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苯并呋喃由于具有抗癌、杀菌和杀虫等多种生物活性,常常被用于治疗癌症、心血管疾病、糖尿病、偏头痛、痴呆和抑郁症等疾病。因此,苯并呋喃类化合物在医药学领域具有非常广阔的应用前景。本文采用密度泛函理论的M06方法系统地研究了过渡金属催化合成苯并呋喃衍生物的详细反应机理,主要内容如下:一、简述了制备苯并呋喃类化合物的多种实验方法和研究意义。二、介绍了本文进行反应机理研究时所涉及到的从头算自洽方法、密度泛函理论、过渡态理论和计算软件的应用。三、对钯催化C-H活化环化合成5-羟基苯并呋喃衍生物的反应机理进行了详细的研究。根据Pd（OAc）2与反应物分子反应先后顺序的不同提出三种可能的反应机理,即机理A、机理B和机理C。通过密度泛函方法计算研究,得出机理A最为可行,即Pd（OAc）2先与一分子苯乙炔反应,再与苯醌反应,最后与另一分子苯乙炔反应。在机理A中,首先Pd（OAc）2通过协同的金属化与去质子化（CMD）机理活化了苯乙炔中的C1-H1,接着与苯醌（BQ）配位构建Pd-H键生成Pd（II）-氢化物6,再经过分步的氢迁移把H原子从中心Pd原子迁移到BQ的O原子上生成中间体11。从中间体11开始存在两种可能的路径a和b。在路径b中,化合物11与另一分子的苯乙炔作用发生环化反应、苯炔基的迁移和催化剂再生,该反应需要克服34.29 kcal/mol能量,比先构建Pd-O键发生芳构化反应的路经a（46.46 kcal/mol）更为有利。整个催化循环的决速步为苯炔基迁移。该过程需要克服的能垒为34.29 kcal/mol。四、系统地研究了铑催化C-C键断裂和C-H键活化合成多取代环戊并[b]苯并呋喃类化合物的详细反应机理。基于实验反应条件,我们提出了[Cp*Rh OAc]+离子反应机制。根据催化剂[Cp*Rh OAc]+与底物查尔酮反应时活化位置的不同,提出了机理一（先活化O-H键）和机理二（先活化C-H键）。在机理二中,首先[Cp*Rh OAc]+活化了底物查尔酮中C-H键生成中间体B2,随后炔烃插入。从中间体B4开始,提出两条不同的催化循环路径。在路径A中,B4通过羰基插入生成化合物B5,然后依次发生O-H键断裂、β-C消除、烯烃插入、还原消除及催化剂再生最终得到目标产物product。在路径B中,从化合物B4开始,经过分子内[2+2]和反[2+2]环加成生成中间体B4’,虽然新形成的化合物B4’与炔烃插入反应后形成的B4结构一致,但是碳原子位置发生改变。之后依次经过羰基插入、O-H键断裂、β-C消除、烯烃插入、还原消除及催化剂再生最终得到目标产物product’。路径A和路径B的决速步都为β-C消除,该过程需要克服的能垒为23.25 kcal/mol。计算结果表明,机理二中的路径A和B分别要比实验提出的机理一中的都更为有利（36.09 kcal/mol和43.26 kcal/mol）。此外,为了进一步验证结果的可靠性,我们还研究了二氟乙炔作为反应底物的情况,结果表明该反应对含有不同取代基的底物具有普适性,与实验结论一致。