Perubahan/perluasan konsep Ikatan Kimia: Ikatan kovalen berelektron tunggal telah terkonfirmasi secara experiment untuk pertama kali – pembuktian postulat hampir 100 tahun

Oleh: Arsel A. Pau Riwu

(Tulisan ini dibuat dengan rujukan utama artikel pada Jurnal Nature, Vol 634 – September 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07965-1)

Gambar: Ikatan berelektron tunggal diantara atom C (Design ChemDraw)

 

Selama lebih dari 100 tahun sejak Lewis memproposalkan ide pembagian pasangan elektron oleh dua atom pada 1916, konsep ikatan kovalen konvensional (istilah “kovalen” diperkenalkan oleh Langmuir pada 1919) telah bertahan dan diterima secara luas. Semua buku-buku dan pengajaran yang umumnya beredar (minimal yang saya temui sejak mengikuti kelas Sains di sekolah tingkat menengah) memperkenalkan ikatan kovalen dengan konsep pembagian pasangan elektron – ini tentunya tahap awal sebelum mempelajari teori orbital molekul berbasis mekanika kuantum yang menekankan pada “delokalisasi elektron”. Konsep konvensional ini telah membentuk kerangka pemahaman terhadap sebagian besar struktur senyawa organik dan anorganik dalam ikatan tunggal, ganda, dan rangkap tiga (saya dengan sengaja tidak menyebut ikatan kovalen koordinasi karena memiliki penjelasan yang lebih kompleks terkait pembagian dan distribusi elektron diantara dua inti). 

Dalam laporan Nature yang terbit pada September 2024, kimiawan dari Hokkaido University dan University of Tokyo – Jepang telah berhasil secara eksperimental untuk pertama kalinya membuktikan eksistensi ikatan sigma karbon-karbon berleketron tunggal. Para peneliti menggunakan turunan heksafeniletana (HPE) sebagai substrat kajian dan menginvestigasi karakteristik ikatan dengan kombinasi metode kristalografi (difraksi sinar-X kristal tunggal), spektroskopi (Raman), dan komputasi (DFT).

Keberhasilan ini mengkonfirmasi postulat Linus Pauling tentang konsep ikatan kovalen berelektron tunggal pada tahun 1931. Saat pauling mempostulatkan ikatan sigma berelektron tunggal, ia menggunakan kation radikal H2^·+ sebagai model sample. Ikatan antara kedua inti atom Hidrogen telah diprediksikan secara teoritis sebagai ikatan yang sangat lemah. Walaupun telah banyak laporan yang memproposalkan keberadaan spesies ikatan sigma C·C berelektron tunggal, namun belum ada yang berhasil mengisolasi intermediet tersebut dan mengonfirmasi secara langsung dengan teknik eksperiment.

Ikatan C–C berelektron tunggal sebenarnya secara teoritis telah diprediksi memiliki kekuatan ikatan yang lemah, sangat reaktif, dan sulit untuk diisolasi demi keperluan investigasi lanjutan. Namun, para peneliti menggunakan alkana yang kaya elektron seperti turunan heksafeniletana (HPE) untuk mengeksplorasi fenomena ini. Sistem ikatan π yang berdekatan dalam senyawa ini dapat menstabilkan kation radikal. Namun, untuk mencapai keadaan satu elektron tetaplah sulit, karena HPE dilaporkan biasanya mengalami oksidasi dua elektron, yang menyebabkan pemutusan ikatan C–C membentuk dua kation. Para peneliti termasuk Takuya Shimajiri dari Universitas Tokyo secara kreatif mengubah perilaku redoks senyawa ini melalui modifikasi struktural (geometri). Mereka memasukkan unit penghubung (analogi ligan jembatan) asenaptilena di antara atom karbon, menghasilkan ikatan C–C 0,26 Å lebih panjang dari ikatan C-C pada umumnya (1,54 Å). Hal ini mebuat oksidasi satu elektron menggunakan Iodium berhasil dilakukan dan mendapatkan produk dengan ikatan C-C berlektron tunggal. Ikatan unik ini kemudian dikonfirmasi melalui analisis yang melibatkan kristalografi, spektroskopi, dan metode komputasi (DFT).

Laporan ini mengeksplorasi pertanyaan mendasar yang penting terkait konsep ikatan kovalen dan membuka jalan untuk  menyelidiki batas antara keadaan terikat dan tidak terikat antara atom. Selain itu, eksplorasi terkait reaktivitas dan aplikasi dari pembentukan ikatan kovalent berelektron tunggal ini juga menjadi arah yang sangat menarik untuk perkembangan dari banyak bidang kimia.

---Sekian---