LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI ANALISIS BUTANA
OLEH
NAMA
: SUCITIA FERINDA
NIM / TM
: 1301841/2013
PRODI
: KIMIA (NK)
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2016
LAPORAN PRATIKUM PERCOBAAN 1 ANALISIS BUTANA
Tujuan : Minimisasi energi konformasi butana dengan menggunakan medan gaya (Force Field) MM+ Latar Belakang
Minimisasi energi mengubah geometri dari molekul ke energi yang lebih rendah dari suatu system dan untuk menghasilkan konformasi yang lebih stabil. Selama berlangsungnya minimisasi, akan dicari suatu struktur molekul yang tidak mengalami perubahan energi jika geometri molekul diubah dengan besaran tertentu. Hal ini berarti bahwa turunan dari energi sebagai fungsi koordinat cartesian yang sering disebut gradient- berharga nol. Keadaan ini disebut sebagai titik stationer pada permukaan energi potensial. Jika perubahan kecil dalam parameter geometri menaikan energi molekul, konformasi relatif stabil dan ini dinamakan dengan minimum. Jika energi lebih rendah dengan perubahan kecil pada satu atau lebih dimensi, tetapi tidak pada semua dimensi, dinamakan saddle point . Sistem molekul dapat mempunyai beberapa keadaan minimum. Satu dari keadaan minimum yang paling rendah energinya disebut minimum global dan keadaan yang lain dinamakan dengan minimum lokal. Dengan perhitungan energi untuk 6 titik stationer dari butana, dapat dibandingkan harga energi untuk menentukan konformasi energi pada minimum global.
Teori Dasar
Dalam proses optimasi, satu struktur akan diubah dari satu geometri ke geometri lain yang memiliki energi yang lebih rendah hingga tercapai sebuah konformasi yang stabil. Konformasi adalah bentuk-bentuk molekul pada ruang 3D akibat putaran poros ikatan tunggal (golongan alkana atau molekul yang memiliki gugus alkil). Dalam Konformer butana terdapat dua bentuk isomerisme konformasi yang penting : 1. Konformasi alkana linear, dengan konformer anti, tindih, dan gauche 2. Konformasi sikloheksana, dengan konformer kursi dan perahu. Contoh lain dari isomerisme konformasi adalah pelipatan molekul, di mana beberapa bentuk pelipatan stabil dan fungsional, namun yang lainnya tidak. Konformasi tidak hanya
berlaku pada struktur alifatik tetapi juga pada struktur siklik. Yang menarik dari konformasi struktur siklik dapat di pelajari dari model molekul sikloheksana. Dua konformasi ekstrem yang dapat dibuat adalah konfromasi kursi dan konformasi perahu.
Butana adalah alkana rantai lurus dengan empat atom karbon (CH 3CH2CH2CH3). Butana sangat mudah terbakar, tidak berwarna dan merupakan gas yang mudah dicairkan. (Raymond chang, 2005). Dalam butana terdapat dua gugus metil yang relatif besar, terikat pada dua karbon pusat. Dipandang dari dua karbon pusat gugus-gugus metil ini menyebabkan terjadinya dua macam konformasi goyang. Konformasi goyang dimana gugus gugus metil terpisah sejauh mungkin disebut konformasi anti. Konformasi goyang dimana gugus-gugus lebih berdekatan disebut konformer gauche.
Minimasi energi mengubah geometri dari molekul ke energi yang lebih rendah dari suatu system untuk menghasilkan konformasi yang lebih stabil. Selama berlangsungnya minimasi, akan dicari suatu struktur butana yang tidak mengalami perubahan energi jika geometri molekul diubah dengan besaran tertentu. Hal ini berarti bahwa turunan dari energi terhadap perpindahan dalam arah x, y atau z sebagai fungsi koordinat kartesian sering disebut gradient berharga nol. Keadaan ini disebut sebagai titik stasioner pada permukaan energi potensial.
Hasil
Konformasi Butana Sudut
Energi single
Sudut
Energi
dihedral
point
dihedral
teroptimasi
(º)
(kkal/mol)
(º)
(kkal/mol)
0
9,695479
0
8,591860
-6.585136e-005
60
4,169080
60
3,128207
59.73817
120
6,218310
120
5,146564
119.6722
180
3,159367
180
2,045741
179.9999
240
6,218301
240
5,146561
-119.6723
300
4,169075
300
3,128203
-59.73833
Sudut dihedral teroptimasi (º)
Pembahasan
Percobaan analisa butana bertujuan dalam minimisasi enenrgi konformasi dengan butana menggugnakan medan gaya (Force Field) MM+. Perhitungan yang dilakukan adalah single
dan point
geometry
optimization . Perbedaan
perhitungan dalam keduanya
mengakibatkan perubahan yang cukup signifikan pada sudut dihedral.
