유기금속화학
1. 개요
탄소와 금속 간의 반응을 다루는 무기화학의 한 분야. 현대 사회가 석유를 기반으로 하고 있고, 유기금속화학이 금속을 이용한 촉매 반응 또한 다루고 있기 때문에 대량생산을 요구하는 공업적인 면에서도 중요하다.
학부 초기 수준의 유기화학에서 나오는 탄소나 질소를 생각하면 이해되지 않는 부분이 많다.[1] 이는 오비탈 측면에서 다루는 경향이 강하기 때문. 이를 이용하여 다양한 반응을 유도해낼 수 있다.
2. 결합
금속 양이온을 중심으로 하는 결합을 다룬다. d오비탈이 존재하는 전이금속의 특성상 상당히 넓은 폭의 결합을 형성할 수 있다. 결합의 형성은 크게 두 가지 측면에서 접근할 수 있는데, 오비탈의 안정성(전자 배치)과 구조의 안정성(결합수)을 고려하여 결정된다.
2.1. 중심 금속 이온
일반적으로 중심 금속 이온은 사각평면, 팔면체 구조 등 4 내지 6의 결합수를 갖는데, 이 자리에는 리간드 장의 세기나 중심 금속 이온에 따라 16전자 내지 18전자의 배치를 갖게끔 결합이 형성된다. 하지만 안정적인 준위의 오비탈을 점유한 상태에서도 결합자리가 남을 경우, 중심 금속 이온은 구조의 안정성을 확보하기 위해서 반결합 오비탈을 사용하여 추가적인 결합을 형성하게 되며 이로 인해 18개가 넘는 전자를 갖게 되는 경우가 있다.
이러한 결합 문제를 해결하기 위해서 금속 이온은 금속 이온끼리의 결합을 형성하여 각 금속 이온이 18전자를 점유하는 이핵 내지는 다핵 중심을 형성한다.
2.2. 리간드
이러한 환경에서는 중심 금속 이온과 결합하는 리간드도 다양한 결합을 형성할 수 있다. 수소화붕소에서 나타나는 가교결합과 같이 두 개의 금속 이온에 다리를 걸치고 있는 결합이나 역결합에 의한 이수소화물, 이질소화물과 같이 측면 결합을 형성하는 경우도 있다.
또한 페로센(ferrocene)과 같이 합토성[2]에 의한 결합 또한 존재한다.
3. 응용
유기금속화합물은 유기합성 실험에서 반응을 유도하는 시약으로 많이 사용되며, 공장 등지에서 대량생산을 위한 촉매로 많이 이용된다. 가장 대표적인 예시로서 metathesis 반응이 있다. 이러한 반응을 쉽게 일으키는 촉매(Grubbs catalyst)를 개발한 공로를 인정받아 로버트 그럽스 교수가 2005년 노벨 화학상을 수상하였다.