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量子化学和理论方法的发展使得通过计算深入理解有机化学成为可能。本论文中的主要工作是计算有机化学在预测π亲核试剂的亲核参数和研究自然化学连接反应的详细机理方面的应用。在第一章中,对计算有机化学的背景和常用方法(主要包括分子力学方法、Hartree-Fock方法,后Hartree-Fock方法和密度泛函方法)进行了简介。在第二章中,我们发展了一种从头算理论方法,通过过渡态理论预测π亲核试剂在二氯甲烷中的亲核参数。优化的理论方法BH&HLYP/6-311++G(3df,2p) //B3LYP/6-311+G(d,p)/PCM/UAHF可以在1.14个单位的误差范围内预测结构各异的π亲核试剂,因此可用于预测实验上无法表征的化合物的亲核参数。由第一性原理首次成功预测亲核参数使得我们曾够深入分析亲核-亲电反应中的静电、空间和溶剂化能。我们发现溶剂化能对Mayr等式的成立是无关紧要的。另一方面,E、N和logk值与前线轨道能量之间的相关性表明静电/电荷转移相互作用对Mayr等式的成立起着很大作用。在亲电试剂-亲核试剂反应的过渡态的反应C-C键长和反应活化能以及E、N参数之间存在着出人意料的相关性,这表明空间作用也对Mayr等式的成立很重要。随后我们发展了一种方法分离亲核/亲电相互作用时的吸引能和排斥能,发现吸引能与(N+E)相关而排斥能与s参数相关。在第三章中,我们用理论方法系统研究了自然化学连接反应的详细机理。对以肽烷基硫酯和半胱氨酸为反应物,芳基硫醇为催化剂的自然化学连接反应,硫醇-硫酯交换步骤和转硫酯化步骤都经历阴离子协同的S_N2取代机理进行,而分子内重排则经历一个加成-消除的反应过程。反应的决速步是硫醇-硫酯交换步骤。这种理论方法随后被用于研究一个辅基辅助的肽片段连接反应。对肽苯硫酯和N-2-巯基苄基肽的反应,硫醇-硫酯交换步骤和分子内酰基迁移步骤都经历协同的S_N2取代机理进行。硫醇-硫酯交换步骤的反应能垒与C端氨基酸侧链的空间位阻相关而酰基迁移步骤的反应能垒则取决于N段氨基酸侧链的空间位阻。这些研究不但能够重现实验化学中的一些结论,而且能够提供很多实验上无法获得的信息。本论文的研究成果会为有机合成化学和生物有机化学的发展提供重要支撑。