Upload
badrut-tamam
View
90
Download
11
Embed Size (px)
DESCRIPTION
kimia
Citation preview
LAPORAN PRAKTIKUM
PENERAPAN PROGRAM HYPERCHEM PADA SENYAWA ASAM KARBOKSILAT DENGAN
MENGGUNAKAN METODE SEMI EMPIRIS AM1
dibuat untuk memenuhi salah satu tugas matakuliah Kimia Komputasi
Dosen Pengasuh: Dr. Faidur Rohman, M.S.
Disusun Oleh: RATNO BUDIYANTO (NIM. 081424253001)
PROGRAM MAGISTER KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA
2015
A. JUDUL : Penerapan program Hyperchem pada senyawa asam karboksilat dengan
menggunakan metode semi empiris AM1
B. TUJUAN : Untuk mengetahui besarnya jumlah energi, panjang ikatan dan sudut ikatan
dari beberapa golongan senyawa asam karboksilat dengan menggunakan
metode semi empiris AM1
C. DASAR TEORI
I. Metode Semi Empiris
Metode semiempiris dibedakan atas dasar pendekatan parameterisasi data
eksperimen dan penyederhanaan perhitungan integral dalam prosedur SCF. Pada
umumnya metode ini baik cukup baik dalam memprediksi sifat molekul. Untuk
keperluan khusus, seperti analisis spektra, harus dilakukan pemilihan metode
semiempiris yang parameterisasinya dida-sarkan pada data spektroskopi.
Metode semiempiris diparameterisasi berdasar pada sifat khas dari kumpulan
molekul yang mempunyai kesamaan sifat. Penerapan parameter ini dalam
perhitungan senyawa yang sejenis dengan kelompok senyawa yang dipakai
menyusun parameter akan tinggi kebenarannya, tetapi untuk senyawa yang jauh
berbeda, maka realibilitasnya rendah. Dalam kasus demikian, metode ab initio
dengan tingkat yang rendah pun -himpunan basis yang kecil- masih berdaya guna
dan lebih luas aplikasinya.
Untuk struktur molekul dan panas pembentukan dari molekul dengan sistem
tertutup, MNDO, AM1 dan PM3 cukup baik, tapi secara umum AM1 dan PM3 lebih
disukai. Kesalahan mutlak dari panjang ikatan dengan menggunakan metode PM3
sebesar 0,036 dan sedikit lebih besar untuk AM1 dan MNDO. Kesalahan pada
sudut ikatan adalah 3 sampai 4 derajat, angka ini masih lebih besar dibandingkan
dengan hasil perhitungan ab initio, tentu dengan waktu perhitungan yang lebih lama.
Berikut merupakan Geometri MNDO, AM1 dan PM3 yang disajikan dengan tabel
berikut ini :
Tabel 1. Kemampuan beberapa metode semiempiris dalam analisis geometri
molekul
Metode Kesalahan
Panjang ikatan () Sudut ikat (o) Dihedral (o)
MNDO 0,054 4,3 21,6
AM1 0,050 3,3 12,5
PM3 0,036 3,9 14,9
II. Asam Karboksilat
Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana. Asam
cuka memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk
CH3COOH,. Asam asetat murni (asam asetat glasial) adalah cairan higroskopis tak
berwarna, dan memiliki titik beku 16.7C,titik didih 117,90C.
Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah, artinya hanya
terdisosiasi sebagian menjadi ion H+
dan CH3COO
Semiempirical perhitungan ditetapkan dengan struktur umum yang sama
sebagai perhitungan HF. Dalam kerangka ini, potongan informasi tertentu, seperti
dua integral elektron, yang didekati atau sama sekali dihilangkan. Dalam rangka
untuk mengoreksi kesalahan diperkenalkan dengan menghilangkan bagian dari
perhitungan, metode ini parameter, dengan melakukan suaian kurva dalam beberapa
parameter atau nomor, untuk memberikan kesepakatan yang terbaik dengan data
eksperimen.Sisi baik dari perhitungan semiempirical adalah bahwa mereka jauh lebih
cepat daripada perhitungan ab initio.
