Supermolekul yang Mampu Merakit Diri Sendiri
Sumber: © 1998 Peregrine Publishers, Inc., All Rights Reserved
Atom-atom dalam satu molekul saling terikat satu sama lain oleh ikatan ion dan ikatan kovalen, sedangkan molekul-molekul terikat, walaupun lebih lemah, secara nonkovalen oleh gaya-gaya intermolekuler. Gaya-gaya ini dapat diklasifikasikan menjadi:
1. Ikatan hidrogen
2. Interaksi muatan-muatan dan interaksi muatan-dipol
3. Gaya-gaya van der Waals yang bersifat saling menarik
Alam mengandung banyak sekali supermolekul yang terdiri atas molekul-molekul yang menyusun dirinya sendiri. Pada supermolekul ini, komponen-komponen molekuler diikat satu sama lain oleh ketiga jenis gaya ini. Misalnya, kedua untaian heliks ganda dari DNA saling terikat satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara pasangan-pasangan basa di kedua untaian (basa dari untaian yang satu berikatan hidrogen dengan basa dari untaian lainnya) dan juga saling terikat oleh interaksi tarik-menarik van der Walls (sering disebut sebagai "stacking interactions") antara pasangan basa yang bersebelahan. Contoh lainnya, mantel dari partikel virus merupakan agregat dari protein-protein berukuran kecil yang terikat satu sama lain terutama oleh gaya-gaya nonkovalen. Mantel ini merupakan objek tiga dimensi tertutup dan pada banyak partikel virus memiliki keindahan dan simetri yang begitu mempesona.
Para kimiawan berusaha mencari tahu apakah mereka mampu menaklukkan gaya-gaya tersebut untuk menghasilkan supermolekul desainer-rakitan diskrit dan besar dari molekul-molekul yang lebih kecil-yang mampu membentuk dan menyusun dirinya sendiri secara spontan dari komponen-komponen penyusunnya. Saat ini, banyak penelitian dilakukan untuk mengeksplorasi ide-ide seperti ini.
Salah satu di antaranya adalah kelompok peneliti dari Universities of Nothingham and York, Inggris. Kelompok tersebut baru-baru ini mendesain sebuah molekul yang akan berfungsi sebagai sudut di dalam sebuah agregat heksagonal (bersegi enam) berikatan hidrogen. Senyawa mereka merupakan "basa hibrida" yang di satu sisi memasukkan pola ikatan hidrogen akseptor-akseptor-donor dari basa sitosin dan di sisi lain memasukkan pola ikatan hidrogen donor-donor-akseptor dari basa guanin (lihat gambar di bawah). Sitosin dan guanin merupakan dua basa yang terdapat dalam DNA.
Yang sangat penting dalam hal ini adalah ikatan-ikatan hidrogen pada sisi-sisi yang berbeda membentuk sudut 120o satu sama lain (lihat gambar di bawah).
Ini berarti bahwa agregat heksagonal dari enam molekul berikatan hidrogen akan terbentuk secara spontan. Preparasi senyawa ini dalam penelitian tersebut menghasilkan kristal-kristal yang setelah diperiksa pdengan kristalografi sinar-X ternyata terdiri dari agregat-agregat yang sama dengan yang telah diprediksi sebelumnya (lihat gambar di bawah).
Larik (array) heksagonal ini mengandung lubang atau kanal/saluran besar (lihat gambar di atas). Melalui saluran ini, molekul-molekul pelarut dapat berdifusi secara bebas. Saluran ini terbentuk sepanjang keseluruhan kristal. Akibat dari adanya saluran besar ini, densitas kristal menjadi sangat rendah.
Contoh lain yang sedikit berbeda adalah supermolekul yang melibatkan senyawa-senyawa yang antara lain terdiri dari senyawa siklik. Senyawa siklik ini secara spontan terjalin melingkari seutas rantai panjang (sebagai analogi, bayangkan cincin yang dimasukkan ke jari). Senyawa-senyawa ini secara umum disebut dengan rotaxanes dan pseudorotaxanes. Professor J. Fraser Stoddart dan rekan-rekannya dari University of Birmingham, Inggris, telah menyelidiki keluarga senyawa ini secara sistematis. Gambaran pekerjaan mereka, berikut beberapa model Chemscape Chime, dapat dilihat di http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/stoddart/research.htm.
Salah satu contoh spektakuler dari tipe senyawa ini adalah sebuah supermolekul yang dikenal sebagai "[3 + 2] adduct" (lihat gambar di bawah). Supermolekul ini dibentuk oleh dua molekul senyawa 1 dan tiga molekul senyawa 2. Seperti ditunjukkan dalam gambar, molekul siklik 2 berfungsi sebagai "sabuk" molekuler untuk mengikat tangan-tangan kedua molekul 1.
Struktur pada gambar di bawah ini menunjukkan model ruang dari [3 + 2] adduct yang dilihat dari atas sehingga hanya satu lapisan yang tampak.
Adduct ini terbentuk oleh ikatan hidrogen antara hidrogen dari grup N-H pada senyawa 1 dan elektron yang tak digunakan untuk berikatan dari atom oksigen pada senyawa 2. Tim ilmuwan ini menduga gaya tarik-menarik van der Waals antara kedua lapisan juga ikut berperan.
Contoh menarik lainnya dari bidang ini adalah polimer pseudorotaxane "dua dimensi". Pada polimer ini, senyawa siklik menjalin diri menjadi jaringan polimer koordinasi dua dimensi.
Bagaimana supermolekul di masa depan? Harapan yang ada sekarang adalah bahwa prinsip-prinsip yang dapat dipelajari dari desain supermolekul yang diketahui saat ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk merancang, antara lain, reseptor molekuler dan saluran yang bersifat selektif-molekul.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar