I. JUDUL
Percobaan 2 : ANALISIS SIKLOHEKSANA
II. TUJUAN
Menentukan konformasi yang paling stabil dari sikloheksana dengan menggunakan perhitungan medan gaya AMBER.
III. DASAR TEORI
Hyperchem, merupakan tools dasar dalam molecular modeling. Software ini dapat digunakan untuk menggambar struktur kimia, optimasi geometri dengan berbagai macam metode, study molecular dinamik dasar, study QSAR, dll.Hyperchem dikeluarkan Autodesk Incorporation (Kanada) merupakan salah satu
perangkat lunak yang berjalan di bawah sistem operasi windows Hyperchem merupakan program aplikasi komputer dibidang kimia dan mengkhususkan penggunaanya dibidang kimia dengan menterjemahkan bahasa matematis mekanika kuantum menjadi program kimia siap pakai (Hyperchem Manual, 2002). Hyperchem merupakan suatu program stimulasi dan pemodelan molekul yang memungkinkan penampilan dan perhitunga n kimia yang rumit, fungsi-fungsi yang dapat dijelaskan oleh hyperchem antara lain (Hyperchem Manual, 2002):
1. Pemodelan struktur molekul dari atom-atom dan mengubahnya dalam bentuk tiga dimensi
2. Pembangunan protein dan asam nukleat dari residu standarnya serta modifikasinya
3. Pemodelan molekul dari sumber-sumber seperti file PDB (Brookhaven Protein Data Bank)
4. Penataan ulang molekul dengan rotasi, translasi maupun zoom
5. Mengubah tampilan molekul (Rendering)
6. Perhitungan-perhitungan kimia dengan berbagai metode, seperti dinamik melekuler, mekanika molekuler, semiempirik dan mekanika kuantum (Hyperchem Manual, 2002)HyperChem ialah suatu program simulasi dan pemodelan molekular yang memung-kinkan perhitungan kimiawi yang kompleks. HyperChem mencakup fungsi-fungsi berikut:
· Membuat sketsa dwimatra (2D) molekul dari atom-atom penyusunnya, lalu mengubahnya menjadi model trimatra (3D) dengan HyperChem Model Builder.
· Memilih residu-residu standar secara berurutan dari perpustakaan asam amino dan nukleotida HyperChem/Lite untuk membangun protein dan asam nukleat.
· Membaca tipe atom dan koordinat molekular yang telah disimpan sebagai arsip HIN (masukan HyperChem yang dibuat sebelumnya) atau arsip ENT (mengambil dari sumber lain, yaitu Brookhaven Protein Data Bank/PDB)
· Menata kembali molekul, misalnya dengan memutar atau menggesernya.
· Mengubah kondisi tampilan, termasuk penampakan ruang, model molekul, dan label struktural.
· Tersedia berbagai metode mekanika molekular maupun mekanika kuantum (semiempiris atau ab initio). Perhitungan mekanika molekular menggunakan medan gaya MM+, AM-BER, BIO+, atau OPLS, sedangkan mekanika kuantum semiempiris meliputi extended Hückel, CNDO, INDO, MINDO3, MNDO, AM1, PM3, ZINDO/I, dan ZINDO/S.
· Penetapan efek isotop dalam perhitungan analisis vibrasional untuk metode-metode SCF ab initio dan semiempiris.
· Membuat grafik Excel dari hasil perhitungan kimiawi.
· Mensolvasikan molekul dalam kotak periodik.
Sikloheksana adalah sikloalkana dengan rumus molekul C6H12. Sikloheksana digunakan sebagai pelarut nonpolar pada industri kimia, dan juga merupakan bahan mentah dalam pembuatanasam adipat dan kaprolaktam, keduanya juga merupakan bahan produksi nilon. Dalam skala industri, sikloheksana dibuat dengan mereaksikan benzena dengan hidrogen. Selain itu, karena senyawa ini memiliki ciri-ciri yang unik, sikloheksana juga digunakan dalam analisis di laboratorium. Sikloheksana memiliki bau seperti deterjen.
Alkana merupakan kelompok hidrokarbon yang paling sederhana – yaitu senyawa-senyawa yang hanya mengandung karbon dan hidrogen. Alkana hanya mengandung ikatan C-H dan ikatan tunggal C-C. Enam senyawa alkana yang pertama adalah:
Ini berarti bahwa ada dua atau lebih rumus bangun yang bisa dibuat untuk masing -masing rumus molekul.
