Kimia koordinasi merupakan cabang ilmu kimia yang memegang peranan vital dalam memahami struktur dan fungsi banyak senyawa anorganik, biologi, dan material modern. Di jantung kimia koordinasi terletak konsep krusial yang disebut ligan. Ligan adalah entitas kimia, baik berupa ion maupun molekul netral, yang memiliki kemampuan istimewa untuk mendonorkan sepasang elektron kepada atom atau ion logam pusat, membentuk ikatan koordinasi. Ikatan ini bukan sekadar interaksi fisik, melainkan jalinan kimia yang kuat dan terstruktur, menentukan sifat magnetik, warna, reaktivitas, dan bahkan bentuk geometris keseluruhan dari suatu kompleks. Tanpa pemahaman mendalam mengenai sifat-sifat ligan, mustahil untuk menguasai dinamika kompleks koordinasi yang begitu luas dan kompleks.
Secara formal, ligan didefinisikan sebagai spesies kimia yang bertindak sebagai basa Lewis, mendonorkan sepasang elektron non-ikatan ke atom logam pusat (yang bertindak sebagai asam Lewis) untuk membentuk ikatan kovalen koordinasi. Logam pusat umumnya adalah ion logam transisi, meskipun kompleks dapat dibentuk oleh logam utama lainnya. Peran ligan jauh melampaui sekadar pemasok elektron; mereka adalah arsitek yang menentukan geometri, stabilitas, dan reaktivitas kompleks yang terbentuk. Kemampuan ligan untuk menyesuaikan sifat donor-akseptornya memungkinkan kimiawan merancang material dan katalis dengan fungsi spesifik.
Setiap ligan harus memiliki setidaknya satu atom donor. Atom donor ini biasanya merupakan unsur-unsur elektronegatif seperti Nitrogen (N), Oksigen (O), Sulfur (S), atau Halogen (F, Cl, Br, I). Karakteristik utama yang memungkinkan donasi elektron adalah keberadaan pasangan elektron bebas (lone pair). Dalam konteks ikatan, ikatan kovalen koordinasi sering direpresentasikan sebagai panah yang mengarah dari ligan (donor) menuju logam (akseptor).
Interaksi antara ligan dan logam ini menghasilkan kompleks koordinasi, yang secara keseluruhan dapat bermuatan positif, negatif, atau netral, tergantung pada muatan awal logam dan ligan itu sendiri. Misalnya, dalam kompleks heksaaminkobalt(III), $[Co(NH_3)_6]^{3+}$, ligan amonia ($NH_3$) adalah molekul netral, sementara kobalt berada dalam keadaan oksidasi +3, sehingga muatan total kompleks adalah +3. Pemahaman muatan ini sangat penting untuk penamaan dan prediksi sifat fisika kompleks.
Jumlah ligan yang terikat pada atom logam pusat disebut bilangan koordinasi. Bilangan ini, bersama dengan ukuran relatif ligan dan logam, secara langsung menentukan geometri kompleks. Bilangan koordinasi yang paling umum adalah empat (menghasilkan geometri tetrahedral atau planar persegi) dan enam (menghasilkan geometri oktahedral). Namun, bilangan koordinasi lain seperti dua (linear), lima (trigonal bipiramidal atau piramida persegi), tujuh, atau delapan juga dimungkinkan, meskipun kurang umum. Pilihan ligan yang berukuran besar (sterik) atau ligan yang bersifat spesifik (misalnya ligan bidentat kaku) dapat memaksa logam untuk mengadopsi geometri non-standar, yang merupakan alat penting dalam desain katalitik.
Pengaturan spasial ligan sangat krusial. Misalnya, ligan yang sama dapat menghasilkan isomer geometris yang berbeda, seperti isomer cis dan trans, yang memiliki dampak signifikan pada reaktivitas dan sifat optik. Kimia koordinasi memberikan ruang tak terbatas untuk memanipulasi bentuk tiga dimensi molekul hanya melalui pemilihan strategis ligan yang tepat.
