Nama
: Hani Pertiwi
NIM
: 4311412071
Rombel
: Kimia/ 02
TUGAS TERSTRUKTUR BAB 1
1. Contoh masalahmasalah-masal masalah ah kimia yang yang dapat diselesai diselesaikan kan dengan metode metode kimia komputas komputasi, i, berkaitan dengan: a. Hubunga Hubungan n konf konform ormasi asi dengan dengan energi energi Jawab: Teori ori mole moleku kull dan inte intera raks ksii anta antarm rmol oleku ekull yang yang menja menjadi di kaji kajian an utam utamaa imi imiaa !upramolekul hanya dapat diselesaikan dengan metode imia omputasi, dan yang menjadi alasan bahwa "okok #ahasan pada imia !upramolekul diantaranya adalah bagaimana metode imia omputasi menentukan energi dan konformasi interaksi antarmolekul, termasuk sebelumnya peran$angan molekul %seperti peptida &'TC1 dan &'TC( pada )-Chaderin* yang akan menghasilkan energi interaksi tertentu. ajian interaksi antarmolekul diawali dengan molekul-molekul ke$il, dan diharapkan dapat diterapkan untuk molekul besar seperti peptida, protein, dan polimer. b. !pektra +-i +-is, s, /, dan 0/ Jawab: asalah kimia yang dapat diselesaikan dengan metode kimia komputasi misalnya dengan aplikasi aussian234, yang merupakan program kimia komputasi yang dapat menghi menghitun tung g energ energi, i, berbaga berbagaii sifat sifat molekul molekuler, er, optima optimasi si geometr geometrii moleku molekuler ler dan memprediksi sifat spektroskopis suatu sistem %misalnya +-is, /, 0/, )"/, ossbauer, C' dan lain-lain*. enggunakana kombinasi berbagai metode komputasi, termasuk 'ensity 5un$tional Theory %'5T*, Hartree-5o$k %H5*, juga post-H5, !emiempirik dan pendekatan ekanika olekuler. $. ekanisne ekanisne reaksi reaksi kimia, kimia, terutama terutama pada pada penentuan penentuan energi energi struktur struktur transis transisii Jawab: "en$arian keadaan transisi dilakukan dengan menentukan struktur metastabil yang bersesuaian dengan keadaan transition menggunakan metode )igen6e$tor 5ollowing
atau !yn$hronous Transit. !ifat-sifat molekulernya kemudian dapat dihitung. 'ua metode untuk melokasikan keadaan transisi diimplementasikan di dalam HyperChem etode )igen6e$tor 5ollowing sangat $o$ok digunakan untuk proses • unimolekular atau setiap sistem mole-kular yang mode 6ibrasi naturalnya •
$enderung menuju ke suatu keadaan transition. etode !yn$hronous transit khususnya berguna jika reaktan dan produk sangat berbeda. Terdapat dua metodologi syn$hronous transityang diimplementasikan di dalam HyperChem yaitu 7inear
syn$hronous
Transit %7!T*
dan 8uadrati$
!yn$hronous transit %8!T*. d. !imulasi onte Carlo dan dinamika molekuler Jawab: !alah satu metode mekanika statistika yang banyak digunakan dalam kimia • komputasi adalah onte Carlo. 'engan metode onte Carlo, kita dapat mendapatkan gambaran tentang struktur dan energi dalam keseimbangan, tetapi tidak dapat memberikan gambaran dinamika atau sifat yang bergantung pada •
waktu. "enerapan dinamika molekular pada sistem pelarut9at terlarut memungkinkan dilakukannya perhitungan sifat sistem seperti koefisien difusi atau fungsi distribusi radial untuk digunakan dalam perhitungan mekanika statistik. "ada umumnya skema perhitungan pelarut9at terlarut dimulai dengan sistem yang terdiri dari sejumlah molekul dengan posisi dan ke$epatan awal. )nergi dari posisi yang baru dihitung relatif terhadap posisi sebelumnya untuk perubahan waktu yang ke$il dan proses ini beriterasi selama ribuan langkah sedemikian hingga sistem men$apai keseimbangan. !ifat sistem seperti energi, fungsi distribusi radial dan konformasi molekul dalam sistem dapat dianalisis dengan $ara pengambilan sampel dari sistem yang telah men$apai keseimbangan. 'alam rangka menganalisi 6ibrasi molekul tunggal data energi ditransformasikan se$ara 5ourir ke dalam domain frekuensi. "un$ak 6ibrasi yang diberikan dapat dipilih dan ditransformasikan ke dalam domain waktu, sehingga dapat dilihat gerakan apa yang menyebabkan frekuensi 6ibrasi tersebut. etode dinamika molekular merupakan metode simulasi yang sangat berguna dalam mempelajari sistem melekular seperti molekul organik dalam larutan dan senyawa makromolekul dalam proses metabolisme. etode ini memungkinkan
