本论文的研究目的在于利用量子化学计算方法和电子密度拓扑分析方法研究含N自由基阳离子、星际分子及分子离子的结构和电子密度拓扑性质。研究了分子离子ESR谱的超精细结构及离子中各个原子的超精细耦合常数和电子自旋密度,为电子自旋顺磁共振波谱实验的深入研究提供了理论基础。本论文的研究分两部分:第一部分是一系列以N为中心的自由基阳离子中N的超精细耦合常数（Hyperfine Coupling Constants简称hfcc）与N的自旋密度（spin density简称sp）之间的规律的研究,找到在超精细耦合常数和自旋密度之间存在着很好的线性关系。第二部分使用三种不同的计算方法研究了CH₃OH、CH₃SH、CH₃CN、CH₃NC、CH₂CHCN、CH₃CH₂CN及其各自的分子离子的超精细结构,预测了它们的稳定构型,同时对它们进行了电子密度拓扑研究。全文共分六章进行论述。第一章对近年来国内外关于含N的有机自由基阳离子和星际分子离子的理论研究和实验研究的现状进行了综述。第二章对量子化学计算的基本原理与量子拓扑学理论的发展历史和研究现状进行了简单的回顾和介绍,同时阐明了电子自旋共振谱（ESR）的基本原理。第三章分别使用B3LYP和MP2方法对含N的有机自由基阳离子进行了构型优化,得到了它们的稳定构型,同时计算了各自由基阳离子中N的超精细耦合常数和自旋密度,找到了二者之间存在线性关系。第四章分别使用B3LYP、MP2、QCISD三种计算方法讨论了不同对称性的CH₃OH、CH₃OH⁺、CH₃OH^-、CH₃SH、CH₃SH⁺、CH₃SH^-的超精细耦合常数,并对它们进行了电子密度拓扑分析。第五章分别使用B3LYP、MP2、QCISD三种计算方法讨论了不同对称性的CH₃CN、CH₃CN⁺、CH₃CN^-、CH₃NC、CH₃NC⁺、CH₃NC^-的超精细耦合常数,并对它们进行了电子密度拓扑分析。第六章分别使用B3LYP和MP2方法讨论了不同对称性的CH₂CHCN、CH₂CHCN⁺、CH₂CHCN^-、CH₃CH₂CN、CH₃CH₂CN⁺、CH₃CH₂CN^-的超精细耦合常数,并对它们进行了电子密度拓扑分析。本论文的创新点:1、发现了含N有机自由基阳离子中N原子的超精细耦合常数和电子自旋密度存在着很好的线性关系。2、预言了可能存在于星际空间的星际分子离子的稳定结构和分子离子中原子的超精细耦合常数,为未来的射电天文学观测和新星际分子的发现提供了一些新的理论信息。3、使用电子密度拓扑分析方法研究了可能存在的星际分子离子中各个原子的电子自旋密度和积分净电荷。