-
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.