สารประกอบออกโซของโลหะทรานซิชันเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่มีลิแกนด์ออกโซโดยทั่วไปคือ O ^2–ลิแกนด์ออกโซสามารถจับกับศูนย์กลางโลหะหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นได้ กล่าวคือ มันสามารถมีอยู่เป็นลิแกนด์ปลายหรือ (ที่พบได้บ่อยที่สุด) เป็นลิแกนด์เชื่อมต่อ ลิแกนด์ออกโซช่วยรักษาเสถียรภาพของสถานะออกซิเดชันสูงของโลหะ^{[ 1 ]}นอกจากนี้ยังพบในโปรตีนโลหะ หลายชนิด เช่น ในโคแฟคเตอร์โมลิบดีนัมและในเอนไซม์ที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบหลายชนิด หนึ่งในสารประกอบสังเคราะห์ที่เก่าแก่ที่สุดที่รวมลิแกนด์ออกโซคือโพแทสเซียมเฟอร์เรต (K ₂ FeO ₄ ) ซึ่งน่าจะเตรียมโดยGeorg E. Stahlในปี 1702 ^{[ 2 ]}

ปฏิกิริยาทั่วไปที่พบในสารประกอบโลหะออกโซคือโอเลชัน (olation)ซึ่งเป็นกระบวนการควบแน่นที่เปลี่ยนออกไซด์ที่มีมวลโมเลกุลต่ำให้กลายเป็นพอลิเมอร์ที่มีพันธะ MOM โอเลชันมักเริ่มต้นด้วยการกำจัดโปรตอนออกจากสารเชิงซ้อนโลหะไฮดรอกโซ เป็นพื้นฐานสำหรับการเกิดแร่และการตกตะกอนของโลหะออกไซด์ สำหรับออกไซด์ของโลหะ d0, V₂V₂ ^, Nb₂V₂ ^, Ta₂V₂ ^, Mo₂VI₂ ^และ W₂VI₂ ^{กระบวนการ}โอเลชันจะให้พอลิออกโซเมทัลเลต (polyoxometallates ) ซึ่งเป็นโลหะออกไซด์ระดับโมเลกุลกลุ่มใหญ่

สารประกอบโลหะออกโซเป็นตัวกลางในปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เร่งปฏิกิริยาโดยโลหะ หลายชนิด การถ่ายโอนอะตอมออกซิเจนเป็นปฏิกิริยาทั่วไปที่น่าสนใจเป็นพิเศษในเคมีอินทรีย์และชีวเคมี^{[ 3 ]} โลหะออกโซบางชนิดสามารถถ่ายโอนลิแกนด์ออกโซไปยังสารตั้งต้นอินทรีย์ ได้ตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาประเภทนี้มาจากเอนไซม์ซูเปอร์แฟมิลีโมลิบดีนัมออกโซทรานสเฟอเรส

ในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำ สารประกอบเชิงซ้อนโลหะออกโซเป็นตัวกลางในการ เปลี่ยน น้ำให้เป็น_O₂

โลหะทรานซิชัน-ออกโซยังสามารถดึงพันธะ C–H, N–H และ O–H ที่แข็งแรงได้อีกด้วยไซโตโครม P450มีเหล็ก-ออกโซที่มีวาเลนซ์สูงซึ่งสามารถดึงอะตอมไฮโดรเจนจากพันธะ C–H ที่แข็งแรงได้^{[ 4 ]}

สารประกอบออกโซที่รู้จักกันมานานและใช้กันอย่างแพร่หลายบางชนิด ได้แก่ สารออกซิไดซ์ เช่นโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO4 ₎และออสเมียมเตตระออกไซด์ (OsO4 ₎ [ ^{5 ] สารประกอบ} เหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเปลี่ยนแอลคีนเป็นวิซินัลไดออลและแอลกอฮอล์เป็นคีโตนหรือกรดคาร์บอกซิลิก^{[ 1 ]}สารออกซิไดซ์ที่มีความเลือกสรรหรืออ่อนโยนกว่า ได้แก่ไพริดิเนียมคลอโรโครเมต (PCC) และไพริดิเนียมไดโครเมต (PDC) ^{[ 1 ]}สารประกอบออกโซของโลหะสามารถเร่งปฏิกิริยาได้ รวมถึงการออกซิเดชันแบบไม่สมมาตรหลายประเภท สารประกอบเชิงซ้อนโลหะออกโซบางชนิดส่งเสริมการกระตุ้นพันธะ CHเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนเป็นแอลกอฮอล์^{[ 6 ]}

