Nobel Kimia 2005: Molekul Juga Bisa berdansa

Ditulis oleh Sandri Justiana pada 23-12-2005

Setiap tahun, Yayasan Nobel memberikan penghargaan kepada para tokoh dan ilmuwan di bidang kedokteran, fisika, kimia, ekonomi, sastra, dan perdamaian. Pengumuman pemenang diumumkan setiap tanggal 5 Oktober, sedangkan penganugerahan medali emas, hadiah uang, dan piagam dilaksanakan setiap tanggal 10 Desember 2005 bertepatan dengan tanggal wafatnya Alfred Nobel.

Penghargaan Nobel Kimia 2005 yang diumumkan tanggal 5 Oktober lalu, diberikan kepada tiga orang ilmuwan atas jasanya mengembangkan metode metatesis dan sintesis organik. Mereka adalah Yves Chauvin dari Institut Francais du Petrole, Rueil-Malmaison, France, Robert H. Grubbs dari California Institute of Technology (Caltech), Pasadena, CA, Amerika Serikat dan Richard R. Schrock dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, MA, Amerika Serikat. Menurut jadwal seperti yang dilansir situs resmi hadiah nobel, www.nobelprize.org, pada tanggal 8 Desember 2005, ketiga ilmuwan kimia tersebut akan memberikan kuliah di aula Magna, Swedia.

Apakah Manfaat Reaksi Metatesis?

Mungkin banyak yang bertanya, apakah sebenarnya manfaat reaksi metatesis sehingga Yayasan Nobel menganugerahi ketiga ilmuwan kimia tersebut? Upaya dan kerja keras para ahli kimia dalam mengembangkan metode metatesis memungkinkan
dikembangkannya pembuatan obat-obatan dan bahan plastik yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Metode ini juga dapat digunakan untuk mengembangkan herbisida, polimer baru, dan bahan bakar. Menurut kabar terbaru, perusahaan alat olahraga
yang membuat pemukul baseball sintesis memilih menggunakan bahan dasar dari biji-bijian yang diubah dengan reaksi metasintesis daripada menggunakan hasil samping minyak bumi. Bahkan, para ahli kimia kini membayangkan metatesis akan menjadi senjata penting untuk memburu obat-obatan baru untuk mengatasi berbagai penyakit di dunia. Bukan hal yang mustahil jika penyakit-penyakit, seperti infeksi bakteri, hepatitis C, kanker, penyakit Alzheimer, sindrom Down, osteoporosis, arthritis, peradangan, fibrosis, HIV/AIDS, dan migren dapat disembuhkan dengan lebih efisien melalui sintesis obat baru menggunakan reaksi metatesis.

Apakah reaksi metatesis itu?

Reaksi metatesis merupakan salah satu reaksi senyawa kimia karbon. Reaksi senyawa karbon didasari oleh sifat unik atom karbon. Atom yang mempunyai lambang unsur C ini merupakan penyusun utama senyawa organik. Atom karbon dapat membentuk rantai panjang ataupun cincin, mengikat atom lain, seperti hidrogen dan oksigen, membentuk ikatan ganda, dan sebagainya. Itulah sebabnya senyawa yang dibentuk oleh atom karbon jumlahnya begitu banyak.

Semua aspek kehidupan di dunia bergantung pada atom karbon ini karena atom karbon dapat ditemui di alam, misalnya, arang dan berlian. Selain terdapat di alam, karbon juga dapat dihasilkan secara buatan melalui reaksi sintesis organik di laboratorium kimia. Pada reaksi kimia, ikatan antar-atom putus dan membentuk ikatan yang baru. Untuk mempercepat reaksi, biasanya ditambahkan katalis, yaitu zat kimia yang ditambahkan ke dalam reaksi tapi tidak ikut bereaksi. Reaksi metatesis ini telah lama digunakan dalam sintesis organik, terutama dalam industri petrokimia. Contohnya pada pembuatan butena dan etilena yang berasal dari reaksi dua molekul propena dengan bantuan katalis logam.

Bagaimana cara menerangkan reaksi metatesis?

