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杯芳烃(亚甲基桥联)研究兴起是近三十年来化学领域比较重要的事件之一，而化学家为杂原子桥联杯芳烃着迷则是近十年的事情。杂原子与亚甲基有不同的电子特性导致其桥联形成杯芳烃性质、功能也与后者大不一样，但这些认识目前主要还在实验事实积累上，更深入地认识与理解则有待理论研究帮助。本课题的主要任务是利用理论计算认识杂原子桥联杯芳烃的结构与电子特性，对部分实验事实加以解释说明，并在此认识的基础上对杯芳烃性质、功能加以合理预测。
本课题研究包括以下几个部分工作：一、文献调研与认知，课题背景以及课题缘起；二、杯芳烃结构与稳定性关系的认识；三、根据结构特性，发展新分子力场用于大杯芳烃的结构与性质研究；四、通过计算对部分实验事实给出合理解释，包括杯芳烃对质子、阳离子、富勒烯的结合模式与能力的解释；五、杯芳烃对阴离子选择性以及杯芳烃阳离子络合物的催化特性的预测。
论文通篇使用的计算方法包括MM3分子力场方法(用于构象搜索)，PM3半经验方法、Hatree-Fock方法(进行结构预优化)，以及PBEO、B3LYP密度泛函方法(进行结构优化、能量计算)，含时密度(TDDFT)泛函方法(研究电子激发态)。
本课题在杂环杯芳烃研究领域的研究是富有成果的。首先，通过量子化学计算认识到桥原子与杯芳烃结构稳定性的关系，桥原子的电子特性决定了其杂化方式以及其与芳香环的作用，而不同的桥原子电子特性是不一样的，这样导致了其构成的杯芳烃的结构特性的不同。其次、基于该认识，拟合出专门的分子力场参数并成功地应用于该体系大环杯芳烃的构象搜索及其与富勒烯作用的结合模式研究，在此基础上有效的利用密度泛函方法确定氮杂杯[8]吡啶与富勒烯可能的结合模式。第三、通过量子化学计算认识到氮杂杯芳烃与质子结合时，桥原子所起的作用，并揭示随pH值变化、紫外吸收变化的实质。第四、对氮杂杯[4]吡啶对金属阳离子的选择性，也用量子化学计算给出了合理的解释。五、这类杯芳烃本身就可能是好的阴离子受体，但目前为止，尚无实验事实，作为前瞻性研究，本课题对这类杯芳烃的阴离子选择性进行了合理预测，指出通过C-H-阴离子氢键，杂原子桥联杯芳烃对F-离子有很好的稳定作用。
本课题通过理论研究加深了对实验事实的认识，同时，在此认识的基础上，也给出了前瞻性的预测，对指导实验有较深远的意义。