REAKSI RADIKAL BEBAS

 PENGERTIAN REAKSI RADIKAL BEBAS

      Radikal bebas adalah atom atau molekul bermuatan listrik atau netral yang memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan di orbital terluar mereka. Radikal bebas tidak stabil dan bereaksi cepat dengan atom dan molekul lainnya sehingga dapat menyebabkan kerusakan pada jaringan. Radikal bebas dapat dihasilkan dari hasil metabolisme tubuh dan faktor eksternal seperti hasil penyinaran ultra violet, zat kimiawi dalam makanan dan polutan lain. Penyakit yang disebabkan oleh radikal bebas bersifat kronis, yaitu dibutuhkan waktu bertahun-tahun untuk penyakit tersebut menjadi nyata. Radikal bebas yang mengambil elektron dari sel tubuh manusia dapat menyebabkan perubahan struktur DNA sehingga menimbulkan sel-sel mutan. Tubuh manusia, sebenarnya dapat menghasilkan antioksidan tetapi jumlahnya sering sekali tidak cukup untuk menetralkan radikal bebas yang masuk ke dalam tubuh. Antioksidan adalah zat yang membantu untuk membatasi kerusakan dari elektron tidak berpasangan ini..  Ketidakseimbangan antara radikal bebas dengan antioksidan menyebabkan terjadinya suatu keadaan yang disebut stress oksidatif. Stress oksidatif adalah suatu keadaan dimana tingkat kelompok oksigen reaktif (ROS) yang toksik melebihi pertahanan atioksidan endogen. Keadaan ini mengakibatkan kelebihan radikal bebas yang akan bereaksi dengan lemak, protein, dan asam nukleat seluler sehingga terjadi kerusakan lokal dan disfungsi organ tertentu .   

          Antioksidan adalah substansi yang diperlukan tubuh untuk menetralisir radikal bebas dan mencegah kerusakan yang ditimbulkan oleh radikal bebas terhadap sel normal, protein, dan lemak. Antioksidan menstabilkan radikal bebas dengan melengkapi kekurangan elektron yang dimiliki radikal bebas, dan menghambat terjadinya reaksi berantai dari pembentukan radikal bebas yang dapat menimbulkan stres oksidatif. Antioksidan yang dikenal ada yang berupa enzim dan ada yang berupa mikronutrien. Enzim antioksidan dibentuk dalam tubuh, yaitu super oksida dismutase

 

(SOD), glutation peroksida, katalase, dan glutation reduktase. Antioksidan yang berupa mikronutrien dikenal tiga yang utama, yaitu : b-karoten, vitamin C dan vitamin E. B-caroten merupakan scavengers (pemulung) oksigen tunggal, vitamin C merupakan pemulung superoksida dan radikal bebas yang lain, sedangkan vitamin E merupakan pemutus rantai peroksida lemak pada membran dan Low Density Lipoprotein. Vitamin E yang larut dalam lemak merupakan antioksidan yang melindungi Poly Unsaturated Faty Acids (PUFAs) dan komponen sel serta membran sel dari oksidasi oleh radikal bebas.

Antioksidan sekunder, mampu mendekomposisi hidroperoksida menjadi bentuk stabil, pada manusia dikenal SOD, katalase, glutation peroksidase. Mekanisme kerja antioksidan seluler adalah berinteraksi langsung dengan oksidan, radikal bebas atau oksigen tunggal, mencegah pembentukan jenis oksigen reaktif, mengubah jenis oksigen reaktif menjadi kurang toksik, mencegah kemampuan oksigen reaktif, memperbaiki kerusakan yang timbul.
Radikal bebas ini merupakan spesies yang sangat reaktif sehingga umurnya pendek. Radikal bebas dibentuk jika ikatan terbelah menjadi dua yang sama-sehingga setiap atom mendapat satu dari dua elektron yang dipakai untuk berikatan.