Sikloalkana juga hanya mengandung ikatan C-H dan ikatan tunggal C-C, hanya saja atom-atom karbon tergabung dalam sebuah cincin. Sikloalkana yang paling kecil adalah siklopropana. Jika anda menghitung jumah karbon dan hidrogen pada gambar di atas, anda akan melihat bahwa jumlah atom C dan H tidak lagi memenuhi rumus umum CnH2n+2. Dengan tergabungnya atom-atom karbon dalam sebuah cincin, ada dua atom hidrogen yang hilang.Dua atom hidrogen yang hilang memang tidak diperlukan lagi, sebab rumus umum
untuk sebuah sikloalkana adalah CnH2n.Jangan anda berpikir bahwa molekul-molekul yang terbentuk dari rumus ini adalah molekul-molekul biasa. Semua sikloalkana mulai dari siklopentana keatas terdapat sebagai
"cincin yang berkerut". Struktur ini dikenal sebagai bentuk "kursi" dari sikloheksana – sesuai dengan bentuknya yang sedikit menyerupai sebuah kursi.Konformasi tidak hanya berlaku pada strruktur alifatik tetapi juga pada struktur siklik. Yang menarik dari konformasi struktur siklik dapat di pelajari dari model molekul sikloheksana. Dua konformasi ekstrem yang dapat dibuat adalah konfromasi ku rsi dan konformasi perahu.Teori atom karbon tetrahedral dan struktur benzene memberikan fondasi teori struktur senyawa organik. Namun, van’t Hoff dan kimiawan lain mengenali bahwa masih ada masalah yang tersisa dan tidak dapat dijelaskan dengan teori karbon tetrahedral. Masalah itu adalah keisomeran yang disebabkan oleh adanya rotasi di sekitar ikatan tunggal. Bila rotasi di sekitar ikatan C-C dalam 1,2-dikhloroetana CH2ClCH2Cl terbatas sebagaimana dalam kasus asam fumarat dan maleat, maka akan didapati banyak sekali isomer. Walaupun van’t Hoff awalnya menganggap adanya kemungkinan seperti itu, ia akhirnya menyimpulkan bahwa rotasinya bebas (rotasi bebas) karena tidak didapati isomer rotasional akibat batasan rotasi tersebut. Ia menambahkan bahwa struktur yang diamati adalah rata-rata dari semua struktur yang mungkin.Sikoalkana memiliki kereaktifan yang sangat mirip dengan alkana, kecuali untuk sikloalkana yang sangat kecil – khususnya siklopropana. Siklopropana jauh lebih reaktif dibanding yang mungkin anda kira.
Alasannya karena sudut-sudut ikatan dalam cincin. Normalnya, apabila karbon membentuk empat ikatan tunggal, maka sudut-sudut ikatannya adalah sekitar 109,5°. Pada siklopropana sudut ini sebesar 60°.
Dengan pasangan-pasangan elektron yang saling berdekatan, terjadi tolak menolak antara pasangan-pasangan elektron yang menghubungkan atom-atom karbon. Ini membuat ikatan-ikatan lebih mudah terputus.Pengaruh dari tolak-menolak ini akan dibahas lebih lanjut pada halaman tentang reaksi-reaksi dari senyawa-senyawa ini dengan halogen.
IV. ALAT
Alat yang digunakan pada percobaan 2 : Analisis Sikloheksana yaitu menggunakan software Hyperchem.
V. BAHAN KAJIAN
Bahan kajian yang digunakan pada percobaan 2 : Analisis Sikloheksana yaitu Sikloheksana.
VI. CARA KERJA
a. Pemilihan medan gaya
Pilihlah Molecular Mechanics pada menu Setup. Jika kotak dialog muncul, pilihlah AMBER.
b. Mengambar sikloheksana bentuk kursi
1. Atur Default Element pada karbon dan masuk pada mode Draw.
2. Atur level pemilihan pada tingkat Atoms
3. Pilih Labels pada menu Display dan label atom dengan nomor.
4. Yakinkan bahwa Explicit Hydrogen dalam keadaan tidak aktif pada menu Build.
5. Gambarkan dengan struktur 2D dengan mengklik dan menggeser.
6. Pilih Add H & Model Build pada menu Build.
7. Matikan fungsi Show Hydrogens pada menu Display.
8. Putar dan pindahkan struktur sampai kelihatan seperti gambar berikut :
Model Builder akan menggambarkan bentuk kursi dari sikloheksana sesuai dengan struktur default. Struktur ini tidak teroptimasi, tetapi mengandung besaran yang standar untuk panjang ikatan, sudut dan sudut torsi. Cetak struktur dan lampirkan pada lembar laporan.
