有機金屬化學 Organometallic chemistry

有機金屬化學 Organometallic chemistry

有機金屬化學是有機化學和無機化學交疊的一門分支課程，研究含有金屬（包括類金屬）和碳原子鍵結的有機金屬化合物，其化學反應、合成等各種問題。

其中的化學反應，包含了許多催化性質的反應以及跟金屬配位有關的化學反應，甚至有些是運用在於醫藥上，如用於治療糖尿病的含釩的配合物。

有機金屬化合物

有機金屬化合物的例子很多，像吉爾曼試劑（含有鋰和銅）、四羰基鎳及二茂鐵都是含有過渡金屬的有機金屬化合物。有機鎂化合物包括甲基碘化鎂（MeMgI）、二乙基鎂（Et2Mg）及所有的格林納試劑等。有機鋰化合物有正丁基鋰等。

除了傳統的金屬元素外，鑭系元素、錒系元素、半金屬、類金屬（如硼、矽、砷、硒）也可以和碳鍵結，形成有機金屬化合物。例如三乙基硼（Et3B）。

金屬有機物（metalorganics）一般是指含有有機配體，但缺乏金屬和碳直接鍵結的化合物，像乙醯丙酮配合物、醇鹽就是代表性的例子。

有機配合物

很多配位化合物的中心原子是金屬，而配基為有機化合物，不過配基利用氧、氮等不是碳的原子和金屬鍵結，這様的化合物一般不算是有機金屬配合物。只有配基利用碳原子直接和金屬鍵結的才算是有機金屬配合物，例如[(C6H6)Ru(H2O)3]2+。許多脂溶性的化合物，例如金屬的乙醯丙酮配合物或是醇鹽只能視為金屬有機物。

自然界存在許多有機配合物，例如在血紅蛋白和肌紅蛋白中的鐵原子就和卟啉環中的氮配位鍵結；而葉綠素中的二氫卟吩環中央有鎂原子。上述的化合物是生物學研究的對象，但都不是有機金屬配合物。甲鈷胺（一種維生素B12）中含有鈷和甲基的鍵結，是生物學中少見的有機金屬配合物。有關這類配合物的研究會列在生物有機金屬化學的領域中。

在這種化合物中會出現典型的陰離子離域結構，陰離子由其他電負度比碳更強的原子所共享，這樣的情形可能會隨著陰離子基團的特性、金屬離子或是介質所影響。若沒有結構上的證據說明有金屬及碳的鍵結，這種的化合物不會被視為有機金屬配合物。

結構及性質

有機金屬化合物中，金屬和碳的鍵結性質一般會界於離子鍵和共價鍵之間。不過當金屬的電負度很低（例如鹼金屬元素）或是含碳的配基為穩定的碳負離子時，其鍵結會類似離子鍵。碳負離子可以因為共振（例如茂基（cyclopentadienyl）離子）或者是因為有吸電子取代基（例如三苯甲基負離子）而穩定。因此，像化合物乙炔鈉及三苯甲基鉀的金屬－碳鍵結主要是離子鍵。另一方面，過渡金屬、貧金屬及類金屬因為其電負度未明顯偏低，他們和碳的鍵結就會介於離子鍵和共價鍵的之間。

這些金屬－碳鍵性質介於離子鍵和共價鍵之間的有機金屬化合物，在工業上相當的重要，因為他們一方面在溶液比較穩定，另一方面他們也有一些離子性，因此容易產生反應。其中很重要的二種是有機鋰化合物及格氏試劑。在一般像是二茂鐵或是二苯鉻的化合物中，有機基團的π鍵會包圍金屬原子。

應用

有機金屬化合物實務上會用在化學計量反應及催化程序中，尤其是和一氧化碳及烯烴衍生聚合物有關的程序。世界上所有的聚乙烯及聚丙烯都是藉由有機金屬催化劑而合成的，通常都是類似齊格勒-納塔催化劑的非勻相催化劑。在蒙山都法及Cativa催化法中，醋酸的製備使用了金屬羰基配催化劑。大部份合成醛類都是由氫甲醯化反應所產生。大部份分子較乙醇大的脂肪醇類合成，是透過氫甲醯化反應產生的醛類再經過氫化反應所產生。而Wacker法也用在將乙烯氧化成乙醛的反應中。

有機鋰化合物、有機鎂化合物及有機鋁化合物都是強鹼、強還原性的化合物，可以作為許多反應的催化劑或反應物。

三五半導體的製作需要三甲基鎵、三甲基銦、三甲基鋁及其他含有氮/磷/砷/銻的化合物產生反應。在LED製程會使用的金屬有機氣相磊晶法中，這些揮發性物質會和氨、砷化氫、磷化氫等物質一起釋放，在加熱的基板上產生反應來形成三五半導體。

有機金屬化合物中，有機鉛及有機汞的化合物都是有毒性的化合物。

在有機金屬化學中，電子計數（electron counting）相當重要，正如它在其他化學領域的地位一般。18電子規則可以用在預測金屬羰基配合物及相關化合物的穩定性。有機金屬化合物的鍵結及反應性一般會用等瓣性原理（isolobal principle）來說明。

核磁共振頻譜及紅外線光譜是常用來確認結構的技術，有機金屬化合物的動態特性常用變溫核磁共振頻譜及化學動力學來分析。

有機金屬化合物會有以下重要的反應。
‧氧化加成及還原消除
‧轉移金屬化
‧碳金屬化反應（carbometalation）
‧加氫金屬化反應（Hydrometalation）
‧電子轉移反應（electron transfer）
‧β-氫消除反應
‧有機金屬取代反應（organometallic substitution reaction）
‧碳氫鍵活化（carbon-hydrogen bond activation）
‧金屬嵌入環化（cyclometalation）
‧遷移插入反應（Migratory insertion）