自从罗纳德·霍夫曼提出稳定化平面四配位碳的策略以后,一些含有平面四配位碳ptC(planar tetracoordinate Carbon)的分子,平面五配位ppC(planar pentacoordinate Carbon)的分子陆续被报道。而关于含有平面六配位phC(planar hexacoordinate Carbon)的分子被报道的很少,这主要是由于碳原子半径较小又要求所有的配体都与碳原子在同一个平面内,随着平面配位数的增多,配体与配体之间及配体与中心碳原子之间的空间排斥相对较大,导致设计碳的平面配位数越高的分子越困难。本论文中,我们从含有平面六配位碳的分子D3h CN3Be3+出发,在密度泛函理论水平下研究了用第二主族中Mg和Ca,第四主族中的Si, Ge,Sn, Pb元素取代Be形成的新体系。结果表明(1)对于CN3Mg3+体系,我们发现含有phC的结构虽然不是势能面上的全局极小,但分子动力学模拟和最低开环反应能垒的研究表明phC的结构的动力学稳定性非常好,而那些能量比它低的异构体由于都是由两个相对独立的分子通过弱相互作用联系在一起的,因此很容易解离(对能量最低的几个结构进行的分子动力学模拟证明了这一点),即它们都是动力学不稳定的。因此作为动力学上稳定的含有平面六配位碳的分子CN3Mg3+可能在实验上实现。(2)对于CN3Ca3+体系,在对势能面搜索出来的分子进行进一步的优化发现,异构体相对能量排序发生了很大的变化。为了找出是方法的影响还是基组的影响,本论文中选了11个分子在五种方法和七种基组的组合下进行了优化并对优化后的异构体进行了能量排序,结果表明基组对异构体的相对能量排序的影响则是决定性的。本论文还研究了适合这个体系进行势能面搜索的理论等级,在B3LYP/6-311G(2df)等级下,搜索的异构体最全面。含有phC结构的分子是一个局域极小分子,在MP2/aug-cc-pVTZ理论等级下仅仅比全局极小分子的能量高4.09kcal/mol。(3)对于含有phC D3h CN3X3+(X=Si, Ge, Sn, Pb)的分子,本论文研究了phC可以在这几个分子中稳定化的原因,并研究发现用Si, Ge, Sn, Pb取代D3h CN3Be3+是一种“准等价”替换。我们还根据phC分子都有三对与单线态卡宾类似的孤对电子预测了这些分子在分子催化领域具有潜在的应用价值。本论文的研究进一步丰富了平面六配位碳的家族,为以后设计平面六配位碳分子提供了重要的目标分子,同时也为它们的实验合成提供了必要的信息。