Ruang lingkup kimia komputasi

RUANG LINGKUP KIMIA KOMPUTASI

A. DINAMIKA MOLEKULAR

Dinamika molekular mengandung pengujian kelakuan kebergantungan

waktu pada molekul, seperti gerakan vibrasional atau gerakan Brownian. Hal

ini sering dikerjakan dengan penjelasan mekanika klasik yang hampir sama

dengan perhitungan mekanika molekular. Metoda dinamika molekular merupakan metoda simulasi yang sangat berguna dalam mempelajari sistem melekular seperti molekul organik dalam larutan dan senyawa makromolekul dalam proses metabolisme. Metode ini memungkinkan penggambaran struktur, sifat termodinamika dan sifat

dinamis dari sistem pada fasa terkondensasi. Bagian pokok dari metodologi

simulasi adalah tersedianya fungsi energi potensial yang akurat untuk

memodelkan sifat dari sistem yang dikaji. Fungsi energi potensial dapat

disusun melalui metoda mekanika kuantum (Quantum Mechanics, QM) atau

mekanika molekular (Molecular Mechanics, MM). Permasalahan yang muncul

adalah QM hanya dapat digunakan untuk sistem sederhana dengan

beberapa puluh satuan massa -mengingat bahwa perhitungan QM

memerlukan waktu yang lama- sedangkan metoda MM tidak cukup teliti.

B. MEKANIKA STATISTIKA

Mekanika statistika adalah cara matematika untuk mengekstrapolasi sifat

termodinamika dari materi secara keseluruhan (bulk) berpijak pada

gambaran molekular dari materi.Perhitungan mekanika statistika

sering dilakukan pada akhir perhitungan ab initio terhadap sifat fasa gas.

Untuk sifat fasa terkondensasi, sering perhitungan dinamika molekular

diperlukan dalam rangka melakukan eksperimen komputasi.

Salah satu metoda mekanika statistika yang banyak digunakan dalam

kimia komputasi adalah Monte Carlo. Dengan metoda Monte Carlo, kita

dapat mendapatkan gambaran tentang struktur dan energi dalam

keseimbangan, tetapi tidak dapat memberikan gambaran dinamika atau sifat

yang bergantung pada waktu.

C. MODELING KEADAAN PADAT

Struktur elektronik dari kristal didefinisikan oleh plot struktur pita

(band structure plot), yang memberikan energi dari orbital molekul pada

setiap titik dalam ruang, yang dikenal dengan nama daerah Bruillion

(Bruillion zone). Perhitungan ab initio dan semiempiris menghasilkan energi

orbital, sehingga mereka dapat diterapkan pada perhitungan struktur pita.

Jika perhitungan energi molekul memerlukan waktu yang lama, maka

diperlukan waktu yang jauh lebih besar untuk menghitung energi setiap titik

dalam daerah Bruillion.Perhitungan struktur pita telah dilakukan untuk sistem yang sangat komplek, namun demikian perangkat lunak belum cukup secara otomatis

dan belum terlampau cepat untuk menyelesaiakan kasus-kasus struktur

pita.

D. TERMODINAMIKA

Termodinamika adalah satu dari sekian banyak penjelasan kimia

matematis yang telah dibangun. Sering kali perlakuan termodinamika

didapatkan dengan kerja kertas dan pensil karena banyak aspek kimia dapat

dijelaskan secara akurat dengan pernyataan matematika yang sederhana.

Perhitungan kimia komputasi akan dapat membantu penyelesaian

penghitungan besaran termodinamika, terutama akan sangat berguna jika

kita berhadapan dengan molekul-molekul yang besar.

E. HUBUNGAN STRUKTUR DAN SIFAT

Hubungan struktur dan sifat adalah pendifinisian empiris kualitatif atau

kuantitatif antara struktur molekul dengan sifat yang teramati. Dalam

beberapa kasus, ini merupakan duplikat dari hasil mekanika statistika.

Hubungan struktur dan sifat yang dikaji belakangan ini selalu

merupakan hubungan matematika secara kuantitatif. Hubungan sering sekali

diturunkan dengan menggunakan perangkat lunak fitting kurva untuk

mendapatkan kombinasi linear sifat-sifat molekular, yang dapat

memprediksi sifat-sifat yang dimaksud. Sifat molekular biasanya didapatkan

dari perhitungan model molekular. Penggambaran molekular yang lain

seperti massa molekul atau gambaran topologi, juga digunakan.

Jika sifat digambarkan sebagai sifat fisika, seperti titik didih, hal ini

dikenal dengan hubungan Struktur dan Sifat secara Kuantitatif (Quantitative

Structure-Property Relationship, QSPR). Jika sifat digambarkan sebagai

aktivitas biologis –misalnya aktivitas obat- maka dikenal sebagai hubungan

kuantitatif antara Struktur dan aktivitas (Quantitative Structure-Aktivity

Relationship, QSAR).

F. PERHITUNGAN SIMBOLIK

Perhitungan simbolik dikerjakan jika sistem sangat besar untuk

digambarkan sebagai atom per atom sesuai dengan tingkat pendekatan

yang ditetapkan. Sebagai contoh adalah pemodelan membran sel dengan

menggunakan struktur lemak secara individual sebagai pengganti poligon

dengan beberapa persamaan matematik yang mewakili energi interaksinya.

Perlakuan simbolik banyak digunakan pada komputasi bidang biokimia dan

mikrobiologi.

G. INTELEGENSI ARTIFISIAL

Teknik yang diciptakan oleh ahli komputer yang tertarik dalam

intelegensi artifisial telah diterapkan pada kebanyakan kegiatan

perancangan obat pada tahun belakangan ini. Metoda ini juga dikenal

dengan nama de Novo atau rancangan obat rasional (rational drug design).

sumber:http://www.komputasi.lipi.go.id