Radikal Bebas Image

Bahan polimer, seperti plastic, styrofoam, dan karet, adalah material yang sering kita pakai sehari-hari. Berbicara tentang pembuatan polimer maka salah satu aspek yang perlu dipahami ialah mengenai radikal bebas dan antioksidan.

Radikal bebas tidak saja mendapat perhatian di dunia ilmu bahan, tapi juga di dunia kedokteran dan farmasi. Radikal bebas adalah suatu molekul aktif yang dianggap ikut berperan pada timbulnya banyak penyakit yang dialami manusia. Contohnya pada penyakit arthritis (persendian) dan keracunan yang disebabkan oleh beberapa zat kimia termasuk alkohol. Selama bertahun-tahun pula para peneliti menduga ada hubungan antara molekul radikal dan kanker, atau antara radikal dengan proses penuaan. Demikian juga, pada waktu terjadi serangan jantung, yaitu ketika gumpalan darah menyumbat aliran dalam pembuluh darah. Yang lebih berbahaya ialah bukan berkurangnya pasokan oksigen ke dalam otot jantung saat pembuluh darah tersumbat, tapi terjadinya semburan radikal bebas mendadak yang dilepaskan pada saat aliran darah yang mengandung　banyak oksigen yang tadinya tersumbat itu kembali mengalir. Dengan pemahaman radikal bebas ini, para ahli kimia sekarang optimis untuk bisa mendesain obat yang bisa menangkap radikal-radikal bebas tersebut. Sebuah universitas pusat penelitian di Inggris telah didirikan hanya untuk meneliti pengaruh radikal bebas pada makhluk hidup dan pengembangan obat-obatannya.

Apakah yang dimaksud dengan radikal bebas? Salah satu contoh tipikal dan dianggap sebagai radikal bebas paling reaktif terhadap makhluk hidup namun paling sederhana ialah radikal hidroksil. Kita bisa membayangkan radikal hidroksil ini dari molekul air (H₂O). Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen yang masing-masing berikatan dengan satu atom oksigen. Di dalam masing-masing ikatan itu terkandung sepasang elektron, satu berasal dari atom hidrogen dan satu lagi dari atom oksigen. Molekul air biasanya dapat terpisah menjadi dua partikel bermuatan listrik yaitu ion hidrogen yang bermuatan positif (H+) dan ion hidroksida yang bermuatan negatif (OH-). Dalam hal ini, pasangan elektron yang terkandung dalam ikatan tadi berpindah semuanya pada ion hidrosida sehingga bermuatan negatif.

Akan tetapi molekul air bisa juga terpisah dengan cara lain, tanpa ada muatan listrik. Caranya ialah pasangan elektron tadi bercerai, satu ikut pada atom hidrogen (H*) dan satu lagi ikut hidroksida yang membentuk radikal hidroksil HO*. Tanda asterisk menunjukkan elektron tunggal yang menandakan radikal. Radikal-radikal ini sangat reaktif karena elektron yang tidak berpasangan tadi cenderung ingin mencari pasangan lagi. Radikal hidroksil merupakan radikal yang paling membahayakan sel hidup. Untungnya, radikal hidroksil ini tidak terjadi di dalam makhluk hidup sebab ikatan untuk membentuk molekul air jauh lebih kuat. Namun, radiasi tinggi akan mampu memecah molekul air untuk memproduksi radikal hidroksil. Contohnya pada waktu kecelakaan nuklir di Chernobyl, radikal hidroksil dari air terjadi karena ada kebocoran radiasi. Radikal hidroksil di alam biasanya berasal dari molekul yang mudah pecah seperti hidrogen peroksida (HOOH).

Ikatan molekul yang kuat pada molekul air inilah yang menyebabkan radikal hidroksil sangat reaktif. Radikal hidroksil akan selalu mencoba mengajak setiap atom hidrogen yang ditemuinya untuk membentuk ikatan seperti molekul air. Jika atom hidrogen itu berasal dari molekul organ makhluk hidup yang penting, maka kerusakan organ itu akan terjadi.