Reaksi ini tapi terbagi menjadi 3 tahap; yaitu inisiasi, progasi, dan terminasi.

1.  Inisiasi

Tahap ini adalah tahap untuk pemaksapisahan (cleavage) homolitik molekul Cl2 dengan bantuan panas dan uv menjadi 2 radial bebas klor.

                                                                  Cl₂ → Cl• + Cl•

      Tahap inisiasi merupakan tahap awal pembentukan radika-radikal bebas dengan pembelahan homolitik sehingga nasing-masing atom terpisah dengan membawa satu elektron. Terlepas dari itu, inisiasi dapat terbentuk secara sepontan atau karena pengaruh panas/cahaya. Selain itu juga radikal bebas dapat terbentuk melalui transfer satu elektron (dengan melepas dan menerima elektron).

2. Propagasi

Tahap ini adalah tahap untuk membuat suatu senyawa atau unsur menjadi radikal dengan mereaksikannya dengan suatu  radikal. Setelah terbentuk radikal bebas dengan kereaktifan yang tinggi yang kemudian dapat bereaksi dengan setiap spesies yang ditemukan. Pada tahap ini akan terbentuk radikal bebas yang baru, karena radikal bebas yang dihasilkan pada tahap awal bereaksi dengan molekul lain. Selanjutnya radikal bebas baru tersebut dapat pula bereaksi dengan molekul atau radikal bebas yang lain. Oleh karena itu dalam proses propagasi dikatakan terjadi reaksi berantai. Apabila radikal bebasnya sangat reaktif, misalnya radikal alkil, maka terjadi rantai yang panjang karena melibatkan sejumlah besar molekul. Apabila radikal bebasnya kereaktifannya rendah, misalnya radikal aril, maka kemampuannya bereaksi rendah sekali, sehingga rantai yang terjadi pendek, bahkan mungkin tidak terjadi rantai.

       

3. Terminasi

Tahap ini adalah tahap untuk menghilangan atau mengubah radikal bebas menjadi radikal bebas stabil dan tidak reaktif.
Langkah berikutnya adalah destruksi radikal bebas atau langkah terminasi, yang ditandai oleh kombinasi radikal bebas yang sama ataupun yang berbeda,dan langkah ini mengakhiri reaksi radikal bebas.

Reaksi Substitusi Radikal Bebas pada Senyawa Alifatik
Hubungan antara struktur substrat dan kereaktifannya dalam reaksi radikal bebas adalah
1. Pada alkana
Kereaktifan H30 > H20 > H10 (H30 : H tersier dan seterusnya)

2. Atom H alilik dapat dobrominasi dengan pereaksi NBS
3. Atom H tersier mudah dioksidasi

a. Halogenasi pada atom C gugus alkil
Alkana dapat diklorinasi atau dibrominasi dengan mereaksikannnya pada klor atau brom dibawah pengaruh cahaya tampak atau cahaya ultraviolet.
Contoh:


b. Halogenasi Alilik
Alkena dapat dihalogenasi pada posisi alilik dengan menggunakan sejumlah pereaksi seperti N-bromosuksinimida (disingkat NBS) dengan rumus struktur adalah sebagai berikut:



│ │ │ peroksida │ │ │
Reaksi : - C = C – C – H + NBS - C = C – C – Br
│ CCl4 │

Brominasi yang menggunakan NBS dengan pelarut nonpolar CCl4 dinamakan reaksi Wohl-Ziegler. Dalam reaksi ini diperlukan inisiator senyawa peroksida, atau cahaya ultraviolet. Pereksi NBS dapat pula digunakan untuk melakukan brominasi pada: posisi- terhadap gugus karbonil, ikatan ganda-tiga, dan cincin aromatik. bila pada suatu senyawa terdapat ikatan rangkap dan ikatan ganda-tiga, maka yang diserang adalah poisisi- terhadap ikatan ganda-tiga. Dauber dan McCoy menyimpulkan bahwa mekanisme brominasi alilik merupakan mekanisme radikal bebas. Reaksi ini tidak akan berlangsung tanpa inisiator, yang berupa Br•. Diungkapkan pula bahwa yang mengabstraksi atom H dalam substrat adalah atom Br. Setelah terjadi tahap inisiasi yang mengahasilkan Br•, maka langkah-langkah dalam tahap propagasinya adalah :

