LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FARMASI ANALISIS II
KOMPUTASI
(Macelignan MM+)
KIMIA KOMPUTASI (Macelignan MM+)
I.
TUJUAN
Untuk
mempelajari perangkat lunak yang digunakan dalam kimia.
II.
DATA PENGAMATAN
a. Gambar
struktur
Gambar 1 : Struktur 3 Dimensi Macelignan
b.
Data
hasil komputasi
Log P : - 0,56
Mass : 344,45 amu
Volume : 1026,51 Å
III.
PEMBAHASAN
Pada percobaan kali ini dilakukan pemodelan molekul dari
senyawa Macelignan. Metode kimia komputasi yang digunakan dalam menganalisis
sifat senyawa Macelignan yaitu dengan menggunakan beberapa metode molekular
mekanik untuk menentukan konformasi yang stabil pada senyawa tersebut.
Kimia komputasi adalah suatu metode pemodelan dari
struktur suatu molekul dengan menggunakan komputer. Mula-mula struktur senyawa Macelignan
digambarkan dalam bentuk 2D dengan menggunakan ChemOffice 2004 (ChemDraw Ultra 8.0). Macelignan C20H24O4
terdiri dari 2 buah gugus benzene dan 1 buah gugus hidroksi berposisi orto
dengan 1 buah gugus eter. Dari rumus molekulnya, Macelignan memiliki DBE (Double Bond Eqiuvalen) sebanyak 6 buah
yang berasal dari gugus benzene. Pada saat pembuatan struktur 2D ini harus
dipastikan bahwa semua ikatan yang terjadi tersambung/menyatu dengan baik. Jika
ikatan tidak tersambung dengan baik maka akan muncul warna merah pada ikatan
(tempat penempelan) suatu gugus dengan gugus lain. Bila terjadi hal yang demikian
gambar harus dibuat kembali sampai tidak terbentuk lagi warna merah. Setelah
dibuat struktur 2D nya file disimpan dengan format CDX cdx file (.cdx). Pada
gambar dua dimensi ini molekul digambarkan dalam bentuk bidang datarnya.
Setelah itu gambar 2D struktur Macelignan dibuat struktur 3D nya dengan
menggunakan ChemOffice 2004 (Chem3D Ultra8.0). Struktur 3D ini merupakan struktur molekul yang tergambar pada posisi
bidang datar dan posisi ruangnya. Struktur 3D lebih dapat menggambarkan
struktur yang sebenarnya dari suatu molekul. Dari hasil gambar 3D, struktur Macelignanterlihat lebih rinci dimana atom-atom yang berbeda yang menyusun senyawa Macelignan
ini ditunjukkan dengan warna yang berbeda dan ikatan dari setiap gugus menjadi terbuka
sesuai dengan atom-atom yang saling berikatan. Atom C (karbon) ditunjukkan
dengan warna abu-abu, atom H (hidrogen) ditunjukkan dengan warna putih dan atom
O (oksigen) ditunjukkan dengan warna merah. Pada struktur 3D ini cincin benzene
ikatan konjugasinya tidak tampak lagi, semua atom C yang mengikat atom H
ditunjukan dengan lebih jelas dari pengamatan warna begitupun dengan gugus
metil dan hidroksi ikatannya lebih jelas ditunjukkan. Setelah selesai, gambar
3D ini disimpan dengan cara yang sama seperti penyimpanan gambar 2D tadi tetapi
dengan format MOL mol file (.mol).
Pertama-tama struktur Macelignan digambarkan dalam bentuk dua dimensi (2D)
menggunakan program ChemDram Ultra versi
8.0 kemudian disimpan dalam bentuk .cdx
(baca: dot cdx). Diperoleh gambar struktur Macelignan:
Struktur senyawa Macelignan bentuk tiga dimensi (3D) dibuat
dengan program Chem3D Ultra versi 8.0
dengan membuka file awal (.cdx) dan menyimpannya kembali dalam bentuk .mol (baca: dot mol).
Gambar
2. Gambar 3D senyawa Macelignan
Optimasi geometri
Meskipun dari struktur 3D suatu molekul sudah terlihat lebih jelas dengan
struktur senyawa yang sebenarnya, namun harus dilakukan optimasi geometri. Pada
proses optimasi ini struktur 3D suatu senyawa dioptimasi agar memperoleh energi
paling stabil pada ikatan-ikatan kimia yang dibentuknya pada senyawa tersebut.
Struktur yang terbentuk dioptimasi geometri menggunakan dua metode semi empirik
yang disediakan oleh paket program HyperChem yaitu AM1, PM3 dengan
algoritma Polak-Ribiere. Dan metode molekular mekanik yaitu MM+ dengan
algoritma Polak-Ribiere sama seperti metode semi empirik. Metode Austin
Model 1 (AM1) dan PM3 hanya dapat digunakan untuk atom-atom yang melibatkan
orbital s dan p, dan tidak dapat digunakan untuk sebagian besar unsur-unsur dalam
tabel periodik (Jensen, 1999).
