过渡金属催化的脂肪族化合物C（sp³）-H键胺化反应为制备吡咯烷及其衍生物提供了一种简捷、高效的合成方法。从微观和分子水平上,通过对催化反应及其相关过程中化合物结构性质关系和基本规律的深入研究,可以使化学家从多个角度认识催化反应的微观作用本质,为完善和设计构筑具有特定功能的新催化剂和化学反应提供理论基础。本论文通过密度泛函理论计算系统地研究了一类螯合铁络合物催化的脂肪族叠氮化物分子内C（sp³）-H键胺化反应。理论计算结果表明,该催化反应是通过以下路径完成的:首先配体与底物发生交换反应得到具有反应活性的Fe（Ⅱ）催化剂,接着该催化剂被底物氧化成Fe（Ⅲ）亚胺自由基并释放氮气,随后发生分子内的H迁移完成C-H键的活化并得到烷基自由基,最后自由基重新键合得到目标产物,催化循环完成。反应过程中使用Boc₂O对吡咯烷的胺基进行保护,同时保证催化剂的重新释放,在未加入Boc₂O的情况下,体系几乎失活,因此本论文亦研究了Boc₂O作为添加剂在催化循环中发挥的作用。该催化反应的实验结果表现出高度的化学选择性:铁催化的C（sp³）-H胺化反应正常会得到五元的吡咯烷类产物,随着乙烯基和叠氮基之间链长的增加,反应会得到六元环产物,但是当乙烯基和叠氮基之间链长继续增加,反应产物又回到五元吡咯烷。针对这种特性,理论研究发现,反应底物活化位点的不同决定了产物环尺寸的大小,而活性位点的差异是由相应过渡态的电子效应和空间效应共同决定的。最后,机理研究过程出现的催化剂、过渡态和中间体中的Fe都是高自旋度的。本论文从分子水平上揭示了一类重要的铁催化C（sp³）-H键胺化反应的机制、活性和选择性,研究结果将为优化和设计新催化剂及其体系提供理论指导和预测。