(1) Br • + RH → R • + HBr
(2) R• + Br2 → RBr + Br

Penghasil Br2 dalam reaksi ini adalah reaksi antara NBS dan HBr yang dihasilkan dari persamaan reaksi (1) diatas.


Dengan demikian fungsi NBS adalah sebagai sumber brom dengan konsentrasi yang rendah dan mengikat HBr yang dibebaskan dari persamaan reaksi (1).

c. Hidroksilasi pada atom C alifatik
Senyawa alkohol dapat dihasilkan dari reaksi oksidasi senyawa-senyawa yang mengndung ikatan -C-H. Karena pada umumnya ikatan –C–H tersebut merupakan C tersier maka alkohol yang diperoleh adalah suatu alkohol tersier. Hal disebabkan karena ikatan -C–H tersier memang lebih mudah diserang radikal bebas daripada ikatan C-H primer dan sekunder. Dalam pembentukan alkohol tersier ini, hasil yang terbaik dapat dicapai dengan menggunakan O3 dan substratnya diserapkan pada silika gel.
O3
Reaksi: R3CH R3COH
Silika gel

Ada dua cara yang digunakan untuk menulis rumus radikal bebas, yaitu:

a. Dengan cara rumus lewis, yakni dengan menggambarkan semua elektron pada atom, baik yang berpasangan maupun tidak dengan lambang berupa titik.

b.  Dengan hanya menuliskan elektron yang tidak berpasangan dengan lambang titik. lambang ini lazim di pakai pada penulisan reaksi radikal bebas
contoh: Cl• , RO•, RN•

         Sumber radikal bebas terbagi menjadi 2 macam,yaitu endogenus dan eksogenus yangterjadi melalui sederetan mekanisme reaksi. Radikal bebas endogenus merupakan radikal bebas yang di hasilkan dari proses metabolisme tubuh, sedangkan sumber radikal bebaseksogenus merupakan radikal bebas yang di hasilkan dari luar tubuh seperti asap rokok, beberapa logam, hasil penyinaran ultra violet, radiasi, zat kimiawi dalam makanan dan polutan lain. Misalnya pada molekul air, ikatan atom oksigen dengan atom hidrogen berupa ikatan kovalen.

Atom Hidrogen : •H

Atom Oksigen    : •O•

          H2O :          H꞉Ō̲꞉H        H─O─H

Bila terdapat sumber energi yang cukup besar, misalnya karena radiasi, molekul air dapat mengalami pembelahan homolitik

H꞉Ō̲꞉H                            H• + •Ō̲  ̶ H

• Mekanisme Kerja

            Mekanisme terbentuknya radikal bebas dapat dimulai oleh banyak hal, baik yang bersifat endogen maupun eksogen. Reaksi selanjutnya adalah peroksidasi lipid membran dan sitosol yang mengakibatkan terjadinya serangkaian reduksi asam lemak sehingga terjadi kerusakan membran dan organel sel.

            Peroksidasi (otooksidasi) lipid bertanggung jawab tidak hanya pada kerusakan makanan, tapi juga menyebabkan kerusakan jaringan in vivo karena dapat menyebabkan kanker, penyakit inflamasi, aterosklerosis, dan penuaan. Efek merusak tersebut akibat produksi radikal bebas (ROO•, RO•, OH•) pada proses pembentukan peroksida dari asam lemak. Peroksidasi lipid merupakan reaksi berantai yang memberikan pasokan radikal bebas secara terus-menerus yang menginisiasi peroksidasi lebih lanjut.

