Penangkapan Hidroksimetilena dalam Matriks Argon Padat

Dalam sebuah perkembangan fundamental yang penting, pemburu molekul telah menambahkan satu lagi ke dalam daftar molekul yang telah berhasil diisolasi diantara sekian banyak koleksi senyawa efemeral yang telah ada. Untuk pertama kalinya, para kimiawan telah berhasil untuk menangkap dan mempelajari singlet karbena hidroksimetilen yang 'licin'. (Nature 2008, 453, 906).

Perburuan terhadap hidroksimetilen, atau HCOH, telah menjadi perburuan yang membingungkan. Studi teoritis mengindikasikan bahwa molekul ini cukup stabil untuk diisolasi, namun hingga kini semua usaha untuk menangkap karbena mengalami kegagalan.

Untuk menyingkirkan karbena yang lain, para peneliti yang dikepalai oleh Peter R. Schreiner dari Justus Liebig University, Jerman dan Wesley D. Allen dari Univeristy of Georgia, pertama-tama memanaskan asam glioksalat dalam kondisi vakum tinggi. Didalam kondisiini, asam glioksalat mengeliminasi CO2 untuk menghasilkan HCOH, dimana para kimiawan kemudian memerangkapnya dalam sebuah matriks argon padat pada temperatur 11 K.

Hidroksimetilen tidak berada dalam fasa yang mampu diisolasi dalam waktu yang lama. karben akan mengatur dirinya sendiri untuk menjadi formaldehida dengan waktu paruh selama dua jam. Manuver ini mengejutkan para peneliti karena pada suhu 11 K tidak ada energi termal yang cukup untuk HCOH mengatasi rintangan tinggi dari reaksi pengaturan kembali. Pada akhirnya, tim ini menyimpulkan bahwa hidrogen hidroksil memotong rintangan ini melalui pembuatan terowongan kuantum.

Dalam sebuah wawancara yang menertai laporan penelitian ini, Markku Rasanen dari University of Helsinki, Finlandia mencatat bahwa penemuan ini 'akan mampu memberikan sinar baru terhadap sisi kimia dari senyawa-senyawa yang menarik ini, dan bahkan mampu menunjukkan jalan menuju penemuan reaksi-reaksi baru'.

(dikutip dari: Tomi Rustamiaji, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=177)

Pedas Cabai Untuk Membunuh Jamur

Rasa pedas pada cabai ternyata tidak dikhususkan buat manusia saja untuk melengkapi berbagai jenis masakannya. Peneliti di Amerika Serikat telah menemukan bahwa tanaman-tanaman cabai liar menghasilkan zat-zat kimia yang menimbulkan rasa pedas pada buahnya untuk digunakan merintangi jamur yang menyerang.

Cabai pedas mengandung komponen aktif capsaicinoid: senyawa antimikroba yang menimbulkan sensasi pedas karakteristik pada cabai. Senyawa ini merupakan salah satu contoh dari berbagai jenis zat kimia yang pedas, pahit atau bahkan toksik yang ditemukan pada berbagai jenis buah - kemungkinan dihasilkan oleh tanaman untuk menghalangi predator-predator yang tidak diinginkan seperti mikroba. Manfaat yang didapatkan ini melebihi efek zat-zat kimia tersebut terhadap hewan-hewan yang memakan buah tanaman untuk menyebarkan biji-bijinya, menurut hipotesis.

Tetapi seperti yang dijelaskan Joshua Tewksbury, dari Universitas Washington, Seattle, gagasan ini belum didukung oleh bukti bahwa kosumen dari jenis mikroba mempengaruhi sifat kimia buah pada tanaman-tanaman liar. Tewksbury dan rekan-rekannya, bersama dengan kolega di Florida dan Bolivia, menyelidiki tanaman-tanaman cabai liar, Capsicum chacoense, di sebuah daerah berjarak 200 mil dari Bolivia. Tanaman-tanaman ini rentan terhadap serangan jamur, yang ditransmisikan oleh hama yang melubangi buah cabai untuk mencari makan, sehingga menyisakan bekas yang berubah menjadi hitam ketika jamur menyerang.