Klasifikasi ligan yang paling fundamental didasarkan pada dentisitas, yaitu jumlah atom donor dalam satu molekul ligan yang dapat berinteraksi dengan logam pusat. Dentisitas menentukan seberapa erat ligan tersebut dapat "menggenggam" logam, sebuah fenomena yang dikenal sebagai efek khelat.
Ligan monodentat, atau ligan bergigi satu, hanya memiliki satu atom donor yang mampu membentuk ikatan koordinasi. Mereka adalah jenis ligan yang paling sederhana dan paling umum. Contoh-contoh klasik meliputi:
Meskipun sederhana, ligan monodentat sangat penting karena mereka memberikan fleksibilitas sterik maksimum di sekitar logam, memungkinkan rotasi dan pertukaran ligan relatif mudah. Namun, kompleks yang dibentuk oleh ligan monodentat biasanya kurang stabil dibandingkan kompleks yang dibentuk oleh ligan polidentat.
Ligan polidentat memiliki dua atau lebih atom donor yang dapat mengikat logam pusat secara simultan, membentuk struktur cincin yang stabil yang disebut khelat (dari bahasa Yunani, chele, yang berarti cakar kepiting).
Ligan bidentat memiliki dua atom donor. Ketika mereka berkoordinasi, mereka membentuk cincin lima atau enam anggota, yang secara termodinamika sangat stabil. Contoh penting meliputi:
Stabilitas yang diberikan oleh ligan bidentat ini dikenal sebagai Efek Khelat. Efek khelat adalah peningkatan signifikan dalam konstanta stabilitas termodinamika kompleks yang terjadi ketika ligan polidentat menggantikan sejumlah ligan monodentat. Peningkatan stabilitas ini didorong oleh entropi, karena penggantian ligan monodentat yang banyak oleh satu molekul ligan polidentat tunggal meningkatkan jumlah partikel yang terlepas (pelarut, ligan monodentat), sehingga meningkatkan entropi sistem.
Ini mencakup ligan tridentat (tiga donor), tetradentat (empat donor), pentadentat (lima donor), dan heksadentat (enam donor).
Stabilitas yang luar biasa dari kompleks multidentat, terutama yang melibatkan EDTA, memungkinkan mereka digunakan secara luas untuk menghilangkan ion logam berat beracun dari tubuh atau untuk mengontrol kekerasan air. Ketika dentisitas ligan meningkat, kekuatan ikatan kovalen koordinasi keseluruhan juga meningkat secara eksponensial, memberikan stabilitas termodinamika yang sangat tinggi.
Di luar klasifikasi dentisitas, beberapa jenis ligan menunjukkan perilaku ikatan yang unik, memiliki kemampuan untuk berinteraksi dengan logam pusat dalam cara yang memengaruhi sifat elektronik dan magnetik kompleks secara dramatis.
Ligan ambidentat adalah ligan monodentat yang memiliki dua atom donor berbeda, salah satunya dapat digunakan untuk berkoordinasi. Kompleks yang dibentuk oleh ligan ambidentat dapat menghasilkan isomerisme ikatan (linkage isomerism).
Perbedaan dalam titik koordinasi ini dapat sangat halus, tetapi berdampak besar pada warna dan reaktivitas. Misalnya, kompleks kobalt(III) yang diikat melalui nitrogen biasanya berwarna kuning, sementara yang diikat melalui oksigen berwarna merah.
Ligan jembatan adalah ligan yang berkoordinasi dengan dua atau lebih atom logam pusat secara simultan, menghubungkan keduanya menjadi struktur yang lebih besar, seringkali menghasilkan polimer koordinasi atau kompleks kluster. Contohnya adalah hidroksida ($OH^-$), oksida ($O^{2-}$), dan beberapa halida ($Cl^-$) yang dapat menjembatani dua logam. Kimia kluster dan polimer koordinasi sangat bergantung pada kemampuan ligan jembatan ini untuk mempertahankan integritas struktural multi-nuklir.