Sekalipun baru-baru ini saja diketahui efek radikal ini terhadap makhluk hidup dan dunia pengobatan, para ahli kima sebenarnya telah mempelajarinya sejak tahun 1930an. Dua artikel yang ditulis oleh Donald Hey dan Alec Waters 74 tahun yang lalu telah menunjukkan pentingnya peran radikal bebas pada reaksi kimia. Mereka tidak memang meneliti radikal hidroksil, melainkan kelakuan radikal yang terbentuk dari senyawa organik, dengan kata lain dari senyawa karbon.

Istilah radikal sudah digunakan pada awal-awal dipelajari senyawa organik. Para ahli kimia menemukan gugusan yang terdiri dari karbon dan hidrogen terlihat mempunyai sifat yang sama seperti atom tunggal yang berdiri sendiri. Contohnya gugus methyl CH₃ bisa bergabung dengan atom dari chlorine untuk membentuk methyl chlorine seperti bergabungnya natrium dan chlorine ketika membentuk NaCl. Gugus methyl ini dinamakan radikal methyl.

Mulanya, para ahli kimia mentertawakan konsep keberadaan radikal sebagai molekul yang berdiri sendiri. Akan tetapi penjelasan Hey dan Waters telah menunjukkan peran radikal bebas dalam reaksi senyawa kimia. Tak lama kemudian, nyatalah bahwa radikal itu bisa bereaksi dengan berbagai cara. Radikal-radikal itu sendiri dapat saling bereaksi satu sama lain, atau dapat bereaksi dengan molekul stabil lain untuk membentuk molekul baru atau radikal baru. Radikal baru itu kemudian bisa dengan bebas bereaksi dengan molekul lain lagi, sehingga terjadilah suatu reaksi berantai. Banyak reaksi kimia dalam pembuatan polimer, seperti polystyrene atau polymethyl methacrylate(plexiglas) terjadi karena reaksi berantai tadi. Senyawa–senyawa polimer tersebut biasanya mengandung ikatan ganda dari pasangan atom karbon karena ikatan ganda ini mudah dituju oleh radikal-radikal.

Radikal yang diperlukan untuk memulai suatu reaksi kimia bisa dihasilkan dari molekul yang memiliki gugus peroksida, karena ikatannya tidak begitu kuat dan mudah dipecah dengan pemanasan. Radikal tersebut (ditulis Y*) menempel pada molekul monomer vinyl untuk membentuk radikal baru, dan berpaut dengan molekul vinyl lain dan seterusnya membangun rantai polimer yang panjang secara bertahap (Gb.1). Terakhir, rantai-rantai radikal bisa bergabung satu sama lain, dan elektron yang tadinya tidak berpasangan menjadi berpasangan sehingga reaksi berantai ini akhirnya terhenti.

Gb. 1 Proses pembuatan polimer dengan radikal bebas

Proses kimia seperti ini tiba-tiba menjadi penting ketika perang dunia ke II, pada saat Jepang menghentikan suplai karet alam dari Malaya. Amerika dan Eropa terpaksa mengembangkan polimer sintetis untuk menggantikan karet alam. Namun dengan cepat Jerman dan Soviet bisa berswasembada karet sintetis ini. Di Amerika, produksi polimer terbuat dari styrene dan butadiene ini bahkan bisa meningkat menjadi 5 kali daripada produksi karet alam di tahun 1945, dari awalnya tidak ada sama sekali di tahun 1941.

