LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI SPEKTRA INFRA MERAH MOLEKUL ORGANIK
Disusun oleh: FITRIANI TANRA (11/313636/PA/13732)
Jum’at, 25 Maret 25 Maret 2016
AUSTRIAN-INDONESIAN CENTRE FOR COMPUTATIONAL CHEMISTRY DEPARTEMEN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA 2016
SPEKTRA INFRA MERAH MOLEKUL ORGANIK
I. Tujuan Percobaan
1. Menghitung dan menandai spektra vibrasi dari beberapa molekul organik menggunakan perhitungan semi empiris PM3 dengan software Gaussian.
II. Dasar Teori
Hampir setiap senyawa yang memiliki ikatan kovalen, apakah senyawa organik atau anorganik, akan menyerap berbagai frekuensi radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang (λ) 0,5 – 1000 μm). Dalam kimia organik, fungsi utama dari spektrometri inframerah adalah mengenal (elusidasi) struktur moelkul, khususnya gugus fungsional seperti OH, C=O, C=C. Daerah yang paling berguna untuk mengenal struktur suatu senyawa adalah -1
pada daerah 1-25 μm atau 10.000– 400 cm . Dalam praktek satuan yang lebih umum dipakai -1
adalah satuan frekuensi (cm ) dan bukan satuan panjang gelombang. Serapan setiap tipe ikatan (N-H, C-H, O-H, C-X, C=O, C-O, C – C, C=C, C=N, dan sebagainya) hanya diperoleh dalam bagian-bagian kecil tertentu dari daerah vibrasi infra merah. Kisaran serapan yang kecil dapat digunakan untuk menentukan setiap tipe ikatan. Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah transisi diantara tingkat vibrasi (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited state). Contoh suatu ikatan C – H yang bervibrasi 90 triliun kali dalam satu detik harus menyerap radiasi infra merah pada frekuensi tersebut 13
– 1
(9,0x10 Hz, 3000 cm ) untuk pindah ke tingkat vibrasi tereksitasi pertama. Pengabsorpsian energi pada berbagai frekuensi dapat dideteksi oleh spektrofotometer infrared, yang memplot jumlah radiasi infra merah yang diteruskan melalui cuplikan sebagai fungsi frekuensi (atau panjang gelombang) radiasi. Plot tersebut adalah spektrum infra merah yang memberikan informasi penting tentang gugus fungsional suatu molekul. Molekul-molekul poliatom memperlihatkan dua jenis vibrasi molekul: stretching dan binding. Vibrasi ikatan yang melibatkan hidrogen sangat berarti, karena atom-atom dengan massa rendah cenderung lebih mudah bergerak daripada atom dengan massa lebih tinggi.
Makin rumit struktur suatu molekul, semakin banyak bentuk-bentuk vibrasi yang ungkin terjadi. Akibatnya kita akan melihat banyak pita-pita absorpsi yang diperoleh pada spektrum infra merah, bahkan bisa lebih rumit lagi bergantung pada molekul dan kepekaan instrumen.
Vibrasi stretching: (a) Simetri, (b) asimetri. Vibrasi bending: (c) scissoring, (d) rocking, (e) wagging, (f) twisting. Hukum Hooke dapat membantu memperkirakan daerah dimana vibrasi terjadi. Semakin banyak besar tetapan gaya, semakin besar frekuensi vibrasi dan makin besar jarak, energi diantara tingkat-tingkat kuantum vibrasi. Tetapan gaya untuk ikatan tunggal atau rangkap5
5
5
-1
dua, dan rangkap tiga masing-masing 5x10 , 10x10 , dan 15x10 dyne cm . (Dasli, 1986)
Metode kimia kuantum ab initio mempunyai keterbatasan dalam penerapan secara praktis karena keperluan yang besar terhadap waktu-CPU dan ruang simpan dalam cakram (diks) atau memori dari computer. Pada tingkat HF, masalah terletak ada besarnya jumlah integral dua-elektron yang harus dievaluasi. Tanpa metode khusus, perhitungan ini sebanding dengan pangkat empat dari jumlah fungsi basis. Untuk sistem yang besar, integral antara orbital terpusat pada atom yang berjauhan tidak perlu dihitung karena harganya mendekati nol.
Dengan demikian masih tersedia kesempatan untuk mengembangkan pendekatan yang lebih banyak, dengan memperhitungkan penyelesaian secara kimia kuantum sehingga sifat-sifat elektronik masih dapat diturunkan. Pendekatan ini dengan metode kimia kuantum semi empiris. Metode semi empiris dapat dioptimasikan untuk keperluan yang berbeda. Metode MNDO, AM1, dan PM3 dirancang untuk memproduksi panas pembentukan dan struktur dari sejumlah besar molekul organik. (Pecsok and Shield, 1968)
III.Hasil Percobaan dan Pembahasan
1. Hasil percobaan
SPEKTRA INFRA MERAH MOLEKUL ORGANIK Molekul Butana
Ikatan
Bil. Gel.
Bil. Gel.