c. Mengukur sifat struktur dari sikloheksana bentuk kursi
Langkah ini dimaksudkan untuk mengukur sifat struktur molekul hasil dari Model Build dan pada akhirnya nanti dibandingkan dengan struktur hasil optimasi. Untuk mengukur geometri molekul lakukan langkah berikut:
1. Masuk pada mode Selection
2. Atur level pemilihan pada Atoms dan hidupkan fungsi Multiple Selection.
3. Pilih beberapa ikatan , sudut , dan sudut torsi untuk mempelajari struktur.catat nilainya dalam laporan.
4. R-klik pada daerah kosong pada ruang kerja untuk meyakinkan tidak ada atom yang dipilih.
d. Optimasi struktur
Langkah selanjutnya adalah meminimisasi struktur kursi dengan melakukan perhitungan optimisasi mekanika molekul dengan melakukan langkah berikut:
1. Pilih Compute.
2. Pilih Geometry Optimization.
3. L-clik pada OK untuk menutup kotak dialog dan memulai perhitungan.
Perhitungan dimulai dan informasi tentang jalannya program akan muncul di baris status.
Setelah beberapa menit, program akan selesai. Catat energi dari struktur teroptimasi pada lembar laporan.
e. Mengukur sifat pada sistem teroptimasi
1. Pilih beberapa variasi ikatan, sudut dan sudut torsi. Catatlah harga yang muncul di baris status jika Anda membuat pilihan.
2. Bandingkan harga ini dengan harga sebelumnya yang diperoleh dari struktur tak teroptimisasi.
3. Cetak struktur dan lampirkan pada lembar lampiran.
f. Mengubah dari bentuk kursi ke bentuk perahu
Pada langkah ini kita akan mencerminkan separuh bagian molekul untuk menghasilkan bentuk perahu dari sikloheksana. Untuk melakukan refleksi pada bidang, lakukan langkah berikut:
1. Hidupkan fungsi Multiple Selections.
2. Jika kamu tidak berada pada mode pilihan, L-clik pada menu Selection.
3. Klik ganda pada menu Selection untuk kembali pada struktur Model Build.
4. L-clik pada ikatan 1-2 dan 4-5 untuk memilih bidang refleksi.
5. Pilih Name Selection pada menu Select.
6. Pilih PLANE, dan kemudian pilih OK.
Untuk mencerminkan separuh dari molekul lakukan langkah berikut:
1. Jika perlu, pilih Show Hydrogen dan gunakan menu Zoom untuk mendapatkan skala molekul yang jelas.
2. LR-drag pada satu sisi yang memungkinkan untuk melakukan pemilihan semua atom termasuk hidrogen.
3. Pilih Reflect pada menu Edit
5. Atom yang dipilih dicerminkan pada PLANE, menghasilkan transformasi perahu
dari sikloheksana. Struktur akan terlihat sebagai berikut :
4. R-klik pada daerah kosong pada ruang kerja untuk menghilangkan fungsi pilihan atom.
g. Mengukur hidrogen aksial
Dua hidrogen aksial berada pada jarak relatif dekat pada bentuk perahu sikloheksana. Posisi ini sering dikenal dengan hidrogen “flagpole”. Untuk mengukur jarak antar dua hidrogen :
1. L-klik pada dua atom hidrogen tersebut.
2. Catat jarak antar dua atom tersebut dan masukkan dalam lembar laporan. Harga ini sangat berdekatan dengan harga atom yang tidak berikatan. Optimasi akan mengubah jarak antar dua atom hidrogen tersebut menjadi sedikit berjauhan sampai didapatkan energi yang lebih rendah.
h. Mengoptimasi sikloheksana bentuk perahu
Untuk mengoptimasi struktur perahu lakukan langkah sebagai berikut :
1. R-klik pada bagian kosong pada daerah kerja untuk menghilangkan fungsi pilihan
atom.
2. Pilih Geometry Optimization ada menu Compute. Setelah minimisasi selesai, catat
energi dan ukur kembali panjang ikatan, sudut dan sudut torsinya.
i. Mengukur ulang hydrogen parsial:
1. L-clik pada dua hidrogen aksial. Catat jarak H-H yang baru. Bentuk teroptimasi dari struktur perahu adalah saddle point. Bidang simetri pada struktur awal seimbang pada semua gaya yang tegak lurus pada bidang tersebut. Arah pencarian keadaan optimum berdasar atas gaya ini sehingga semua arah pencarian mempunyai bidang simetri yang sama. HyperChem mencari saddle point yang merupakan minimum yang sesuai untuk semua dimensi, kecuali bidang simetri.
