LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI ANALISIS BUTANA
Oleh
:
Nama
: Zulvana Anggraeni Harvian
NIM
: 12/327756/PA/14373
Hari, Tanggal
: Jum’at, 6 Maret 2015
LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI FAKULTAS METEMATIKA METEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2015
PERCOBAAN 1 ANALISIS BUTANA I.)
Tujuan:
Minimisasi energy konformasi dengan butane menggunakan medan gaya ( Force Field) MM+. II.)
Latar Belakang
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 alkane atau molekul yang memiliki gugus alkil). Dalam butana terdapat dua gugus metil yang relatif besar, terikat pada dua karbon pusat. Dipandang dari kadua karbon pusat, hadirnya gugus-gugus metil ini menyebabkan terjadinya dua macam konformasi goyang, yang berbeda dalam hal posisi gugus-gugus metil ini satu terhadap yang lain. Konformasi goyang dimana gugus-gugus metil terpisah sejauh mungkin disebut konformer anti. Konformasi goyang ini dimana gugus-gugus lebih berdekatan disebut konformer gauche.
Minimasi energi mengubah geometri dari molekul ke energy yang lebih rendah dari suatu system dan untuk menghasilkan konformasi yang lebih stabil. Selama berlangsungnya minimasi, akan dicari suatu struktur butane yang tidak mengalami perubahan energi jika geometri molekul diubah dengan besaran tertentu. Hal ini berarti bahwa turunan dari energi sebagai fungsi koordinat kartesian yang sering
disebut gradient berharga nol. Keadaan ini disebut sebagai titik stasioner pada permukaan energi potensial. III.) Prosedur a. Pemilihan Medan Gaya Memilih medan gaya mekanika molecular yang tersedia pada program HyperChem. Medan gaya berisi jenis atom dan parameter yang harus ditandakan pada molekul sebelum kita menjalankan perhitungan mekanika molecular dengan mimilih MM+. b. Menggambar butane Mengatur default element pada atom karbon dan pilih model draw . Kemudian atur level pilihan pada atoms . Yakinkan bahwa Explicit dalam keadaan tidak aktif (pada menu Build ). Gambarkan Hydrogens struktur 2D dengan mengeklik dan menggeser sedemikian hingga keempat karbon terhubungkan. Kemudian pilih pengaturan Bond Torsion pada menu Build dan atur Bond Tor sion pada 0o dan tekan OK (lakukan dengan perlakuan yang sama pada sudut 60o,120o,180o,240o,300 o). Kemudian Rklik pada medan yang kosong dan klik double selection dan HyperChem akan menentukan struktur baru dengan Bond Tor sion sesuai yang telah ditentukan. c. Optimasi Struktur Langkah-langkah yang dilakukan yaitu memilih mode Compute kemudian pilih Sin gle Poin t . Perhitungan dimulai dan informasi terkait akan muncul di baris status. Setelah beberapa detik, program akan selesai. Catat energy dengan melakukan perhitungan single point pada struktur yang telah tergambar. Kemudian optimasi dilanjutkan dengan memilih Compute dan kemduian Geometr y Opti mi zation dan catat energy teroptimasi dan sudut ikat tetrahedral teroptimasi. IV.)
Hasil dan Pembahasan Konformasi Butana
Sudut Dihedral (o) 0 60 120 180 240 300
Energi Single Point (kkal/mol) 18.8236 8.332891 8.72965 4.947651 8.729651 8.332972
Energi Teroptimasi (kkal/mol) 6.900258 3.037378 3.034780 2.171380 3.034780 3.037376
Sudut Dihedral Teroptimasi (o) 2.49606 x 10 65.1612 65.1818 180 -65.1835 -65.1611
Pembahasan
Percobaan analisis butana yang bertujuan dalam minimisasi energi konformasi dengan butana menggunakan medan gaya ( Force Field) MM+. Perhitungan yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu sin gle poin t dan geometry . Energi sin gle poin t merupakan energi molekul dari struktur yang optimization telah ditentukan tanpa mengalami proses optimasi yaitu energi dari struktur semula, sedangkan geometry optimazation merupakan minimisasi energi untuk mendapatkan struktur paling stabil. Perbadaan perhitungan dalam keduanya mengakibatkan perubahan yang cukup signifikan pada sudut dihedral yang berguna untuk mendapatkan energi yang paling optimal dari struktur tersebut. Dalam tabel hasil dapat dilihat bahwa energy dari sin gle poin t lebih besar dibandingkan energy yang diperoleh dari geometry optimization hal ini dikarenakan karena secara teoritis yaitu struktur yang telah teroptimasi akan memiliki energi yang lebih rendah dibanding energi struktur awalnya. Dari segi sudut dihedralnya juga terjadi perubahan, hal ini menandakan terjadi pergeseran untuk mencapai struktur optimal dari n-Butana. 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. Adanya data teoritis akan menghasilkan data eksperimen yang tertera pada tabel dibawah ini :
No
1 2 3 4 5 6
Sudut Dihedral
0 60 120 180 240 300
Konformasi Butana Energi Single Sudut Energi Point Dihedral Teroptimasi kkal/mol kkal/mol 18.823595 8.332891 8.72965 4.947651 8.729651 8.332972
0 60 120 180 240 300
6.900258 3.04779 3.03478 2.17138 3.03478 3.034779
Sudut Diredral 2.07109179 65.1612 65.1818 180 -65.1835 -65.1611
Eksperimen
4.6 0.9 3.8 0 3.8 0.9
Dari data tabel diatas menghasilak grafik energi optimasi versus sudut tetrahedral. 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
50
100 Optimasi
150
200
Single Point
250
300
350
Eksperimen
Dari grafik diatas dapat dijelaskan bahwa tidak terlihat perbedaan yang sangat signifikan antara energy optimasi dengan data eksperimen, Pada sudut 60 o dan 240o merupakan energi maksimum sedangkan sudut 180 o merupakan sudut dengan energi paling minimum dan diperoleh sturuktu butana yang paling stabil. Berhubungan dengan sudut-sudut dihedral pada struktur butana sebenarnya dapat dijelaskan melalui penjelasan dari jenis tarikan (sterik dan torsi) yang tergabung dengan setiap tarikan dari butane. Rotasi ikatan C 2 — C3 dari 0˚ – 360˚ akan menghasilkan perubahan konformasi dari anti-eklips-gauce-eklipsgauce-eklips-anti diikuti dengan perubahan energi mekanik molekul.
V.)
KESIMPULAN Dari percobaan analisis butane yang bertujuan minimisasi energi konformasi pada struktur buatana menggunakan medan gaya ( Force Field) MM+ maka didapatkan sudut dihedral 180 o memiliki energi yang paling rendah sehingga menghasilkan struktur butane yang paling stabil.
VI.)
DAFTAR PUSTAKA
McMurry, John, 2011, Fundamental Of Organic Chemistry Seventh Edition , Cornell University, United States
Pranowo, Harno Dwi, 2013, Panduan Praktikum Kimia Komputasi, Jurusan Kimia FMIPA UGM, Yogyakarta
VII.)
LAMPIRAN o 0
o
60
o
120
o
180
o
240
o
300
