金属杂环化合物作为公认的金属有机化合物中重要的一类,应用广泛,尤其是在各种结构化学催化过程中起到很重要作用。传统的金属杂环化合物发展较为迅速,例如金属苯,金属吡啶、金属呋喃等。而近五年才发现的新型金属杂芳香体系,即金属杂戊搭炔和金属杂戊搭烯及其衍生物,其相关理论研究却并不完善。因此,本论文运用密度泛函方法对此类新型的金属杂环化合物的芳香性进行系统的研究,以期帮助理解和促进更多金属杂多环化合物的合成。主要内容包括以下四个部分:第一章为绪论,主要介绍了芳香性的发展和判据标准,其次介绍本论文涉及的关于σ-和M?bius芳香性,以及金属杂芳香环的反应性和芳香性研究现状。最后在此基础上阐述本文的研究动机。第二章,理论研究金属钌杂戊搭烯并环丁二烯和金属锇杂戊搭烯并环丁二烯的芳香性。结果表明,含有4d的钌金属碎片较5d的锇碎片对反芳香骨架获得意外更高的稳定作用。并且,在此两类化合物中,金属杂环丁二烯的1-3间位的金属-碳键之间的相互作用忽略不计。第三章,实验上通过芳香到反芳香逆转的方法合成平面反芳香的锇杂戊搭烯并环丙烯。理论计算分析表明,确认合成的产物为首例具有[4n + 2]π-电子Craig类型的M?bius反芳香化合物。并且发现季燐取代基对这种反常的芳香到反芳香转变起着重要作用。第四章,通过分子轨道和价键理论评估不饱和环丙烯的σ-芳香性。结果表明,环丙烯中σ-芳香性主要归因于较短的碳-碳σ-键。将体系拓展至完全不饱和的亚甲基环丙烯和锇杂戊搭烯并亚甲基环丙烯的三元环中,首次发现σ-芳香性在完全不饱和体系占据主导地位,此结果扩大了σ-芳香性的研究范畴。