金属-碳键
把元素周期表想象成一座城市,里面有两个老社区,彼此很少往来:一个是无机这边,住着金属和盐类;另一个是有机那边,住着碳和一切由碳搭建起来的东西。金属-碳键就是直接跨过两者之间那条河的一座桥。一旦一个碳原子直接连到了一个金属原子上,你就已经离开了这两个老社区,来到第三片街区——有机金属化学,在这里两边的规则相遇,现代催化的许多戏码也在此上演。
更准确地说,当一个化合物里至少含有一个碳原子与金属(或类金属)原子之间的直接键时,它就被称为有机金属化合物。这个碳可以属于一个简单的烷基(比如甲基),可以属于一个芳香环,可以属于单个一氧化碳分子,也可以属于一块像环戊二烯基那样平铺、正面贴向金属的环。这种键的性质横跨一整段光谱。面对像钠、镁这样电正性很强的金属时,键的极性很大,几乎接近离子键,碳分得大量负电荷;面对像铁、铑、钯这样较软的过渡金属时,键就共价得多、温和得多,这正是这些金属成为催化主力的原因。要注意:金属连到氧或氮上的键,比如碳酸盐或胺配合物里的键,并不算数——碳必须直接连在金属本身上。
这座桥之所以重要,是因为正是在这里,化学家学会了让金属抓住一段有机碎片,把它改头换面,再交还出来。几乎每一种工业上的均相催化剂——从把烯烃变成醛的铑,到把碳骨架缝合起来的钯——成败都系于金属-碳键的生成与断裂。值得记住的是:无机化学从来都不是没有生命、没有碳的;碳出现在碳酸盐、碳化物、一氧化碳以及这些有机金属物里,而金属-碳键正是无机世界与有机世界交叠得最富成效的地方之一。
四甲基锡 Sn(CH3)4 有四个共价的锡-碳键,是一种稳定、可蒸馏的液体。甲基锂 CH3Li 也含有金属-碳键,但锂的电正性极强,键强烈偏向碳一侧,使甲基几乎像自由的碳负离子一样,贪婪地抢夺质子。
同样是 M-C 键,随金属不同,可以从几乎共价一路变到几乎离子。
界定有机金属物的关键是与碳成键;金属若只连到氧或氮给体上(哪怕那是个有机分子),得到的是配位化合物,而非有机金属物。