Jika molekul terlalu besar untuk secara efektif menggunakan pengobatan
semiempirical, masih mungkin untuk model perilaku itu dengan menghindari
mekanika kuantum benar-benar. Metode disebut sebagai mekanika molekul
membentuk ekspresi aljabar sederhana untuk energi total senyawa, tanpa keharusan
untuk menghitung fungsi gelombang atau kepadatan total elektron. Ekspresi energi
terdiri dari persamaan klasik sederhana, seperti persamaan osilator harmonik dalam
rangka untuk menggambarkan energi yang berkaitan dengan ikatan peregangan,
membungkuk, rotasi dan gaya antarmolekul, seperti interaksi van der Waals dan
ikatan hidrogen. Semua konstanta dalam persamaan ini harus diperoleh dari data
percobaan atau perhitungan ab initio. Istilah Ab initio adalah bahasa latin untuk
dari awal. Nama ini diberikan kepada perhitungan yang berasal langsung dari
prinsip-prinsip teoritis, tanpa masuknya data eksperimen. Sebagian besar saat ini
adalah mengacu ke perhitungan perkiraan kuantum mekanik. Perkiraan yang dibuat
biasanya perkiraan matematika, seperti menggunakan bentuk fungsional sederhana
untuk fungsi atau mendapatkan solusi perkiraan untuk sebuah persamaan diferensial.
D. PROSEDUR KERJA
1. Pilih menu build dan selanjutnya default element, maka aka muncul daftar unsur
dalam bentuk tabel periodik. Kemudian pilih default element (C),
2. Gambar rantai atom Carbon homolog (yaitu dari atom C1 sampai dengan C10).
Kemudian tambahka atom O pada atom C homolog sesuai dengan senyawa yang
akan dibuat (dalam hal ini asam karboksilat),
3. Pilih menu build dan selanjutnya add H dan model build, maka akan diperoleh
konfirmasi asam karboksilat,
4. Mengukur sifat struktur dari asam sebelum dilakukan dan setelah dilakukan optimasi
geometri dengan cara pilih menu select atau level pilihan pada atom dan hidrogen
fungsi multiple selection,
5. Pilih beberapa ikatan dan sudut yang akan dianalisis,
6. Buka menu setup, pilih Semi Empirical, akan muncul kotak dialog Semi Empirical
Method, pilih AM1. Buka option, pastikan Total charge = 0 dan spin multiplicity = 1,
Spin Pairing = RHF,
7. Buka menu file, pilih Start log, beri nama File Nama (Asam karboksilat), OK,
8. Buka menu compute, pilih geometry Optimization, akan muncul kotak dialog Semi
Empirical Optimization, pada kotak options, masukkan nilai RMS gradient = 0.001
Kcal/(Amol) or 600 maximum cycle, kemudian click OK,
9. Hyperchem akan memulai proses optimasi, nilai energi, gradient dan ke konversian
dapat dilihat pada status bar. Jika kriteria konvergensi yang diberikan telah tercapi