สารประกอบเหล็ก(IV)-ออกโซ เป็นสารตัวกลางในปฏิกิริยาออกซิเดชันทางชีวภาพหลายชนิด:

• ไฮดรอกซิเลสที่ขึ้นอยู่กับอัลฟา-คีโตกลูตาเรตจะกระตุ้น O ₂โดยการดีคาร์บอกซิเลชันแบบออกซิเดชันของคีโตกลูตาเรตทำให้เกิดศูนย์ Fe(IV)=O เช่นเฟอร์ริลซึ่งจะไฮดรอกซิเลตสารตั้งต้นไฮโดรคาร์บอนหลากหลายชนิด^{[ 9 ]}
• เอนไซม์ ไซโตโครม P450ใช้ โค แฟคเตอร์ฮีม แทรกออกซิเจนเฟอร์ริลเข้าไปในพันธะ C–H ที่อิ่มตัว^{[ 10 ]}ทำการอีพอกซิไดซ์โอเลฟิน^{[ 11 ] [ 12 ]}และออกซิไดซ์กลุ่มอะโรมาติก^{[ 13 ]}
• มีเทนโมโนออกซิเจเนส (MMO) ออกซิไดซ์มีเทนเป็นเมทานอลผ่านการถ่ายโอนอะตอมออกซิเจนจากตัวกลางเหล็ก-ออกโซที่ศูนย์ไดไอออนที่ไม่ใช่ฮีม^{[ 14 ]}ความพยายามส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การจำลองปฏิกิริยาด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์^{[ 6 ]}

ลิแกนด์ออกโซ (หรือลิแกนด์ซัลฟิโดที่คล้ายคลึงกัน) พบได้ทั่วไปในเคมีของโมลิบเดนัมและทังสเตน โดยปรากฏในแร่ที่มีธาตุเหล่านี้ ตลอดกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี และในบทบาททางชีวภาพ (นอกเหนือจากไนโตรเจเนส) โดยทั่วไปแล้ว สารที่ถูกขนส่งทางชีวภาพและจุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์ทางชีวภาพนั้นได้รับการยอมรับว่าเป็นออกโซเมทัลเลต MoO ₄ ²⁻หรือ WO ₄ ²⁻เอนไซม์ Mo/W ทั้งหมด ยกเว้นไนโตรเจเนสจะจับกับ กลุ่มโปรสเตติก โมลิบโดเทอริน อย่างน้อยหนึ่ง กลุ่ม ศูนย์กลาง Mo/W โดยทั่วไปจะหมุนเวียนระหว่างสถานะเฮกซาวาเลนต์ (M(VI)) และเตตระวาเลนต์ (M(IV)) แม้ว่าจะมีความแตกต่างกันบ้างในหมู่เอนไซม์เหล่านี้ แต่สมาชิกจากทั้งสามตระกูลเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอะตอมออกซิเจนระหว่างศูนย์กลาง Mo/W และสารตั้งต้น^{[ 15 ]} ปฏิกิริยาตัวแทนจากแต่ละชั้นโครงสร้างทั้งสามชั้นมีดังนี้:

• ซัลไฟต์ออกซิเดส^: SO₃²⁻ ₊ H₂O _→ SO₄²⁻ ₊ ² H⁺ ⁺ 2 ^e⁻
• เอนไซม์รี ดัก เท ^สของ DMSO : H₃C _– S(O)–CH₃ ₍ DMSO ) + 2H⁺ ⁺ 2e⁻ → H₃C _– S–CH₃ ₍ DMS ) + _H₂O
• ^{อัลดีไฮด์เฟอร์เรดอกซิ น}ออกซิโดรีดักเทส : R–CHO + H₂O _→ R–CO₂ ₊ 2H ⁺ 2H⁺ + 2e⁻

