相对于过渡金属,主族元素的可用价层轨道较少,又被成键电子对或非成键孤电子对不同程度地占据。这一局限使得主族元素无法像过渡金属一样容纳数量可变的未配对电子,从而不易形成稳定的络合物。然而,随着实验合成技术水平的提高,越来越多的主族元素络合物被发现并分离出稳定产物,主族元素表现出与过渡金属相似的性质,其中卡宾类似物最具典型特征。卡宾是很多反应中重要的中间体,作为稳定物质已经被分离并得到较为充分的研究,但是人们对卡宾的较重类似物了解相对较少。14族较重主族元素（硅、锗、锡等）与碳元素在成键特征上有很大差异,碳化学的经验规则并不完全适用于这些同族的重元素。基于与实验的合作研究,本文关注锗卡宾类分子中锗的成键,对实验中新合成的低配位锗卡宾络合物以及衍生物,通过精准的量子化学计算,结合化学键模型和波函数分析方法,对其成键方式和稳定性进行详细研究,深入理解此类物质的结构特性,为精准合成新型分子提供理论依据。本论文主要分为四个章节。第一章为绪论,介绍主族元素络合物的特点,着重于锗卡宾络合物和锗卡宾衍生物Ge5R4的研究现状。第二章为理论基础和分析方法,主要介绍本文涉及的密度泛函理论（DFT）和波函数分析方法,包括键级分析、ELF分析、AIM分析、软度分析等。第三章运用波函数分析方法解析低配位锗卡宾络合物的成键特征。本章详细讨论了通过简易盐复分解反应得到可分离的锂、铁和硅-锗烯络合物的成键特征与分子骨架稳定性。本工作通过不同泛函和基组对化合物进行优化,与实验晶体结构进行比较,选择合适的计算方案。利用波函数分析方法和化学键模型对结构进行分析,推断锂、铁、硅与锗烯之间的主要相互作用分别为离子相互作用,极性共价作用和非极性共价作用。同时分析了侧基对整体骨架和价键成分的影响,给电子基的共轭效应使锗成键轨道离域程度更加明显,锗成键时更多电子集中于p轨道。结合HOMO轨道和NICS分析,可以看出中心环C3NGe环的强芳香性增强了低配位锗卡宾络合物的分子骨架稳定性。第四章基于量子化学计算方法分析锗卡宾衍生物Ge5R4（R=H、CH3、Si Me3）中多个锗原子之间相互作用,预测稳定的异构体构型。实验中已得到的稳定Ge5R4的主体骨架只有两类:金字塔结构与螺环结构,然而对于其他异构体的稳定性以及合成可行性尚未有实验数据与理论的确切论证。我们利用自由能、ELF、AIM和软度,通过分析自由能的相对能量、成键方式、键强度、反应容易程度,对比已有的实验结果,预测潜在的新型异构体,并且简单讨论了随着侧基的加大,重取代基对主骨架的稳定作用。