• Tipe radikal bebas dalam tubuh

            Radikal bebas terpenting dalam tubuh adalah radikal derivat dari oksigen yang disebut kelompok oksigen reaktif (reactive oxygen species/ROS), termasuk didalamnya adalah triplet (3O₂), tunggal (singlet/¹O₂), anion superoksida (O₂^.-), radikal hidroksil (-OH), nitrit oksida (NO-), peroksinitrit (ONOO^-), asam hipoklorus (HOCl), hidrogen peroksida (H₂O₂), radikal alkoxyl (LO-), dan radikal peroksil (LO_-2).

Radikal bebas yang mengandung karbon (CCL_3-) yang berasal dari oksidasi radikal molekul organik. Radikal yang mengandung hidrogen hasil dari penyerangan atom H  (H-). Bentuk lain adalah radikal yang mengandung sulfur yang diproduksi pada oksidasi glutation menghasilkan radikal thiyl (R-S-). Radikal yang mengandung nitrogen juga ditemukan, misalnya radikal fenyldiazine.

 A. pembentukan radikal bebas 

Radikal bebas adalah molekul yang mempunyai electron tidak berpasangan dan diberi symbol titik : R·. Berdasarkan definisi tersebut maka atom hidrogen, sebagian mineral transisi dan molekul oksigen adalah termasuk radikal bebas. Pada makhluk hidup radikal bebas terbentuk pada mitokondria, mikrosom, peroksisom melalui rangkaian reaksi enzimatik yang normal berlangsung dalam metabolisme (enzim-enzim oksidase, hidroperoksidase, dan oksigenase) atau pengaruh eksternal seperti asap rokok, radiasi ionisasi dan obat-obatan. 

Pada manusia radikal bebas paling banyak adalah radikal bebas oksigen sebagai hasil sampingan dari rantai pernafasan di mitokondira. Radikal bebas yang terbentuk yaitu O2– (radikal peroksida) dan –OH (radikal hidroksil). Radikal bebas yang terbentuk di dalam tubuh secara normal dapat dinetralisir oleh mekanisme pertahanan yang meliputi sistem enzimatik dan substansi tertentu. Apabila radikal bebas tidak diredam oleh pertahanan tubuh, maka radikal bebas yang bersifat sangat reaktif akan merusak beberapa komponen sel seperti protein, lipid, karbohidrat dan nukleotida serta makromolekul jaringan ikat. Asam lemak tidak jenuh merupakan komponen sel yang paling peka terhadap radikal bebas dan akan membentuk reaksi rantai peroksida lipid (Harman, 1998).

Pada tahap awal reaksi peroksidasi lipid, radikal bebas akan bereaksi dengan hidrogen dari asam lemak tak jenuh (RH) membentuk radikal bebas lipid (R·)(1). dalam suasana aerob maka radikal bebas lipid (R·) akan bereaksi dengan oksigen (O2) membentuk radikal peroksil lipid (ROO·) (2) dan selanjutnya bereaksi membentuk hidroperoksid lipid (ROOH) dan juga radikal bebas lipid (3) (Slater, 1994).

(RH) ––––––> (R) (1)
(R·) + (O2) ––––––> (ROO·) (2)
(ROO·) + RH ––––––> ROOH + (R·)

Reaksi ini dapat berlangsung terus-menerus membentuk reaksi rantai dan menyebabkan membran sel kehilangan asam lemak tak jenuh. Hilangnya asam lemak tak jenuh akan menyebabkan kerusakan struktur sel membran yang akan mempengaruhi permeabilitas dan fungsi membran sel. Reaksi rantai peroksidasi lipid yang berlangsung terus akan menyebabkan membran sel kehilangan integritas sehingga akhirnya pecah. Apabila kerusakan mengenai membran lisosom, maka enzim hidrolitik akan dilepas sehingga merusak organel lain dan memperberat kerusakan sel (Slater, 1994).

