Studi Perbandingan Metode Fragment Molecular Orbital (FMO) dengan Mekanika Kuantum Konvensional Serta Pengaruh Solvasi Air Implisit dan Eksplisit Pada Sistem yang Tersusun dari Natrium, Emas, dan Sitrat

Abstract

Mempelajari interaksi biomolekul-partikel nano emas (AuNP) penting dilakukan untuk mengeksplorasi potensi pemanfaatan AuNP pada bidang diagnostik dan terapeutik. Interaksi biomolekul-AuNP melibatkan interaksi elektrostatik dan transfer muatan dari gugus fungsi nukleofil ke AuNP, maka mempelajari interaksi biomolekul-AuNP dibutuhkan metode mekanika kuantum. Fragment molecular orbital (FMO) merupakan pendekatan mekanika kuantum dengan waktu perhitungan lebih cepat daripada mekanika kuantum konvensional, khususnya untuk sistem yang tersusun dari banyak atom. Interaksi biomolekul-AuNP dapat dipelajari melalui pair interaction energy decomposition analysis (PIEDA) yang diperoleh dari perhitungan FMO. Penelitian ini bertujuan untuk melihat kesesuaian antara hasil perhitungan FMO dengan mekanika kuantum konvensional pada sistem yang tersusun dari Na⁺, Au, sitrat^3-, dan H₂O; serta mempelajari efek solvasi air implisit dan eksplisit terhadap perhitungan FMO. Senyawa model yang digunakan adalah kompleks [Na(H₂O)₄]⁺, [Na(H₂O)₆]⁺_*, [Na(H₂O)₆]⁺, [Na(sitrat)₂]^5-, [Au(H₂O)₂], dan [Au(sitrat)]^3-. Walaupun FMO memprediksi energi total (E_total) [Na(H₂O)₄]⁺, [Na(H₂O)₆]⁺_*, [Na(H₂O)₆]⁺, dan [Na(sitrat)₂]^5- jauh lebih rendah daripada metode konvensional, namun prediksi ΔE reaksi dengan E_total tersebut bersesuaian dengan metode konvensional. FMO juga memprediksi muatan parsial bersesuaian dengan metode konvensional. Perhitungan dalam air implisit meredam pengaruh E^ES yang berlebihan akibat tidak memperhitungkan interaksi elektrostatik fragmen zat terlarut dengan pelarut, khususnya pada interaksi antara fragmen yang bermuatan positif dan negatif. Solvasi dalam air implisit juga dapat menyebabkan perbedaan E^EX dan E^(CT+mix) yang drastis dibandingkan keadaan vakum sehingga memiliki perbedaan pola dekomposisi. Perhitungan dalam air eksplisit menyebabkan muatan fragmen zat terlarut tidak bulat seperti muatan formalnya akibat transfer muatan antara air dan fragmen zat terlarut. Perhitungan dalam pelarut eksplisit lebih realistis untuk mempelajari