Yang dimaksud dengan single point adalah energi molekul dari struktur yang ditentukan tanpa mengalami proses optimasi energi dari struktur semula.
adalah minimisasi energi untuk mendapatkan struktur yang geometr y optimi zation paling stabil.
Dari tabel hasil diatas dapat kita peroleh beberapa hasil analisa, diantaranya : 1. Bagaimana energi si ngle poin t dibandingkan dengan energi geometr y optimi zation dalam setiap kasus ?
Energi dari si ngl e point lebih besar dibandingkan energi yang diperoleh dari geometry optimization hal ini dikarenakan secara teoritis struktur yang telah
teroptimasi akan memiliki energi yang lebih rendah dari struktur awalnya. 2. Bagaimana sudut dihedral single point dibandingkan dengan sudut
geometry
dalam setiap kasus ? apakah terjadi perbedaan yang signifikan dalam optimization setiap kasusnya ?
Dari segi sudut dihedralnya akan terjadi perubahan, hal ini menandakan terjadi pergeseran untuk mencapai struktur optimal dari n-Butana. Perbedaan sudut
dihedral dari single point dan sudut teroptimasi tidak terlalu jauh, hal ini dimungkinkan agar tidak merubah konformasi struktur menjadi bentuk lain. 3. Gambarkan proyeksi newman untuk setiap konformasi dari 6 bentuk butana dan hitung energi relatif.
Tabel :
Sudut dihedral
Proyeksi Newman
Energi
Energi
teroptimasi
eksperimen
0
4,6
60
0,9
120
3,8
180
0
240
3,8
300
0,9
4. Bagaimana energi optimasi MM+ dibanding dengan yang didapatkan dari data eksperimental ? Secara teoritis Ada dua energi minimal yang bisa ditemukan pada berbagai
konformasi butana yaitu bentuk gauche dan anti yang mana keduanya staggered dan tidak memiliki torsional strain. Dari keduanya, bentuk anti merupakan bentuk yang paling minimum energinya sebab pada bentuk gauche terdapat sterik dari sedikit interaksi antar kedua gugus metil. Pada tingkat energi rendah, molekul butana berada dalam bentuk konformasi anti, dan dalam bentuk konformasi eklips metil pada tingkat energi tinggi. 5. Gambarkan grafik energi untuk rotasi dari satu konformer dengan yang lainnya sebgai fungsi sudut dihedral ?
3 grafik energi vs sudut dihedral :
a. Sin gle point
Grafik Energi Single Point VS Sudut dihedral 12 t 10 n i o p 8 e l g n i 6 s i g r 4 e n 2 e
Y
0 0
50
100
150
200
Sudut Dihedral
250
300
350
b. geometr y optim ization
Energi teroptimasi (kkal/mol) VS Sudut dihedral 10 9 i s a m i t p o r e t i g r e n E
8 Energi teroptimasi (kkal/mol)
7 6 5 4 3 2 1 0 0
100
200
300
400
sudut dihedral
c. energi eksperimen
Energi eksperimen VS sudut dihedral 5 4,5 4
n e 3,5 m i r 3 e p s k 2,5 e i 2 g r e 1,5 n e
Energi eksperimen
1
0,5 0 0
100
200
sudut dihedral
300
400
3 grafik yang diperoleh digabungkan menjadi grafik energi optimasi versus sudut dihedral :
12 10 8
Energi single point (kkal/mol)
6
Energi teroptimasi (kkal/mol)
4
Energi eksperimen
2 0 0
60
120
180
240
300
Dari grafik diatas dapat dijelaskan bahwa tidak terlihat perbedaan yang sangat signifikan antara energi teroptimasi dengan data eskperimen. Pada sudut 60º dan 240º merupakan energi maksimum sedangkan sudut 180º merupakan sudut dengan energi paling minimum dan diperolwh struktru butana yang paling stabil. 6. Konformasi yang mana menunjukan energi minimum ? konformasi mana yang menunjukan energi maksimum?
7. Uraian singkat dari jenis tarikan ( sterik dan torsi) yang bergabung dengan setiap konformasi dari butana. Hubungan antara sudut-sudut dihedral pada struktur butana dapat dijelaskan dari jenis tarikannya (sterik dan torsi) yang bergabung dengan setiap tarikan dari butana. Rotasi ikatan C2 - C3 dai 0º - 300º akan mengahsilkan perubahan konformasi dari anti-eklips-gauche-eklips-gauche-eklips-anti dengan perubahan energi mekanik molekul.