2. Cetak stuktur laporan.
j. Membuat sikloheksana bentuk perahu Twist (terpilin)
Bentuk ketiga dari sikloheksana adalah bentuk perahu terpilin merupakan bentuk lokal minimum. Cara termudah untuk mendapatkannya adalah memodifikasi bentuk perahu dengan mengubah ikatan torsi, menggambarkan ulang dan mengoptimasi strukturnya. Untuk mengatur batasan ikatan torsi dilakukan langkah berikut:
1. R-clik pada daerah kosong dari bidang kerja untuk menghilangkang fungsi pilihan.
2. Matikan fungsi Show Hydrogens.
3. Pilih sudut torsi 4-atom karbon dengan memilih ikatan 6-1, 1-2, dan 2-3. Kita harus memilih atom karbon dengan urutan tersebut sehingga akan didapatkan batasan ikatan torsi yang benar. Model Builderakan menghitung geometri sesuai dengan urutan pilihan, batasan yang telah ditentukan akan hanya mengubah posisi atom karbon 6.
4. Pilih batasan Bond Torsion pada menu Build, dan atur batasan pada 30 derajat, dan kemudian pilih OK.
5. R-clik pada daerah kosong pada bidang kerja.
Untuk mengambarkan ulang molekul dengan batasan torsi ikatan lakukan klik ganda pada menuSelection untuk mengaktifkan ModelBuilder. HyperChem meng-gambarkan ulang struktur dengan batasan torsi untuk bentuk perahu terpilin dari sikloheksana.
Untuk melakukan optimasi sikloheksana perahu terpilin dapat dilakukan langkah berikut :
1. Pilih Geometry Optimization pada menu Compute.
2. Pilih OK untuk memulai proses optimisasi meggunakan pilihan seperti yang telah dilakukan pada konformasi sebelumnya. Setelah optimisasi selesai, lakukan penca-tatan energi dan ukur panjang ikatan, sudut dan sudut torsi.
3. Cetak struktur dan lampirkan pada lembar laporan.
VII. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari data hasil percobaan dapat di ketahui bahwa energi dari konformasi kursi merupakan energy terendah dari konformasi-konformasi lainnya, ini menunjukkan bahwa konformasi kursi teroptimasi merupakan konformasi yang paling stabil, karena Konformasi Jarak CC (Å) Sudut CCC (o) Sudut Torsi CCCC (o)
Energi (kkal/mol) Jarak HH (Å)
Kursi 1,53998 109,471 60,0007 0,851563
Kursi (teroptimasi) 1,53349 109,643 59,4518 0,738582
Perahu 1,53108 110,246 58,0341 217,7567 2,56695
Perahu (teroptimasi) 1,52353 111,29 58,1104 42,047306 2,57293
Perahu Terpilin 1,54506 112,702 60,7015 5,96924
Perahu Terpilin (teroptimasi) 1,53091 110,306 178,293 1,334103
energy tolak-menolak yang rendah dimana posisi atom satu dengan yang lain saling berjauhan, sehingga energinya akan terminimalkan. Dari keempat konformasi tersebut bentuk kursi dinyatakan sebagai konformasi yang paling stabil dan bentuk perahu/ biduk dinyatakan sebagai konformasi yang kurang
stabil. Dalam konformasi kursi, ada dua jenis posisi atom hidrogen yang berbeda, yaitu aksial dan ekuatorial. Hidrogen aksial terletak di bawah dan di atas bidang yang dibentuk oleh cincin atom karbon, sedangkan hidrogen equatorial terletak sepanjang bidang (pada satu bidang) dengan atom-atom karbon.
Bila tiga atom karbon yang berselang satu karbon yang lain dilekukkan ke arah berlawanan (yang semula pada posisi atas dijadikan posisi bawah), maka atom hidrogen aksial pada cincin itu akan dirubah menjadi hidrogen ekuaorial. Perubahan konformasi ini pada suhu tinggi terjadi secara sangat cepat dan terus menerus. Tetapi pada suhu sangat rendah, misalnya -100oC, konformasi yang satu dapat dipisahkan dari
konformasi yang lain. Berdasarkan uraian mengenai sudut ikatan dan lekukan bidang pada sikloalkana, dapat dikatakan bahwa kestabilan struktur sikloalkana dapat dilihat dari adanya tegangan sudut ikatan dan adanya interaksi dua atom atau gugus atom yanng tidak terikat satu sama lain secara lansung tetapi dapat berinteraksi satu sama lain (dengan interaksi sterik dan dipol-dipol).
