KEMAMPUAN HYPERCHEM
Program HyperChem, merupakan program kimia aplikasi 32 bit, yang dikembangkan oleh HyperCube Inc untuk system operasi Windows 95/98 dan Windows NT. HyperChem merupakan program yang handal dari pemodelan molekul yang telah diakui mudah digunakan, fleksibel dan berkualitas.Dengan menggunakan visualisasi dan animasi tiga dimensi hasil perhitungan kimia kuantum, mekanika dan dinamika molekular, menjadikan HyperChem terasa sangat mudah digunakan dibandingkan dengan program kimia kuantum yang lain.Program Kimia ini menyediakan fasilitas pembuatan model tiga dimensi (3D), perhitungan mekanika molekular dan mekanika kuantum (semiempiris dan ab initio). Disamping itu tersedia pula database dan program simulasi Monte Carlo dan molecular dynamics (MD).
Fasilitas yang disediakan oleh program standar ini adalah:
· Input Struktur dan Manipulasi (Structure Input and Manipulation)
· Display Molekul (Molecular Display)
· Kimia Komputasi (Computational Chemistry)
· Metode Komputasi (Computational Methods)
Input Struktur dan Manipulasi
1. Mengambar molekul dengan program ini relatif sederhana.Pilih unsur dari tabel periodik, kemudian di click dan ditarik dengan mouse. Dengan mouse kita dapat mengkontrol rotasi di sekitar ikatan, mengatur stereokimia molekul dan mengubah struktur.
2. Dengan mouse-controlled tools kita dapat melakukan seleksi, rotasi dan translasi serta mengubah ukuran struktur. Setting pada menu harus dimodifikasi untuk mengontrol operasi dari tools.
3. Untuk mengkonversi struktur 2D menjadi struktur 3D dikerjakan dengan HyperChem’s model builder.
4. Penggunaan constraint terhadap struktur relatif mudah.Kita dapat melakukan constraint terhadap panjang ikatan,sudut ikatan, sudut torsi dan juga terhadap atom yangdiinginkan.
Display Molekular (Molecular Display)
· Pilihan rendering : Ball-and-stick, fused CPK spheres dengan pilihan shading and highlighting. Juga vdW dots,cylinders dan overlapping spheres.
· Ribbon rendering untuk protein backbones, dengan pilihan sidechain display.
· 3D Isosurfaces atau 2D contour plots untuk: muatan total,kerapatan muatan, orbital molekul, kerapatan spin,potensial elektrostatik (ESP), ESP dipetakan pada 3D charge density surface.
· Pilihan isosurface rendering: wire mesh, Jorgensen-Salem,transparent dan solid surfaces, Gouraud shaded surface.
· Selama simulasi dapat ditampilkan rerata energi kinetik ,energi potensial, energi total dan parameter molekul seperti panjang ikatan, sudut ikatan, dan sudut torsi.
· Animasi mode vibrasi dari spektra IR
Kimia Komputasi
Dengan HyperChem kita dapat mengeksplorasi model energi permukaan potensial secara klasik atau kuantum dengan single point, optimasi geometri atau perhitungan dalam mencari keadaan transisi. Selain itu kita dapat juga mempelajari pengaruh gerakan termal dengan molecular dynamics, Langevin dynamics atau simulasi Metropolis Monte Carlo.
Jenis Perhitungan
Terdapat beberapa tipe perhitungan, antara lain kalkulasi single point, optimisasi geometri, frekuensi vibrasi,pencarian keadaan transisi, simulasi dinamika molekular,simulasi dinamika Langevin dan simulasi Monte Carlo.
1. Perhitungan single point dapat digunakan untuk menentukan energi molekul dari struktur yang telah
ditentukan (tanpa proses optimasi)
2. Perhitungan optimisasi geometri menggunakan algoritma minimisasi energi untuk mendapatkan struktur paling stabil. Tersedia 5 algoritma minimisasi.
3. Perhitungan frekuensi Vibrational dimaksudkan untuk mencari mode vibrasi normal dari suatu struktur teroptimisasi.Spektrum teroptimisasi dapat ditampilkan dan gerakan vibrasi yang berkaitan dengan transisi spesifik dapat dianimasikan.
4. Pencarian keadaan transisi dilakukan dengan menentukan struktur metastabil yang bersesuaian dengan keadaan transition menggunakan metode Eigenvector Following atau Synchronous Transit. Sifat-sifat molekulernya kemudian dapat dihitung. Dua metode untuk melokasikan keadaan transisi diimplementasikan di dalam HyperChem 5.
a) Metode Eigenvector Following sangat cocok digunakan untuk proses unimolekular atau setiap sistem molecular yang mode vibrasi naturalnya cenderung menuju ke suatu keadaan transition.
b) Metode Synchronous transit khususnya berguna jika reaktan dan produk sangat berbeda. Terdapat dua
metodologi synchronous transit yang diimplementasikan di dalam HyperChem yaitu Linear synchronous Transit(LST) dan Quadratic Synchronous transit (QST).
5. Simulasi Molecular dynamics menghitung trajektori klasik untuk sistem molekular. Waktu pemanasan, keseimbangan dan pendinginan dapat diterapkan dalam simulasi ini dan juga dapat digunakan untuk proses-proses yang bergantung pada perubahan waktu. Simulasi dapat dilakukan pada energi konstan atau tenperatur konstan.
6. Langevin dynamics simulations untuk memodelkan efek tumbukan pelarut tanpa memasukkan secara implisit molekul-molekul pelarut.
7. Simulasi Monte Carlo Metropolis berguna untuk mengeksplorasi konfigurasi yang mungkin dari suatu sistem dalam keadaan keseimbangan dan menentukan sifat sistem yang dinyatakan sebagai harga rata-rata untuk sekuruh system yang sudah berada dalam keadaan keseimbangan.
