Kimia Supramolekul

Pada awalnya Ilmu Kimia adalah ilmu tentang  materi, atau kimia materi, yaitu ilmu tentang zat yang dapat dilihat, diraba dan disentuh. Setelah penemuan teori atom Dalton dan teori atom Bohr, Ilmu Kimia menjadi Ilmu Kimia Atom, yaitu zat yang tidak dapat dilihat tetapi dapat dikatakan terdiri dari inti proton bermuatan positip  dan di sekelilingnya terdapat  elektron bermuatan negatip yang terikat dengan energi tertentu pada inti.

Fakta alam menunjukkan bahwa kebanyakan atom tidak stabil sehingga harus bergabung membentuk “spesies” yang disebut molekul. Fakta ini melahirkan Kimia Molekul yaitu bahwa atom-atom dapat bergabung karena adanya ikatan diantara atom-atom yang disebut dengan ikatan kovalen. Setelah molekul terbentuk dari atom-atomnya diperoleh sebuah “spesies” yang stabil berada di alam kecuali ada kondisi tertentu yang dapat membuatnya berubah atau di dalam ilmu kimia istilahnya adalah mengalami reaksi kimia.

Faktanya bahwa materi dapat dilihat, diraba, dan disentuh. Artinya bahwa atom atau molekul dapat berkumpul dalam jumlah banyak.  Bahkan molekul-molekul yang sudah berkumpul tersebut dapat membentuk suatu “spesies” yang lebih tinggi dirajatnya dan salah satu diantaranya adalah sel. Kumpulan molekul-molekul tadi dapat terjadi karena adanya interaksi antarmolekul atau ikatan non-kovalen, suatu jenis ikatan yang melebihi atau di luar ikatan kovalen, dan bidang ilmu kimia yang pempelajarinya disebut dengan Kimia Supramolekul.

Interaksi antarmolekul (non-kovalen) adalah melibatkan semua zat yang ada di alam sehingga interaksi antarmolekul adalah fenomena besar yang terdapat pada banyak bidang diantaranya adalah  Kimia, Fisik dan Biologi, yang membuat Kimia Supramolekul adalah suatu kajian interdisiplin.  Namun demikian, bidang kajian ini adalah baru sehingga diharapkan terlebih dahulu dapat melandasi bidang-bidang yang ada di Ilmu Kimia itu sendiri seperti Kimia Organik, Kimia Koordinasi dan Kompleks Ion-Ligan, Kimia Fisik dan Interaksi Studi Eksperimen dan Teori, Biokimia, Proses-Proses Biologi, Sains Material,  hingga Sifat-Sifat Mekanik Zat Padat (Lehn, 19950).

Teori molekul dan interaksi antarmolekul yang menjadi kajian utama Kimia Supramplekul hanya dapat diselesaikan dengan metode Kimia Komputasi,  dan yang menjadi alasan bahwa Pokok Bahasan pada Kimia Supramolekul diantaranya adalah bagaimana metode Kimia Komputasi menentukan energi dan konformasi interaksi antarmolekul, termasuk sebelumnya perancangan molekul (seperti peptida ADTC1 dan ADTC5 pada E-Chaderin) yang akan menghasilkan energi interaksi tertentu. Kajian diawali dengan molekul-molekul kecil, dan diharapkan dapat diterapkan untuk molekul besar seperti peptida, protein, dan polimer.

Metode eksperimen yang dapat menjelaskan interaksi antarmolekul diantaranya adalah spektroskopi UV/VIS, IR, dan terutama NMR, konduktometri, dan difraksi sinar-X.

Apa definisi Kimia komputasi? Kimia Komputasi adalah suatu metode perhitungan persamaan yang menggambarkan energi molekul (mekanika kuantum atau mekanika mekanik) untuk memprediksi sifat-sifat fisika dan kimia zat pada tingkat molekul menggunakan komputer dan software aplikasi kimia. Metode ini di Indonesia tergolong baru sehingga belum banyak dikenal dalam metode pengajaran kimia. Metode ini pada dasarnya dapat “disederhanakan” agar dapat menjangkau tingkat pemula seperti siswa kelas 3 SMA dan mahasiswa tahun pertama.

Akhir-akhir ini, peran metode komputasi sangat besar membantu ahli kimia memprediksi sifat-sifat zat. Metode ini dapat menghitung parameter sifat-sifat molekul seperti panjang ikatan, sudut ikatan, muatan, momen dipol, energi molekul, dll. Metode komputasi untuk molekul adalah program yang disusun untuk menyelesaikan persamaan kuantum Schrodinger atau persamaan mekanika molekul. Software dengan metode kuantum yang sering digunakan untuk molekul kecil adalah Gaussian, NWCHEM, dan GAMESS, sedangkan untuk molekul besar dengan metode mekanika molekul adalah Docking.

Metode komputasi (bukan kuantumnya) sebaiknya diperkenalkan sejak dini misalnya di kelas 3 SMA atau mahasiswa tahun pertama. Kenapa? Teori atom tentang bilangan kuantum dan konsep ikatan kovalen sangat abstrak dan sukar menjelaskan sifat-sifat molekul yang menjadi hal paling esensi dalam ilmu kimia itu sendiri. Apakah guru dan murid tidak terlalu sulit untuk mempelajarinya? Kepada pemula yang diajarkan bukan teori kuantumnya tetapi bagaimana metode komputasi dapat menunjukkan secara lebih nyata sifat-sifat molekul. Pengajarannya dilakukan melalui praktikum di komputer dengan menggunakan buku petunjuk yang tidak perlu lagi mempelajari bagaimana program dapat dijalankan. Pengajaran metode komputasi pada tingkat pemula dapat dilakukan dengan contoh-contoh molekul sederhana yang banyak ditemukan di alam seperti air (H2O), udara (O2, N2, CO2), pelarut (metanol, amonia, dll,). Pengenalan metode komputasi sejak dini juga bermanfaat untuk menunjukkan bahwa kegunaan utama komputer adalah untuk perhitungan.

Pengenalan Kimia Supramolekul dan Kimia Komputasi dalam kaitannya dengan Sains nanopartikel dapat membantu kita memahami berbagai kasus seperti Nanopartikel Bikin Vitamin Berbahaya, dll.

Daftar Isi

  • Share/Bookmark