agostic源于希腊语,意为抱紧或抓住。抓氢键最早是由美国化学家M.布鲁克哈特[注]和英国化学家M.格林[注]提出,其结构单元可用M┄H—C表示(M表示过渡金属原子),下图所示的铱配合物是含有抓氢键的典型例子。与氢键(X—H…Y)不同的是:氢键中的氢原子是和电负性高的Y原子相吸引,而抓氢键中金属原子M的正电性越强,吸引力越大。氢键是三中心四电子体系,而抓氢键是三中心二电子体系。
单晶X射线衍射是抓氢键最好的表征手段。抓氢键中的C—H和M┄H通常要比单独的C—H和M—H长5%~20%,M┄H键长在1.8~2.3埃之间,M┄H—C键角在90°~140°之间。值得注意的是,并不是所有的M┄H—C结构都是抓氢键,有一些M┄H—C结构是由静电相互作用形成的,被称为非抓氢键。相比于正常的芳基或烷基,抓氢键中的芳基或烷基的氢谱化学位移通常会向高场移动,这也是抓氢键的典型特征之一,另外,相比于正常的sp3的C—H键(1JCH=125赫兹),抓氢键中的1JCH耦合常数通常要小一些,在70~100赫兹范围之间。理论计算和实验数据表明,抓氢键的键强度为41.9~62.8千焦/摩,比大多数的氢键作用强。
许多的催化转化反应,如氧化加成和还原消除反应,都被认为是通过含抓氢键的中间体进行的。抓氢键削弱了C—Hσ键,在金属有机反应中,能使氢原子转移到金属原子上,容易进行消除反应。另外,抓氢键可以增加催化中心过渡态的刚性。例如,在齐格勒-纳塔催化烯烃聚合过程中,高亲氧性的金属中心和聚合物增长链之间存在着抓氢键,增加聚合活性中心的刚性,从而对聚合的立体选择性产生影响。