利用不同的催化剂催化相同反应物合成不同的产物是目前化学实验中非常重要的一个研究领域。环状化合物是非常重要的一个结构，它广泛存在于天然产物和工业产物中。同时它还是合成芳香环，碳多元环和许多杂化化合物的基本结构。因此关于此类化合物合成是目前非常热门的一个研究热点。本文以分子轨道理论，过渡态理论和量子化学理论等为基础，利用密度泛函理论(DFT)，极化连续模型(PCM)和自然键轨道分析方法(NBO)，对所研究的体系选择适合的基组，通过计算找出反应中各物种(包括过渡态)的优化构型，进而得到体系的势能面，光谱数据，热力学数据和轨道的有关信息，利用这些数据综合分析反应机理的问题，为进一步的实验研究提供了理论依据。 全文共分六章。 第一章综述了过渡金属催化合成环状化合物反应的研究进展及本文主要工作。 第二章概述了本文主要研究工作的理论背景和计算方法。前两章主要概括了本文工作的理论背景和理论依据，为我们的研究提供了可靠的量子化学知识。 第三章利用量子化学的密度泛函方法研究亲核试剂存在下金催化环丙基酮开环合成多取代呋喃的反应机理。最后我们得出以下结果：标题反应的催化过程可以分为以下几步，首先羰基和碳碳三键的成环反应形成一个稳定的氧正离子和碳正离子的共振结构2a，然后亲核试剂进攻2a通过一个氢迁移反应形成最终的产物(5和8)同时重新释放出催化剂。而亲核试剂甲醇进攻环丙烷结构中的C—Cσ键通过过渡态TSa2和TSa4形成两个新的有机金中间体的这一步是决定反应速率的一步。而且，C1-C2键的断裂只需要19.8 kcal/mol的能量，C1-C3键却需要31.8 kcal/mol的能量。这说明环丙烷基酮在金催化剂作用下开环合成呋喃形成的产物具有高度的区域选择性。我们的计算结果与Schmalz等得到的实验结果非常吻合。 第四章利用量子化学的密度泛函方法研究了钯催化亚烷基环丙基酮开环的反应机理。通过计算我们得出以下结果：标题反应的催化过程可以分为以下几步：对H取代基的反应来说，首先碳碳双键和羰基氧原子与钯原子之间的配位作用形成一个四配位的中间体1a然后经过一个分步的过程形成中间体3a，最后通过两个氢迁移反应形成最终的产物同时重新释放出催化剂。而Pd原子第一步抽去H原子的氢迁移过渡态是决定反应速率的一步。对Cl取代基的反应来说，也是碳碳双键和羰基氧原子与钯原子之间的配位作用首先形成一个四配位的中间体1a-Cl然后经过一个分步的过程形成中间体3a-Cl，最后中间体3a-Cl经过一个无势垒的过程直接脱去取代基Cl得到产物和催化莉。我们的计算结果与Ma等得到的实验结果非常吻合。 第五章利用密度泛函的B3LYP方法对钌配合物催化烯烃分子内不对称环加成反应进行了详细的量子化学研究。我们得出以下结论：1)RC-O和RC-N要比RC-CO中间体分别稳定3.9和3.4 kcal/mol，同时从RC-O到RC-H2O的配体交换反应的焓变为2.3 kcal/mol，这说明所假设的四个中间体中比较稳定的应该为RC-O和RC-N中间体；2)不管是RC-O，RC-N还是RC-CO，PR1的形成过程都是一个比较容易的过程，相比而言PR2的形成是一个比较困难的过程。产物PR1的形成是通过一个相互竞争的加成反应，不仅通过RC-O而且还通过RC-N中间体。从RC-O中间体转化到RC-CO中间体需要3.9 kcal/mol的能量，因此，产物通过RC-CO这个中间体的通道是一个比较困难的通道；3)虽然RC-H2O也是假设的一个中间体，但是不管从热力学还是动力学的角度出发都是一个比较困难的反应路径。 第六章利用密度泛函的BHandHLYP方法对标题反应进行了详细的量子化学研究，我们得出以下结论1)对于卡宾和烯烃的环加成反应，负电子的取代基或者π电子给予体的取代基对反应的势垒有着非常大的影响。也就是说对TME来说需要较低的活化能就可以完成环加成反应，而对ACN来说，却需要较高的活化能去完成环加成反应。卡宾碳原子进攻ACN和TME的C2原子是反应的主要反应通道，通过这两个通道主要形成的是syn/anti的混合产物；2)随着溴负离子的加入形成碳负离子的数量越来越多从而提高了环加成反应中的亲核选择性，因此碳负离子更倾向于进攻ACN的C2原子通过一个分步的过程给出最终的产物，也就是首先通过一个“Michael”加成反应的不对称过渡态形成稳定的碳负离子中间体，然后这个碳负离子再经过一个几乎无势垒的成环过渡态形成最终的产物；3)我们的计算结果与实验结果完全一致，对TME来说，最终的产物只是卡宾和TME加成得到，而碳负离子几乎不会和TME发生加成反应，而对ACN来说，最终的产物不仅仅可以通过卡宾与烯烃的加成反应还可以通过碳负离子与ACN之间的分步反应来形成最终产物。也就是说，对于ACN来说，卡宾和碳负离子和它的加成反应在溶剂四氢呋喃中是一个同时发生的过程。