HyperChem

Program HyperChem versi 5, adalah  program kimia aplikasi 32 bit, yang dikembangkan oleh HyperCube Inc untuk system operasi Windows 95/98 dan Windows NT. Sementara ini terdapat tiga  macam program HyperChem Versi 5 yang ditawarkan oleh perusahaan tersebut sesuai dengan kebutuhan kita: HyperChem Standard 5.1, HyperChem Professional 5.1 dan HyperChem Suite 5.1.

       Program Kimia HyperChem Standard  menyediakan fasilitas pembuatan model tiga dimensi (3D), perhitungan mekanika molecular dan mekanika kuantum (semi-empiric dan ab-initio). Disamping itu tersedia pula database dan program simulasi monte carlo serta molecular dynamics.

       HyperChem Professional disamping memuat fasilitas-fasilitas yang disediakan oleh HyperChem Standard  juga menyediakan fasilitas tambahan berupa tool yang diesebut  The Chemist’s Developer Kit (CDK). Dengan tool ini para kimiawan dapat dengan cepat mengkonstruksi suatu interface antara HyperChem dan program software kimia lainnya.

       HyperChem Suite  merupakan program HyperChem yang paling powerful di antara program-program lainnya. Program ini dilengkapi dengan fasilitas untuk membuat struktur kristal (Crystal Builder), Molecular Presentations, Sequence Editor, Sugar Builder, Conformational Search, QSAR Properties and Script Editor.

HyperChem Standard

Fasilitas yang disediakan oleh program standard ini adalah:

·               Input Struktur dan Manipulasi (Structure Input and Manipulation)

·               Display Molekul (Molecular Display)

·               Kimia Komputasi (Computational Chemistry)

·               Metoda Komputasi (Computational Methods)

·               Release 5 Slide Show

Input Struktur dan Manipulasi

1.    Mengambar molekul dengan program ini relatif sederhana, pilih elemen dari tabel perodik (terdapat dalam menu Build), kemudian di click dan ditarik dengan mouse. Dengan mouse kita dapat mengkontrol rotasi disekitar ikatan, mengeset stereokimia molekul dan mengubah struktur.

2.    Dengan mouse-controlled tools kita dapat melakukan seleksi, rotasi dan translasi serta meresize 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 constraints terhadap panjang ikatan, sudut ikatan, sudut torsi dan juga terhadap selected   

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

Refrensi: Harno D Pranowo, Kimia Komputasi, Jurusan Kimia FMIPA UGM, Yogyakarta