LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI

ANALISIS BUTANA

Oleh :

Nama : Zulvana Anggraeni Harvian

NIM : 12/327756/PA/14373

Hari, Tanggal : Jumat, 6 Maret 2015

LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI

FAKULTAS 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

Hydrogens dalam keadaan tidak aktif (pada menu Build). Gambarkan

struktur 2D dengan mengeklik dan menggeser sedemikian hingga keempat

karbon terhubungkan. Kemudian pilih pengaturan Bond Torsion pada

menu Build dan atur Bond Torsion pada 0o dan tekan OK (lakukan dengan

perlakuan yang sama pada sudut 60o,120

o,180

o,240

o,300

o). Kemudian R-

klik pada medan yang kosong dan klik double selection dan HyperChem

akan menentukan struktur baru dengan Bond Torsion sesuai yang telah

ditentukan.

c. Optimasi Struktur

Langkah-langkah yang dilakukan yaitu memilih mode Compute kemudian

pilih Single Point. 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 Geometry Optimization dan catat energy teroptimasi dan sudut

ikat tetrahedral teroptimasi.

IV.) Hasil dan Pembahasan

Konformasi Butana

Sudut Dihedral

(o)

Energi Single

Point

(kkal/mol)

Energi

Teroptimasi

(kkal/mol)

Sudut Dihedral

Teroptimasi (o)

0 18.8236 6.900258 2.49606 x 10-8

60 8.332891 3.037378 65.1612

120 8.72965 3.034780 65.1818

180 4.947651 2.171380 180

240 8.729651 3.034780 -65.1835

300 8.332972 3.037376 -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 single point dan geometry

optimization. Energi single point merupakan energi molekul dari struktur yang

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 single point 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 :

Konformasi Butana

No Sudut

Dihedral Energi Single

Point Sudut

Dihedral Energi

Teroptimasi Sudut

Diredral Eksperimen kkal/mol kkal/mol

1 0 18.823595 0 6.900258 -

2.07109179 4.6

2 60 8.332891 60 3.04779 65.1612 0.9

3 120 8.72965 120 3.03478 65.1818 3.8

4 180 4.947651 180 2.17138 180 0

5 240 8.729651 240 3.03478 -65.1835 3.8

6 300 8.332972 300 3.034779 -65.1611 0.9

Dari data tabel diatas menghasilak grafik energi optimasi versus sudut tetrahedral.

Dari grafik diatas dapat dijelaskan bahwa tidak terlihat perbedaan yang

sangat signifikan antara energy optimasi dengan data eksperimen, Pada sudut 60o

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 C2C3 dari 0

360

akan menghasilkan perubahan konformasi dari anti-eklips-gauce-eklips-

gauce-eklips-anti diikuti dengan perubahan energi mekanik molekul.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 50 100 150 200 250 300 350

Optimasi Single Point Eksperimen

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

0o

60o

120o

180o

240o

300o