LAPORAN PRAKTIKUM

KIMIA KOMPUTASI

OPTIMASI REAKTAN DAN KEADAAN TRANSISI

Disusun oleh

Nama : Aulia Sukma Hutama

NIM : 10507010

Tanggal percobaan : 9 April 2010

LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2010

OPTIMASI REAKTAN

I. Tujuan percobaan

Mengoptimasi struktur reaktan

Mencari nilai HOMO dan LUMO

Menentukan energi total dan entalpi total sistem

II. Teori dasar

Teori keadaan transisi menyatakan bahwa struktur dengan keadaan transisi memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan energi reaktannya. Selisih antara energi pada keadaan transisi dengan energi reaktan dikatakan sebagai energi pengaktivan.

Metode HF-SCF adalah metode dengan melakukan penebakan fungsi gelombang awal sebagai input untuk semua orbital molekul untuk melakukan perhitungan sehingga diperoleh perhitungan dengan nilai selisih energi dibawah nilai batas yang ditentukan atau dikatakan sebagai konvergen.

Prinsip optimasi adalah dengan mencari energi sistem yang minimum yaitu turunan energi terhadap besaran struktur (panjang ikatan, sudut ikatan) sama dengan nol, E/r=0 dan turunan kedua energi terhadap besaran struktur tersebut harus lebih besar dari nol supaya kecekungan selalu ke atas.

Metode Newton-Rhapson adalah metode untuk mencari nilai minimum suatu fungsi secara numerik. Dari titik awal x0 (tebakan awal, initial guess) dibuat garis singgungnya, dari garis singgungnya diperoleh persamaan garis. Persamaan garis tersebut digunakan untuk mencari titik kedua x1 dan ditarik garis singgungnya. Hal ini dilakukan terus menerus hingga diperoleh garis singgung pada suatu titik yang nilainya 0, titik dengan garis singgung itu adalah titik minimumnya.

III. Prosedur

Input Z-matriks awal

Perhitungan energi total

Output struktur awal

Apakah struktur masuk akal?

Ubah Z-matriks tidak

Optimasi geometri

Output struktur

Apakah energi minimum?

Input Z-matriks dari output

tidak

ya

ya

Struktur optimum reaktan

IV. Interpretasi Data

Molekul reaktan: anhidrida maleat dan 1,3 butadiena

a. Reaktan

Visualisasi struktur reaktan dengan wxmacmolpt

Data output energi:

o Entalpi total sistem = 469,858 kJ/mol o Energi HOMO = -0,262 Hartree o Energi LUMO = 0,216 Hartree

Spektrum IR

Panjang Ikatan

Kerapatan elektron

Orbital HOMO

Orbital LUMO

V. Pengolahan Data

Reaktan

Perkiraan puncak serapan UV

Puncak serapan UV terjadi akibat transisi elektron dari HOMO ke LUMO

E = ELUMO EHOMO

E = 0,216 Hartree (-0,262) Hartree = 0,478 Hartree = 2,084 E-18 = hc/

Sehingga m = 95,4 nm

Perkiraan energi ionisasi

Energi ionisasi = - EHOMO

Energi Ionisasi = -(-0,262 Ha) = 0,262 Ha = 1.14 E-18 J/molekul = 686,28 kJ/mol

VI. Pembahasan

Dalam percobaan ini dilakukan optimasi reaktan dari suatu reaksi Diels-Alder. Reaktan yang digunakan adalah 1,3 butadiena dan anhidrida maleat. Reaksi ini menghasilkan suatu adduct. Anhidrida maleat di sini dikatakan sebagai dienofil dan 1,3 butadiena dikatakan sebagai diena.

Perhiutungan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak GAMESS. Metode yang digunakan adalah adalah RHF (restricted Hartree-Fock) dengan basis set STO-2G. Seharusnya digunakan metode UHF dengan basis set STO-3G akan tetapi hasil perhitungan dengan basis set STO-3G dan dengan metode UHF memberikan hasil yang tidak memenuhi syarat, yaitu ditemukannya frekuensi dengan nilai imajiner yang seharusnya tidak terdapat pada reaktan. Penyebab hal ini masih belum diketahui walaupun dari visualisasi dengan wxmacmolplt menunjukkan struktur yang paling stabil secara kimia sekalipun. Jadi digunakan terlebih dahulu metode RHF dan basis set STO-2G. Ada kemungkinan diperbaiki nantinya pada akhir praktikum.

Dalam percobaan ini mekanisme reaksi Diels-Alder yang dihitung adalah mekanisme secara endo. Mekanisme secara endo terjadi bila dienofil berada tepat di atas dari diena seperti yang terlihat pada gambar hasil visualisasi dengan program wxmacmolplit.

Bila dilihat dari visualisasi dengan wxmacmolplt, terlihat bahwa memang terdapat 2 molekul yang terpisah. Hal ini menandakan bahwa Z-matriks input yang dimasukkan pada awal perhitungan memang betul dan telah diinterpretasiakan sebagai 2 molekul yang saling terpisah sebab bila Z-matriks input salah, ada kemungkinan justru struktur yang diperoleh adalah struktur produknya bukan reaktan.

Bila dilihat dari spektrum IR, tidak ada nilai frekuensi yang negatif. Frekuensi yang negatif menandakan bahwa pada mode vibrasi dengan tersebut, energinya justru maksimum bukan minimum.

Orbital HOMO terletak pada orbital ke-40. Jumlah elektron total dalam sistem ini adalah 80 dan sistem adalah sistem dengan kulit tertutup sehingga pada orbital ke-40 adalah orbital HOMO. Terlihat dari visualisasi bahwa orbital HOMO terletak pada ikatan pada butadiena. Elektron pada HOMO akan mengalami eksitasi ke LUMO pada anhidrida maleat dan selanjutnya akan terjadi overlap orbital membentuk ikatan yaitu ikatan .

VII. Kesimpulan

Pada percobaan ini telah diperoleh keadaan geometri yang stabil dengan basis set STO-2G dan

metode RHF. HOMO dijumpai pada orbital molekul ke-40, sedangkan LUMO pada orbital molekul

ke-41, dengan masing-masing energi sebesar E (HOMO) = -0,262 Hartree, sedangkan E (LUMO) =

0,216 Hartree. Entalpi total sistem adalah 469,858 kJ/mol

VIII. Pustaka

Cramer, Christopher J. (2001), Essential of Computational Chemistry 2nd Edition. John

Wiley and sons,Ltd pages: 126-127