Ligan $\pi$-aseptor, atau ligan ikatan balik, adalah kelas ligan yang sangat penting dalam kimia organologam (senyawa yang mengandung ikatan logam-karbon). Selain bertindak sebagai basa Lewis (donasi pasangan $\sigma$ dari ligan ke orbital d logam), ligan ini juga memiliki orbital $\pi^*$ kosong berenergi rendah yang dapat menerima kerapatan elektron kembali (back-donation) dari orbital d logam yang terisi.
Contoh utamanya adalah Karbon Monoksida ($CO$), Fosfin ($PR_3$), dan Sianida ($CN^-$). Ikatan balik ini memiliki dua konsekuensi fundamental:
Fenomena back-bonding ini adalah kunci untuk memahami katalisis homogen, di mana logam harus secara reversibel mengubah keadaan oksidasinya dan mengikat molekul substrat non-polar seperti etilena atau hidrogen.
Untuk memahami mengapa kompleks koordinasi memiliki warna, magnetisme, dan reaktivitas tertentu, kita harus mempertimbangkan bagaimana ligan memengaruhi orbital d dari atom logam pusat. Dua model utama, Teori Ikatan Valensi (VBT) dan Teori Medan Kristal (CFT), memberikan kerangka kerja untuk menjelaskan fenomena ini, dengan CFT menjadi alat yang lebih unggul dalam memprediksi sifat spektroskopis.
CFT memperlakukan ikatan logam-ligan sebagai interaksi elektrostatik murni (ion-dipol atau ion-ion). Meskipun ini adalah penyederhanaan (ikatan memiliki karakter kovalen), CFT sangat sukses dalam menjelaskan banyak sifat kompleks logam transisi.
Ketika ligan mendekati atom logam, ia menghasilkan medan listrik di sekitar logam. Orbital d logam (yang seharusnya degenerat dalam atom bebas) berinteraksi berbeda dengan medan ini tergantung pada orientasi spasialnya relatif terhadap ligan. Hal ini menyebabkan pemisahan atau pembelahan energi orbital d, yang disebut Crystal Field Splitting ($\Delta$).
Dalam geometri oktahedral, ligan mendekati logam sepanjang sumbu x, y, dan z. Orbital d yang berorientasi langsung pada sumbu tersebut ($d_{z^2}$ dan $d_{x^2-y^2}$, yang secara kolektif disebut orbital $e_g$) akan mengalami tolakan yang lebih besar dari elektron ligan, sehingga energinya meningkat. Sebaliknya, orbital d yang terletak di antara sumbu ($d_{xy}$, $d_{xz}$, $d_{yz}$, yang disebut orbital $t_{2g}$) energinya menurun. Pembelahan ini menciptakan jurang energi $\Delta_o$.
Dalam geometri tetrahedral, tidak ada orbital d yang secara langsung mengarah ke ligan. Tolakan paling besar dialami oleh orbital $t_2$, sementara orbital $e$ mengalami tolakan yang lebih sedikit. Pembelahan ini adalah kebalikan dari oktahedral, dan secara umum, $\Delta_t$ jauh lebih kecil daripada $\Delta_o$ ($\Delta_t \approx 4/9 \Delta_o$).
