在过去几十年,随着对碱土金属元素的结构和化学性质越发深入的认识,科学家合成了一系列+2甚至+1氧化态的有机碱土金属化合物,这些碱土金属化合物由于具有更低的价格和更小的毒性。随着科研技术的进步,最近几年被科研工作者用于各种常见的有机合成反应中。在这些碱土金属催化剂中,最常用的为二亚胺类碱土金属化合物,该类化合物作为催化剂已经应用于许多的反应中,但是对其物化性质和反应机理却很少有人研究。鉴于此,我们利用密度泛函理论方法探究了碱土金属氢化物的金属杂环的芳香性和其催化硼胺去氢偶联反应的机理。本文主要分为以下三个部分:一、碱土金属氢化物的金属杂环的芳香性研究我们通过利用键长平均化、NICS和AICD三种芳香性判据对β-二亚胺碱土金属氢化物的金属杂环进行芳香性研究。通过计算研究得到以下主要结论:该金属杂环的C-C键和C-N键都分别介于其标准单双键长之间,NICS值的绝对值都较小,并且在环平面上没有形成明显的环电流,因此我们认为β-二亚胺碱土金属氢化物的金属杂环是非芳香性的。二、碱土金属催化硼氮脱氢偶联反应的机理研究我们通过理论计算探究了碱土金属催化硼氮脱氢偶联反应的机理。并且提出了碱土金属催化的N-H和B-H键活化和B-N键形成的σ键复分解反应路径。在该路径中,脱氢的过程是该反应的决速步,与直接σ键复分解过程相比,该催化过程活化能显著降低,这主要归因于较弱的Mg-H键。此外,我们还对铍,钙和锶的催化过程进行了探究,结果表明,钙和锶具有较高的催化活性,活化能主要归因于Ae-H键的形成。然而,由于铍的原子半径较小,空间位阻较大,金属性较低且Be-H键较强,因此无法催化该反应。三、碱土金属催化亚胺硼氢化反应的机理研究我们通过理论计算系统研究了碱土金属催化碳二亚胺硼氢化反应的机理。计算结果表明,在这个反应中主要是由空间位阻导致镁与钙和锶的反应路径不同。我们首先研究了镁催化中硼氢转移的多条不同路径,计算结果表明氢转移经过一个六元环状过渡态时,硼氢直接转移到镁上为最优路径。此外,我们还通过理论计算拓展预测了钙、锶等其他碱土金属催化剂的情况。研究结果表明,和镁催化氢化反应不同,钙、锶参与反应的活性催化物种是氢转移后所生成的对应的氨基金属络合物。并且计算结果表明,如果使用钙、锶复合物作为催化剂将会获得更温和的反应条件。