Большинство органических реакций сопровождается перераспределением электронной плотности, т. е. являют­ся окислительно-восстановительными. Однако сложность определения степе­ни окисления элементов в органиче­ских молекулах заставляет химиков-органиков ввести дополнительные критерии того, является ли процесс окислительно-восстановительным. Под окислением в органической химии по­нимают процесс присоединения моле­кулой атомов кислорода или потери водорода, например:

 

Обратный процесс, приводящий к увеличению числа атомов водорода или потере атомов кислорода, приня­то называть восстановлением:

Одни из самых распространённых комплексов металлов — карбонилы. Если в комплексе один атом металла, его называют моноядерным. Напри­мер, карбонил железа Fe(CO)₅, карбонил никеля Ni(CO)₄ и т. п. При облу­чении Fe(CO)₅ ультрафиолетовым светом образуется биядерный комп­лекс Fe₂(CO)₉, затем триядерный Fe₃(CO)₁₂ и т. д. При конденсации карбонилов могут образовываться сложные структуры, содержащие ос­тов из многих атомов металла — Rh₆(CO)_l6, Os₂₀(CO)^2-₄₀ и т. п. Это похоже на «гроздь» связанных друг с другом атомов металлов. Отсюда и название — кластер (англ cluster — «гроздь»). Важнейшая отличительная особенность кластерных — присутст­вие в них химически связанных друг с другом атомов металлов.

Со времени открытия соли Цейзе были получены олефиновые комп­лексы для большинства переходных металлов. Олефиновый лиганд, как и очень похожий на него ацетилено­вый, являются донорами двух элект­ронов, что и определяет устойчи­вость таких комплексов.

Обычно олефиновый лиганд дос­таточно подвижен и легко замещает­ся на другие. Прочность его связи с металлом в большой степени опреде­ляется количеством атомов в лиганде, которые связаны с атомом металла. Например, циклопентадиенильный лиганд связан с атомом металла сразу пятью атомами — в элементоорганической химии его называют пентагептолиганд и обозначают h⁵-С₅Н₅. Вытеснить такой лиганд из молекулы непросто. Алкены, в том числе и эти­лен, являются дигепталигандами, т. е. связаны с металлом только двумя атомами углерода.

Органические соединения селена и теллура пользуются дурной славой среди химиков. Для работы со мно­гими из них, в особенности с легко­летучими соединениями, требуется специальная техника. Так, в одной из научных публикаций авторы сооб­щали, что для проведения опытов с алкильными производными селена пришлось построить отдельную ла­бораторию. И не из-за особой ток­сичности или взрывоопасности, а из-за запаха! В современной англо­язычной научной литературе соеди­нения селена и теллура удостоились эпитетов «зловонный» и «смрадный». Но невзирая на это химики активно работают с такими веществами — на основе органических производных серы и селена получены полимеры с высокой электропроводностью, на­стоящие «органические металлы»!

Соли типа [TMeTSeF]⁺BF^-₄ облада­ют электропроводностью на уровне обычных металлов. Более того, со­противление у них при охлаждении падает значительно быстрее, чем у ме­таллов. Учёные надеялись, что темпе­ратура перехода в сверхпроводящее состояние у них будет достаточно высокой. Однако выяснилось, что при охлаждении до -100 °С сопротивление скачкообразно увеличивается и они становятся изоляторами. Оказалось, что в обычных условиях молекулы «органических металлов» образуют проводящие цепочки. При -100 °С эти цепочки распадаются и проводимость исчезает.

Мышьякорганические соединения вполне могут считаться «патриарха­ми» среди элементоорганических со­единений. Их история началась ещё в 1760 г., когда фармацевт француз­ской армии Луи Клод Кадэ (1731— 1799) проводил перегонку ацетата калия с оксидом мышьяка(III). Сейчас уже сложно установить, что было целью того эксперимента. В резуль­тате же получилась жидкость с отвра­тительным чесночным запахом, са­мовоспламеняющаяся на воздухе. Поскольку это было явно не то, что хотел получить любознательный ап­текарь, то исследовать жидкость он не стал.

Про загадочное соединение вспом­нили только в следующем веке. Ро­берт Бунзен, изучая жидкость Кадэ, обнаружил в ней углерод, кислород, водород и мышьяк. В роли «крёстно­го отца» выступил Якоб Берцелиус, выделивший это вещество в чистом виде. Формула жидкости Кадэ — (CH₃)₂As—О—As(CH₃)₂, а название — окись какодила (от греч. «какос» — «дурной» и «одорос» — «запах»).

Если в неорганических соединениях свинец чаще всего двухвалентен, то для элементоорганических более характерна валентность свинца, рав­ная четырём. Тетраэтилсвинец был известен ещё с 1853 г. Длительное время, начиная с 1923 г., он исполь­зовался как антидетонатор в мотор­ном топливе (см. статью «Бесценное топливо»).

Это приводило к сильному загряз­нению окружающей среды. Кроме то­го, соединения свинца быстро выво­дили из строя катализаторы очистки выхлопных газов от оксида углерода. В результате количество фильтров на выхлопной трубе стало резко уве­личиваться, а сам автомобиль начал превращаться в химическую лабора­торию в миниатюре. Дешевле оказа­лось получать более дорогой, но в то же время более качественный бензин, чем решать проблемы с очисткой от свинца продуктов сгорания эти­лированного бензина.

