许多第四主族重金属元素类烯烃化合物都不是经典的平面结构。它们更易形成锥型的反式弯曲结构。乙烯是平面结构,而大部分C=M和M=M（M=Si,Ge,Sn等）类烯烃都呈反式弯曲的非平面结构。这种有趣的化学键引起了理论化学家的极大兴趣。为了解释这种现象,理论化学家们从各个角度研究了这种结构的成键性质及其稳定性:Apeloig和Karni提出了碳上π-电子给予取代基的反向极化效应。他们认为正是这种效应促进了硅烯的稳定性。Carter和Goddard,Malrieu和Trinquier从理论上详细的解释了R₂X=YR₂的结构和成键性质。Chen Wei-Chih等人对A₂Si=SiH₂,A₂Ge=GeH₂,A₂Si=GeH₂,A₂Ge=SiH₂的取代基效应进行了理论研究。他们的研究表明,当取代基的电负性越大时,△E_ST的值就越大,这将减弱π键的强度从而增大了弯曲结构的弯曲程度。另一方面,从他们的计算可以预言,一个电正性更大的取代基将使得△E_st更小,导致π键强度的增加。越小的单-三态分裂能使得双键分子的热稳定性更高,从而使得这种化合物的合成变得更容易。Ottosson从理论上验证了硅烯（H₂C=SiH₂）碳上的π-电子给予取代基使硅原子端结构锥型化。最近,Cheng和Chu^[22,23]用密度泛函理论计算讨论了含C=Si和Si=Ge的类烯烃中π取代基对其结构的影响。他们研究的结论是在硅烯中碳原子上的取代基比硅原子上的取代基更能引起硅原子端的锥形化。总之,取代基对第四主族双键化合物的结构和热稳定性的影响已经引起了几代化学家的广泛兴趣。本文以分子轨道理论、过渡态理论和量子力学等理论为基础,利用密度泛函理论（DFT）、自然键轨道（NBO）分析方法,对第四主族重金属类烯烃R₂Ge=CH₂和R₂C=GeH₂,R₂Sn=CH₂和R₂C=SnH₂进行了理论计算和分析,讨论了取代基对此类化合物的结构的影响。研究发现π供电子取代基在碳上时更能引起分子结构在重金属端的弯曲。碳原子上的π-电子给予取代基的给电子效应越强,R₂C的单-三态能量差越大,π-电子的反极化效应就越强,使得化合物的结构在重金属端发生的弯曲越明显,从而使得反式弯曲结构更稳定。全文共分五章。第一章概述了量子化学及烯烃的研究进展和研究现状。第二章简要介绍了基本理论,主要包括过渡态理论、从头算分子轨道理论,密度泛函理论、系间窜越的选择规则。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方法。在第三章主要进行了R₂C=GeH₂和R₂Ge=CH₂结构与成键特征的理论研究。第四章研究了取代基对C=Sn化合物的结构及其性质的影响。