Mereka menemukan bahwa tanaman cabai liar yang tumbuh di daerah dengan kelimpahan hama pencari makan tertinggi - sehingga kerentanan terhadap serangan jamur juga paling tinggi - cenderung hampir hanya terdiri dari varietas cabai pedas. Dan cabai-cabai yang memiliki jumlah bekas gigitan serangga sebanding mengalami lebih sedikit serangan jamur jika cabai-cabai tersebut pedas, dibanding jika tidak pedas. Sebuah eksperimen akhir yang mereka lakukan dengan menggunakan buah buatan yang kedalamnya dimasukkan capsaicinoid, menunjukkan bahwa zat-zat pedas kemungkinan bertanggungjawab secara langsung untuk penghambatan pertumbuhan jamur.

Paul Bosland, direktur Chile Pepper Institute di New Mexico State University, menyambut baik penelitian ini. "Kita sudah tahu bahwa cabai bersifat antibakteri dan anti-jamur, yang bisa menjadi salah satu alasan mengapa manusia mengkonsumsinya. Tewksbury dan rekan-rekannya telah melakukan penelitian yang sangat menarik dengan menunjukkan bahwa di alam, panas (capsaicinoid) cabai melindungi buahnya dari invasi jamur. Sehingga bukan hanya manusia yang mengambil manfaat dari capsaicinoid, tetapi juga memberi manfaat bagi tanaman cabai itu sendiri," kata dia.

Seperti jamur, kebanyakan mamalia dapat diusir dengan cabai, selama mereka tidak menikmati rasa pedas tersebut. Akan tetapi, burung-burung yang menyebarkan biji-biji cabai tidak memiliki reseptor untuk capsaicinoid. Penelitian Tewksbury sebelumnya terhadap tanaman cabai di Arizona, menunjukkan bahwa zat-zat kimia digunakan sebagai penarik burung dan pengusir predator dari jenis mamalia. Dia menganggap bahwa hasil penelitian dari Bolivia ini, yang kemungkinan merupakan daerah asal dari tanaman-tanaman ini, memiliki peranan yang lebih penting bagi evolusi tanaman ini. "Ada kemungkinan bahwa manfaat yang diperoleh dari berkurangnya serangan jamur lebih tinggi dibanding manfaat yang diperoleh dengan berkurangnya konsumsi oleh mamalia (untuk perkembangbiakan tanaman), karena patogen buah dari jenis jamur terdapat dimana-mana dan fakta bahwa jamur-jamur mencari target jauh lebih lama dibanding mamalia," kata Tewksbury.

(dikutip dari: Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=178)

Bio-petroleum dari gula

Peneliti di Amerika Serikat telah mengembangkan sebuah metode untuk merubah gula menjadi bensin. Metode ini, berdasarkan serangkaian konversi katalitik, bisa menjadi alternatif untuk fermentasi gula dari tanaman menjadi etanol sebagai sebuah sumber bahan bakar untuk transportasi.

Tim James Dumesic di Universitas Wisconsin-Madison mulai mengembangkan upaya untuk mengonversi gula-gula sederhana menjadi hidrokarbon yang bisa dicampurkan untuk membentuk bahan bakar kendaraan yang identik dengan bahan bakar yang kita gunakan saat ini. "Petroleum memiliki kepadatan energi yang tinggi, dan tidak semua mesin yang digunakan saat ini cocok untuk melakukan konversi pada etanol," kata Dumesic.

Inti dari pendekatan yang digunakan tim ini adalah menghilangkan sebagian besar atom oksigen dari molekul-molekul gula, disamping tetap menjaga tingkat fungsionalitas dalam molekul-molekul tersebut agar memungkinkan pemrosesan hilir lebih lanjut. Mereka mengambil larutan-larutan berair dari gula-gula sederhana seperti glukosa dan sorbitol dan mereaksikannya menggunakan bantuan katalis platinum-rhenium. "Hampir semua atom oksigen dilepaskan, sehingga tinggal menyisakan campuran yang berminyak antara alkohol, keton, asam karboksilat dan beberapa senyawa siklik," kata Dumesic. "Senyawa-senyawa ini termasuk senyawa monofungsional - mereka hanya memiliki satu gugus fungsional, yang menjadikannya lebih dapat beradaptasi untuk konversi selanjutnya."