Hidroperoksida lipid yang terbentuk pada reaksi peroksidasi lipid akan bereaksi dengan trace mineral seperti zat besi, yang ada di kedua sisi membran sel dan membentuk radikal alkoksi (R–O·) dan radikal peroksi (R–OO·). Kedua radikal bebas tersebut selanjutnya menstimulasi terjadinya reaksi rantai peroksidasi lipid lebih banyak sehingga akan memperberat kerusakan membran sel. Di samping itu kedua radikal bebas juga akan mengalami degradasi sehingga menghasilkan pentana, etana, dan aldehid. Salah satu aldehid yang terbentuk yaitu malonaldehid selanjutnya akan bereaksi dengan protein yang ada dalam membran, fosfolipid dan asam nukleat membentuk cross-linking dan agregasi protein membran. Produk kondensasi malonaldehid dengan protein, fosfolipid dan asam nukleat mempunyai sifat berfluoresensi. Akumulasi produk ini disebut pigmen menua (aging pigment), lipofusin atau seroid. Peroksidasi dari organel sel (lisosom, makrosom atau mitokondria) juga menghasilkan produk yang mempunyai sifat berfluoresensi seperti lipofusin. Pada keadaan normal lisosom berfungsi untuk menghidrolisa bahan-bahan intraselular melalu proses endositosis. Apabila membran lisosom rusak oleh karena reaksi peroksidasi lipid maka lisosom akan terisi oleh bahan-bahan intrasel yang tidak dapat dimetabolisme sehingga membetuk pigmen menua atau lipofusin. Pigmen menua atau lipofusin yang terbentuk dapat menyebabkan sel kehilangan integritas dan fungsinya (Halliwell dan Gutteridge, 1994).

Banyaknya jumlah sel yang rusak atau mati serta tertimbunnya produk cross-linking dan pigmen menua (aging pigmen), merupakan perubahan yang akan mengakibatkan kegagalan fungsi organ yang mempunyai peranan dalam menginisiasi atau mempercepat proses menua. Bila terjadi pada banyak sel dan terdapat di dalam organ-organ vital seperti jantung atau otak maka keadaan ini akan menyebabkan individu tersebut mati.

B. Sumber-sumber Radikal Bebas
        Inisiator adalah zat yang dalam kondisi reaksi tertentu dapat menghasilkan sejumlah radikal bebas yang memungkinkan reaksi radikal bebas berlanjut. Berikut disajikan beberapa senyawa yang dapat menghasilkan radikal bebas.
a. Halogen (Cl2, Br2, F2, dan seterusnya)
contoh:
b. Peroksida (HOOH, atau ROOR)
Contoh:

c. Senyawa azo (RNNR)
Contoh:
d. alkil halida (R-X)
e. hipoklorit (R-O-Cl)
C. Struktur kimia radikal bebas
Radikal bebas dapat terbentuk in-vivo dan in-vitro secara :
1. Pemecahan satu molekul normal secara homolitik menjadi dua. Proses ini jarang terjadi pada sistem biologi karena memerlukan tenaga yang tinggi dari sinar ultraviolet, panas, dan radiasi ion.
2. Kehilangan satu elektron dari molekul normal
3. Penambahan elektron pada molekul normal
Pada radikal bebas elektron yang tidak berpasangan tidak mempengaruhi muatan elektrik dari molekulnya, dapat bermuatan positif, negatif, atau netral.

D. Kereaktifitasan radikal bebas 
Radikal bebas merupakan senyawa yang terkenal sangat reaktif karena mempunyai elektron menyendiri atau tak berpasangan. Intermediet radikal alkil distbilkan oleh proses fisika yang hampir sama dengan karbokation. Semakin tinggi tingkat subsitusi alkil, maka stabilitas radikal alkil juga semakin tinggi. Dengan demikian, pembentukan radikal tersier (R3C·) lebih mudah daripada radikal sekunder (R2HC·), dan jauh lebih mudah daripada radikal primer (RH2C·). Maka radikal yang terletak di sisi gugus fungsi seperti karbonil, nitril, dan eter akan lebih stabil daripada radikal alkil tersier.