Jarak antara Haksial-Haksial pada struktur awal dan struktur teroptimisasi dari struktur sikloheksana adalah struktur awal = 2,56695 Å dan Haksial-Haksial pada struktur teroptimasi = 2,57293 Å. Disini jarak teroptimasinya lebih tinggi dari struktur awalnya ,Pada struktur awal atau sebelum optimasi jarak atomnya 2,56695 Å, sedangkan padastruktur teroptimasi jarak atom berubah menjadi 2,57293 Å, perubahan jarak disini terdapat selisih yaitu 0,00598 Å antara struktur awal dan struktur optimasinya perubahan yang terjadi / selisihnya kecil atau jaraknya hampir mendekati sehingga jaraknya tidak terlalu jauh.
Berikut adalah energi relative dari setiap konformasi:Kursi Perahu Perahu TerpilinEnergi AMBER mutlak (kkal/mol)0,851563 217,7567 5,96924
Energi AMBER relative (kkal/mol) 0,738582 42,047306 1,334103
VIII. KESIMPULAN
Konformasi yang paling stabil dari sikloheksana dengan menggunakan perhitungan medan gaya AMBER adalah konformasi kursi. Hasil dari pengukuran energi pada konformasi Kursi yaitu 0,851563 kkal/ mol.
IX. DAFTAR PUSTAKA
Fessenden & Fesenden.1986.Kimia Organik.Jilid1.Edisi 3.Erlangga.Jakarta. hal:172
Geldenhuys, W,J., et al (2006) Optimizing the use of open-source software applications in drug discovery. DDT, 11 (3/4), 127-132
Pranowo, Harno .D, 2004, Kimia Komputasi, Pusat Kimia Komputasi Indonesia- Austria UGM Yogyakarta
Percobaan 2 : ANALISIS SIKLOHEKSANA
II. TUJUAN
Menentukan konformasi yang paling stabil dari sikloheksana dengan menggunakan perhitungan medan gaya AMBER.
III. DASAR TEORI
Hyperchem, merupakan tools dasar dalam molecular modeling. Software ini dapat digunakan untuk menggambar struktur kimia, optimasi geometri dengan berbagai macam metode, study molecular dinamik dasar, study QSAR, dll.Hyperchem dikeluarkan Autodesk Incorporation (Kanada) merupakan salah satu
perangkat lunak yang berjalan di bawah sistem operasi windows Hyperchem merupakan program aplikasi komputer dibidang kimia dan mengkhususkan penggunaanya dibidang kimia dengan menterjemahkan bahasa matematis mekanika kuantum menjadi program kimia siap pakai (Hyperchem Manual, 2002). Hyperchem merupakan suatu program stimulasi dan pemodelan molekul yang memungkinkan penampilan dan perhitunga n kimia yang rumit, fungsi-fungsi yang dapat dijelaskan oleh hyperchem antara lain (Hyperchem Manual, 2002):
1. Pemodelan struktur molekul dari atom-atom dan mengubahnya dalam bentuk tiga dimensi
2. Pembangunan protein dan asam nukleat dari residu standarnya serta modifikasinya
3. Pemodelan molekul dari sumber-sumber seperti file PDB (Brookhaven Protein Data Bank)
4. Penataan ulang molekul dengan rotasi, translasi maupun zoom
5. Mengubah tampilan molekul (Rendering)
6. Perhitungan-perhitungan kimia dengan berbagai metode, seperti dinamik melekuler, mekanika molekuler, semiempirik dan mekanika kuantum (Hyperchem Manual, 2002)HyperChem ialah suatu program simulasi dan pemodelan molekular yang memung-kinkan perhitungan kimiawi yang kompleks. HyperChem mencakup fungsi-fungsi berikut:
· Membuat sketsa dwimatra (2D) molekul dari atom-atom penyusunnya, lalu mengubahnya menjadi model trimatra (3D) dengan HyperChem Model Builder.
· Memilih residu-residu standar secara berurutan dari perpustakaan asam amino dan nukleotida HyperChem/Lite untuk membangun protein dan asam nukleat.
