LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI PERCOBAAN II ANALISIS SIKLOHEKSANA
Disusun oleh: Nama NIM Kelompok Hari/Tanggal Jurusan/Fakultas Nama Asisten
: Wahyu Ratnaningsih : 12/331223/PA/14513 : Sore : Jumat, 13 Maret 2015 : Kimia / MIPA : Muhammad Saleh
LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2015
ANALISIS SIKLOHEKSANA
I.
TUJUAN Menentukan konformasi yang paling stabil dari sikloheksana dengan menggunakan perhitungan medan gaya AMBER II. LATAR BELAKANG Sikloalkana adalah hidrokarbon jenuh dimana antar atom karbon saling terhubung dalam suatu susunan cincin. Garis-sudut rumus struktur untuk siklopropana yaitu segitiga, siklobutana yaitu persegi, siklopentana yaitu pentagon dan sikloheksana yaitu heksagon. Berikut bentuk tiga dimensinya. (Stoker, 2012)
Sikloheksana adalah senyawa karbosiklik yang penting dan perhatian yang diberikan kepadanya. Unit struktur sikloheksana terdapat secara luas dalam senyawa semula, jadi yang iasanya terlarut sesamanya atau dengan siklolkana lain. Kepentingan gelang sikloheksana sebernarnya terkait dengan konformasinya yang bebas daripada yang sembarang keterikatan. (Mahmood,2004) Sudut kedalaman dalam heksagon sesatah ialah 120 derajad, suatu nilai yang besar dari sudut tetrahedron yaitu 109,5˚. Penyisihan daipada bentuk sesatah akan mengurangi sudut ini dan sekaligus mengurangkan keterikatan sdut. Keterikan kilasan daripada enam pasang hidrogen gerhana juga akan kekurangan dalam bentuk tak sesatah. Ini bermakna kedua – dua keterikan sudut dan keterikan kilasan akan diringankan. Gelang sikloheksana sebenarnya mengerut dalam konformasi bertenaga paling minimum yang dikenali sebagai konformasi kerusi. Dalam konformasi kerusi skloheksana, semua sudut ikatanya ialah 111,5 ˚, yaitu hampir sudut C – C dalam alkana rantai terbuka dan ikatan C – H berkeadaan terpirau. Berikut adalah macam-macam konformasi dari sikloheksana. (Mahmood,2004)
Konformasi kursi adalah konformasi yang paling stabil. Kajian menunjukkan bahwa bagi setiap seribu molekul sikloheksana, tidak lebih daripada du molekul saja yang terdapat dalam konformasi perahui piuh (perahu terpilin) yaitu konformasi kedua yang stabil. Antara konformasi kursi dengan perahu terpilin, terdapat halangan tenaga tertinggi. Konformasi paling tak stabil yaitu setengah kerusi. (Mahmood,2004)
Pada sikoheksana dengan konformasi kursi, tingkah laku secara kimia dari sikloheksana yang tersubstitusi akan dipengaruhi oleh konformasinya. Seperti halnya terdapat dua jenis posisi substituen pada cincin sikloheksana, yaitu posisi axial dan posisi ekuatorial. Keenam posisi axial tegak lurus terhadap cincin, sejajar terhadap cincin axis dan keenam posisi ekuatorial keluar bidang cincin, dan membentuk cincin ekuator. (McMurry, 2012).
Di bawah ini adalah gambar lain posisi axial dan posisi ekuatorial pada sikloheksana konformasi kursi, dimana posisi dilihat dari bawah ring axis. Masing-masing karbon mempunyai satu posisi aksial dan posisi ekuatorial dan masing-masing muka mempunyai posisi aksial dan ekuatorial yang lain atau bergantian. (McMurry, 2012).
II. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Percobaan Konformasi
Jarak (Å)
CC Sudut
CCC Sudut
(˚)
(˚)
torsi Energi (kkal/mol)
Kursi teroptimasi
1.53089
110.248
58.0456
1.333075
Perahu teroptimasi
1.53572
112.456
6.70E-08
8.311726
terpilin 1.52884
110.296
31.4559
7.204453
Perahu teroptimasi
Pembahasan Pada percobaan kali ini dilakukan analisis sikloheksana untuk menentukan konformasi yang paling stabil dari sikloheksana. Dengan menggunakan medan gaya AMBER, diperoleh data percobaan dan diolah ke dalam diagram batang sebagai berikut : 120 100 80
Kursi teroptimasi
60
Perahu teroptimasi
40
Perahu terpilin teroptimasi
20 0 Jarak CC (Å) Sudut CCC (˚) Sudut torsi (˚)
Energi (kkal/mol)
Gambar 2.2.1 Diagram perbandingan konformasi-konformasi sikloheksana Diagram di atas menunjukkan perbandingan dari konformasi-konformasi sikloheksana yaitu kursi, perahu dan perahu terpilin dalam keadaan teroptimasi, dengan parameter Jarak CC (Å), Sudut CCC (˚), Sudut torsi (˚) dan Energi (kkal/mol). Berdasarkan Jarak CC (Å) pada ketiga konformasi tersebut, tidak terdapat perbedaan yang signifikan. Hal tersebut juga berlaku pada parameter Sudut CCC (˚). Namun pada
Sudut torsi (˚) dan Energi (kkal/mol) terdapat selisih yang sangat terlihat. Energi
masing-masing konformasi dapat dibandingkan, dimana pada konformasi kursi teroptimasi dihasilkan energi yang paling rendah, kemudian perahu terpilin teroptimasi dan yang menghasilkan energi yang paling tinggi yaitu konformasi perahu. Konformasi yang paling stabil, akan mempunyai energi yang paling rendah. Sehingga dapat dijelaskan bahwa konformasi yang paling stabil yaitu konformasi kursi, yang mempunyai energi sebesar 1.333075 kkal/mol. Berdasarkan literatur (Mahmood, 2004) hal tersebut sesuai karena pada setiap seribu molekul sikloheksana, sebagian besar terdapat dalam konformasi kursi dan tidak lebih daripada dua molekul yang terdapat dalam konformasi perahui terpilin, yaitu konformasi kedua yang stabil. Konformasi kursi paling stabil karena bebas terikan (strain-free), dimana mempunyai kesamaan sebagai kursi panjang yang mempunyai punggung, alas duduk dan penunjang kaki. Konformasi kursi mempunyai Sudut CCC (˚) yang paling kecil yaitu 110,248˚ yang mengindikasikan konformasi tersebut adalah konformasi yang paling mendekati nilai sudut tetrahedral yaitu 109.5˚ yang merupakan sudut ideal, dan semua ikatan C-H bertetangga dalam susunan staggered. Selain itu konformasi kursi tidak mempunyai terikan sudut (angle -strain) maupun terikan torsi (torsional-strain) sehingga konformasinya paling stabil. Konformasi sikloheksana lain yaitu konformasi perahu yang bebas dari terikan sudut (angle-strain) sama seperti konformasi kursi. Namun terjadi ketidakstabilan karena adanya beberapa ikatan C-H yang terletak dalam keadaan gerhana seperti pada gambar strukturnya. Selain itu adanya Haksial- Haksial berdekatan pada konformasi perahu yang semakin menyebabkan ketidakstabilan terjadi. Sehingga hal tersebut tidak diharapkan dalam pembentukan konformasi sikloheksana. Jarak Haksial- Haksial pada struktur awal dan struktur teroptimasi dari struktur sikloheksana tersebut dapat dilihat perbedaannya. Seperti misalnya pada konformasi perahu. Jarak antar dua atom H aksial sebelum optimasi adalah 1.95224 Å, tetapi setelah dilakukan optimasi jaraknya menjadi lebih lebar yaitu 2.27767 Å. Jarak yang semakin jauh menyebabkan gaya tarik antar atom menjadi semakin kecil dan akibat dari optimasi tersebut adalah didapatkannya energi yang lebih rendah sehingga lebih stabil. Energi relatif dari setiap konformasi dapat dituliskan dalam tabel berikut : Kursi
Perahu
Perahu terpilin
Energi AMBER 1.333075 mutlak (kkal/mol)
8.311726
7.204453
Energi AMBER 0.0 relatif (kkal/mol)
6.978651
5.871378
Energi relatif konformasi sikloheksana ditentukan dengan tetapan energi relatif konformasi kursi adalah nol. Dari masing-masing konformasi yang telah didapatkan dapat ditentukan diagram energi untuk interkonversi dari sikloheksana
12 10 8
Energi (kkal/ mol)
mutlak
6
relatif 4 2 0 0
1
2
3
4
(1)
(2)
(3)
(4)
5
Nomor
Mutlak (kkal/mol)
Relatif (kkal/mol)
Kursi teroptimasi
1
1.333075
0
Setengah kursi
2
10
8.666925
Perahu terpilin teroptimasi
3
7.204453
5.871378
Perahu teroptimasi
4
8.311726
6.978651
Diagram energi yang diperoleh tersebut dibandingkan dengan literatur yang ada dalam (Mahmood, 2004) di atas, dan terdapat kesesuain pada diagram energinya, dimana energi terendah diperoleh pada konformasi kursi, sedangkan energi tertinggi berada pada konformasi setengah kursi. KESIMPULAN Konformasi dari sikloheksana yang paling stabil dengan menggunakan perhitungan medan gaya AMBER adalah konformasi kursi. Energi mutlak yang diperoleh sebesar 1.333075 kkal/mol DAFTAR PUSTAKA McMurry, J., 2012, Organic Chemistry, 8th Edition, International Edition, Brooks/Cole Cengage Learning, UK. Hal. 124-126 Mahmood, K., 2004, Kimia Organik Awalan, Terbitan Pertama, Utusan Publications dan Distributors Sdn Bhd, Kuala Lumpur. Hal. 111-113 Stoker, H.S., 2012, General, Organic, and Biological Chemistry, Sixth Edition, Brooks/Cole Cengage Learning, UK. Hal. 361
Lampiran a. Konformasi Perahu
b. Konformasi Perahu terpilin
c. Konformasi Kursi
