“Berhati-hatilah dengan konformasi pada keadaan transisi saat mempelajari hidrolisis ester!”
Himbauan ini adalah hasil utama dari studi teoretis yang dilakukan oleh tim kolaborasi riset empat universitas nasional dan satu internasional. Tim tersebut terdiri dari tiga fisikawan, masing-masing dari Universitas Airlangga (UNAIR), Institut Pertanian Bogor (IPB), dan National University of Singapore (NUS), satu kimiawan Universitas Gadjah Mada (UGM), dan satu insinyur UNAIR, serta dua mahasiswa magister Institut Teknologi Bandung (ITB). Proyek riset kolaborasi ini dikoordinasi oleh Research Center for Quantum Engineering Design, sebuah pusat kajian studi di UNAIR yang fokus pada aplikasi mekanika kuantum pada kasus-kasus biologis dan medis.
Tim riset menemukan bahwa konformasi pada keadaan transisi (transition state, TS) hidrolisis ester tidak hanya memengaruhi produk, tapi juga laju reaksi. Sebuah reaksi kimia bermula dari reaktan dan berakhir dengan produk. Dua buah reaksi kimia yang bermula dari dua reaktan yang identik dapat menghasilkan dua produk berbeda. Perbedaan ini terjadi karena dua reaksi tersebut menempuh jalur reaksi yang berbeda.
Setiap jalur reaksi memiliki satu karakter unik, yaitu TS. Pemilihan keadaan transisi ini adalah fenomena kuantum, yaitu probabilitas: bisa memilih TS “yang ini” atau TS “yang itu”. Meskipun demikian, kita dapat memperbesar probabilitas salah satu TS dengan kontrol faktor lingkungan reaksi seperti tekanan, tingkat keasaman larutan, dan temperatur.
Pencarian TS secara Komputasi
Para peneliti umumnya
sangat sulit mengamati
TS secara eksperimen. Kesulitan ini karena molekul-molekul yang terlibat reaksi hanya berada
pada keadaan ini dalam waktu yang sangat teramat singkat.
Cara terbaik sejauh ini untuk mempelajari TS adalah secara komputasi
yang berbasis mekanika kuantum.
Di sinilah dibutuhkan
peran fisikawan dan insinyur
komputasi: merancang jalur reaksi secara hipotetis, menentukan semua kemungkinan TS,
dan kemudian menghitung probabilitas kuantum setiap TS. Probabilitas
kuantum
ini
nanti
menunjukkan
laju
reaksi, besaran sangat penting dalam reaksi kimia.
Secara komputasi, tim riset mendemonstrasikan TS hidrolisis ester dipengaruhi oleh konformer reaktan. Ester adalah senyawa organik yang berbau harum yang banyak dihasilkan oleh buah-buahan dan bunga. Ester memiliki banyak jenis, setiap jenis ditentukan oleh jumlah atom karbon dan kehadiran atom-atom nitrogen, oksigen, dan halogen. Satu jenis ester dapat memiliki sejumlah bentuk geometri, yang disebut isomer. Isomer yang terbuat dari perbedaan puntiran gugus ester disebut konformer. Perubahan dari satu konformer ke konformer yang lain disebut konformasi.
Tim riset juga mendemonstrasikan bahwa konformasi dapat terjadi pada TS. Pada kasus hidrolisis ester, konformasi pada TS ini secara signifikan berdampak pada laju reaksi. Bayangkan, efek konformasi dapat mengubah kelajuan reaksi 3 sampai dengan 350 kali!
Manfaat Riset
Meskipun sederhana, hidrolisis ester adalah model fundamental dari reaksi-reaksi yang lebih rumit di alam ini. Hidrolisis ester pada prinsipnya memotong molekul ester dengan air sehingga menghasilkan dua senyawa baru: asam karbosilik dan alkohol. Salah satu contoh reaksi yang dapat dimodelkan oleh hidrolisis ester adalah reaksi pemotongan molekul achetylcholine (ACh) di dalam otak kita.
Molekul ACh ini berfungsi sebagai pengantar informasi dari satu ke syaraf lain di dalam otak. Laju pemotongan yang berlebihan membuat otak kekurangan ACh. Inilah awal dari Alzheimer’s Diseases (AD) menurut cholinergic hypotesis dan sekaligus motivasi awal studi ini.
Tim riset menggunakan hidrolisis ester sebagai model awal mekanisme cholinergic pada kasus Alzheimer’s Disease. Hasil riset hidrolisis ester ini memberi pedoman penting bagi periset di bidang yang sama untuk mempertimbangkan konformasi ACh saat mempelajari mekanisme cholinergic pada kasus Alzheimer’s Disease. (*)
Penulis: Febdian Rusydi
Hasil ini telah dipublikasikan di jurnal Heliyon Heliyon, tahun 2019 melalui link berikut:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844019360694