akan muncul Converged = YES pada status bar,
10. Catat energi yang diperoleh setelah dilakukan optimasi dan ukur juga panjang ikatan
serta sudut ikatan yang terbentuk,
11. Gambar bentuk molekul batang dari asam karboksilat tersebut.
E. HASIL DAN PEMBAHASAN
I. Hasil
1. Asam Etanoat CH3COOH
Kea
daa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
- 7
68
.40
61
03
Kca
l/m
ol
3 2 4 O = C1 O 120 H O : 0.96
-77
2.4
13
0
Kca
l/m
ol
3 2 4 O = C1 O 116.531 H O : 0.9713
8 4 2 C1 O H1 109.471 O C : 1.36 8 4 2 C1 O H1 109.753 O C : 1.364
2 1 5 C 1 C 2 H2 109.471 C = O : 1.22 2 1 5 C 1 C 2 H2 110.959 C = O : 1.2344
6 1 5 H2 C2 H3 109.471 C C : 1.52 6 1 5 H2 C2 H3 109.511 C C : 1.4861
C H : 1.09 C H : 1.1167
2. Asam Propanoat CH3CH2COOH
Kea
daa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
(A)
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan yang
dihasilkan
(o)
Panjang ikatan
yang dihasilkan
(A)
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
-10
48
.24
306
7
Kca
l/m
ol
11 5 3 H O C 109.471 H O : 0.96
-10
53
.05
96
Kca
l/m
ol
11 5 3 H O C 109.477 H O : 0.9713
4 3 5 O = C O 120 O C : 1.36 4 3 5 O = C O 116.284 O C : 1.3632
9 2 1 H C C 109.471 C = O : 1.22 9 2 1 H C C 110.425 C = O : 1.2354
7 1 6 H C H 109.471 C C : 1.52 7 1 6 H C H 108.89 C C : 1.438
C H : 1.09
C H : 1.1241
C C : 1.5053
C H : 1.1165
C H : 1.117
3. Asam Butanoat CH3(CH2)2COOH
Kea
daa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
-13
10
,82
399
3
Kca
l/m
ol
5 4 6 H O C 109.471 H O : 0.96
-13
35
.11
23
Kca
l/m
ol
5 4 6 H O C 109.478 H O : 0.97167
14 6 4 O = C O 120 O C : 1.36 14 6 4 O = C O 116.247 O C : 1.3633
4 3 12 O = C C 120 O = C : 1.22 4 3 12 O = C C 127.923 O = C : 1.2354
4 3 2 C C H 109.471 C C : 1.52 4 3 2 C C H 107.4 C C : 1.4931
10 2 1 H C C 109.471 H C : 1.09 10 2 1 H C C 110.335 H C : 1.1239
8 1 7 C C H 109.471 C C : 1.54 8 1 7 C C H 109.536 C C : 1.5122
H C C 109.471 H C : 1.09 11 2 1 H C C 109.628 H C : 1.122
H C C 109.471 C C : 1.54 9 1 8 H C C 108.442 C C : 1.5139
4. Asam Pentanoat CH3(CH2)3COOH
Kea
daa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
-15
86
.63
63
60
Kca
l/m
ol
17 7 5 H O C 109.471 H O : 0.96
-16
17
.04
92
Kca
l/m
ol
17 7 5 H O C 109.478 H O : 0.97167
6 5 7 O = C O 120 O C : 1.36 6 5 7 O = C O 116.247 O C : 1.3633
6 5 4 O = C C 120 O = C : 1.22 6 5 4 O = C C 127.923 O = C : 1.2354
5 4 15 C C H 109.471 C C : 1.52 5 4 15 C C H 107.4 C C : 1.4931
15 4 3 H C C 109.471 H C : 1.09 15 4 3 H C C 110.335 H C : 1.1239
4 3 13 C C H 109.471 C C : 1.54 4 3 13 C C H 109.536 C C : 1.5122
11 2 1 H C C 109.471 H C : 1.09 11 2 1 H C C 109.628 H C : 1.122
9 1 8 H C C 109.471 C C : 1.54 9 1 8 H C C 108.442 C C : 1.5139
5. Asam Kaproat CH3(CH2)4COOH
Kea
daa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
-18
71
.04
84
66
Kca
l/m
ol
7 6 8 O = C O 120 H O : 0.96
-18
99
.03
17
Kca
l/m
ol
