过渡金属催化、酶催化以及有机小分子催化是不对称催化合成领域的三大支柱。其中,有机小分子催化作为一类高效构建手性分子的重要策略,具有经济高效、绿色安全、原料易回收等优点,并广泛应用于有机合成领域中。然而,仅仅通过实验探究,并不能很好地揭示有机小分子催化的详细反应机理和立体选择性的起因。因此,通过理论计算的手段对有机小分子催化体系中存在的问题进行系统地研究是迫在眉睫的。本论文通过密度泛函理论（DFT）对手性硫/硒醚催化炔烃的硫醇化反应、手性1,1’-联二萘酚（BINOL）催化卡宾对C-B键的插入反应进行了研究,深入探究了详细的反应机理、立体选择性的起因以及催化剂的作用,并使用电子定域化函数（ELF）分析阐明了沿着关键过渡态的内禀反应坐标（IRC）的电子结构变化。此外,通过ONIOM（QM/MM）的计算方法对1-氢-3-羟基-4-氧代喹那啶-2,4-双加氧酶（HOD）催化氮杂环芳烃裂解反应的反应机理进行了系统地理论研究。本论文的第一章是绪论部分,首先对与本论文研究相关的理论计算化学基础知识进行了介绍,并简要概述了用到的计算程序以及各种分析方法等。随后,对涉及的手性硫/硒醚催化剂催化炔烃的硫醇化反应、BINOL催化剂催化硼酸的烯丙基化反应和几种常见的不含辅因子加氧酶等研究背景、主要研究内容和意义进行了简介。第二章到第四章是主要研究内容,其中第二章研究了手性硫/硒醚催化剂催化炔烃的硫醇化反应的反应机理、立体选择性的起因以及催化剂的作用。第三章探究了BINOL不对称催化卡宾插入C-B键的详细机理和立体选择性起因,并揭示了其催化不同底物的能量差异。第四章对HOD酶催化氮杂环芳烃裂解反应的反应机理进行了详细研究,提出了一个通过质子协同电子转移（PCET）活化氧气的机制。以下是第二到四章内容的简要概述:在本论文的第二章中,我们通过DFT计算系统地研究了手性硫/硒醚催化炔烃的硫醇化反应的机制,提出了构建轴手性产物的两种可能的路径（路径a和b）。其中,在能量上比较占优势的路径a包含了四个步骤:（1）催化剂活化亲电硫试剂形成了二硫阳离子中间体;（2）硫正离子与底物发生亲电加成反应形成三元环硫鎓离子中间体;（3）三元环开环形成联烯醌（VQM）中间体;（4）分子内环化反应并脱去质子,催化剂释放得到轴手性产物。ELF分析揭示了硫鎓离子中间体的电子结构,解释了 C-S键断裂的位点选择性。在对立体选择性决定步骤的探究中,生成S构型异构体路径需要克服的能垒低于R构型异构体路径,这与实验观测到的结果相符。进一步的NCI和AIM分析表明,N-H…O、C-H…O和C-H…F氢键相互作用的强弱决定了反应的立体选择性。通过构建几个具有不同取代基的轴向手性产物的外消旋化反应模型,结果表明反应中取代基（R）的体积是保持产物高轴向手性的重要因素,即取代基的体积与产物外消旋化能垒呈正相关。前线分子轨道（FMO）和ELF分析进一步探讨了手性硫/硒醚催化炔烃的亲电硫醇化反应的一般机制。此工作为设计构建具有高轴向手性化合物的有机催化策略提供了理论依据。在本论文的第三章中,我们通过DFT计算探索了 BINOL不对称催化卡宾插入C（sp2）-B键的详细机制及其立体选择性的起因。能量上占有优势的路径包括以下几个过程:首先,在BINOL催化剂和烷基硼酸酯之间发生两次酯交换过程形成了手性乙烯基硼酸酯。其次,卡宾插入乙烯基硼酸酯的C（sp2）-B键,同时伴随着地的解离。接下来,发生两次酯交换过程,解离出催化剂并释放出最终的产物。计算结果表明在整个反应过程中,卡宾插入到C（sp2）-B键为立体选择性决定步骤。AIM分析表明,C-H…X（X=I,Br）氢键作用的强弱影响了反应的立体选择性,并最终导致生成S构型的路径比生成R构型路径在能量上更占优势。第四章是用ONIOM计算方法研究了 HOD酶的详细催化机制。HOD双加氧酶催化活化氧气并裂解氮杂芳环反应的机理,包含四个主要步骤:（1）1-氢,-3-羟基-4-氧代喹那啶（QND）的去质子化,同时底物上的一个单电子转移到三重态的氧气形成三重态双自由基（O2·-和QND·）;（2）超氧阴离子自由基O2·-与QND·自由基重组形成过氧化物中间体;（3）通过闭环过程形成五元双环结构;（4）一氧化碳（CO）解离。在整个反应过程中,CO的解离过程是反应的速率决定步骤。我们计算的HOD酶催化反应的速率决定步骤的能垒（14.9kcal/mol）与实验估算能垒（15.5 kcal/mol）相近,说明我们的计算结果是合理和可靠的。该工作得到的反应机制有助于人们理解其它的不含辅因子的、以氧气为氧化剂的双加氧酶催化反应。本论文的第五章是对所研究的课题和计算结果进行了总结,并对未来研究工作进行展望。