Bola bucky, apa itu?

Pada tahun 1985 ahli kimia di Rice University di Texas menggunakan laser bertenaga tinggi untuk menguapkan grafit dalam upaya untuk menciptakan molekul yang tidak biasa diyakini ada di ruang antarbintang. Spektrometri massa mengungkapkan bahwa salah satu produknya adalah spesi yang tidak diketahui dengan rumus C₆₀. Karena ukurannya dan fakta bahwa itu adalah karbon murni, molekul ini memiliki bentuk yang eksotis, yang peneliti gunakan dengan menggunakan kertas, gunting, dan selotip. Pengukuran spektroskopi dan X-ray selanjutnya menegaskan bahwa C₆₀ berbentuk seperti bola berongga dengan atom karbon di masing-masing dari 60 simpul. Secara geometris, bola bucky (kependekan dari "buckminsterfullerene") adalah molekul yang paling simetris yang dikenal. Namun, terlepas dari fitur-fiturnya yang unik, skema ikatannya mudah. Setiap karbon adalah hibridisasi sp², dan ada orbital molekul terdelokalisasi yang luas di seluruh struktur.

Geometri bola bucky C₆₀ (kiri) menyerupai bola sepak (kanan). Para ilmuwan tiba di struktur ini dengan menyatukan potongan-potongan kertas hexagon dan pentagon yang cukup untuk menampung 60 atom karbon pada titik-titik di mana mereka berpotongan.

Penemuan bola bucky menghasilkan minat yang luar biasa dalam komunitas ilmiah. Di sini ada alotrop karbon baru dengan geometri yang menarik dan sifat yang tidak diketahui untuk diselidiki. Sejak 1985 ahli kimia telah menciptakan seluruh kelas fullerene, dengan 70, 76, dan bahkan lebih banyak atom karbon. Selain itu, bola bucky telah ditemukan sebagai komponen alami jelaga.

Bola bucky dan anggotanya yang lebih berat mewakili konsep baru dalam arsitektur molekul dengan implikasi yang luas. Misalnya, bola bucky telah disiapkan dengan atom helium yang terperangkap di dalam kandangnya. Bola bucky juga bereaksi dengan kalium untuk menghasilkan K₃C₆₀, yang bertindak sebagai superkonduktor pada 18 K. Juga dimungkinkan untuk menempelkan logam transisi ke bola bucky. Derivatif ini menunjukkan harapan sebagai katalis. Karena bentuknya yang unik, bola bucky dapat digunakan sebagai pelumas.

Satu penemuan menarik, yang dibuat pada tahun 1991 oleh para ilmuwan Jepang, adalah identifikasi kerabat struktural bola bucky. Molekul-molekul ini panjangnya ratusan nanometer dengan bentuk tubular dan rongga internal berdiameter sekitar 15 nm. Dijuluki "buckytubes" atau "nanotube" (karena ukurannya), molekul-molekul ini memiliki dua struktur yang berbeda. Salah satunya adalah satu lembar grafit yang ditutup pada kedua ujungnya dengan semacam bola bucky yang terpotong. Yang lainnya adalah tabung seperti gulir yang memiliki 2 hingga 30 lapisan seperti grafitel. Nanotube jauh lebih kuat dari kabel baja dengan dimensi yang sama. Banyak aplikasi potensial telah diusulkan untuk mereka, termasuk bahan penghantar dan bahan berkekuatan tinggi, media penyimpanan hidrogen, sensor molekul, perangkat semikonduktor, dan probe molekul. Studi tentang bahan-bahan ini telah menciptakan bidang baru yang disebut nanoteknologi, disebut demikian karena para ilmuwan dapat memanipulasi bahan pada skala molekul untuk menciptakan perangkat yang bermanfaat.

Dalam aplikasi biologis pertama dari bola bucky, ahli kimia di University of California di San Francisco dan Santa Barbara membuat penemuan pada tahun 1993 yang dapat membantu merancang obat untuk mengobati AIDS. Human immunodeficency virus (HIV) yang menyebabkan AIDS bereproduksi dengan mensintesis rantai protein yang panjang, yang dipotong menjadi segmen yang lebih kecil oleh enzim yang disebut HIV-protease. Maka, salah satu cara untuk menghentikan AIDS adalah dengan menonaktifkan enzim. Ketika para ahli kimia mereaksikan turunan bola bucky yang dapat larut dalam air dengan HIV-protease, mereka menemukan bahwa itu mengikat bagian enzim yang biasanya akan membelah protein reproduksi, sehingga mencegah virus HIV untuk bereproduksi. Akibatnya, virus tidak lagi dapat menginfeksi sel manusia yang mereka tanam di laboratorium.

Senyawa bola bucky itu sendiri bukan obat yang cocok untuk digunakan melawan AIDS karena potensi efek samping dan kesulitan persalinan, tetapi senyawa ini memberikan model untuk pengembangan obat-obatan tersebut.

Grafit terdiri dari lapisan-lapisan cincin karbon beranggota enam.

Model yang dihasilkan komputer dari pengikatan turunan bola bucky ke situs HIV-protease yang biasanya menempel pada protein yang dibutuhkan untuk reproduksi HIV. Struktur bola bucky (warna ungu) melekat erat ke situs aktif, sehingga mencegah enzim menjalankan fungsinya.

Struktur tabung bucky yang terdiri dari satu lapisan atom karbon. Perhatikan bahwa "bola bucky" terpotong, yang telah dipisahkan dari bagian tabung bucky lainnya dalam pandangan ini, memiliki struktur yang berbeda dari bagian silinder mirip tabung seperti tabung. Kimiawan telah menemukan cara untuk membuka tutup untuk menempatkan molekul lain di dalam tabung.