· Membaca tipe atom dan koordinat molekular yang telah disimpan sebagai arsip HIN (masukan HyperChem yang dibuat sebelumnya) atau arsip ENT (mengambil dari sumber lain, yaitu Brookhaven Protein Data Bank/PDB)
· Menata kembali molekul, misalnya dengan memutar atau menggesernya.
· Mengubah kondisi tampilan, termasuk penampakan ruang, model molekul, dan label struktural.
· Tersedia berbagai metode mekanika molekular maupun mekanika kuantum (semiempiris atau ab initio). Perhitungan mekanika molekular menggunakan medan gaya MM+, AM-BER, BIO+, atau OPLS, sedangkan mekanika kuantum semiempiris meliputi extended Hückel, CNDO, INDO, MINDO3, MNDO, AM1, PM3, ZINDO/I, dan ZINDO/S.
· Penetapan efek isotop dalam perhitungan analisis vibrasional untuk metode-metode SCF ab initio dan semiempiris.
· Membuat grafik Excel dari hasil perhitungan kimiawi.
· Mensolvasikan molekul dalam kotak periodik.
Sikloheksana adalah sikloalkana dengan rumus molekul C6H12. Sikloheksana digunakan sebagai pelarut nonpolar pada industri kimia, dan juga merupakan bahan mentah dalam pembuatanasam adipat dan kaprolaktam, keduanya juga merupakan bahan produksi nilon. Dalam skala industri, sikloheksana dibuat dengan mereaksikan benzena dengan hidrogen. Selain itu, karena senyawa ini memiliki ciri-ciri yang unik, sikloheksana juga digunakan dalam analisis di laboratorium. Sikloheksana memiliki bau seperti deterjen.
Alkana merupakan kelompok hidrokarbon yang paling sederhana – yaitu senyawa-senyawa yang hanya mengandung karbon dan hidrogen. Alkana hanya mengandung ikatan C-H dan ikatan tunggal C-C. Enam senyawa alkana yang pertama adalah:
Metana CH4
Etana C2H6
Propane C3H8
Butane C4H10
Pentane C5H12
Heksana C6H14
Anda bisa menentukan rumus molekul dari senyawa alkana manapun dengan menggunakan rumus umum: CnH2n+2Semua alkana yang memiliki 4 atau lebih atom karbon akan memiliki isomeri bangun.Ini berarti bahwa ada dua atau lebih rumus bangun yang bisa dibuat untuk masing -masing rumus molekul.
Sikloalkana juga hanya mengandung ikatan C-H dan ikatan tunggal C-C, hanya saja atom-atom karbon tergabung dalam sebuah cincin. Sikloalkana yang paling kecil adalah siklopropana. Jika anda menghitung jumah karbon dan hidrogen pada gambar di atas, anda akan melihat bahwa jumlah atom C dan H tidak lagi memenuhi rumus umum CnH2n+2. Dengan tergabungnya atom-atom karbon dalam sebuah cincin, ada dua atom hidrogen yang hilang.Dua atom hidrogen yang hilang memang tidak diperlukan lagi, sebab rumus umum
untuk sebuah sikloalkana adalah CnH2n.Jangan anda berpikir bahwa molekul-molekul yang terbentuk dari rumus ini adalah molekul-molekul biasa. Semua sikloalkana mulai dari siklopentana keatas terdapat sebagai
"cincin yang berkerut". Struktur ini dikenal sebagai bentuk "kursi" dari sikloheksana – sesuai dengan bentuknya yang sedikit menyerupai sebuah kursi.Konformasi tidak hanya berlaku pada strruktur alifatik tetapi juga pada struktur siklik. Yang menarik dari konformasi struktur siklik dapat di pelajari dari model molekul sikloheksana. Dua konformasi ekstrem yang dapat dibuat adalah konfromasi ku rsi dan konformasi perahu.Teori atom karbon tetrahedral dan struktur benzene memberikan fondasi teori struktur senyawa organik. Namun, van’t Hoff dan kimiawan lain mengenali bahwa masih ada masalah yang tersisa dan tidak dapat dijelaskan dengan teori karbon tetrahedral. Masalah itu adalah keisomeran yang disebabkan oleh adanya rotasi di sekitar ikatan tunggal. Bila rotasi di sekitar ikatan C-C dalam 1,2-dikhloroetana CH2ClCH2Cl terbatas sebagaimana dalam kasus asam fumarat dan maleat, maka akan didapati banyak sekali isomer. Walaupun van’t Hoff awalnya menganggap adanya kemungkinan seperti itu, ia akhirnya menyimpulkan bahwa rotasinya bebas (rotasi bebas) karena tidak didapati isomer rotasional akibat batasan rotasi tersebut. Ia menambahkan bahwa struktur yang diamati adalah rata-rata dari semua struktur yang mungkin.Sikoalkana memiliki kereaktifan yang sangat mirip dengan alkana, kecuali untuk sikloalkana yang sangat kecil – khususnya siklopropana. Siklopropana jauh lebih reaktif dibanding yang mungkin anda kira.