Kekuatan medan kristal ($\Delta$) yang dihasilkan oleh ligan bervariasi secara signifikan. Kekuatan relatif ligan dalam menghasilkan pembelahan diurutkan dalam Seri Spektrokimia. Seri ini merupakan urutan empiris yang ditentukan melalui eksperimen spektroskopi:
$$I^- < Br^- < S^{2-} < Cl^- < F^- < OH^- < H_2O < SCN^- < NH_3 < en < CN^- < CO$$Ligan di sisi kiri, seperti halida, disebut ligan medan lemah (weak field ligands); mereka menghasilkan $\Delta$ kecil. Ligan di sisi kanan, seperti sianida dan karbonil, disebut ligan medan kuat (strong field ligands); mereka menghasilkan $\Delta$ besar. Kekuatan medan ligan menentukan bagaimana elektron mengisi orbital d:
Pengaruh ligan terhadap $\Delta$ ini adalah alasan utama mengapa kompleks logam transisi memiliki spektrum warna yang beragam dan sifat magnetik yang spesifik (paramagnetik atau diamagnetik).
Meskipun CFT efektif, ia tidak memperhitungkan karakter kovalen yang signifikan dalam ikatan koordinasi. Teori Orbital Molekul (MOT), khususnya dalam bentuk Ligand Field Theory (LFT), memberikan deskripsi yang lebih akurat dengan menggabungkan donasi $\sigma$ dan interaksi $\pi$ antara ligan dan orbital logam. Dalam LFT, orbital molekul dihasilkan, menjelaskan mengapa ligan $\pi$-aseptor seperti $CO$ dan $CN^-$ berada di ujung medan kuat seri spektrokimia; mereka tidak hanya mendonorkan elektron tetapi juga efektif menerima elektron kembali, yang meningkatkan energi pemisahan secara keseluruhan.
Isomerisme dalam kimia koordinasi merujuk pada keberadaan senyawa dengan rumus kimia yang sama tetapi susunan atom yang berbeda. Banyak jenis isomerisme bergantung langsung pada sifat dan penataan ligan di sekitar logam pusat.
Isomerisme struktural terjadi ketika ligan terikat pada logam dengan cara yang berbeda, menghasilkan jenis ikatan yang fundamental berbeda.
Perbedaan terletak pada ion atau molekul mana yang bertindak sebagai ligan dan mana yang bertindak sebagai ion lawan (counter ion) di luar bidang koordinasi. Sebagai contoh: $[Co(NH_3)_5Br]SO_4$ (ion sulfat adalah ion lawan) dan $[Co(NH_3)_5SO_4]Br$ (ion bromida adalah ion lawan). Kedua senyawa ini memiliki rumus molekul yang sama, tetapi sifat kimia dan fisiknya, seperti kelarutan dan reaktivitas terhadap agen presipitasi, sangat berbeda.
Mirip dengan isomerisme ionisasi, tetapi melibatkan molekul air. Air dapat bertindak sebagai ligan (terikat pada logam) atau sebagai molekul kristalisasi (di luar bidang koordinasi). Contoh klasik adalah kompleks kromium(III) klorida: $[Cr(H_2O)_6]Cl_3$ (ungu-violet), $[Cr(H_2O)_5Cl]Cl_2 \cdot H_2O$ (hijau pucat), dan $[Cr(H_2O)_4Cl_2]Cl \cdot 2H_2O$ (hijau tua). Perbedaan ini menunjukkan betapa pentingnya air sebagai ligan potensial.
Sebagaimana dibahas di bagian ligan ambidentat, jenis isomerisme ini timbul ketika ligan memiliki dua atau lebih atom donor potensial, dan kompleks berbeda berdasarkan atom mana yang benar-benar terikat pada logam. Ligan seperti $SCN^-$, $NO_2^-$, dan $CN^-$ adalah pemicu utama jenis isomerisme ini. Isomerisme ikatan merupakan salah satu bukti paling jelas mengenai peran spesifik atom donor dalam ligan.
Isomerisme spasial memiliki ligan yang terikat pada atom logam yang sama, tetapi memiliki susunan spasial yang berbeda.
Isomerisme geometris terjadi pada kompleks dengan bilangan koordinasi empat (planar persegi) dan enam (oktahedral). Pada isomer cis, dua ligan identik terletak berdekatan (pada 90°), sedangkan pada isomer trans, dua ligan identik terletak berseberangan (pada 180°). Perbedaan ini sangat penting; contoh terkenal adalah cis-platina ($cis-[Pt(NH_3)_2Cl_2]$), yang merupakan obat kemoterapi ampuh, sedangkan isomer trans-platina tidak memiliki aktivitas antikanker yang signifikan.
