Besi dan oksigen berinteraksi dalam banyak proses penting di seluruh tubuh manusia. Contoh yang paling terkenal adalah hemoglobin, dimana besi mengikat dioksigen, yaitu dua atom oksigen yang disatukan, sehingga oksigen dapat diangkut ke dalam aliran darah.
Besi juga membentuk senyawa yang sangat reaktif yang disebut besi okso. Senyawa ini terlibat dalam fungsi biologis lainnya, termasuk reaksi yang dilakukan oleh enzim hati yang membantu memecah obat.
Menjelajahi Kimia Oksigen Selain Besi
Ahli kimia Universitas Rice Raúl Hernández Sánchez ingin mengetahui apakah oksigen dapat membentuk senyawa serupa dengan kelompok logam berbeda yang ditemukan di bagian bawah tabel periodik. Ini dikenal sebagai logam blok-f. Lantanida menempati baris paling atas, sedangkan aktinida muncul di bawah.
Hernández Sánchez mengusulkan bahwa jika lantanida dapat mengikat oksigen dengan cara yang benar, mereka dapat menghasilkan senyawa okso lantanida yang sangat reaktif. Molekul semacam itu berpotensi berfungsi sebagai alternatif sintetik untuk besi okso dan memberikan alat baru bagi ahli kimia molekul kecil untuk mempelajari reaksi yang berhubungan dengan biologi.
Sebuah kendala besar menghalanginya. Logam blok-F, khususnya lantanida, diperkirakan tidak berinteraksi dengan molekul kecil seperti oksigen melalui interaksi pi. Interaksi ini penting dalam banyak bahan biologis, termasuk protein.
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Jurnal Persatuan Kimia AmerikaHernández Sánchez dan rekannya melaporkan metode dioksigen untuk membentuk interaksi pi dengan neodymium, logam lantanida. Proses tersebut menghasilkan senyawa okso lantanida.
Keranjang molekuler untuk neodymium
“Kami telah mengembangkan platform ligan beberapa tahun lalu,” kata Hernández Sánchez, asisten profesor kimia. “Anda dapat menganggapnya sebagai keranjang yang memungkinkan kita menangkap logam dan memposisikannya sedemikian rupa sehingga mendorong jenis pengencang tertentu.”
Setiap keranjang molekul cukup besar untuk menampung satu atom logam blok F. Para peneliti menempatkan dua keranjang ini saling berhadapan. Di antara keduanya, mereka menyusun enam atom, termasuk molekul dioksigen, yang menghubungkan dua atom neodymium.
Susunan ini menciptakan lingkungan ligan terkoordinasi okta, memberikan para ilmuwan cara untuk menyempurnakan posisi logam.
“Setelah kami memiliki lantanida dalam keranjang ligan kami, kami mulai mengeksplorasi reaktivitasnya terhadap substrat molekul kecil hingga kami menemukan kondisi yang tepat untuk menemukan dioksigen dengan cara yang belum pernah terjadi sebelumnya,” kata Hong-Lei Xu, peneliti pascadoktoral dan penulis pertama makalah ini.
Buka kunci ikatan oksigen jenis baru
Dalam kondisi yang tepat, neodymium dan dioksigen membentuk interaksi pi yang sebelumnya dianggap tidak mungkin terjadi. Reaksi tersebut menghasilkan molekul okso lantanida.
Para peneliti sekarang dapat mempelajari apakah senyawa yang sangat reaktif ini dapat menggantikan besi okso dalam kimia sintetik. Mereka juga dapat menguji apakah lantanida okso menawarkan kemampuan yang tidak dimiliki senyawa berbasis besi.
Meskipun penelitian ini hanya berfokus pada neodymium, Hernández Sánchez dan timnya percaya bahwa perancah ligan yang sama dapat mendukung reaksi serupa dengan sebagian besar lantanida dan mungkin juga aktinida.
“Kemampuan untuk mengikat dioksigen ke logam blok-f dan memutus ikatan antara dua atom oksigen berpotensi memungkinkan kita mengungkap okso lantanida yang sangat reaktif dan membentuk bahan kimia bernilai tinggi. Kita dapat membuka babak baru dalam kimia lantanida,” kata Hernández Sánchez.
Penelitian ini didukung oleh pendanaan awal dari Rice University, Robert A. Welch Foundation, dan hibah dari Welch Foundation (C-2142-20230405).
