Modul-10-Optimasi Geometri Dg Arguslab A5

Pemodelan Dan Komputasi Molekul Obat

[email protected] 1

Modul 10 Optimasi Geometri dengan Arguslab Tujuan Instruksional Umum: Mahasiswa mampu membuat struktur kimia suatu senyawa dan melakukan optimasi geometri terhadap senyawa tersebut, dengan menggunakan perangkat lunak ArgusLab 4.0.1. Tujuan Instruksional Khusus:

1. Mahasiswa mampu membuat struktur kimia sederhana seperti benzena, asam asetil salisilat dan parasetamol.

2. Mahasiswa mampu melakukan optimasi geometri dengan metode mekanika molekuler maupun mekanika kuantum.

3. Mahasiswa mampu Membuat struktur kimia senyawa yang lebih rumit seperti ATP, ampisilin dan fenilbutazon

Teori Singkat: Menyusun molekul : Perangkat lunak ArgusLab 4.0.1 menyediakan fasilitas Molecule Builder untuk membuat struktur 3 dimensi suatu senyawa, yang memerlukan pemahaman akan pola hibridisasi atom, seperti

yang berturut‐turut menggambarkan C sp2, C sp3, N sp2, N sp3, O sp2, O sp3, dsb.

Selain itu disediakan juga tersedia tombol‐tombol yang berfungsi untuk mempermudah pekerjaan menyusun molekul baru maupun

memodifikasi molekul yang sudah ada, antara lain untuk

memilih (select) objek, untuk menambahkan atom,

untuk menambahkan fragmen, untuk menambahkan ikatan,

untuk menambahkan atom hidrogen, untuk


[email protected] 2

menghilangkan atom hidrogen, untuk melakukan cleaning geometry, dsb (bisa dilihat pada menu Help).

Optimasi geometri : Optimasi geometri bertujuan untuk menghitung energi terendah dari suatu molekul untuk mengetahui keadaan paling stabil dari molekul tersebut. ArgusLab menyediakan fasilitas perhitungan dengan metode mekanika molekuler maupun mekanika kuantum.

Mekanika molekuler merupakan metode empiris yang digunakan untuk menyatakan energi potensial dari molekul sebagai fungsi dari variasi geometri. Elektron tidak dipertimbangkan secara eksplisit, tapi dihitung sebagai rerata relatif terhadap pengaruh gerakan inti. Metode ini diaplikasikan untuk : molekul tersusun dari ribuan atom, molekul organik, oligonukleotida, peptida, sakarida dan molekul dalam lingkungan vakum atau berada dalam pelarut. Contoh program adalah UFF (Universal Force Field).

Mekanika kuantum meliputi metode ab initio, semi empiris dan density functional theory. Metode Ab initio merupakan metode yang dibuat tanpa data empiris, diaplikasikan untuk molekul dengan maksimal 100 atom. Konsep perhitungan umum menggunakan penyelesaian persamaan Schrodinger (metode mekanika kuantum, dimana keadaan suatu sistem digambarkan melalui fungsi koordinat partikel dalam sistem fungsi gelombang). Metode ini menyelesaikan semua persamaan secara eksak dan semua elektron yang ada diperhitungkan, sehingga memerlukan waktu yang lama. Contoh program dengan metode ab initio adalah : Gaussian, MP2.

Metode Semi empiris dapat untuk sistem besar, maksimal terdiri dari 1000 atom. Metode ini hanya memperhitungkan elektron valensi, sehingga perhitungan dapat lebih cepat. Contoh program : MNDO, AM1 dan PM3.


[email protected] 3

Tugas Praktikum:

A. Membuat struktur tiga dimensi benzena

1. Buka halaman baru dengan pilih File lalu New atau "Ctrl+N"

2. Dari menu Edit pilih Add Atom … , lalu C[sp2], C_R trigonal, aromatic. Di sini digunakan atom sp2 karena benzena adalah senyawa aromatis, sehingga hibridisasi atom C penyusunnya adalah sp2.

3. Pastikan tombol Auto Bond menyala, dengan klik , sehingga ikatan akan otomatis terbentuk setiap kita menambahkan atom pada layar. Klik kanan pada layar membentuk heksagon, menggambarkan 6 atom C sp2 penyusun benzena. Setelah menambahkan atom ke‐6, klik kembali atom pertama untuk menutup cincin. Pada layar akan tampak seperti berikut :

4. Simpan molekul dengan nama benzena daalam format .agl.

5. Lakukan Clean geometry dengan klik tombol . Struktur molekul akan berubah. Clean geometry bertujuan menggambarkan suatu senyawa sedekat mungkin dengan kenyataannya.