Isomerisme optik terjadi ketika kompleks tidak dapat ditumpangtindihkan dengan bayangan cerminnya (non-superimposable mirror images). Kompleks semacam itu disebut kiral, dan pasangan isomernya disebut enantiomer. Kiralitas seringkali muncul pada kompleks oktahedral yang melibatkan ligan polidentat, terutama ligan bidentat simetris seperti etilendiamin (en) atau oksalat. Struktur heliks yang terbentuk oleh ligan khelat di sekitar logam menghasilkan molekul kiral yang mampu memutar bidang cahaya terpolarisasi (aktivitas optik), membedakannya menjadi bentuk dekstrorotatori ($d$ atau $(+)$) dan levorotatori ($l$ atau $(-)$).
Kemampuan ligan untuk memaksa kiralitas pada kompleks sangat dimanfaatkan dalam sintesis asimetris, di mana ligan kiral yang dirancang khusus digunakan untuk mengarahkan pembentukan satu enantiomer saja dari produk reaksi, suatu kebutuhan mutlak dalam industri farmasi.
Peran ligan tidak terbatas pada lab anorganik; mereka adalah tulang punggung dari banyak proses biologi dan katalitik yang paling penting di Bumi.
Banyak protein vital (metaloprotein) berfungsi hanya karena adanya ion logam transisi yang dikoordinasikan oleh ligan organik kompleks. Ligan ini mengontrol keadaan oksidasi logam, memastikan mereka dapat melakukan fungsi seperti transportasi oksigen, transfer elektron, dan katalisis.
Salah satu ligan biologis yang paling penting adalah Porfirin, sebuah ligan tetradentat siklik besar yang berkoordinasi melalui empat atom nitrogen. Kompleks besi dengan ligan porfirin membentuk gugus heme. Dalam hemoglobin dan mioglobin, gugus heme mengikat oksigen secara reversibel. Ligan tambahan, seperti residu histidin protein yang berkoordinasi di posisi kelima, dan molekul $O_2$ yang berkoordinasi di posisi keenam, menentukan kemampuan pengikatan oksigen yang tepat. Perubahan halus pada ligan (misalnya, penggantian satu ligan axial dengan $CO$ dalam kasus keracunan karbon monoksida) dapat secara drastis mengubah fungsi biologi.
Dalam fotosintesis, pusat magnesium dikoordinasikan oleh ligan yang sangat mirip dengan porfirin, yaitu Klorin (dalam Klorofil). Sementara itu, Vitamin $B_{12}$ (kobalamin) mengandung pusat kobalt(III) yang dikoordinasikan oleh ligan Korrin. Ligan makrosiklik (bercincin besar) ini menstabilkan logam dalam keadaan oksidasi yang diperlukan untuk peran enzimatiknya.
Kimia organologam berfokus pada ligan yang membentuk ikatan langsung logam-karbon. Jenis ligan ini sangat vital dalam katalisis industri.
Ligan fosfin, di mana R adalah gugus organik (seperti fenil atau alkil), adalah ligan yang paling serbaguna dalam katalisis homogen. Mereka bertindak sebagai basa Lewis yang sangat baik, tetapi juga memiliki orbital d kosong yang dapat berpartisipasi dalam ikatan balik $\pi$. Dengan mengubah gugus R (efek sterik dan elektronik), ahli kimia dapat menyesuaikan secara tepat reaktivitas logam. Contoh paling terkenal adalah katalis Wilkinson ($RhCl(PPh_3)_3$), yang digunakan untuk hidrogenasi alkena. Sifat sterik ligan fosfin menentukan seberapa cepat substrat dapat mendekati pusat logam, mengatur selektivitas reaksi.