Radikal dapat menyerang ikatan rangkap. Walaupun demikian, tidak seperti ion yang serupa, beberapa reaksi radikal tidak dilangsungkan oleh interaksi elektrostatik. Sebagai contoh, reaktivitas ion nukleofilik dengan senyawa α,β-tak jenuh (C=C–C=O) dilangsungkan oleh penarikan elektron oksigen, yang menghasilkan muatan positif parsial pada karbon karbonil. Ada dua buah reaksi yang teramati pada kasus ionik. Yang pertama karbonil diserang dalam adisi langsung pada karbonil atau gugus vinil diserang langsung dalam adisi konjugasi. Yang kedua, muatan nukleofil diambil oleh oksigen. Radikal mengadisi secara cepat ikatan rangkap, dan menghasilkan karbonil α-radikal yang relatif stabil.
Pada reaksi intramolekular, kendali yang tepat dapat dicapai untuk menghindari reaktivitas radikal yang ekstrim.
Home » Kimia Organik » Radikal Bebas » Stabilitas Radikal Bebas
E. Stabilitas radikal bebas
Radikal bebas mempunyai elektron yang tak berpasangan. Dengan demikian radikal bebas sangat reaktif terhadap senyawa lain atau terhadap jenisnya sendiri. Walaunpun demikian, ada sejumlah radikal bebas yang mempunyai "umur" yang panjang karena kestabilannya, yang dikategorikan sebagai berikut:

• Radikal Stabil

Radikal Stabil Contoh utama radikal stabil adalah dioksigen molekular (O2) dan nitrat oksida (NO). Radikal organik dapat berumur panjang karena terbentuk pada sebuah sistem π terkonjugasi. Contohnya yaitu radikal turunan α-tokoferol (vitamin E). Berikut adalah struktur radikal tokoferol:
Ada juga contoh radikal tiazil, yang mana mempunyai reaktivitas yang rendah dan stabilitas termodinamika yang tinggi dengan stabilisasi resonansi π yang terbatas.

• Radikal Kokoh

Radikal kokoh adalah radikal yang berumur panjang karena kepenuhsesakan sterik di sekeliling pusat radikal yang mana secara fisik sukar untuk bereaksi dengan molekul lain. Sebagai contoh adalah radikal trifenilmetil Gomberg, garam Fremy (kalium nitrosodisulfonat, (KSO3)2NO·), nitroksida (rumus umum R2NO·) seperti nitronil nitroksida dan azefenilenil serta radikal yang diturunkan dari PTM atau TTM. Radikal kokoh dihasilkan dalam jumlah yang besar selama pembakaran. Radikal jenis ini menyebabkan tekanan oksidatif yang berakibat pada penyakit jantung dan mungkin juga kanker.

• Diradikal

Diradikal adalah molekul yang mengandung dua pusat radikal. Radikal yang mempunyai banyak pusat dapat membentuk molekul. Oksigen atmosferik secara alami membentuk diradikal dan dalam keadaan ground state sebagai oksigen triplet. Reaktivitas yang rendah dari oksigen atmosferik adalah karena keadaan diradikalnya. Keadaan nonradikal dioksigen kurang stabil daripada diradikal. Stabilitas relatif oksigen diradikal diakibatkan adanya spin terlarang pada transisi triplet yang dibutuhkan untuk mengambil elektron (mengoksidasi). Keadaan diradikal oksigen juga berakibat pada sifat paramagnetik, yang dapat dibuktikan dengan adanya gaya tarik menarik terhadap magnet eksternal.