在本论文中,使用量子化学方法对有关挑战性化学问题的三个不同主题进行了研究。在第一个中,研究了柱[5]芳烃结构和旋转能垒对庞大烷基取代基的依赖性。柱[5]芳烃是一种含有在对位上通过亚甲基桥连接的二取代氢醌单元的新型大环,由于在超分子化学中作为用于制备主-客体络合物的有趣候选物而引起广泛关注。通过边缘取代和在边缘两侧维持有序取代基排列的官能化对于开发新的基于柱芳烃的材料是非常重要的。为了系统得开发新的柱芳烃材料,必须控制穿过柱[5]芳烃的旋转氢醌单元的边缘反转过程。在我们的研究中,我们使用密度泛函理论（DFT）结合混合M06-2X功能研究了不同类型的对苯二酚取代基对旋转能量分布的影响。本研究研究了过渡态势垒上旋转机制和不同局部极小值的非极性烷基取代基（-CH₃,-CH₂CH₃,-CH₂CH₂CH₃,-CH（CH₃）₂,-CH₂CH₂CH₂CH₃,-CH₂CH=CH₂,-CH₂CH≡CH）。对于烷基系列,由于增加的稳定分散相互作用,从甲基至正丙基,势垒显著减低;而对于正丁基,势垒再次升高,因为取代基碳链不能很好地适合于空腔从而旋转通过。第二个主题涉及对离子液体（ILs）的研究。离子液体（IL）是液态的盐,已被认为是新型溶剂。由于其非挥发性和不可燃性,它们可以作为常规挥发性有机溶剂的绿色替代品。在这项工作中,我们使用密度泛函理论对三种离子液体体系进行理论计算,以研究它们的性质:第一种是[emim][₄]体系,由1-乙基-3-甲基咪唑鎓阳离子[0)8)4)8)]⁺和乙基硫酸根阴离子[₄]^-组成;第二种是[emim][TFA]体系（TFA,1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐）;第三种是[emim][TFO]体系（TFO,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐）。这些选择归因于起初与德克萨斯理工大学（美国）化学工程系实验者的合作。从单体到成对、三重和四极水平,我们研究了结构、原子和组合电荷、静电势图和相互作用来详细描述这些体系的结构特征。第三个主题涉及一项关于应变二烯和邻醌之间环加成的研究,该研究是与Zuilhof教授组合作进行的。点击化学的出现对化学科学的几乎所有分支产生了深远的影响,反电子需求的Diels-Alder反应包括四嗪-反式-环辛烯（TCO）/环丙烯单击,应变促进的炔-硝酮环加成和菌株促进氧化控制的环辛炔-1,2-醌环加成（SPOCQ）。形变-结合能模型已成功应用于所有类型的反应。在这个项目中,我们选择了一组反应,从理论上研究了那些使用从头计算（SCS-MP2）和单点计算CCSD（T）的反应和类似反应。通过对活化能,活化焓,不同相和不同基组,外推相关能的计算分析,我们可以进行形变-结合能分析,找出这些反应之间的规律。