Gerakan
Experimental
Terhitung
Vibrasi (S/B)
C-H dari CH3
2800-3000
3187.84
S. Simetris
C-H dari CH2
2800-3000
3187.84
S. Simetris
C-H dari CH3
1450
1470.80
B. Scissoring
C=C
1640
1661.59
S. Simetris
Csp3-H
2800-3000
3188.04
S. Simetris
Csp2-H
3000-3100
-
-
C≡C
2200
2403.73
S. Simetris
Csp-H
3300
3664.60
S. Simetris
C=C
1600, 1500
1657.62
S. Asimetris
Csp2-H
3000-3100
3346.69
S. Asimetris
O-H
3300
3868.27
S. Simetris
C-O
1050
1090.36
S. Asimetris
C=O
1710
1926.26
S. Simetris
O=C-H
1700, 2800
3158.15
S. Simetris
Asetonitril
C≡ N
2200
2594.25
S. Simetris
Asam Asetat
C=O
1710
1970.21
S. Simetris
Cis-2-butena
1-butuna
Benzena
Metanol
Asetaldehida
O-H
3000
3870.09
S. Simetris
C-O
1100
1103.92
S. Simetris
2. Pembahasan Pada percobaan ini, telah dilakukan analisis spektra vibrasi dan jenis vibrasi dari beberapa molekul organik pada range Spektra Infra Merah menggunakan perhitungan semi empiris PM3 dengan software Gaussian. Pada senyawa butana, pita utama yang nampak dalam spektra IR butana disebabkan -1
oleh stretching C-H di daerah 2850-3000 cm , scissoring CH2 dan CH3 di daerah 1450-1
-1
1470 cm , rocking CH3 pada kurang lebih 1370-1380 cm . Pita rocking, pada 720-7725 -1
cm . Vibrasi stretching C-H Cis-2-butena terjadi pada panjang gelombang yang lebih pendek daripada C-H butana. Ikatan karbon-hidrogen Cis-2-butena mempunyai sifat lebih kuat daripada ikatan karbon-hidrogen butana. Makin kuat ikatan, makin sukar bervibrasi dan memerlukan energi yang lebih tinggi. Jadi Cis-2-butena yang mempunyai paling sedikit satu hidrogen menempel pada ikatan rangkap dua biasanya mengabsorpsi di -1
-1
daerah 3050-3150 cm . Bentuk stretching C=C alkena terjadi di daerah 1645-1670 cm . Pita ini sangat jelas bila hanya satu gugus alkil menempel pada ikatan rangkap dua. Semakin banyak gugus alkil yang menempel, intensitas absorpsi berkurang karena vibrasi terjadi dengan perubahan momen dipol yang lebih kecil. Untuk alkena-alkena trisubtitusi, tetrasubsitusi C=C sering mempunyai intensitas yang rendah atau tidak teramati. 1-Butuna dan Asetonitril. 1-Butuna ujung memperlihatkan pita stretching C-H yang -1
-1
tajam pada 3300-3320 cm dan bentuk bending C-H yang jelas pada 600-700 cm . -1
Stretching C≡ N nampak pada 2100-2140 cm dengan intensitas sedang untuk stretching -1
C≡C alkuna dalam berupa pita lemah yang terjadi pada 2200-2260 cm . Metanol dan asam asetat. Mempunyai ciri absorpsi infra merah karena stretching C-1
O didaerah 1050-1200 cm . Oleh karena pita-pita ini terjadi di daerah spektrum dimana biasanya terdapat banyak pita lain, maka pita-pita tersebut tidak bermanfaat untuk
-1
diagnosis. Akan tetapi stretching O-H alkohol, yang terjadi di daerah 3200-3600 cm , -1
lebih berguna. Stretching O-H sangat kuat yang berpusat pada 3360 cm
Asetaldehid. Ciri absorpsi infra merah asetaldehid adalah vibrasi stretching C=O. Oleh karena gugus karbonil polar sekali, strerching ikatan ini menghasilkan perubahan momen dipol yang cukup besar. Akibatnya stretching karbonil merupakan spektra yang intensitasnya tinggi. Oleh karena terjadi di daerah spektrum yang umumnya tidak ada absorpsi lain, maka stretching karbonil merupakan metode yang dapat diandalkan untuk mendiagnosis adanya gugus fungsional di dalam suatu senyawa Dilihat dari gambar beberapa spectra senyawa-senyawa organic tersebut (pada lampiran), cukup berbeda dengan eksperimen menggunakan spektroskopi. Ketelitian metode semi empiris PM3 ditunjukkan dengan adanya gambar gerakan ikatan vibrasi molekul yang dianalisis. Oleh sebab itu, bilangan gelombang dengan metode PM3 ini agak berbeda dengan bilangan gelombang eksperimennya. Bila menurut bilangan eksperimen suatu ikatan dari senyawa yang dianalisis ada pada daerah tertentu, tetapi setelah dihitung dengan metode PM3 gerakan vibrasi ikatan tersebut ada pada daerah yang berbada, walaupun angka perbedaan yang ditujukan tidak begitu signifikan.
IV. Kesimpulan
1. Setelah menganalisa vibrasi dari molekul-molekul organik, dapat disimpulkan bahwa ketelitian metode kimia komputasi dalam menganalisa vibrasi suatu molekul cukup baik, sebab hal ini dapat dibuktikan dengan adanya gerakan vibrasi. 2. Gerakan vibrasi molekul-molekul organik yang dianalisa, hampir semua adalah vibrasi Stretching simetris.
DAFTAR PUSTAKA
Dasli Nurdin, 1986, Eludasi Struktur Senyawa Organik , Angkasa, Bandung Hall Inc. 5, Pecsok and Shield, 1968, Modern Methods of Chemical Analysis, John Wiley & Sons, New York
LAMPIRAN