HyperChem merupakan program yang dapat secara teliti mengetahui
struktur, stabilitas dan sifat molekul dengan menggunakan perhitungan mekanika molekular
maupun mekanika kuantum. Tersedia metode sederhana untuk menghasilkan struktur
molekul 3D, kita dapat memilih 10 jenis metode semi empiris dan menggunakannya
untuk mengoptimasi geometri suatu senyawa agar didapatkan suatu struktur yang
paling stabil, kita dapat menjalankan perhitungan semi empiris mulai dari atom
hidrogen sampai xenon, termasuk logam transisi. Metode ab initio dilengkapi dengan variasi himpunan basis akan dapat
digunakan untuk menentukan sifat struktur molekul secara akurat.
Pada macelignan kelompok kami pengukuran geometri yang dilakukan hanya
metode molekular MM+. Perhitungan molekular mekanik memperlakukan atom sebagai interaksi
partikel Newton melalui fungsi energi potensial. Energi potensial bergantung
pada panjang ikatan, sudut ikatan, dan interaksi non ikatan (termasuk gaya van
der Waals, interaksi elektrostatik, dan ikatan hidrogen). Pada perhitungan ini,
gaya pada atom adalah fungsi dari letak atom. MM+ dikembangkan untuk
molekul organik. Ini adalah suatu medan gaya keseluruhan atom. MM+ juga
menyediakan jalan pintas untuk perhitungan interaksi non ikatan, keadaan batas
periodik, dan modifikasi ikatan syarat energi regangan yang mencegah penolakan
pada panjang ikatan yang panjang.
Pertama-tama dibuka file 3D Macelignan yang telah dibuat dengan
menggunakan Chem3D Ultra versi 8.0. Setelah
itu pilih setup lalu molecular mechanics (MM+). Pilih lagi compute lalu klik geometry optimization. Batas konvergensi ditentukan setelah
tercapai gradien 0,01 kkal/Å. Dan diatur maximum
cycle-nya sebanyak 3000 kali dan
dipilih algoritm model Polak-Ribiere (Conjugate Gradient). Setelah semuanya
tersetup, lalu klik OK dan ditunggu sampai proses optimasi selesai. Proses
optimasi ini merupakan suatu proses dimana molekul selalu berusaha mencari energi
yang paling stabil. Dari hasil optimasi geometri senyawa Xanthorrizol
menggunakan metode MM+ diperoleh nilai energi total sebesar 5,093095 kkal/mol
dan gradient 0,01. Hasil proses
optimasi geometri ini lalu disimpan dengan format HyperChem (*.HIN).
Gambar
: Struktur stabil senyawa macelignan hasil optimasi dengan metode molekular
mekanik MM+
Pada prinsipnya rumus struktur molekul dari setiap senyawa kimia
mengandung gambaran yang mencerminkan informasi tentang sifat kimia, sifat
fisika atau aktivitas biologi dari senyawa tersebut. Gambaran dan sifat
aktivitas tersebut dipelajari berdasarkan data-data yang terkait pada struktur
geometri teroptimasi dan struktur elektronik yang diperoleh.
Selanjutnya dilakukan analisis parameter QSAR properties. QSAR (Quality
Structure-Activity Relationship) merupakan hubungan kuantitatif antara
struktur dan aktivitas obat. Hubungan kuantitatif yaitu berupa hubungan
struktur dan sifat dari senyawa tersebut. Hubungan ini diturunkan dengan
menggunakan perangkat lunak fitting
kurva untuk mendapatkan kombinasi linear sifat-sifat molekul yang dapat
memprediksi sifat-sifat tersebut. Analisis ini didasarkan pada hubungan
matematika antara aktivitas atau sifat dengan satu atau lebih parameter
deskriptif (deskriptor) yang merepresentasikan struktur molekul tersebut.
Dengan deskriptor-deskriptor yang didapatkan dari sifat eksperimental senyawa,
maka akan diperoleh persamaan QSAR yang diturunkan untuk memprediksi aktivitas
atau sifat dari senyawa yang tersedia.
Analisis parameter QSAR properties yang ditentukan meliputi Log P, Mass, dan Volume. Log P merupakan ukuran koefisien partisi
dari suatu senyawa, yaitu kelarutan relatif suatu senyawa dalam suatu pelarut
tertentu yang tak bercampur sesuai dengan tingkat kepolarannya. Nilai mass menunjukkan massa molekul relatif
dari suatu senyawa. Dari hasil optimasi geometri dengan metode MM+ diperoleh
data QSAR sebagai berikut:
Log P : - 0,56
Mass : 344,45 amu
Volume : 1026,51 Å
Dari hasil komputasi tersebut diperoleh nilai log P yang
negatif. Ini menunjukan bahwa senyawa ini bersifat polar dan hidrofilik karena
nilai P nya positif (0,2754). Nilai P ini menunjukan perbandingan
terdistribusinya senyawa tersebut ke pelarut organik dan air. Jika nilai P di
bawah 1 maka senyawa akan lebih banyak terdistribusi ke fase air.
IV.
KESIMPULAN
Struktur suatu senyawa Macelignan dapat dimodelkan dengan Kimia Komputasi.
Permodelan suatu struktur senyawa Macelignan dapat distabilkan dengan optimasi
geometri. Dari hasil komputasi ini senyawa macelignan bersifat polar dan
hidrofilik.
