本文运用量子化学计算方法，密度泛函理论研究了如下四个体系：(1)N-丁基氮杂-15-冠-5衍生物与碱金属: Li~+和Na~+的分子识别；(2)双冠醚与碱金属Na~+, K~+, Rb~+和Cs~+分子识别；(3)Z-均二苯代乙烯冠醚与碱金属Li~+, Na~+, K~+, Rb~+和Cs~+分子识别；(4)荧光器件均二苯代乙烯-4-冠醚。第一，基于N-丁基-氮杂15-冠-5母体环的一系列的不同端位取代基的臂式冠醚，用DFT//B3LYP/6-31G*方法进行计算讨论。气相中，金属配合物有两种稳定构型:“V”型的夹心结构(构型A)和线性的构型(构型B)。另外，利用NBO分析和IR光谱的方法，理论上推断出主-客体配合物分子间的相互作用。结果表明，气相中LCEs和金属阳离子(Li~+和Na~+)间的相互作用主要是离子-偶极作用，而阳离子-π电子的相互作用是不明显的。但计算结果与实验结果存在一定的偏差。第二，在B3LYP//6-31G/LANL2DZ水平上对二-3-苯并-15-冠-5和二-3-苯并-18冠-6（主体分子）与碱金属离子：Na~+, K~+, Rb~+和Cs~+（客体分子）的相互作用前后的最优结构、结合能及各种热力学函数进行讨论。另外，结合自然价键轨道（NaturalBond Orbitals, NBOs）分析，得到了主-客体间最主要的相互作用是给电子氧原子的孤电子对与碱金属阳离子的LP*轨道（单中心反键轨道）间强的静电相互作用。计算得到了两种不同类型的夹心型配合物：一是紧密型离子对、一是孤立型离子对。第三，B3LYP//6-31G/LANL2DZ水平上对顺-二苯代乙烯与碱金属离子(Li~+, Na~+,K~+, Rb~+和Cs~+)识别作用进行了研究。计算得到自由配体及其金属配合物的最低能量结构、结合能及热力学参数。NBOs分析得到相互作用的最主要的驱动力为供电子体O的孤对电子与碱金属的LP*(一中心价电子对)静电相互作用。另外，采用TD-DFT(含时密度泛函理论)计算得出各配合物的最大的吸收波长。计算结果表明：当碱金属离子并入冠醚环时，最大吸收波长发生了蓝移，且顺-二苯代乙烯冠醚是温和的碱金属离子识别试剂。最后，运用DFT与TDDFT方法在B3LYP//6-31+G*水平上讨论了发色团均二苯代乙烯冠醚衍生物与Li~+荧光作用。计算结果表明，均二苯代乙烯-4对Li~+有强荧光响应。当与Li~+作用后，两种异构体呈现出不同的荧光效应：顺式的荧光光谱发生了蓝移，并伴随有荧光增强效应；而反式化合物的荧光光谱发生了红移，且伴随着荧光猝灭效应。此外，配合物的光谱发生了大的斯托克斯位移(Stokes shift)。