Pengantar Kimia Komputasi

Rangkuman Konsep Pengantar Kimia Komputasi

1.      Pendahuluan

Kimia komputasi tidak dapat dilepaskan dengan pengertian pemodelan molekul. Pemodelan molekul dengan menggunakan teknik komputasi dimaksudkan untuk menghasilkan data sifat struktur suatu senyawa yang dapat melengkapi data eksperimen dalam upaya memahami system kimia. Ruang lingkup kimia komputasi menyangkut simulasi dinamika molekul, mekanika statistik, sifat struktur, HKSA, mekanisme reaksi, hubungan energy dan struktur, visualisasi molekul dan interaksi molekul.

2.      Metode Kimia Komputasi

Metode kimia komputasi secara garis besar dibedakan atas mekanika molekul dan metode struktur elektronik. Mekanika molekul didasarkan pada mekanika klasik dan dapat digunakan untuk menentukan sifat senyawa yang mempunyai massa molekul besar. Metode struktur elektronik dapat berupa ab initio, semiempiris, post-SCF, dan DFT. Ketiga metode ini dapat menentukan sifat senyawa yang didominasi oleh peran elektron seperti muatan atom dan spectra UV, dan sifat penting lain dari system kimia. Namun demikian metode struktur elektronik ini memerlukan kemampuan computer yang tinggi.

3.      Mekanika Molekul

Metode mekanika molekul sangat bermanfaat untuk digunakan dalam memodelkan senyawa dengan massa molekul besar. Kelemahan metode ini adalah tidak dapat menjelaskan fenomena kimia yang sangat bergantung pada perilaku elektron dan medan gaya sangat spesifik digunakan untuk jenis senyawa tertentu. Kelebihan metode ini adalah dapat dilakukan dengan cepat dan tidak memerlukan kapasitas komputer yang handal.

4.      Mekanika Molekul

Metode ab initio merupakan metode paling baik dalam prediksi sifat senyawa dibandingkan dengan metode semiempiris maupun mekanika molekul. Sifat senyawa seperti muatan atom neto, dipole, spectra UV, NMR dan IR dapat ditentukan dengan metode ini. Keberhasilan penggunaan metode ini bergantung pada pemilihan himpunan basis yang sesuai untuk masalah yang sedang dikaji. Kelemahan dari metode ini adalah keperluan yang besar akan waktu komputasi, media simpan dan memori computer.

5.      Kimia Kuantum Semiempiris

Metode semiempiris dibedakan atas dasar pendekatan parameterisasi data eksperimen dan penyederhanaan perhitungan integral dalam prosedur SCF. Pada umumnya metode ini baik cukup baik dalam memprediksi sifat molekul. Untuk keperluan khusus, seperti analisis spektra, harus dilakukan pemilihan metode semiempiris yang parameterisasinya didasarkan pada data spektroskopi.

6.      Metode Korelasi Elektron dan Teori Fungsi Kerapatan, DFT

Metode korelasi elektron memberikan arti sebagai koreksi terhadap perhitungan ab initio, karena itu sering dinamakan dengan metode post-SCF. Pemilihan metode korelasi elektron sangat bergantung pada masalah kimia yang akan dikaji. Jika pengaruh korelasi elektron diperkirakan kecil, maka dapat dilakukan perhitungan dengan metode ab initio untuk UHF (sel terbuka) saja, karena akan memberikan waktu perhitungan yang kecil dengan keakuratan yang tidak berbeda secara signifikan dengan hasil perhitungan korelasi elektron. Perhitungan prediksi sifat kimia dari suatu system kimia sangat baik jika dilakukan dengan metode DFT dengan menggunakan himpunan basis yang sesuai untuk sistem yang dikaji.

7.      Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas

QSAR merupakan salah satu bidang kajian kimia yang menghubungkan sifat struktur dengan aktivitas obat suatu senyawa. Kimia komputasi dapat memberikan sumbangan data predictor teoritis seperti muatan atom, dipole dan spectra senyawa untuk digunakan sebagai  masukan dalam menghasilkan persamaan QSAR. Jika persamaan QSAR telah dihasilkan, maka kita dapat mendesain suatu senyawa dengan aktivitas tertentu dan memberikan prediksi tersebut kepada ilmuwan sintesis untuk mensintesis senyawa tersebut.

8.      Desain Senyawa Obat

Kimia komputasi dan secara umum pemodelan molekul memberikan peluang besar untuk dapat menemukan dan mendesain molekul obat baru yang memiliki aktivitas lebih tinggi dari senyawa obat yang telah dikenal. Kemampuan computer grafis untuk menggambarkan secara detail interaksi senyawa obat dengan reseptornya akan dapat memberikan prediksi yang sangat memadai dalam memberikan usulan senyawa baru yang lebih potensial.

9.      Simulasi Monte Carlo dan Dinamika Molekular

Simulasi Monte Carlo menitik beratkan pada penentuan struktur suatu sistem kimia dalam keadaan paling stabil tanpa dapat menggambarkan proses terjadinya pencapaian keadaan stabil tersebut. Simulasi dinamika molecular mampu menjelaskan dan memberikan gambaran tentang proses suatu sistem kimia dalam mencapai keseimbangan sistem.

10.  Pemodelan Solvasi

Pemodelan solvasi merupakan penerapan kimia komputasi yang dapat memberikan keunikan bagi peneliti untuk mengembangkan pendekatan teoritikal yang sedapat mungkin sesuai dengan keadaan eksperimental. Berbagai metode pemodelan solvasi selalu diarahkan agar dapat mengakomodasi semua interaksi antar molekul yang terjadi dalam sistem kimia yang sedang dipelajari.

11.  Pemodelan Spektroskopi

Analisis spectra senyawa dapat dilakukan dengan baik atas dasar hasil perhitungan kimia komputasi. Hal ini sangat membantu dalam mengelusidasi struktur senyawa organic yang memiliki struktur cukup rumit seperti yang terdapat dari senyawa bahan alam. Spectra UV-Vis, NMR, dan IR sangat esensial dalam proses penentuan struktur senyawa organic.

Untuk materi lebih lengkap dapat dibaca di buku:

Pengantar Kimia Komputasi

Prof. Dr. Harno Dwi Pranowo

Prof. Dr. Abdul Kadir Rukman Hetadi