7 6 8 O = C O 116.246 H O : 0.97168
20 8 6 H O C 109.471 O C : 1.36 20 8 6 H O C 109.477 O C : 1.3633
6 5 18 C C H 109.471 O = C : 1.22 6 5 18 C C H 107.403 O = C : 1.2354
6 5 4 C C C 109.471 C C : 1.52 6 5 4 C C C 113.607 C C : 1.4931
16 4 3 H C C 109.471 H C : 1.09 16 4 3 H C C 110.023 H C : 1.1239
14 3 2 H C C 109.471 C C : 1.54 14 3 2 H C C 109.533 C C : 1.5122
12 2 1 H C C 109.471 H C : 1.09 12 2 1 H C C 109.66 H C : 1.122
10 1 9 H C H 109.471 C C : 1.54 10 1 9 H C H 108.405 C C : 1.5135
6. Asam Heptanoat CH3(CH2)5COOH
Kea
daa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
21
72.2
6308
3
Kca
l/m
ol
23 6 7 H O C 109.471 H O : 0.36
21
81.0
071
Kca
l/m
ol
23 6 7 H O C 109.478 H O : 0.97168
8 7 9 O = C H 120 O C : 1.36 8 7 9 O = C H 116.247 O C : 1.3633
8 7 6 O = C C 120 O = C : 1.22 8 7 6 O = C C 127.923 O = C : 1.2354
7 6 21 C C H 109.471 C1 C2 : 1.52 7 6 21 C C H 107.403 C1 C2: 1.4931
21 6 5 H C C 109.471 C2 C3 : 1.54 21 6 5 H C C 110.334
C2 C3: 1.5123
6 5 4 C C C 109.471 C3 C4 : 1.54 6 5 4 C C C 110.847 C3 C4: 1.5136
19 5 4 H C C 109.471 C4 C5 : 1.54 19 5 4 H C C 110.02 C4 C5: 1.5137
17 4 3 H C C 109.471 C5 C6 : 1.54 17 4 3 H C C 109.58 C5 C6: 1.5140
7. Asam Kaprilat CH3(CH2)6COOH
Kea
daa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
- 20
53.2
5430
3
Kca
l/m
ol
9 8 10 O = C O 120 O C : 1.22
-218
1.00
71
Kca
l/m
ol
9 8 10 O = C O 116.247 O C : 1.22
26 10 8 H O C 109.471 O C : 1.36 26 10 - 8 H O C 109.477 O C : 1.36
8 7 6 C C C 109.471 C1 C2 : 1.52 8 7 6 C C C 113.604 C1 C2 : 1.4931
8 7 24 C C H 109.471 C2 C3 : 1.54 8 7 24 C C H 107.403 C2 C3 : 1.5126
7 6 22 C C H 109.471 C3 C4 : 1.54 7 6 22 C C H 109.521 C3 C4 : 1.5136
22 6 5 H C C 109.471 C4 C5 : 1.54 22 6 5 H C C 110.021 C4 C5 : 1.5136
6 5 20 C C H 109.471 C5 C6 : 1.54 6 5 20 C C H 109.685 C5 C6 : 1.5136
5 4 8 C C H 109.471 C6 C7 : 1.54 5 4 8 C C H 109.578 C6 C7 : 1.5146
8. Asam Kaprat CH3(CH2)8COOH
K
eadaa
n A
wal
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Kea
daa
n S
emi E
mp
iris
Energi
Kcal/mol
Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
Posisi rantai
atom yang
dianalisis
Sudut ikatan
yang
dianalisis
Sudut Ikatan
yang
dihasilkan
Panjang ikatan
yang dihasilkan
- 24
53.2
5430
3
Kca
l/m
ol
9 8 10 O = C O 120 O C : 1.22
-189
9.03
17
Kca
l/m
ol
9 8 10 O = C O 116.247 O C : 1.22
26 10 8 H O C 109.471 O C : 1.36 26 10 - 8 H O C 109.477 O C : 1.36
8 7 6 C C C 109.471 C1 C2 : 1.52 8 7 6 C C C 113.604 C1 C2 : 1.4931
8 7 24 C C H 109.471 C2 C3 : 1.54 8 7 24 C C H 107.403 C2 C3 : 1.5126
7 6 22 C C H 109.471 C3 C4 : 1.54 7 6 22 C C H 109.521 C3 C4 : 1.5136
22 6 5 H C C 109.471 C4 C5 : 1.54 22 6 5 H C C 110.021 C4 C5 : 1.5136
6 5 20 C C H 109.471 C5 C6 : 1.54 6 5 20 C C H 109.685 C5 C6 : 1.5136
5 4 8 C C H 109.471 C6 C7 : 1.54 5 4 8 C C H 109.578 C6 C7 : 1.5146
II. Pembahasan
Pada percobaan kali ini, praktikan menggunakan asam karboksilat sebagai