Ligan $Cp^-$ ($C_5H_5^-$) adalah ligan $\pi$-donasi/aseptor yang luar biasa, sering disebut sebagai ligan "setengah-sandwich". Ia berkoordinasi secara pentahapto ($\eta^5$), mendonorkan enam elektron secara kolektif ke logam. Kompleks terkenal seperti Ferrosena ($Fe(Cp)_2$) adalah contoh senyawa organologam yang stabil dan penting, yang ligan-ligan organiknya sepenuhnya mengelilingi logam pusat, memberikan stabilitas termal dan kinetik yang tinggi.
Desain ligan telah menjadi inti dari inovasi di berbagai bidang, dari kedokteran hingga material canggih.
Ligan adalah komponen kunci dalam katalis homogen, di mana mereka menentukan tidak hanya reaktivitas, tetapi juga regioselektivitas dan stereoselektivitas produk. Dengan memilih ligan yang tepat, para ahli kimia dapat memaksa reaksi kimia untuk menghasilkan hanya satu dari dua isomer potensial, sebuah keunggulan yang sangat berharga dalam produksi bahan kimia halus.
Penerapan ligan dalam bidang medis sangatlah luas, terutama dalam terapi dan diagnostik.
Ligan polidentat, terutama EDTA dan turunan deferoksamin, digunakan dalam terapi khelasi untuk mengobati keracunan logam berat (seperti timbal, merkuri, atau arsenik) atau kelebihan zat besi (hemochromatosis). Ligan-ligan ini mengikat ion logam beracun dengan sangat kuat, membentuk kompleks yang stabil yang kemudian dapat diekskresikan oleh tubuh. Desain ligan harus memperhatikan biokompatibilitas, selektivitas terhadap ion target, dan laju eliminasi.
Agen kontras dalam pencitraan resonansi magnetik (MRI) modern sebagian besar didasarkan pada kompleks logam Gadolinium(III). Gadolinium adalah ion paramagnetik yang kuat. Namun, ion Gadolinium bebas sangat toksik. Oleh karena itu, ia harus diikat erat oleh ligan khelat yang sangat stabil dan inert, seperti DOTA atau DTPA, yang sepenuhnya menutupi dan melindungi ion logam sambil tetap memungkinkan interaksi magnetik dengan molekul air di sekitarnya, sehingga meningkatkan kualitas pencitraan.
Ligan adalah blok bangunan dalam kimia supramolekuler dan ilmu material, khususnya dalam pembuatan Kerangka Kerja Organik Logam (Metal-Organic Frameworks - MOFs).
Metal-Organic Frameworks (MOFs): MOFs adalah material berpori kristal yang dibangun dari ion logam (node) yang dihubungkan oleh ligan organik polidentat (linker) yang kaku. Ligan-ligan ini—seringkali di karboksilat atau azolat—menentukan ukuran dan bentuk pori-pori internal struktur. MOFs memiliki luas permukaan spesifik yang luar biasa besar dan sedang diteliti untuk aplikasi seperti penyimpanan gas (hidrogen atau metana), pemisahan gas, dan katalisis heterogen. Kemampuan untuk memodifikasi struktur dan fungsionalitas ligan secara kimiawi memberikan kontrol yang tak tertandingi atas sifat material akhir.
Kemajuan dalam kimia koordinasi sangat bergantung pada kemampuan untuk mengkarakterisasi kompleks ligan dan merancang ligan dengan sifat yang diinginkan (desain rasional).
Struktur kompleks ligan diselidiki menggunakan berbagai teknik instrumental:
Selain termodinamika (stabilitas kompleks, diukur dengan konstanta stabilitas K), aspek kinetika (laju pertukaran ligan) juga sangat penting. Kompleks dibagi menjadi dua kategori kinetik:
Kinetika sangat ditentukan oleh konfigurasi elektronik logam, terutama populasi orbital $e_g$. Ligan yang kuat dapat mengubah kinetika kompleks secara drastis dengan mengubah konfigurasi spin, misalnya mengubah kompleks kobalt(II) dari labil menjadi inert saat terkoordinasi dengan ligan yang sangat kuat.