Campuran ini selanjutnya bisa mengalami berbagai reaksi lanjutan dengan bantuan berbagai katalis zeolit. "Katalis-katalis ini bisa memasukkan gugus-gugus ke dalam molekul-molekul, atau misalnya membuat senyawa aromatik," papar Dumesic. "Anda bisa mengalirkan produk-produk reaksi dari satu reaktor ke reaktor lainnya, hingga akhirnya menghasilkan serangkaian hidrokarbon yang bisa dicampur untuk membuat bensin. Molekul-molekul ini adalah kumpulan molekul yang terdapat pada penyulingan petroleum."

Sumber gula

Dumesic mengatakan ada beberapa cara yang masih harus dilalui sebelum sistem ini bisa dikomersialkan. "Kami belum sampai ke situ, tetapi kami sedang mempelajari prinsip-prinsipnya." Dia juga mengakui bahwa salah satu kendala utama dalam pengembangan bahan bakar dari biomassa adalah sumber gula berkelanjutan yang tidak menggeser produksi makanan. "Ada banyak ilmuwan saat ini yang berupaya untuk membuat gula dari selulosa yang bukan dari bahan makanan dan upaya-upaya ini perlu terus dilanjutkan," tambahnya.

Jenny Jones dari Universitas Leeds, Inggris, yang meneliti konversi termal biomassa untuk energi, mengatakan bahwa penelitian ini menunjukkan "beberapa aspek kimiawi yang menarik, dan kemampuan untuk menghasilkan produk-produk berbeda dari stok yang sama sangat bermanfaat". Begitu juga bahan bakar untuk transportasi, proses ini juga bisa menghasilkan molekul-molekul stok kimiawi yang saat ini diperoleh dari petrochemical. Akan tetapi, Jones setuju bahwa untuk menjadikan pedekatan seperti ini berkelanjutan, diperlukan untuk mencari cara-cara yang efisien untuk mengolah lignoselulosa (curahan biomassa non-bahan makanan) untuk mendapatkan molekul-molekul gula sebagai produk utama.

(dikutip dari: Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=200)

Merubah batuan besi menjadi bahan anti kanker

Ada banyak bahan kimia yang sedang dikembangkan oleh para peneliti saat ini karena prospeknya untuk di gunakan sebagai zat anti kanker. Fokus terbesar adalah penelitian terhadap senyawa-senyawa dari tumbuhan baik darat maupun tumbuhan laut yang bersifat aktif terhadap sel kanker. Senyawa-senyawa ini pada umunya merupakan turunan flavanoid. Sayangnya, untuk menemukan senyawa aktif tersebut dibutuhkan waktu yang agak lama karena harus diekstrak dari berbagai sumber, dikarakterisasi, diuji aktivitasnya kemudian baru disintesis untuk memperbanyak jumlahnya.

Pada dua dekade belakangan, ahli Biomaterial mulai mempelajari material-material anorganik untuk diaplikasikan sebagai anti kanker. Magnetit (Fe₃O₄) adalah senyawa yang paling menjanjikan untuk bidang ini. Magnetit merupakan salah satu jenis oksida besi yang paling umum dikenal dan terdapat cukup banyak di alam. Sesuai namanya, senyawa ini bersifat magnet (magnet alam pertama yang ditemukan manusia). Strukturnya sangat unik yaitu spinel terbalik karena sebenarnya senyawa ini merupakan gabungan dari dua oksida besi yaitu FeO dan Fe₂O₃ yang dihubungkan oleh jembatan oksigen. Struktur seperti ini menghasilkan resultan momen magnet yang nyata serta kemampuan untuk transfer elektron ke ion tetangga secara simultan.

