Kemampuan Hyperchem

Program Hyperchem, merupakan program kimia aplikasi 32 bit, yang dikembangkan oleh HyperCube Inc, untuk sistem operasi Windows 95/98, Windows NT, Windows XP, Windows Vista, Windows 7 dan Linux. HyperChem merupakan program 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 molekuler, menjadikan HyperChem terasa sangat mudah digunakan dibandingkan dengan program kimia kuantum yang lain.
program kimia menyediakan fasilitas pembuatan model tiga dimensi (3D), perhitungan mekanika molekuler dan mekanika kuantum (semiempiris dan ab initio), disamping itu tersedia pula database dan program simulate Monte Carlo dan molecular dynamic (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 mengontrol 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 terlebih dahulu untuk mengontrol operasi dari tools.
3. Untuk mengkonversi struktur 2D menjadi struktur 3D dapat 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 yang diinginkan.

Display Molekuler (Molecular Display)

1. Pilihan rendering: ball and stick, fused CPK spheres dengan pilihanshading and highighting, juga vdw dots, cylinders dan overlapping spheres.
2. Ribbon rendering untuk protein backbones, dengan pilihan sidechain display.
3. 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.
4. Pilihan isosurface rendering: wire mesh. Jorgensen-Salem, transparent dan solid surfaces, gouraud shaded surface.
5. Selama simulasi dapat ditampilkan rerata energi kinetik, energi potensial, energi total dan parameter molekul seperti panjang ikatan, sudut ikatan, dan sudut torsi.
6. 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 dynamic atau simulasi Metropolis Monte Carlo.

Jenis Perhitungan
Terdapat beberapa tipe perhitungan, antara lain kalkulasi single point, optimasi geometri, frekuensi vibrasi, pencarian keadaan transisi, simulasi dinamika molekuler, simulasi dinamika Langevin dan simulasi Monte Carlo.

1. Perhitungan single point dapat digunakan untuk menentukan energi molekul dari struktur yang ditentukan (tanpa proses optimasi)
2. Perhitungan optimasi geometri menggunakan algoritma minimasi energi untuk mendapatkan struktur paling stabil. tersedia 5 algoritma minimasi.
3. Perhitungan frekuensi vibrational dimaksudkan untuk mencari mode vibrasi normal dari suatu struktur teroptimisasi. Spektrum teroptimasi 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.

• Metode Eigenvector Following sangat cocok digunakan untuk prosses unimolekular atau setiap sistem molekular yang mode vibrasi naturalnya cengerung menuju ke suatu keadaan transition.
• 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).

1. Simulasi Molecular dynamics menghitung trajektori klasik untuk sistem molekular. Waktu pemanasan, keseimbangan dan pendinginan dapat diterapkan dalam simulasi ini juga dapat digunakan untuk proses-proses yang bergantung pada perubahan waktu. Simulasi dapat dilakukan pada energi konstan atau temperatur konstan.
2. Langevin dynamic simulations untuk memodelkan secara implisit molekul-molekul pelarut.
3. Simulasi Monte Carlo Metropolis berguna untuk mengeksplarasi konfigurasi yang mungkin dari suatu sistem dalam keadaan keseimbangan dan menentukan sifat sistem yang dinyatakan sebagai harga rata-rata untuk seluruh sistem yang sudah berada dalam keadaan keseimbangan.

Hasil Perhitungan dengan HyperChem
Prediksi:
HyperChem dapat digunakan untuk menentukan berapa sifat struktur antara lain:

1. Stabilitas relatif dari beberapa isomer
2. Panas pembentukan
3. Energi aktivasi
4. Muatan atom
5. Beda energi HOMO-LUMO
6. Potensial ionisasi
7. Afinitas elektron
8. Momen dipol
9. Tingkat energi elektronik
10. Energi korelasi elektron MP2
11. Energi keadaan tereksitasi CI
12. Sifat dan struktur keadaan transisi
13. Energi interaksi non-bonded
14. Spektra serapan UV-VIS
15. Spektra absorpsi IR
16. Pengaruh isotop pada vibrasi
17. Spektra serapan IR
18. Efek collision pada sifat struktur
19. Stabilitas dari kluster

Simulasi

1. Interaksi docking
2. Pengaruh temperatur pada gerakan molekul
3. Pengaruh pelarut pada struktur dan dinamika
4. Interaksi intermolekuar pada kluster

sumber: http://faijalchemistry.blogspot.com/2010/04/kemampuan-hyperchem.html

Analisa Dengan Hyperchem (Interaksi Eter Mahkota dengan Suatu Ion)

Tujuan

Mendapatkan informasi struktur molekul beberapa eter mahkota tersubtitusi untuk senyawa eter 15-mahkota-5 dan interaksinya dengan ion Na⁺ secara teoritis dengan menggunakan perhitungan kimia komputasi metode semiempiris.