Gambar 8.2 Menu display dan database pada HyperChem
HyperChem dapat digunakan untuk menentukan beberapa sifat struktur antara lain :
· Stabilitas relatif dari beberapa isomer
· Panas pembentukan
· Energi aktivasi
· Muatan atom
· Beda energi HOMO-LUMO
· Potensial Ionisasi
· Afinitas elektron
· Momen dipol
· Tingkat energi elektronik
· Energi korelasi elektron MP2
· Energi keadaan tereksitasi CI
· Sifat dan struktur keadaan transisi
· Energi interaksi non-bonded
· Spektra serapan UV-VIS
· Spektra Absorpsi IR
· Pengaruh isotop pada vibrasi
· Spektra serapan IR
· Efek Collision pada sifat struktur
· Stabilitas dari kluster Simulasi
· Interaksi Docking
· Pengaruh temperatur pda gerakan molekul
· Pengaruh pelarut pda struktur dan dinamika
· Interaksi intermolekular pada kluster
ANALISA DENGAN HYPERCHEM
ANALISA
GAYA ANTAR MOLEKUL PADA ASAM KARBOKSILAT
Tujuan
Memahami terjadinya ikatan antar molekul dalam dimmer asam karboksilat yang berbentuk ikatan hidrogen.
Latar Belakang
Asam karboksilat rantai pendek pada umumnya mempunyai sifat sebagai cairan dengan titik didih yang tinggi. Hal ini disebabkan terjadinya ikatan hidrogen dari dua unit asam karboksilat sehingga asam karboksilat berada dalam bentuk dimmer. Kekuatan ikatan hidrogen ini akan sangat tergantung pada bentuk konformasi dimmer asam karboksilat. Untuk mengenal kemungkinan terjadinya ikatan hidrogen dalam dimmer asam karboksilat, dapat dilakukan pemodelan interaksi berdasarkan kemungkinan konformasi yang terbentuk antar asam karboksilat. Energi interaksi yang berharga paling negatif akan menunjukkan kekuatan ikatan hidrogen yang besar.
Energi interaksi antar molekul dapat dihitung berdasarkan prinsip supermolekul, artinya energi interaksi (Einteraksi) dihitung dari selisih energi antara energi kompleks EAB dengan energi masing-masing monomer (EA dan EB).
Einteraksi = EAB – EA – EB
Prosedur
1. Gambarkan senyawa karboksilat dalam bentuk dimmer dengan berbagai bentuk konformasi (1, 2 dan 3). Atur agar jarak antara atom H dari gugus hidroksi dengan atom O karbonil mempunyai jarak sekitar 2 Å. Anda dapat menggunakan fungsi Ctrl+anak panah atau Ctrl+Shift+anak panah untuk mengatur posisi dua senyawa karboksilat tersebut.
2. Gunakan metode semiempiris (semi-empirical) AM1 pada menu Setup, lalu optimasi struktur dimmer karboksilat. Untuk melihat apakah struktur dimmer teroptimasi dapat melakukan ikatan hidrogen, pilih recompute H bond pada menu Display. Ikatan hidrogen akan ditandai dengan garis putus-putus pada atom H dari gugus hidroksil dengan atom O karbonil.
3. Untuk melakukan perhitungan energi interaksi (ΔEdimer), gunakan rumusan
ΔEdimer = Ekompleks – Ekar1 – Ekar2
Ekompleks = energi hasil optimasi dimmer karboksilat
Ekar1 = energi monomer karboksilat (1)
Ekar2 = energi monomer karboksilat (2)
Cara mencari adalah dengan menghilangkan senyawa monomer karboksilat (2) (ingat : pada bentuk dimmer yang telah dioptimasi) dan melakukan perhitungan energi single point. Diperoleh dengan menghilangkan monomer karboksilat (1) dan melakukan energi single point.
4. Lakukan hal yang sama dengan menggunakan metode mekanika molekular MM+.
LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN XIX
· Dimer karboksilat (I), metode AM1
· Dimer karboksilat (II), metode AM1
· Dimer karboksilat (III), metode AM1
· Dimer karboksilat (I), metode MM+
· Dimer karboksilat (II), metode MM+
· Dimer karboksilat (III), metode MM+
Metode | Dimer | Ekompleks | Ekar1 | Ekar2 | ΔEdimer |
AM1 | I | - 1551,1 | - 772,28 | - 772,28 | - 6,62 |
II | - 1547,6 | - 772,3 | - 772,3 | - 2,4 | |
III | - 1551,3 | - 772,3 | - 772,3 | - 6,7 | |
MM+ | I | - 15,39 | - 6,007 | - 6,001 | - 3,382 |
II | - 6,78 | - 5,98 | - 0,44 | - 0,36 | |
III | - 12,8 | - 6,01 | - 5,55 | - 1,24 |
Analisis
· Dari ketiga bentuk dimer, semuanya memiliki energi kompleks teroptimasi yang hampir sama (pada metode AM1).
· Kemungkinan terbentuknya ikatan hidrogen bergantung pada konformasi senyawa, jika jarak antara atom H dari gugus hidroksi dari monomer yang satu dengan atom O karbonil dari monomer yang lainnya mempunyai jarak yang cukup jauh, maka ikatan hidrogen menjadi lemah atau tidak terbentuk sama sekali.
· Jika dibandingkan, metode AM1 menunjukkan nilai energi kompleks teroptimasi yang jauh lebih besar dibandingkan metode MM+, tetapi nilai ΔEdimer hampir sama. (Ketidaksesuaian hasil percobaan dengan teori mungkin disebabkan karena penggambaran dimer yang kurang tepat, sehingga mempengaruhi perhitungan energi pada single point)
