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芳香性在文献中有着很高的引用频率。但是到目前为止，对芳香性始终没有一个准确的定义。芳香性使理论和实验之间建立了密切的联系。芳香性与分子的稳定性是密切相关的，因此研究分子的芳香性有着非常重要的意义。我们试图通过改变分子的结构，使分子从芳香性到反芳香性。含有四个吡咯，只是中间的桥联基团不同的一系列分子，我们预测它们的芳香性、稳定性和光谱性质也是有区别的。增加噻吩单体的链长和改变端基取代基可以对光谱性质产生影响。通过外推法，用单体的性质来预测聚合物的性质，这也是有着实际意义的。全文共分为六章：第一章为前言，概述了芳香性概念的发展历史、芳香性的量化标准和有机发光材料，以及本文研究的理论意义；第二章为基础理论方法，包括了分子轨道理论、电子相关作用方法（组态相关作用理论方法及微扰理论方法）、密度泛函理论方法、电子激发态理论、基组的选择、电子光谱以及分子间弱相互作用研究中采用的分析方法；第三章至第五章对几类大环共轭分子的磁性进行了详细的理论研究；第六章研究含有噻吩的共轭体系，利用外推法预测了聚合物的性质，并研究了链长增长和端基取代基对光谱性质的影响。具体研究内容介绍如下：1.我们用密度泛函理论在理论上研究了含氮卟啉，四苯基含氮卟啉和用氧、硫、硒原子的取代衍生物（2ONCP,2STPNCP,2SeNCP,2OTPNCP等）的磁学性质。2OTPNCP的最低能结构，处在对位上的苯基是交叉的。TPNCP,2STPNCP和2SeTPNCP,处在含氮吡咯临位和对位的苯基指向一个方向，另外两个苯基指向另一个方向。根据优化的稳定结构，我们计算了H化学位移和与核无关的相对独立化学位移。NCP和TPNCP通过三维垂直磁场的π电流密度通过了吡咯环的内部。对于被氧、硫和硒原子取代的衍生物电流密度通过两个吡咯环的外部。杂环临界点的NICS值（绝对值）要比单个的吡咯环中心的NICS值要小。杂原子环β H原子的核磁值以氧、硫、硒原子的顺序逐渐减小。2.理论研究含有硼宾环的共轭有机分子的电流密度的磁学性质。1-(2,4,6-三甲基苯)硼宾环位于中心，不同的环位于中心硼宾环的β位，用1-12作为理论模型的目的是在芳香性和不同的硼宾环结构之间建立联系。1-12的优化分子结构基本上是平面构型，C2-C3的键长从1到12逐渐增长。不同的硼宾环可以改变硼宾环和与硼宾环相连的环的π电子共轭效应。此外，当硼宾环的C2-C3键长大于1.417时，分子存在反芳香性，换句话说，分子变得不稳定。但是硼宾环的β位和取代基并没有受此影响，仍然很稳定。中心硼宾环的电流密度被与硼宾环相连的环电流密度抵消。因此，中心硼宾环的断裂很有可能发生。这些分子有着很高的垂直离子势和很低的垂直电子亲合势，这表明这些分子很容易以阴离子的形式存在。3.我们研究了一系列含有四个吡咯环，不同的桥联基团的强共轭有机分子，分别命名为四吡咯(Pf)，甲基-双联吡咯(Pm)，卟啉(Pr)，卟啉衍生物(Pc)，[22]卟啉-(2.2.2.2)(P[22])，来研究它们的稳定性、芳香性和光谱性质，得到或失去电子对中性分子的影响。分子结构的优化用密度泛函理论，基组采用的是6-31G（d）基组。依据优化的结构，我们计算了与核无关的独立化学位移（NICS）。NICS值为负值的HOMO-LUMO能级要比NICS值为正值的HOMO-LUMO能级差要大。分子的NICS值越负，HOMO-LUMO能级差越大。电流密度图表明Pm2-, Pr,Pc2-和P[22]1-Pm的π电子离域性要比Pm1-, Pm1+, Pr2-, Pr1-, Pr1+, Pc, Pc1-,Pc1+, P[22], P[22]2-和P[22]1+强，这是与分子的稳定性相一致的。分子的吸收光谱都在紫外-可见和红外光区。大多数分子的主要跃迁形式来自于HOMO到LUMO轨道。Pf2-, Pm2-, Pr2-, Pc2-和P[22]2-, Pm2-体现出特殊的光谱性质，这主要是由于它们较小的HOMO-LUMO能级差，扭曲的结构和强的反芳香性。4.对一系列π共轭噻吩单体P1-P3和CF3P1-CF3P3的结构、电子和光谱性质在理论上进行了研究。P1-P3用2-（三氟甲基）噻吩[3,4-b]噻吩作为中间体，1-3个噻吩单元在中心的两边，然而它们的对应衍生物CF3P1-CF3P3用CF3作为端基。基态和激发态结构的优化分别用PBE1PBE和CIS方法，采用的都是6-31G（d）基组。所有的单体都存在之型分配。吸收和发射都采用密度泛函理论方法(TD-PBE1PBE)。最低能吸收的跃迁可以被指认为π-π*电子跃迁。对于每个系列的单体，随着重复单元的增加，HOMO-LUMO能带逐渐减小，这与从P1-P3，CF3P1-CF3P3最低能吸收和荧光的红移趋势是一致的。为了比较P系列和CF3P3系列的单体，CF3作为端基取代基引起了吸收和发射光谱的蓝移。研究了单体的离子势、电子亲合势、重组能、空穴抽取能和电子抽取能，用外推法得到了相应的聚合物的性质。P聚合物的电离势和空穴抽取能小于CF3P聚合物，这表明了P聚合物比CF3P聚合物更适合空穴的转移。然而，CF3P聚合物比P聚合物的电离势和电子抽取能大，表明了CF3P聚合物比P聚合物更适合于电子的传输。对于CF3作为端基取代基团，CF3P聚合物存在电子和空穴间的平衡重组能，这是电荷转移平衡的前提。