รูปที่อยู่ติดกันแสดงโคแฟคเตอร์โมลิบเดนัมสามประเภทที่แตกต่างกัน การใช้ทังสเตนทางชีวภาพนั้นคล้ายคลึงกับการใช้โมลิบเดนัม^{[ 16 ]}

ตำแหน่งออกฤทธิ์ของคอมเพล็กซ์ที่สร้างออกซิเจน (OEC) ของระบบสังเคราะห์แสง II (PSII) คือศูนย์กลาง Mn ₄ O ₅ Ca ที่มีลิแกนด์ออกโซเชื่อมต่อหลายตัวซึ่งมีส่วนร่วมในการออกซิเดชันของน้ำเป็นออกซิเจนโมเลกุล^{[ 17 ]}มีการเสนอว่า OEC ใช้ตัวกลางออกโซปลายทางเป็นส่วนหนึ่งของปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำ คอมเพล็กซ์นี้มีหน้าที่ในการผลิตออกซิเจนโมเลกุลเกือบทั้งหมดของโลก การเชื่อมโยงที่สำคัญในวัฏจักรออกซิเจน นี้มีความจำเป็นต่อความหลากหลายทาง ชีวภาพส่วนใหญ่บนโลก

คำว่า "กำแพงออกโซ" เป็นทฤษฎีที่ใช้อธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าไม่มีคอมเพล็กซ์ออกโซปลายทางที่รู้จักสำหรับศูนย์กลางโลหะที่มีสมมาตรทรงแปดเหลี่ยมและจำนวนอิเล็กตรอน d เกิน 5 ^{[ 18 ] [ 19 ]}

สารประกอบออกโซสำหรับไตรแอดของวาเนเดียมถึงเหล็ก ( กลุ่ม 3-8) เป็นที่รู้จักกันดี ในขณะที่สารประกอบออกโซปลายสำหรับโลหะในไตรแอดของโคบอลต์ถึงสังกะสี (กลุ่ม 9-12) นั้นหายากและมักจะมีโลหะที่มีเลขโคออร์ดิเนชันต่ำกว่า 6 แนวโน้มนี้ยังคงใช้ได้กับพันธะหลายพันธะระหว่างโลหะกับลิแกนด์อื่นๆ ข้อยกเว้นที่อ้างถึงสำหรับกฎนี้^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}ได้ถูกถอนคืนแล้ว^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

สารประกอบอิริเดียมออกโซคอมเพล็กซ์ Ir(O)(mesityl) ₃อาจดูเหมือนเป็นข้อยกเว้นของกฎผนังออกโซ แต่ไม่ใช่เพราะคอมเพล็กซ์นี้ไม่ใช่ทรงแปดเหลี่ยม^{[ 7 ]}สมมาตรแบบสามเหลี่ยมจัดเรียงออร์บิทัล d ของโลหะใหม่ให้อยู่ต่ำกว่าคู่ MO π* ที่เสื่อมสภาพ ในคอมเพล็กซ์ที่มีสมมาตรสามเท่า อนุญาตให้มีการพันธะ MO หลายพันธะสำหรับอิเล็กตรอน d มากถึง 7 ตัว^{[ 18 ]}

ลิแกนด์ออกโซปลายทางค่อนข้างหายากสำหรับกลุ่มไทเทเนียม โดยเฉพาะเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียม และไม่พบในโลหะกลุ่มที่ 3 (สแกนเดียม อิตเทรียม และแลนทานัม) ^{[ 1 ]}

• พันธะหลายพันธะระหว่างโลหะกับลิแกนด์
• ออกไซด์
• โพลีออกโซเมทัลเลต
• เมทัลเลต
• ออกโซฟิลิก
• สารประกอบไดออกซิเจน