Seperti halnya air yang mempercepat larutnya gula dalam secangkir teh, kepolaran pelarut juga mempercepat laju reaksi kimia dan mempercepat pembentukan senyawa amonium kuartener.
Kutipan tersebut adalah hasil utama tim peneliti dari 51动漫 (UNAIR) saat mempelajari peran kepolaran pelarut pada reaksi Menshutkin untuk pembentukan senyawa ammonium kuartener. Penelitian tersebut diketuai oleh Assoc. Prof. Febdian Rusydi dari Departemen Fisika 51动漫 dan berkolaborasi dengan peneliti dari Universiti Teknologi Malaysia (UTM).
Mengapa garam amonium kuartener penting?
Senyawa garam amonium kuartener (quaternary ammonium salts, QAS) memiliki peran penting dalam berbagai aplikasi karena sifatnya yang multifungsi. QAS dikenal karena kemampuannya sebagai agen mikroba yang efektif, seperti disinfektan dan antiseptik. Karena sifatnya sebagai surfaktan, QAS dapat digunakan dalam produk sehari-hari, seperti pelemput pakaian dan sampo. QAS juga digunakan sebagai cairan ionik dalam baterai lithium-ion dan dye-sensitized solar cells, karena stabilitas kimia dan sifat konduktivitasnya yang tinggi.
Tantangan
Tantangan utama dalam sintesis QAS adalah memilih pelarut yang tepat untuk meningkatkan efisiensi reaksi, serta meminimalkan dampak negatif terhadap lingkungan. Tidak hanya pelarut, bentuk struktural dari molekul atau konformer juga berperan penting dalam reaksi. Banyaknya kemungkinan konformasi membuat pemodelan molekul QAS melibatkan pengolahan data berdimensi tinggi, sehingga membutuhkan biaya komputasi yang relatif mahal.
Dengan kepakarannya di bidang simulasi komputasi berbasis mekanika kuantum, Assoc. Prof. Febdian Rusydi mengarahkan timnya untuk menelaah peran kepolaran pelarut dan konformer pada reaksi pembentukan QAS. Tim peneliti mengeksplorasi dua reaksi Menshutkin sederhana untuk membentuk QAS menggunakan pelarut yang memiliki tingkat kepolaran yang bervariasi, seperti toluene, asetonitril, dan air.
淧ada pelarut dengan kepolaran tinggi, para peneliti memprediksi bahwa energi aktivasi reaksi rendah, yang berarti reaksi berjalan lebih cepat. Selain itu, pelarut polar menggeser reaksi ke arah yang lebih eksotermik, yang membuatnya lebih efisien secara termodinamika.
Tim riset telah mendemonstrasikan determinasi selam melakukan penelitian. Penelitian ini dimulai bersamaan dengan berlakunya pembatasan sosial berskala besar (PSBB) di Indonesia, bulan Maret 202, karena pandemic COVID-19. Komunikasi dengan kolaborator menjadi tantangan pertama. Tantangan berikutnya adalah gangguan Listrik dan jaringan internet yang menghambat simulasi. Sekitar 600 simulasi telah dilakukan dengan perangkat lunak Gaussian 16 dan CREST di 淩iven, fasilitas komputasi milik RCQED yang dibangun secara mandiri. Semua simulasi tuntas dilakukan dalam kurun waktu satu tahun enam bulan. Satu rangkaian penelitian kolaboratif ini ditutup dengan kunjungan Assoc. Prof. Febdian Rusydi ke UTM pada tahun 2023 untuk menyempurnakan draf manuskrip hasil riset. Walaupun membutuhkan waktu yang cukup lama untuk menghadapi semua tantangan, tim riset tetap istikamah untuk berkolaborasi dan meriset dengan sabar.
Langkah selanjutnya
Kompleksitas masalah-masalah pada kasus reaksi kimia memotivasi Assoc. Prof. Febdian Rusydi dan tim untuk mengintegrasikan machine learning dalam pemodelan. Selain kualitas riset, Assoc. Prof. Febdian Rusydi juga bertekad meningkatkan kualitas kolaborasi dengan peneliti dunia. Satu langkah yang telah Assoc. Prof. Febdian Rusydi lakukan adalah berkolaborasi dengan Dr. Wun F. Mark-Lee (Universiti Teknologi Malaysia), Prof. Dr. Azizan Ahmad (Universiti Kebangsaan Malaysia), Dr. Vera Khoirunisa (Institut Teknologi Sumatera, Indonesia), dan Dr. Lusia Silfia Pulo Boli (Universitas Jenderal Soedirman) melalui program AGE Joint Class di UNAIR (/prodi-fisika-unair-internasionalisasikan-dua-mata-kuliah/).
Penulis: Etika Dessi Susanti, S.Si.
Informasi detail dari studi ini dapat diakses di laman:
