迅速发展的量子化学和理论计算方法使得通过理论计算来深刻透彻的解释有机化学反应过程的机理及其变化规律成为现实。本论文的主要内容是运用基于量子化学平台的理论计算方法研究过渡金属络合物和非金属催化剂(受阻路易斯酸碱对)参与的有机反应机理以及化学成键本质,基本内容分为以下几个方面:第一章简要介绍金属与非金属催化剂参与的反应机理与化学成键本质的理论介绍;第二章对理论基础和计算方法进行介绍;第三至五章为本人硕士学位学习期间在安徽大学化学化工学院的主要科研工作。其中:第三章以钌催化的电性不匹配的双烯烃与亲双烯体底物的狄尔斯阿尔德反应为研究对象,运用经典的M062X密度泛函方法及基组分层计算模型系统研究了其机理细节。通过对各种不同可能反应路径能量需求的比较及对反应历程中关键中间体及过渡态的结构及电子性能分析,我们最终推导出该反应的最可能反应路径,并在此基础上深入探讨了不同取代基对该反应的影响,阐述了取代基效应,拓宽了该类型反应底物的范围。该论文发表于RSC Adv.,2017,7,30618。第四章以一系列非金属络合物(非金属中心包括P-B,P-Al,N-B等)与氢气的反应为研究对象,运用密度泛函方法(M062X)研究了各种不同反应的机理细节及其内在规律性。通过对不同非金属中心的FLP催化氢化的机理分析比对,我们发现各种非金属的FLP催化剂与氢气的反应机制相似。都有两种不同的机理历程:一类是σ(H2)成键轨道提供电子对应Lewis酸(LA)的空轨道,同时σ*(H2)反键轨道接受Lewis碱(LB)的孤电子对,而实现H2的异裂完成氢化,另一类是H2先与LA结合成三中心两电子的复合物[H2-LA],然后该复合物中的H-H σ键发生异裂中的质子氢转移至LB上完成氢化。该论文待发表。第五章在M062X/def2tzvp水平上通过键长,NBO电荷和键级,以及成键分析的工具LOL和AdNDP的分析方法对三种含Xe复合物XeO4,Xe(NH)4,Xe(CH2)4进行了成键分析。从理论的角度解释了这三类复合物的成键本质。该论文待发表。以上工作中均采用理论计算方法对反应机理细节及其内在规律性进行研究,在理论结果与实验数据实现良好匹配的情况下,验证了理论方法在反应机理研究中的可行性,也为人们提供了很多其他实验方法无法获得的机理信息,比如关键中间体、过渡态的结构以及直观形象的机理图像等。本论文的研究成果有望为我们未来设计和开发新的金属有机化学反应及新催化体系提供理论支持与指导。