penggambaran struktur, sifat termodinamika dan sifat dinamis dari sistem pada fasa terkondensasi. #agian pokok dari metodologi simulasi adalah tersedianya fungsi energi potensial yang akurat untuk memodelkan sifat dari sistem yang dikaji. 5ungsi energi potensial dapat disusun melalui metode mekanika kuantum %8uantum e$hani$s, 8* atau mekanika molekular %ole$ular e$hani$s, *. "ermasalahan yang mun$ul adalah 8 hanya dapat digunakan untuk sistem sederhana dengan beberapa puluh satuan massa -mengingat bahwa perhitungan 8 memerlu-kan waktu yang lama- sedangkan metode tidak $ukup teliti. +ntuk mengatasi permasalahan ini, dikembangkan suatu metode hibridisasi yang dikenal dengan nama 89, yaitu bagian yang penting dari sistem yang dikaji dihitung dengan metode 8, sedangkan bagian sistem yang tidak harus dijelaskan se$ara detail dihitung dengan metode . etode 89 banyak digunakan dalam simulasi reaksi katalitik enimatik, proses kimia dalam larutan dan do$king suatu protein dalam reseptor. ;. "eranan kimia komputasi dalam mengurangi struktur biaya produksi obat-obatan: Jawab: 'esain obat merupakan proses iterasi dimulai dengan penentuan senyawa yang menunjukkan sifat biologi penting dan diakhiri dengan langkah optimasi, baik dari profil akti6itas maupun sintesis senyawa kimia. Tanpa pengetahuan lengkap tentang proses biokimia yang bertanggungjawab terhadap akti6itas biologis, hipotesis desain obat pada umumnya didasarkan pada pengujian kemiripan struktural dan pembedaan antara molekul aktif dan tak aktif %7ea$h, ;221*. ombinasi antara strategi mensintesis dan uji akti6itasnya menjadi sangat rumit dan memerlukan waktu yang lama untuk sampai pada pemanfaatan obat. 'engan kemajuan di bidang kimia komputasi, peneliti dapat menggunakan komputer untuk mengoptimasi akti6itas, geometri dan reakti6itas, sebelum senyawa disintesis se$ara eksperimental. Hal ini dapat menghindarkan langkah sintesis suatu senyawa yang membutuhkan waktu dan biaya mahal, tetapi senyawa baru tersebut tidak memiliki akti6itas seperti yang diharapkan. !ebagai ilustrasi akan disampaikan perbandingan penemuan obat se$ara kon6ensional dan dengan bantuan komputer ketika ditemukan suatu senyawa & dalam tanaman < yang diduga aktif sebagai senyawa antikanker dengan menghambat enim =, suatu enim yang sudah diketahui strukturnya se$ara kristalografi: 1.on6ensional
!e$ara kon6ensional yang bisa dilakukan adalah mensintesis turunan dan analog senyawa & dan diujikan dalam enim = sampai ditemukan benerapa senyawa yang sangat potensial untuk dikembangkan. "ada senyawa-senyawa potensial tersebut dilakukan uji lanjutan dan se$ara alami senyawa-senyawa tersebut dapat berguguran dan tidak sampai ke pasar karena terbentur beberapa masalah pada uji lanjutan, misal didapati toksis. emudian dilakukan skrining lagi dari tanaman yang se$ara empiris dilaporkan mengobati kanker. ;.'engan bantuan komputer %Computer-aided drug dis$o6ery> C&''* 'i lain pihak, keberadaan sebuah komputer pribadi dilengkapi dengan aplikasi kimia komputasi yang memadai ditangan ahli kimia komputasi medisinal yang berpengalaman dapat menayangkan senyawa & se$ara tiga dimensi %3'* dan melakukan komparasi dengan senyawa lain yang sudah diketahui memiliki akti6itas tinggi, misal senyawa #. #erdasarkan komparasi 3' dilengkapi dengan perhitungan similaritas dan energi, memberikan gambaran bagian-bagian dan gugus-gugus potensial yang dapat dikembangkan dari senyawa & %pharma$ophore ?uery*. emudian berbagai senyawa turunan dan analog disintesis se$ara in sili$o alias digambar sesuai persyaratan aplikasi komputer yang digunakan %+ntuk selanjutnya disebut senyawa hipotetik*. Hal ini jelas jauh lebih murah daripada sintesis yang sebenarnya. eberadaan data struktur 3' enim = akan sangat membantu. &plikasi komputer dapat melakukan studi interaksi antara senyawa-senyawa hipotetik dengan enim = se$ara in sili$o pula. 