dasar senyawa yang akan dilakukan penerapan program hyperchem dengan
menggunakan metode semi empiris AM1. Pembahasan disini akan diambil salah satu
senyawa saja sebagai senyawa representative dari beberapa jenis homolog rantai
atom C1 hingga rantai atom C10. Salah satunya adalah rantai atom yang paling
sederhana yaitu asam etanoat (asetat) yang memiliki rantai 2 atom C. sebelum
dilakukan optimasi geometri, masing masing panjang ikatan H O,
O C , C = O, dan C C adalah 0.96 ; 1.36 ; 1.22 ; 1.52 sedangkan masing masing
sudut ikatan pada O = C1 O ; C1 O H1 ; C 1 C 2 H2 ; H2 C2 H3 adalah
1200, 109.471
0 ; 109.471
0 ; 109.471
0 dengan Energi total 768.406103 Kcal/mol
Setelah dilakukan optimasi geometri, masing masing panjang ikatan
H O, O C , C = O, dan C C adalah 0.9713 ; 1.364 ; 1.2344 ; 1.4862 sedangkan
masing masing sudut ikatan pada O = C1 O ; C1 O H1 ; C 1 C 2 H2 ; H2
C2 H3 adalah 116.5310, 109.753
0 ; 110.959
0 ; 109.511
0 dengan Energi total -
772.4130 Kcal/mol. Sedangkan untuk senyawa dengan homolog rantai atom C yang
lebih panjang, energi yang dihasilkan juga mengalami penurunan, ini menandakan
bahwa dengan penggunaan metode optomasi geometri empiris AM1 bisa dikatakan
setabil, karena dengan energi yang lebih rendah hasil panjang ikat dan sudut ikatan
yang dihasilkan mengalami perubahan dari yang rendah ke yang lebih tinggi.
Dari data yang diperolah dapat disimpulkan bahwa untuk panjang ikatan
mengalami perubahan sebelum dan sesudah dilakukannnya optimasi geometri, begitu
juga dengan sudut ikatan yang mengalami perubahan. Ini menandakan bahwa
panjang ikatan dan sudut ikatan berbanding lurus karena seiring bertambahnya
panjang ikatan setelah dilakukan optimasi geometri, sudut ikatan juga mengalami
perubahan ke tingkat yang lebih tinggi yang disertai dengan penurunan Energi total.
Berdasarkan hasiloptimasi yang telah dilakukan, semuanya memiliki besar
energi yang berbeda. Hanya saja sudut ikatan pada atom O yang berikatan rangkap
mengalami penurunan. Kemungkinan penurunan sudut ini bergantung pada
keelektronegatifan dan jarak antar atom dari masing masing gugus dari monomer
yang satu dengan atom O karbonil lainnya memiliki jarak yang cukup jauh, sehingga
sudut yang dihasilkan mengalami penurunan atau mungkin tidak terbentuk sama
sekali.
F. KESIMPULAN
Dari analisa percobaan yang telah dilakukan dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa
penggunaan metode semi empiris AM1 menunjukkan kesesuaian hasil percobaan dengan teori
yang sudah ada. Energi yang dihasilkan sebelum perlakuan optimalisasi dengan setelah
dilakukan perlakuan Geometry Optimization mengalami perubahan energi dari energi yang
lebih tinggi ke energi yang lebih rendah.
G. DAFTAR RUJUKAN
H. Pramowo, Harno Dwi. Kimia Komputasi. Yogyakarta: Pusat Kimia Komputasi
Indonesia-Austria Jurusan Kimia FMIPA UGM.