Latar Belakang

Selektivitas eter mahkota terhadap suatu ion bergantung pada beberapa factor antara lain kesesuaian jari-jari ion logam dengan diameter rongga/kavitas eter mahkota, kemudian eter mahkota untuk mengatur ulang konformasinya untuk dapat mengikat ion logam dengan kuat, dam juga pada pengaruh substituen dalam meningkatkan kepadatan electron pada atom oksigen eter mahkota sehingga akan menaikkan kemampuan eter mahkota dalam mengikat ion logam.

Secara eksperimental telah diketahui bahwa selektivitas eter mahkota dalam mengikat ion logam sangat bergantung pada kesesuaian jejari ion logam dengan diameter rongga eter mahkota. Hal ini mudah dipahami dari fakta bahwa ion logam yang jejarinya jauh lebih kecil dari rongga eter mahkota akan menyulitkan terjadinya ikatan yang kuat karena ion akan mudah lepas, sementara jika jejari ion jauh lebih besar dari kavitas eter mahkota, ion tidak dapat memasuki rongga. Untuk kasus yang terakhir ini, eter mahkota masih dapat mengikat ion logam tersebut dengan membentuk sandwhich, yaitu dua eter mahkota menjepit ion logam

Ukuran substituen juga akan dapat mempengaruhi kemampuan eter mahkota dalam mengikat ion logam melalui perubahan konfromasi eter mahkota. Substituen yang meruah akan dapat mengubah bentuk eter mahkota dan sekaligus juga akan mengubah diameter kavitas dari eter mahkota. Jika perubahan ini mempermudah eter mahkota dalam mengikat suatu ion tertentu akan dapat dilihat perubahan selektivitas dari eter mahkota dalam mengikat suatu ion tertentu maka dapat dilihat perubahan selektivitas dari eter mahkota tersubstitusi ini.

Substituen yang bersifat donor elektron akan cenderung menggeser kepadatan elektron ke arah atom oksigen eter mahkota sehingga akan meningkatkan kemampuan eter mahkota untuk mengikat logam. Geseran elektron ini dapat disebabkan karena adanya pengaruh induksi positif (+I), maupun oleh adanya pengaruh mesomeri (+M) yaitu jika substituen dapat menggeser kepadatan elektron dengan terjadinnya delokalisasi elektron.

Prosedur

a)      Optimasi struktur eter mahkota

1.      Gambarkan struktur senyawa dalam bentuk 3D menggunakan program HyperChem.

2.      Optimasi struktur eter mahkota untuk mendapatkan konformasi struktur yang paling stabil menggunakan metode semiempiris MNDO/d dengan batas konvergensi sampai gradien 0,001 kkal/mol.

Struktur eter mahkota yang akan diteliti antara lain:

^b)        Interaksi eter mahkota dengan kation logam Na⁺

Struktur eter mahkota yang telah dioptimasi diinteraksikan dengan ion logam alkali Na⁺. Ion logam diletakkan pada posisi tengah kavitas eter mahkota dan selanjutnya dilakukan optimasi struktur sampai didapatkan kompleks ion-eter  mahkota yang paling stabil. Analisis tentang panjang ikatan, sudut ikatan, sudut dihedral dan besaran termokimia dilakukan dengan data perhitungan kimia komputasi.

c)      Menentukan energi interaksi kation dengan eter mahkota dengan persamaan:

∆E_{inti reaksi} = E_{kation-eter mahkota} – E_kation – E _{eter mahkota}

E_kation diperoleh dengan melekukan perhitungan energi single point Na⁺, sedangkan E_{eter mahkota} diperoleh dengan membuka kompleks Na-eter mahkota, hilangkan atom Na, sesuaikan muatan sistem ke nol, dan lakukan perhitungan energi single point terhadap struktur eter mahkota. Hitung semua interaksi semua eter mahkota tersubstitusi dengan ion Na⁺.

LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN XVIII

INTERAKSI ETER MAHKOTA DENGAN SUATU ION

Hasil

Lengkapilah tabel berikut ini dan gambarkan grafik antar jenis substituen dengan energi interaksi.

Substituen	Ekompleks	Eeter mahkota	ENa+	Einteraksi
-H
-OCH3
-OH
-CH3
-CH=CHCOOH
-CHO
-COOH

Analisis

1.      Jelaskan kaitan antara besarnya energi interaksi dengan jenis substituen ditinjau dari efek penarik dan pemberi elektron!