'ari studi ini dapat diprediksi akti6itas senyawa-senyawa hipotetik dan dapat dilakukan eliminasi senyawasenyawa yang memiliki akti6itas rendah. !ebelum diusulkan untuk disintesis, senyawasenyawa hipotetik tersebut dengan diprediksi toksisitasnya se$ara in sili$o dengan $ara melihat interaksinya dengan enim-enim yang bertanggung jawab pada metabolisme obat. 'ari beberapa langkah in sili$o tersebut, dapat diusulkan beberapa senyawa analog dan turunan senyawa & yang memang potensial untuk disintesis dan dikembangkan, atau mengusulkan untuk mengembangkan seri baru. Jumlah senyawa yang diusulkan biasanya jauh lebih sedikit dibandingkan penemuan obat se$ara kon6ensional. 3. Jurnal internasional mengenai bertambahnya jumlah peneliti yang menggunakan kimia komputasi sebagai alat9 tool dalam analisa masalah yang dikaji Jawab:
Jurnal ini menggunakan analisa 8!&/, inti dari jurnal tersebut adalah Toksisitas dari ;@ $airan ionik berbasis bromida %#r-07!* terhadap ibrio fis$heri %. fis$heri* dan 'aphnia magna %'. magna* dapat ditentukan. #r-07! terdiri dari ion bromida dan kation generik %misalnya, pyrrolidinium, piperidinium, pyridinium atau imidaolium* dengan sisi rantai alkil yang berbeda. odel 8!&/ dengan koefisien korelasi yang relatif tinggi, /;, dari 2,A(@ dan 2,BA( dikembangkan untuk . fis$heri dan '. magna. odel untuk . fis$heri menunjukkan bahwa toksisitas #r-07 terhadap . fis$heri berkorelasi negatif dengan energi terendah orbital molekul kosong %)7+* yang men$erminkan afinitas elektron %)&* dan berkorelasi positif dengan 6olume #r-07 kation. +ntuk model magna '., toksisitas #r-07 berkorelasi positif dengan momen dipol %D* dan berkorelasi negatif dengan total energi %T)* yang sangat berhubungan dengan 6olume molekul %*. +ntuk #r-07! dengan $in$in kation yang sama, toksisitas meningkat sebagai panjang rantai alkil meningkat. +ntuk panjang rantai alkil yang sama, urutan toksisitas untuk . fis$heri adalah pyridinium@imidaolium@piperidinium@pyrrolidinium, ke$uali yang mengandung rantai samping oktil, sementara peringkat toksisitas untuk '. @. Contoh manfaat kimia komputasi dalam pembelajaran kimia: Jawab: a. 'apat menghitung sifat molekul yang kompleks dan hasil perhitungannya berkorelasi se$ara signifikan dengan eksperimen. b. 'apat sebagai alat hitung Eseperti halnya kalkulator- untuk membantu penyelesaian se$ara numerik dari persamaan matematika yang menggambarkan sifat sistem, misalnya dalam penyelesaian perhitungan stokiometri, termasuk juga otomatisasi alat ukur yang dapat mengkon6ersi signal elektronik menjadi data numerik. $. 'apat sebagai alat 6isualisasi dan animasi d. embantu kita mengeksplorasi sifat senyawa dan pada umumnya program tersebut telah dilengkapi dengan 6isualisasi dan animasi, seperti program HyperChem, aussian, Turbomol, /asmol dll.
e. enghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya maupun melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar %makromolekul seperti protein atau sistem banyak molekul seperti gas, $airan, padatan, dan ristal $air*, dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. f. !imulasi terhadap makromolekul %seperti protein dan asam nukleat* dan sistem besar bisa men$akup kajian konformasi molekul dan perubahannya %mis. "roses denatrasi protein*, perubahan fasa, serta peramalan sifat-sifat makroskopik %seperti kalor jenis* berdasarkan perilaku di tingkat atom. g. !ebagai molekular modeling dalam dasar-dasar suatu struktur kimia, h. +ntuk mengetahui sifat-sifat fisik maupun kimia dari suatu molekul tanpa melalui praktikum, i. 'apat sebagai bahan referensi selain ebook atau buku untuk mengetahui dasar-dasar j.
molekul empelajari suatu reaksi kimia baik itu permitted atau forbidden tanpa dengan
praktek se$ara kon6ensional k. empelajari interaksi antar molekul dengan molekul lainnya se$ara molekular modeling
