并芘生成途径的机理推测有许多种，但都未得到证实。Badger基于实验现象推测得出的苯并芘形成的可能途径，反应初始物为乙炔，经过数步二分子聚合最后生成苯并芘。 本文利用量子化学计算方法在B3LYP及HF水平上，进行理论计算:(i)以TS或者QST2方法寻找乙炔聚合为丁烯炔反应的过渡态，通过内禀反应坐标(IRC)，寻找乙炔聚合为丁烯炔的反应途径。(ii)通过TS或者QST2方法寻找丁烯炔聚合为苯乙烯反应的过渡态，通过IRC计算验证了反应中各过渡态、反应物、产物及中间产物的连接关系。(iii)计算苯乙烯侧链双键加氢反应所需能量，以及乙基苯自由基与乙基自由基反应生成丁基苯所需能量。(iv)分别优化计算丁基苯、四氢化萘及二者反应产物，通过频率分析，计算反应的吉布斯自由能变化(△G)、能量变化(△E)。得到乙炔聚合为丁烯炔、丁烯炔聚合为苯乙烯的具体反应途径，得到其中各过渡态、中间体以及反应的能垒;并计算得到苯乙烯扩链反应、丁基苯与四氢化萘相互转化、丁基苯与四氢化萘反应生成苯并芘的能量变化情况。根据各步反应的能垒及能量变化情况，证明Badger所推测的高温或热解时苯并芘生成途径在理论上有存在的可能性。 为了更好地研究苯并芘的致癌机理，对苯并芘及其人体内代谢产物的分子结构进行量化计算分析，计算各化合物的能量、振动频率、静电势、分子结构等分子性质。并利用Discover Studio软件获得苯并芘及其代谢物的药效团特征参数:氢键供体、氢键受体、正负电荷中心、芳环中心、疏水基团、亲水基团等反应分子在与其它分子作用过程中主要作用的参数。从得到的优化结果来看，苯并芘分子的所有原子均在同一个平面上，而苯并芘的代谢产物中的取代基则与苯并芘分子表面成一定角度;苯并芘及其代谢产物的能量和偶极矩均存在显著差异，苯并芘本身偶极矩较小，但随着取代基的极性增大，苯并芘代谢产物的偶极矩有了明显增加。计算得到苯并芘及其代谢物静电势及电荷分布图，并使用Multiwfn对Gaussian优化输出文件进一步计算，得到各化合物分子静电势的极大值与极小值。计算结果表明苯并芘没有亲电中心，BaP7，8diol和BaP7，8epoxide只有一个亲电中心，而BPDE(Benzo(a)pyene7，8diol-9，10epoxide)具有两个亲电中心;四种化合物的亲电能力顺序为BPDE＞BaP7，8diol＞BaP7，8epoxide＞ BaP，BPDE具有最强的亲电子能力;使用Gaussian03程序对苯并芘及其代谢物在B3LYP/6-31G水平进行NBO分析计算，结果表明，BaP没有活泼的K区，双中心键的占据轨道能级相差很小。BaP7，8epoxide分子中的C4-C7、C5-C6、C8-C11、C11-C12、C12-C13等占据轨道能级较低，具有活泼的K区。BaP7，8diol分子中C2-O21、C3-O22、C11-C12、C16-C17等占据轨道能级较低，具有活泼的K区。BPDE分子中的C2-O21、C3-O22、C4-C5、C4-C7、C18-C19、C19-C20等占据轨道能级较低，具有活泼的K区。 利用Discover Studio Cdocker和CHARMm模块对苯并芘及其代谢物与DNA3MIP分子进行分子对接，并计算受体与配体之间的结合能。采用综合评定的办法，将-CDOCK能的均方根偏差、非键作用和亲和力作为考察分子对接结果的主要评价依据。发现在Cyt6，Cyt5，Ade4，Gua3，Cyt-3，Thy-2，Cyt-1，Adel等区域形成的活性腔是苯并芘及其代谢物结合的主要位点。对接结果表明，苯并芘及其代谢物可以嵌入DNA螺旋的小沟区域，与螺旋沟区中的碱基接触，形成复合物，并由此造成DNA的链损伤或复制过程中的碱基错配。从复合物的稳定性角度分析，BaP与DNA形成的复合物较不稳定，而BaP的三种代谢物均能与DNA碱基形成稳定的复合物，因此推测，苯并芘是一种前致癌物，其体内代谢物，尤其是BPDE具有强烈的致癌作用。 综上所述，本文利用量子化学计算方法，采用过渡态理论并结合反应能量来研究苯并芘的生成途径，利用分子对接方法研究苯并芘及其代谢物与DNA分子的结合方式及结合位点，研究结果对于提示苯并芘的生成途径及其致癌机理提供了有意义的参考。