6. Tambahkan atom‐atom hidrogen dengan klik tombol . Lakukan Clean geometry lagi.

7. Lakukan Clean the hybridization dengan memilih menu Edit lalu Clean Hybridization. Langkah ini memeriksa semua jenis ikatan


[email protected] 4

dan menyusun konstruksi yang baik. Pada layar akan tampak seperti ini :

8. Klik tombol untuk mengembalikan tombol kanan mouse ke posisi Select Mode.

9. Klik tombol untuk menyimpan molekul.

B. Optimasi geometri

1. Optimasi geometri molekul benzene dengan metode mekanika

kuantum semi‐empiris PM3. Klik tombol , maka kotak dialog Optimize Geometry akan terbuka.

2. Klik tombol PM3 pada kotak Hamiltonian, kemudian klik OK.

3. Klik tombol run calculation . Perhitungan dengan PM3 akan berjalan dan akan tampak perubahan geometri molekul dan hasil perhitungan ditampilkan pada bagian bawah layar.

4. Klik tombol simpan untuk menyimpan struktur akhir dan hasil perhitungan.


[email protected] 5

C. Membuat struktur ATP (Adenosin Tri Posfat)

1. Buka halaman baru dengan pilih File lalu New atau "Ctrl+N".

2. Dimulai dengan menggambar puran : Klik tombol Builder

Toolkit atau dari menu Tools, pilih Builder Tools, Rings. Klik struktur puran dari kotak dialog Rings dengan cara klik kiri.


[email protected] 6

3. Bawa kursor ke layar dan klik kanan. Lakukan rotasi jika diperlukan. Pada layar akan tampak seperti ini :

4. Klik tombol , kemudian klik kiri pada sembarang tempat di layar tapi di luar molekul. Pada layar akan tampak seperti ini :

5. Hilangkan atom hidrogen dengan klik tombol . Pada layar akan tampak :


[email protected] 7

6. Klik tombol Add Atom dan tombol Automatic Bond

.

7. Klik tombol , pilih Atoms, C.

8. Klik kiri pada atom yang akan ditambahkan karbon (C 4’), atom akan berwarna kuning. Kemudian klik kanan pada posisi dekat atom C tersebut, atom C baru akan terbentuk, terikat pada C4’. Klik kiri lagi pada atom C baru.

9. Klik tombol untuk memutar, tombol untuk

menggeser, untuk memusatkan, atau untuk membesar‐kecilkan molekul untuk memberi ruang pada gugus fosforil.

10. Tambahkan atom Oksigen pada atom C baru (C5’) dengan cara seperti di atas.

11. Tambahkan juga atom‐atom P dari gugus posforil dan sisa atom O yang lain. Untuk mengganti atom bisa dilakukan dengan klik kiri pada atom ybs, kemudian klik kanan, pilih


[email protected] 8

Change atom, pilih atom dan hibridisasi yang diinginkan. Abaikan bentuk geometri dari molekul karena nanti akan dilakukan clean geometry.

12. Klik tombol . Untuk mengubah ikatan tunggal pada 3 atom O pada gugus posforil berdasarkan struktur ATP yang diinginkan, dengan cara klik kanan pada ikatan ybs, pilih Double bond.

13. Sekarang tambahkan gugus Adenine, dimulai dengan menampilkan gugus pirimidin di dekat tempatnya akan terikat. Lakukan rotasi bila perlu dan hilangkan atom H.

14. Bentuk ikatan antara atom C1 ribosa dengan atom N Adenosin,

dengan cara : pastikan tombol menyala kemudian klik kiri pada kedua atom tersebut.


[email protected] 9

15. Klik satu atom C pada pirimidin dan hilangkan. Tambahkan satu lagi gugus pirimidin (tanpa hydrogen).

16. Hilangkan dua atom C dan bentuk ikatan dengan gugus pirimidin.

17. Tengahkan molekul pada layar dan lakukan clean geometry,

dengan cara klik lalu .


[email protected] 10

18. Terakhir, tambahkan gugus amin pada purin, tambahkan atom H dan lakukan clean geometry.

19. Simpan file dengan format agl. Untuk menampilkan dalam bentuk gambar dari menu File pilih Export, simpan file dalam format bmp, jpg atau tiff.


[email protected] 11

Tugas :

1. Buatlah struktur senyawa sederhana seperti asetosal dan parasetamol!

O

OH

O

O CH3

Asetosal

OH

HN CH3

O

Parasetamol

2. Buatlah struktur senyawa yang lebih rumit seperti ampisilin dan fenilbutazon!

ON

N

O

NH2

O

NH

N

S

OCH3

CH3

OH

Ampisilin Fenilbutazon

3. Lakukan optimasi geometri terhadap senyawa‐senyawa tersebut. Catat nilai energi masing‐masing senyawa !

Modul-10-Optimasi Geometri Dg Arguslab A5

Documents

Transcript of Modul-10-Optimasi Geometri Dg Arguslab A5