气相有机金属化学体系是非常活跃的研究领域，部分原因是对这类体系本身的兴趣，但最重要的原因是裸的或络合的金属(特别是过渡金属)离子以及单个中性原子的固有属性可以在凝固态的反应机理控制和提高催化过程效率方面给出有用的信息.特别是在均相和异相催化反应中都比较难实现的烷烃中C-H和C-C键的活化反应都是非常重要的研究领域.为了提高催化过程的效率及有效利用在天然气的开发和燃料的给料过程中存在的巨大势能，必须更好的理解反应过程中的关键步骤及更完整的描述反应过程中可能出现的中间体.可以想象许多第一次进行的有烷烃参与的有机化学反应都是在气相中完成的.然而即使到了今天，虽然在许多典型的物质中存在的多数X-Y键都被研究过，例如用其功能基固定住金属中心的烷基衍生物中未活化的C-H和C-C键的裂解，但是这些过程并没有完全被理解依然是一种巨大的挑战.因此，对气相有机金属化学的兴趣一直在继续，而且这种吸引力没有丝毫的减少. 基于以下的原因，气相反应非常适合研究独立分子的基本性质和基元反应.气相反应是非常理想的反应条件，它不会受到在溶液中普遍存在的各种不利因素的影响，例如，离子对效应，溶剂笼效应和各种能破坏和更改催化剂活性的分子内或分子间的相互作用.高度真空条件的下有机金属物质的空间分散是气相反应的优点更加体现.为保持分子的影响和确定反应的最终产物，带电荷的粒子会有很大的帮助，所以大多数反应中都有带电荷的化合物. 本文分四部分共五章.第一部分包括第一章和第二章，主要内容是关于气相有机金属化学和理论计算的基本原则.第二到第四部分是本文的主要内容，我们将在下面给出简要的说明. 第二部分(第三章)是关于从头计算法对Sc+(1D)和乙烷反应的研究，我们主要关注的反应机理和化学热力学性质.主要用MP2方法以及6-31G(d，p)基组对本反应进行了研究.为了得到更精确的结果，对在MP2/6-31G(d，p)基础上优化的结构用四级Moller-Plesset微扰理论进化了单点能的计算.这个反应包括两个分反应，脱氢反应和C-C键的插入反应.为更好的理解反应的机理，我们对二级脱氢反应也进行了计算.最后的计算结果显示：比较脱氢反应和C-C键的插入反应的势能面，前面的反应占较大优势；脱氢反应的后续反应较优C-C键的插入反应的后续反应更容易进行；这两个分反应并不是孤立的，它们通过很多途径相互联系. 第三部分(第四章)我们对于V+(3F)和乙烷反应用DFT理论进行的研究，主要关注了反应机理和化学热力学性质.本反应用的方法主要是B3LYP和6-31G(d)基组，最后在B3LYP/6-31G(d)基础上优化的结构用B3LYP/6-311+G(3df，3p)方法进行了单点能的计算.这个反应也包括两个分反应，脱氢反应和C-C键的插入反应.最后计算结果显示：脱氢反应比C-C键的插入反应的势能面更平缓，而且要得到C-C键的插入反应的最后产物需要更多的能量；这两个分反应也有很多的联系. 第四部分(第五章)是关于DFT理论对Si+(2P)和乙烷反应的研究，我们主要关注的反应机理和化学热力学性质主要用B3LYP方法以及6-31G(d)基组对本反应进行了研究.为了得到更精确的结果，对在B3LYP/6-31G(d)基础上优化的结构又在B3LYP/6-311+G(3df，3p)水平上进化了单点能的计算.这个反应包括两个分反应，脱氢反应和C-C键的插入反应.因为上面有四个价电子，所以在反应过程中出了一个非常重要的中间体CH2Si+HCH3，Si+上面有三个共价键存在.最后的计算结果显示：对整个脱氢反应和C-C键的插入反应的势能面进行研究,Si+CH3是整个反应最主要的反应物；两个势能面之间存在相互联系.