این رساله مشتمل یر پنج فصل می باشد. در فصل اول این تحقیق، محاسبات بر روی کاربن های استخلاف شده با ایلیدهای کربن، آمونیوم، فسفر و سولفور در فرم های خطی، حلقوی و حلقوی غیر اشباع با روش های b3lyp/6-311++g**، m06-2x/cc-pvdz//b3lyp/6-311++g** و b3lyp/aug-cc-pvtz//b3lyp/6-311++g** انجام شده است. نتایج نشان می دهد آمینوایلیدکاربن یک تایی 3n به دلیل دارا بودن بالاترین مقدار شکافتگی انرژی بین حالت یک تایی و سه تایی، بالاترین مقدار آروماتیسیته، بالاترین مقدار e1 و داشتن گرمای هیدورژن دار کردن پایین از پایداری ترمودینامیکی و سینتیکی بالایی برخوردار است. همچنین این کاربن، هسته دوستی بالاتری نسبت به n-هتروسیکل کاربن های سنتز شده داشته و می تواند لیگاند مناسبی برای فلزات واسطه باشد. در فصل دوم، سعی ما بر این بوده است که با طراحی و معرفی آلکیل ایلید کاربن ها برای اولین بار، راه گشای سنتز این ترکیبات باشیم. در این ترکیبات جایگزین کردن استخلاف الکترونگاتیو آمینو، در آلکیل آمینو کاربن های حلقوی، با یک کربانیون در آلکیل ایلید کاربن ها، سطح انرژی اوربیتال های homo بالاتر آمده و هسته دوستی افزایش می یابد. بررسی خصوصیات ترمودینامیکی و سینتیکی این کاربن ها گواهی بر پایداربودن این گونه هااست. در فصل سوم، تاثیر حلقه های جوش خورده ی آروماتیک مانند بنزن، پیریدین، پیرول، تیوفن و فوران بر روی پایداری، چندگانگی و واکنش پذیری کاربن hammick (همیک)، با استفاده از روش های پیشرفته dft و واکنش های ایزودسمیک مورد مطالعه قرار گرفته است. محاسبات نشان می دهد حلقه ی پیرول موجب افزایش مقادیر ??s-t، ??homo-lumo و e1 و در نتیجه افزایش پایداری ترمودینامیکی کاربن همیک شده است. در فصل چهارم، نانو اکسید روی بعنوان کاتالیست موثر و قابل بازیافت برای تراکم تک ظرفی و سه جزیی بین اسید کلرید، فناسیل برمید و آمونیوم تیو سیانات که منجر به تشکیل مشتقات 1,3-اکسازول-2-تیون ها تحت شرایط بدون حلال گزارش شده است. فعالیت کاتالیستی و توانایی بازیابی مجدد کاتالیست در این واکنش مورد ارزیابی و آزمایش قرار گرفت. در صورت عدم وجود نانومیله ی اکسید روی تراکم دوجزیی بین فناسیل برمید و n-متیل ایمیدازول صورت می گیرد. در فصل پنجم، نانوکامپوزیت مغناطیس و قابل بازیافت ag/?-fe2o3@r-go سنتز شده و برای حذف آلاینده ی سرب موجود در آب مورد استفاده قرار گرفته است.