Desain ligan modern berfokus pada kontrol sterik dan elektronik secara presisi. Dalam katalisis asimetris, ligan kiral (misalnya, ligan BINAP) dirancang untuk menciptakan lingkungan asimetris di sekitar logam. Lingkungan ini memaksa substrat untuk mendekati logam hanya dari satu arah, menghasilkan produk kiral dengan kemurnian enantiomer yang tinggi. Ini adalah contoh puncak rekayasa kimia di mana bentuk geometris ligan secara harfiah mengarahkan hasil reaksi pada tingkat molekuler.
Selain itu, ligan dengan gugus volumetrik (bulky) digunakan untuk melindungi situs aktif logam dari reaksi samping yang tidak diinginkan, mengendalikan stabilitas termal kompleks, atau memfasilitasi kelarutan dalam pelarut organik tertentu—semua properti yang ditentukan secara eksklusif oleh arsitektur molekuler ligan.
Meskipun ligan telah dipelajari selama lebih dari satu abad, bidang ini terus berkembang, didorong oleh kebutuhan akan material berkelanjutan, energi bersih, dan obat-obatan yang lebih efektif. Tantangan terbesar saat ini berpusat pada penemuan dan pengembangan ligan baru.
Banyak katalis industri yang sangat efektif mengandalkan logam langka atau beracun (seperti Rhodium, Palladium, atau Iridium). Fokus penelitian bergeser untuk merancang ligan yang dapat membuat logam yang melimpah dan tidak beracun (seperti Besi, Nikel, atau Tembaga) memiliki reaktivitas yang sama. Ligan baru yang dirancang untuk logam dasar harus mampu menstabilkan keadaan oksidasi yang tidak biasa dan memfasilitasi mekanisme reaksi yang sulit, seringkali melalui konfigurasi sterik yang sangat menantang.
Salah satu tujuan utama kimia modern adalah aktivasi ikatan yang sangat inert, seperti ikatan $C-H$ dalam hidrokarbon atau ikatan $N \equiv N$ dalam nitrogen atmosfer. Ligan khusus sedang dikembangkan yang dapat membuat logam pusat cukup elektron-kaya untuk berinteraksi dan memutus ikatan $C-H$ yang stabil, atau untuk mereduksi nitrogen menjadi amonia pada suhu dan tekanan ringan (meniru nitrogenase biologis). Proses ini memerlukan ligan yang sangat kuat dalam hal donasi $\sigma$ dan ikatan balik $\pi$ untuk memaksimalkan energi pembelahan dan menstabilkan perantara reaktif.
Ligan redoks-aktif adalah kelas ligan yang dapat mengalami reduksi atau oksidasi secara reversibel sendiri, bukan hanya atom logam pusat. Ketika berkoordinasi dengan logam, ligan ini dapat berpartisipasi dalam transfer elektron selama reaksi katalitik. Dengan demikian, ligan tidak hanya bertindak sebagai 'penonton' yang menyediakan lingkungan sterik, tetapi juga sebagai 'pemain' yang menyimpan atau melepaskan energi. Penggunaan ligan redoks-aktif sangat menjanjikan untuk memfasilitasi reaksi multi-elektron yang kompleks yang diperlukan dalam konversi energi dan produksi bahan bakar.
Secara keseluruhan, ligan adalah molekul yang luar biasa fleksibel, berfungsi sebagai tangan, perisai, dan pengatur elektronik bagi atom logam. Kedalaman dan kompleksitas peran ligan memastikan bahwa kimia koordinasi akan terus menjadi lahan subur bagi penemuan ilmiah, memberikan solusi molekuler untuk tantangan paling mendesak di dunia.