Alasannya karena sudut-sudut ikatan dalam cincin. Normalnya, apabila karbon membentuk empat ikatan tunggal, maka sudut-sudut ikatannya adalah sekitar 109,5°. Pada siklopropana sudut ini sebesar 60°.
Dengan pasangan-pasangan elektron yang saling berdekatan, terjadi tolak menolak antara pasangan-pasangan elektron yang menghubungkan atom-atom karbon. Ini membuat ikatan-ikatan lebih mudah terputus.Pengaruh dari tolak-menolak ini akan dibahas lebih lanjut pada halaman tentang reaksi-reaksi dari senyawa-senyawa ini dengan halogen.
IV. ALAT
Alat yang digunakan pada percobaan 2 : Analisis Sikloheksana yaitu menggunakan software Hyperchem.
V. BAHAN KAJIAN
Bahan kajian yang digunakan pada percobaan 2 : Analisis Sikloheksana yaitu Sikloheksana.
VI. CARA KERJA
a. Pemilihan medan gaya
Pilihlah Molecular Mechanics pada menu Setup. Jika kotak dialog muncul, pilihlah AMBER.
b. Mengambar sikloheksana bentuk kursi
1. Atur Default Element pada karbon dan masuk pada mode Draw.
2. Atur level pemilihan pada tingkat Atoms
3. Pilih Labels pada menu Display dan label atom dengan nomor.
4. Yakinkan bahwa Explicit Hydrogen dalam keadaan tidak aktif pada menu Build.
5. Gambarkan dengan struktur 2D dengan mengklik dan menggeser.
6. Pilih Add H & Model Build pada menu Build.
7. Matikan fungsi Show Hydrogens pada menu Display.
8. Putar dan pindahkan struktur sampai kelihatan seperti gambar berikut :
Model Builder akan menggambarkan bentuk kursi dari sikloheksana sesuai dengan struktur default. Struktur ini tidak teroptimasi, tetapi mengandung besaran yang standar untuk panjang ikatan, sudut dan sudut torsi. Cetak struktur dan lampirkan pada lembar laporan.
c. Mengukur sifat struktur dari sikloheksana bentuk kursi
Langkah ini dimaksudkan untuk mengukur sifat struktur molekul hasil dari Model Build dan pada akhirnya nanti dibandingkan dengan struktur hasil optimasi. Untuk mengukur geometri molekul lakukan langkah berikut:
1. Masuk pada mode Selection
2. Atur level pemilihan pada Atoms dan hidupkan fungsi Multiple Selection.
3. Pilih beberapa ikatan , sudut , dan sudut torsi untuk mempelajari struktur.catat nilainya dalam laporan.
4. R-klik pada daerah kosong pada ruang kerja untuk meyakinkan tidak ada atom yang dipilih.
d. Optimasi struktur
Langkah selanjutnya adalah meminimisasi struktur kursi dengan melakukan perhitungan optimisasi mekanika molekul dengan melakukan langkah berikut:
1. Pilih Compute.
2. Pilih Geometry Optimization.
3. L-clik pada OK untuk menutup kotak dialog dan memulai perhitungan.
Perhitungan dimulai dan informasi tentang jalannya program akan muncul di baris status.
Setelah beberapa menit, program akan selesai. Catat energi dari struktur teroptimasi pada lembar laporan.
e. Mengukur sifat pada sistem teroptimasi
1. Pilih beberapa variasi ikatan, sudut dan sudut torsi. Catatlah harga yang muncul di baris status jika Anda membuat pilihan.