Struktur kristal magnetit dan salah satu foto SEM partikel magnetit

Agar magnetit tepat sasaran saat menyerang sel kanker, biasanya zat ini dimasukkan ke dalam tubuh bersama-sama dengan obat-obatan tertentu. Setelah magnetit diserap oleh sel kanker, maka tubuh pasien diberi medan magnet seragam dari luar dalam rentangan frekuensi yang tidak membahayakan (noninvasive). Momen magnet dari magnetit nanokristal dalam tubuh akan menjadi searah mengikuti arah momen medan luar sampai pada suatu titik dimana dia tidak lagi terpengaruh (kejenuhan magnetisasi). Ketika medan luar dihilangkan pada kondisi ini, momen magnet magnetit akan kembali secara perlahan-lahan ke kondisi awalnya. Peristiwa ini disebut relaksasi magnetik dan selalu menghasilkan panas sebagai akibat perubahan energi. Panas yang dihasilkan dalam sel kanker tersebut tidak berbahaya bagi manusia tapi sangat mematikan bagi sel kanker karena dia terkena secara langsung sehingga menyebabkan kematian sel kanker tersebut (sel kanker mati pada suhu 43°C).

Banyak metoda telah dikembangkan untuk mensintesis magnetit agar memiliki struktur nanokristal. Ini merupakan syarat utama agar bisa digunakan sebagai bahan anti kanker karena jika magnetit memiliki struktur nanokristal dia akan memperlihatkan sifat superparamagentik serta mudah diserap ke dalam sel. Metoda tersebut antara lain dekomposisi kimia, transfer fasa , sonolisis, dan hidrotermal. Sayangnya semua metoda yang ada masih menggunakan prekursor berupa bahan kimia murni yang harganya relatif mahal dan seringkali memerlukan atmosfir nitrogen dalam prosesnya.

Baru-baru ini saya dibawah bimbingan Dr. Syukri Arief, M.Eng berhasil mensintesis magnetit nanokristal secara langsung dari batuan besi yang banyak terdapat di Sumatera Barat tanpa memerlukan atmosfer inert. Batuan besi tersebut diproses secara hidrotermal sederhana sampai menghasilkan magnetit dengan kekristalan yang tinggi dan bersifat superparamagnetik. Idenya berawal dari usaha untuk meningkatkan nilai ekonomis batuan besi di beberapa kabupaten yang ada di sumatera barat. Selama ini batuan besi ditambang oleh perusahaan swasta untuk kemudian dijual mentah dengan harga murah ke Cina dan India. Tidak jarang kedua negara tersebut menjual kembali hasil olahan batuan tersebut berupa besi baja ke negara kita dengan harga yang lebih tinggi. Dengan adanya penelitian ini diharapkan usaha-usaha untuk pemanfaatan sumber daya tambang yang ada di Sumatera Barat akan lebih banyak lagi.

Daftar kepustakaan:

1. Yan, Aiguo;Liu, Xiaohe;Qiu Ghuanzhou;Wu, Hongyi;Yi, Ran;Zhang, Ning;Xu,Jing, Solvothermal synthesis and characterization of size-controlled Fe3O4 nanoparticles. Journal of Alloy and Compounds. (2007). In Press.

2. Gary Wulfsberg, Inorganic Chemistry, 2000, University Science Books, 691.

3. Xinchao Wei and Roger C. Viadero Jr, Synthesis of magnetite nanoparticles with ferric ion recovered from acid mine drainage: Impllications for environmental engineering, Journal of Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2007, 294 : 280-286.

4. Zhu,Hongliang;Yang,Deren;Luming,Zhu, Hydrothermal growth and characterization of magnetite (Fe₃O₄) thin films, Journal of Surface and Coatings Thecnology, 2007, 201 : 5870-5874.

(dikutip dari: Viko Ladelta, Mahasiswa program sarjana jurusan kimia Universitas Andalas, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=213)

Menangkap karbon dioksida dengan batuan

Penelitian tentang sebuah jenis batuan yang banyak ditemukan di Oman menunjukkan bahwa batuan tersebut bisa digunakan untuk menyapu bersih milyaran ton karbon dioksida setiap tahun tanpa harus ditambang, menurut beberapa ilmuwan di Amerika Serikat .