Reaksi yang melibatkan radikal juga bisa membuat karet hancur. Dalam hal ini, molekul oksigen di udara beraksi sebagai radikal (Gb.2). Oksigen bereaksi dengan molekul karet membentuk hidroperoksida (R₂CHOOH). Pada tahap proses ‘inisiasi’  satu  atom hidrogen dari ujung rantai polimer terlepas sehingga dihasilkan suatu radikal polimer. Molekul oksigen akan menempel pada radikal tersebut untuk membentuk radikal baru, yaitu hidroperoksida. Radikal baru ini lalu bereaksi dengan rantai polimer lain dan membentuk radikal polimer lagi, dan begitu seterusnya (dinamakan tahap ‘propagasi’).

Gb. 2 Proses degradasi oleh oksigen pada karet alam

Reaksi yang mirip juga terjadi secara cepat pada lapisan cat minyak yang tengah mengering. Pada tahap awal pengeringan, berat dari lapisan cat itu akan meningkat. Hal ini disebabkan molekul cat menyerap oksigen dari udara dan membentuk hidroperoksida organik.  Reaksi awal dengan oksigen ini mudah terjadi karena lemahnya ikatan antara karbon hidrogen pada cat minyak. Namun radikal peroksi yang terjadi tidak sereaktif radikal hidroksil. Radikal ini akan bereaksi secara selektif mencari satu lokasi dari molekul lain untuk bergabung yang ikatannya setara dengan ikatan antara karbon dan hidrogen tadi.

Dengan memahami peran reaksi radikal dari cat ini, John Mills di London National Gallery Lab, telah mengembangkan teknik analisa yang memungkinkan sejarahwan bisa menyelidiki media cat yang digunakan para pelukis jaman dahulu. Reaksi kimia sederhana menggunakan unsur cat yang didapat ketika lukisan dibersihkan, bisa memberikan tanda tangan yang menunjukkan apakah medium cat dibuat dari minyak tumbuhan, atau turunan dari telur. Metoda ini juga dapat membedakan medium minyak biji rami, walnut, atau poppyseed seperti yang sering digunakan oleh para seniman Perancis abad 19-an.

Minyak pelumas sebaliknya, harus bisa stabil dalam waktu lama. Minyak ini tidak boleh memiliki ikatan karbon-hidrogen yang lemah yang bisa memulai reaksi radikal seperti terkandung dalam cat minyak di atas. Para kimiawan biasanya menambahkan “antioksidan” ke dalam  minyak pelumas agar stabil. Jika ada radikal peroksi yang timbul dalam minyak, maka akan ditarik oleh antioksidan itu. Hal ini untuk menghindari terjadinya proses radikal berantai dan merusak molekul minyak lainnya. Ada suatu cara yang telah dipatenkan, meskipun agak mahal, untuk mengurangi kepekaan terhadap radikal, yaitu dengan memperkuat ikatan karbon-hidrogen melalui pergantian atom hidrogen oleh isotop berat yaitu deuterium. Namun ongkos yang mahal dari metoda ini bisa ditolerir jika pelumas ini digunakan pada produk yang mahal, contohnya untuk jam kualitas tinggi, yang harus tahan lama tanpa perlu dibersihkan.

Minyak goreng yang kita konsumsi pun seharusnya tidak mengandung radikal bebas. Minyak jelantah ialah minyak yang sudah sering dipanaskan dalam suhu tinggi sehingga banyak terkandung radikal bebas. Lebih-lebih kalau sudah berubah warna. Ditengarai radikal bebas ini bisa mengakibatkan kanker dalam tubuh manusia.

Namun, sistem biologi membuat antioksidan sendiri untuk membatasi kerusakan akibat oksidasi. Salah satu dari antioksidan penting ialah tocopherol, atau vitamin E. Antioksidan ini paling mudah larut dalam larutan lemak pada membran sel. Sedangkan antioksidan yang paling mudah larut dalam air ialah vitamin C. Maka tidak heran kalau para peneliti yang mempelajari efek radikal dan biologi, memakan suplemen vitamin E dan vitamin C dalam diet mereka.

Disadur dari tulisan John Perkins, A Radical View of Chemistry, New Scientist, August 1988. hal. 41-44.