2.      Perhatikan muatan atom netto Na⁺ dalam sistem kompleks, apakah terjadi fenomena pergeseran muatan? Bagaimana data ini menjelaskan sifat dari interaksi kation logam dengan eter mahkota?

3.      Bagaimana saudara mendapatkan informasi tentang kesesuaian jejari ion dengan kavitas eter mahkota?

4.      Perhatikan muatan atom oksigen dari eter mahkota sebelum dan sesudah ditambahkan substituen. Apakah secara nyata ada penambahan muatan oksigen setelah penambahan substituen yang bersifat pemberi elektron.

5.      Buatlah grafik antara muatan atom oksigen eter mahkota setelah eter mahkota mengikat ion Na⁺. Berikan penjelasan tentang kaitan muatan atom oksigen dengan pengaruh gugus pemberi dan penerima elektron!

Manfaat Kimia Komputasi untuk Penelitian

1. Untuk menemukan titik awal untuk sintesis dalam laboratorium.
2. Untuk menjelajahi mekanisme reaksi dan menjelaskan penamatan pada reaksi di laboratorium.
3. Untuk memahami sifat dan perubahan pada sistem makroskopis melalui simulasi yang berlandaskan hukum-hukum interaksi yang ada dalam sistem.

MarvinSketch untuk Pengajaran Kimia

Banyak hal yang bisa dimanfaatkan dari MarvinSketch untuk pengajaran kimia. Gambar dan animasi molekul dapat dibuat dengan mudah. Selanjutnya dapat disisipkan dalam media pembelajaran kimia. Tutorial berupa video untuk mengefektifkan MarvinSkecth dapat dilihat atau diunduh dari sini. MarvinSketch adalah software kimia hanya untuk visualisasi rumus struktur kimia yang gratis, bisa dijalankan di sistem operasi Windows dan Linux juga MacOS. Mau mencicipinya silahkan unduh dari web ChemAxon ini.

Ilustrasi Tampilan MarvinSketch 5.3.8

Jika terbiasa dengan ChemDraw kita bisa mengkonfigurasinya dengan model tampilan menu dan tool menjadi seperti ChemDraw. Untuk itu bisa dilakukan dengan klik View-Configuration-pilih tampilan yang diinginkan.

Manual atau cara penggunaan MarvinSketch dapat dilihat dari situs resminya dari sini. Selain itu dapat juga dipelajari lebih lanjut setelah kita mengunduh dan memasangnya di komputer kita, karena ada menu Help yang dapat digunakan untuk memahami teknis penggunaannya.

Jika masih kurang paham juga kita bisa mengajukan pertayaan di forum resminya di sini. Silahkan register terlebih dahulu kemudian ajukan pertanyaan. Tidak lama akan banyak yang memberikan jawaban dan penyelesaian atas masalah yang ingin kita pecahkan.

Eksplorasi lebih lanjut dari MarvinSketch ini dapat dimanfaatkan untuk pengolahan beberapa data-data kimia. Memang dalam setiap software semacam ini kebanyakab sangat membantu para kimiawan yang bergelut dalam bidang kimia organik. Namun tidak menutup kemungkinan untuk digunakan oleh cabang kimia lainnya.

Untuk pembelajaran kimia di tingkat sma keberadaan software semacam ini sangat membantu guru dalam memvisualkan struktur molekul dari sebuah senyawa. Visualisasi ini dapat dibuat 3 dimensi dapat diputar serta menunjukkan sifat fisika dari molekul.

sumber: http://urip.wordpress.com/2010/10/25/marvinsketch-untuk-pengajaran-kimia/

Contoh analisa yang dapat dilakukan Hyperchem

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 terlebih dahulu untuk mengontrol operasi dari tools.

3. Untuk mengkonversi struktur 2D menjadi struktur 3D dapat dikerjakan denganHyperChem’s model builder.

4. Penggunaan constraint terhadap struktur relatif mudah. Kita dapat melakukan constraintterhadap panjang ikatan, sudut ikatan, sudut torsi dan juga terhadap atom yang diinginkan.

Display Molekular (Molecular Display)

· Pilihan rendering : Ball-and-stick, fused CPK spheres dengan pilihan shading andhighlighting. 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 Followingatau 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 system 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 temperatur konstan.

6. Langevin dynamics simulations untuk memodelkan efek tumbukan pelarut tanpa memasukkan secara implicit 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.

Sumber: http://irmalatifi.blogspot.com/2012/01/contoh-analisa-yang-dapat-dilakukan.html