Peter Keleman dan Jurg Matter, di Columbia University, US, mengatakan bahwa batuan peridotit (yang sebagian besar tersusun atas mineral silikat olivin dan piroksen) bereaksi secara alami dengan CO₂ dan membebaskannya dalam bentuk karbonat jauh lebih cepat dari yang diduga, berdasarkan kajian penarikhan (dating studies) ¹⁴C. Dengan mempercepat reaksi ini dengan panas dan dengan memaksa CO₂ masuk ke dalam batuan melalui lubang-lubang yang telah dibor, para peneliti ini memperkirakan bahwa batuan perodotit Oman sendiri bisa menangkap milyaran ton CO₂ dalam waktu setahun − sebuah proporsi signifikan dari 30 milyar ton CO₂ yang diemisikan setiap tahun di dunia oleh aktivitas manusia. Periodotit juga ditemukan di pulau-pulau Pasifik Papua Nugini dan Caledonia, serta di California.

Batuan peridotit di Oman bisa menangkap lebih dari satu milyar ton karbon dioksida setahun

Ide penangkapan CO₂ dalam bentuk karbonat di dalam batuan bukanlah hal yang baru sama sekali. Tetapi penangkapan CO₂ secara alami tidak berlangsung sangat cepat, dan kebanyakan skema yang ada memerlukan energi untuk menambang batuan dan menyebarkannya pada sebuah permukaan, atau membawanya ke sebuah pabrik pembangkit daya. Kelemen dan Matter menunjukkan bahwa dengan sedikit panas ekstra dan beberapa persiapan, batuan peridotit bisa dibiarkan tetap pada tempatnya semula dan CO₂ diarahkan ke batuan tersebut.

Salah satu pendekatan yang digunakan adalah pemanasan pendahuluan peridotit dan menginjeksikan CO₂ murni atau campuran cairan yang kaya CO₂. Karena reaksi antara silikat dan CO₂ untuk membentuk karbonat bersifat eksotermis, maka reaksi ini akan menjaga suhu batuan mendekati suhu optimum 200°C, sehingga memaksimalkan laju reaksi. Tetapi CO₂ harus dipompakan dengan cepat ke dalam batuan agar dapat mengimbangi laju reaksi yang meningkat. Ini bisa menimbulkan masalah, karena pemurnian CO₂ dari gas cerobong pabrik sangat intensif energi, papar Mercedes Maroto-Valer, yang meneliti sekuestrasi karbon di Nottingham University's center untuk penangkapan dan penyimpanan karbon.

Pendekatan kedua menghindari isu ini dengan menggunakan teknik-teknik dari industri minyak untuk mengebor dua lubang jauh ke dalam formasi batuan di bawah perairan laut dangkal, dan menyambung kedua lubang ini dengan sebuah jalur. Suhu batuan meningkat seiring dengan kedalaman dan suhu pada dasar lubang bor 5km adalah sekitar 100°C. Air laut yang dingin, yang mengandung CO₂ bisa dipompakan kedalam salah satu lubang, dan jika telah mencapai dasar lubang, reaksi eksotermis selanjutnya akan mempertahankan suhu tinggi yang diperlukan untuk mengarahkan proses ini. Air yang menjadi panas pada akhirnya akan mencari jalan untuk berpindah ke lubang bor kedua (melalui jalur sambungan yang telah dibuat) dan naik ke permukaan melalui proses konveksi.

Meskipun pendekatan ini akan dibatasi oleh suplai CO₂ terlarut dengan jumlah sekitar 10.000 ton CO₂ per km³ batuan, namun biayanya bisa jauh lebih rendah, karena air yang bersirkulasi akan berfungsi mentransport CO₂.

Para peneliti ini sangat berhati-hati dengan usulan tersebut. Model-model yang lebih rinci dan tes lapangan akan diperlukan untuk mengevaluasinya, kata mereka.

(dikutip dari: Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=214)