Широкое применение в самых раз­ных областях получили и оловоорганические соединения. В основном они используются как стабилизаторы одного из самых распространённых пластиков — поливинилхлорида. Чис­тый поливинилхлорид начинает раз­лагаться и темнеть при 110 °С, тогда как его термическая переработка воз­можна только при 180 °С. Добавление производных диоктилстаннана типа (C₈H₁₇)₂Sn(SCH₂COOC₈H₁₇)₂значи­тельно повышает температуру разло­жения этого полимера, и его обработ­ка становится гораздо легче.

Некоторые оловоорганические со­единения довольно токсичны, в отли­чие от малотоксичных неорганиче­ских производных этого металла. Так, весьма ядовиты моно- и тетразамещённые станнаны RSnX₃ и R₄Sn, но особенно — тризамещённые R₃SnX: они блокируют энергообмен в живой клетке. А вот механизм токсического действия дизамещённых станнанов пока не выяснен. Именно токсические свойства тризамещенных станнанов оказались наиболее востребованы. Производные трибутилолова используются как высокоэффективные дез­инфицирующие средства.

Кремний и углерод — близкие родст­венники. Многие соединения кремния имеют углеродные аналоги, а сам он, как и углерод, может образовывать це­почки атомов. Неслучайно поэтому в научной фантастике встречаются рас­суждения на тему «кремниевых» ми­ров — биологических систем, в кото­рых роль углерода в построении молекул играет кремний.

Однако вероятность существова­ния кремниевых организмов даже в дальнем космосе крайне мала. Пока не удалось построить кремниевый аналог хоть сколько-нибудь слож­ной биологический молекулы. К кон­цу XX в. получены соединения, содер­жащие кремниевые цепочки длиной до пяти атомов. И если гексаметилдисилан (CH₃)₃Si—Si(CH₃).. достаточно устойчив, то уже производное трисилана (CH₃)₃Si—Si(CH₃)₂—Si(CH₃)₃лег­ко окисляется на воздухе. А соедине­ния, содержащие цепочки из четырёх или пяти атомов кремния, на возду­хе самовоспламеняются. Синтезиро­ван только один аналог алкенов — тетрамезитилдисилен; в нём атомы кремния со всех сторон «прикрыты» триметилбензольными (мезитиленовыми) кольцами.

Кремниевые аналоги алкинов и более сложных органических моле­кул получить пока не удалось.

Интересные результаты были получены при полимеризации циклоалкенов с использованием катализаторов Циглера — Натты. Во-первых, полимер образуется не на месте бывшей двойной связи, а со сдвигом на один атом углерода, т. е. в 1,3-положении.

Во-вторых, подобные полимеры обладают исключительной термостойкостью. Полициклопентен плавится при 395 °С, полициклобутен — при 485 °С, а полициклогексен — при 600 °С, что сопоставимо с температурой размягчения оконного стекла.

Не много можно найти органических соединений, которые бы не разлагались при такой температуре.

Долгое время алюминийорганические соединения, впервые получен­ные в 1865 г. Дж. Бактоном и У. Одлингом при нагревании алюминия с диалкилртутью, не представляли хоть сколько-нибудь заметного практиче­ского интереса. Ситуация коренным образом изменилась в начале 50-х гг. XX в., когда были открыты алюминийорганические катализаторы по­лимеризации олефинов.

Достаточно давно было известно, что триэтилалюминий реагирует с этиленом. При этом молекула этиле­на внедряется в связь алюминий-утлерод:

 

Однако для получения полимера такая реакция не годится — идёт медленно, да и цепочки получаются коротенькие.

Ртутьорганические соединения известны довольно давно. И так же давно они привлекают внимание химиков. С одной стороны, эти соединения, в отличие от цинковых аналогов, воспламеняющихся на воздухе, очень устойчивы. Например, бис(перфторизопропил)-ртуть не разрушается при контакте с кипящей концентрированной азотной кислотой!

С другой стороны, ртутьорганические соединения вступают в реакции, необычные и интересные с точки зрения органической химии. Если в молекуле органического вещества есть связь С=С, то атом ртути легко образует с ней комплекс. Это значительно облегчает различные реакции присоединения к двойной углерод-углеродной связи. Данное свойство было использовано русским химиком Михаилом Григорьевичем Кучеровым (1850—1911) для присоединения воды к ацетиленам.

Реальная химия элементоорганических соединений началась с цинкорганических соединений, которые оказа­лись весьма полезными, например для надёжного, достаточно хорошо воспроизводимого и предсказуемого метода синтеза спиртов. Так, при ра­боте над теорией химического стро­ения Бутлерову потребовалось соеди­нение, содержащее четвертичный атом углерода. В то время подобные соединения не были изучены. Взаимо­действие ацетона с диметилцинком привело к желаемому третичному бутанолу (СН₃)₃СОН. Правда, впоследст­вии оказалось, что такие реакции про­ходят с большими выходами, если цинк заменить на магний.

 

Пример цинкорганического соединения.