卡賓自由基是一類特殊的有機金屬碳化物。卡賓自由基可以通過使用外部還原劑對費舍爾型卡賓進行單電子還原而形成，或者使用重氮化合物和相關卡賓前體在開殼過渡金屬配合物（特別是低自旋鈷（II）配合物）上形成卡賓后直接形成。鈷（III）-卡賓自由基已經在環丙烷化反應以及其他各種催化自由基型閉環反應中找到催化應用。理論計算和EPR研究證實了它們的自由基行為，并解釋了卡賓自由基穩定性所依據的鍵合相互作用。其他金屬的穩定卡賓自由基是已知的，但與催化有關的鈷（III）-卡賓自由基迄今只被合成為長壽命的反應性中間體。鍵合相互作用和自由基反應性存在于卡賓自由基中的化學鍵是令人驚訝的，因為它同時擁有費舍爾和施羅克型卡賓的各個方面。因此，碳化鈷自由基復合物在其碳原子上具有離散的自由基特征，從而產生了有趣的催化自由基型反應途徑。鈷(II)的卡賓自由基的形成機制通常包括在金屬上生成卡賓，同時將分子內電子從金屬轉移到由金屬d軌道和卡賓p軌道構建的金屬-卡賓π*反鍵分子軌道。因此，卡賓自由基也許xxx被描述為"單電子還原費舍爾型卡賓"。從西格瑪型金屬d軌道（通常是dz2軌道）發生離散電子轉移，導致碳烯碳的典型自由基特征。這種行為不僅解釋了這些復合物的碳中心自由基類型的反應性，而且還解釋了它們的親電性降低（抑制碳烯二聚體的副反應）以及它們對電子不足的底物的反應性增強。此外，第二配位層的氫鍵相互作用會產生更快的反應，因為與前體相比，H鍵對還原碳烯的作用更強。

這種H鍵相互作用還能促進對映選擇性碳烯轉移反應中的手性轉移。為了使σ鍵穩定（通常鍵序略小于1），從π分子軌道到反鍵的π*分子軌道的背鍵作用是必要的，卟啉環作為電子π對稱性的緩沖器，以確保獲得這種相互作用。對π*軌道的反捐獻將導致碳烯碳上不利的過剩電子密度，但相鄰官能團的存在（羰基或磺酰基具有理想的電負性）緩解了這種電子堆積，并產生了最終的自由基電子，它在碳上占據了一個p原子軌道狀態。