Hingga tahun 1970, reaksi metatesis terus berkembang. Bukan hanya dalam industri petrokimia, tetapi juga industri lainnya, seperti kesehatan dan pertanian. Sayangnya, bagaimana cara kerja reaksi ini belum diketahui. Banyak peneliti yang mengajukan teori cara kerja reaksi metatesis. Dan yang dapat memecahkannya adalah Yves Chauvin dari Institut Francais du Petrole pada tahun 1970. Dia dan muridnya Jean-Louis Herrison menemukan katalis logam karbena (logam yang dapat berikatan ganda dengan atom karbon membentuk senyawa), atau dikenal juga dengan istilah metal alkilidena. Melalui senyawa logam karbena ini, Chauvin berhasil menjelaskan bagaimana mekanisme reaksi metatesis dan bagaimana susunan logam berfungsi sebagai katalis dalam suatu reaksi.

Menurut Chauvin, metatesis dapat diartikan sebagai pertukaran posisi atom dari dua zat yang berbeda. Contohnya pada reaksi AB + CD -> AC + BD, B bertukar posisi dengan C. Secara sederhana, Chauvin mengibaratkan reaksi metatesis sebagai pasangan molekul yang berdansa dan setiap saat berganti pasangan (lihat gambar). Logam dan pasangannya saling berpegangan tangan dan ketika bertemu dengan pasangan alkena (senyawa yang tersusun atas dua atom karbon yang berikatan ganda), dua pasang penari molekul ini bersatu dalam lingkaran dansa. Sesaat kemudian, mereka melepas pasangan masing-masing dan menari lagi dengan pasangan baru. Pasangan katalis sekarang telah siap untuk menangkap pasangan alkena yang lain untuk membentuk ikatan yang baru.

Kiri: Pasangan katalis logam karbena -logam (hitam) dan atom karbon (hijau)- saling berpegangan tangan, begitu juga dengan pasangan alkena (kuning-merah).
Tengah: Setiap pasangan kemudian bergabung membentuk lingkaran.
Kanan: Pasangan katalis logam karbena dan pasangan alkena saling bertukar pasangan.

Dengan kata lain, metatesis berarti perubahan tempat. Pada reaksi metatesis, ikatan ganda putus dan hal inilah yang membuat atom-atom karbon mempunyai jalan untuk berpindah tempat dalam kelompok atom tersebut. Hal ini terjadi dengan bantuan dari katalis khusus. Mekanisme baru ini dapat menjelaskan sesuatu yang tidak dapat dijelaskan oleh mekanisme yang diajukan sebelumnya.

Bagaimana agar reaksi metatesis berlangsung lebih cepat?

Cepat lambatnya reaksi metatesis bergantung pada katalis yang digunakan. Penggunaan katalis yang dipelopori Chauvin, kemudian dikembangkan oleh Richard Schrock dan Robert Grubbs.

Richard R. Schrock mengawali penelitiannya tentang kompleks alkilidena pada awal tahun 1970. Schrock berangkat dari pertanyaan, ”Logam apakah yang paling efektif digunakan sebagai katalis?" Dia kemudian mencoba katalis yang terdiri dari logam-logam yang berbeda, seperti tantalum, tungsten, dan molybdenum. Akhirnya, Schrock menemukan bahwa molybdenum dan tungsten adalah logam yang paling cocok sebagai katalis. Schrock dan kawan-kawannya semakin bersemangat untuk menemukan molekul dan komplek alkilidena yang lebih stabil.

Superkatalis yang lebih efisien

Perkembangan selanjutnya terjadi tahun 1992 ketika Robert Grubbs dan rekannya mempublikasikan penemuan mereka tentang logam rutenium sebagai katalis. Penemuan ini merupakan jerih payah dari penelitian panjang sejak tahun 1980. Logam rutenium lebih stabil di udara. Grubbs berhasil melengkapi penemuan Chauvin dan Schrock dengan menemukan katalis metatesis yang efektif, mudah disintesis, dan dapat diaplikasikan di laboratorium secara baik. Katalis tersebut diberi nama katalis Grubbs dan menjadi standar pembanding untuk katalis yang lain. Penemuan katalis Grubbs secara tidak langsung menambah peluang kemungkinan sintesis organik di masa depan.

Pada tanggal 10 Desember 2005, kocek ketiga ilmuwan tersebut dipastikan bertambah। Mungkin hadiah senilai 10 juta kron Swedia yang akan dibagi rata kepada mereka terlalu kecil jika dibandingkan manfaat yang akan diperoleh masyarakat.