2. Bandingkan harga ini dengan harga sebelumnya yang diperoleh dari struktur tak teroptimisasi.
3. Cetak struktur dan lampirkan pada lembar lampiran.
f. Mengubah dari bentuk kursi ke bentuk perahu
Pada langkah ini kita akan mencerminkan separuh bagian molekul untuk menghasilkan bentuk perahu dari sikloheksana. Untuk melakukan refleksi pada bidang, lakukan langkah berikut:
1. Hidupkan fungsi Multiple Selections.
2. Jika kamu tidak berada pada mode pilihan, L-clik pada menu Selection.
3. Klik ganda pada menu Selection untuk kembali pada struktur Model Build.
4. L-clik pada ikatan 1-2 dan 4-5 untuk memilih bidang refleksi.
5. Pilih Name Selection pada menu Select.
6. Pilih PLANE, dan kemudian pilih OK.
Untuk mencerminkan separuh dari molekul lakukan langkah berikut:
1. Jika perlu, pilih Show Hydrogen dan gunakan menu Zoom untuk mendapatkan skala molekul yang jelas.
2. LR-drag pada satu sisi yang memungkinkan untuk melakukan pemilihan semua atom termasuk hidrogen.
3. Pilih Reflect pada menu Edit
5. Atom yang dipilih dicerminkan pada PLANE, menghasilkan transformasi perahu
dari sikloheksana. Struktur akan terlihat sebagai berikut :
4. R-klik pada daerah kosong pada ruang kerja untuk menghilangkan fungsi pilihan atom.
g. Mengukur hidrogen aksial
Dua hidrogen aksial berada pada jarak relatif dekat pada bentuk perahu sikloheksana. Posisi ini sering dikenal dengan hidrogen “flagpole”. Untuk mengukur jarak antar dua hidrogen :
1. L-klik pada dua atom hidrogen tersebut.
2. Catat jarak antar dua atom tersebut dan masukkan dalam lembar laporan. Harga ini sangat berdekatan dengan harga atom yang tidak berikatan. Optimasi akan mengubah jarak antar dua atom hidrogen tersebut menjadi sedikit berjauhan sampai didapatkan energi yang lebih rendah.
h. Mengoptimasi sikloheksana bentuk perahu
Untuk mengoptimasi struktur perahu lakukan langkah sebagai berikut :
1. R-klik pada bagian kosong pada daerah kerja untuk menghilangkan fungsi pilihan
atom.
2. Pilih Geometry Optimization ada menu Compute. Setelah minimisasi selesai, catat
energi dan ukur kembali panjang ikatan, sudut dan sudut torsinya.
i. Mengukur ulang hydrogen parsial:
1. L-clik pada dua hidrogen aksial. Catat jarak H-H yang baru. Bentuk teroptimasi dari struktur perahu adalah saddle point. Bidang simetri pada struktur awal seimbang pada semua gaya yang tegak lurus pada bidang tersebut. Arah pencarian keadaan optimum berdasar atas gaya ini sehingga semua arah pencarian mempunyai bidang simetri yang sama. HyperChem mencari saddle point yang merupakan minimum yang sesuai untuk semua dimensi, kecuali bidang simetri.
2. Cetak stuktur laporan.
j. Membuat sikloheksana bentuk perahu Twist (terpilin)
Bentuk ketiga dari sikloheksana adalah bentuk perahu terpilin merupakan bentuk lokal minimum. Cara termudah untuk mendapatkannya adalah memodifikasi bentuk perahu dengan mengubah ikatan torsi, menggambarkan ulang dan mengoptimasi strukturnya. Untuk mengatur batasan ikatan torsi dilakukan langkah berikut:
1. R-clik pada daerah kosong dari bidang kerja untuk menghilangkang fungsi pilihan.
2. Matikan fungsi Show Hydrogens.
3. Pilih sudut torsi 4-atom karbon dengan memilih ikatan 6-1, 1-2, dan 2-3. Kita harus memilih atom karbon dengan urutan tersebut sehingga akan didapatkan batasan ikatan torsi yang benar. Model Builderakan menghitung geometri sesuai dengan urutan pilihan, batasan yang telah ditentukan akan hanya mengubah posisi atom karbon 6.
4. Pilih batasan Bond Torsion pada menu Build, dan atur batasan pada 30 derajat, dan kemudian pilih OK.
5. R-clik pada daerah kosong pada bidang kerja.
Untuk mengambarkan ulang molekul dengan batasan torsi ikatan lakukan klik ganda pada menuSelection untuk mengaktifkan ModelBuilder. HyperChem meng-gambarkan ulang struktur dengan batasan torsi untuk bentuk perahu terpilin dari sikloheksana.
Untuk melakukan optimasi sikloheksana perahu terpilin dapat dilakukan langkah berikut :
1. Pilih Geometry Optimization pada menu Compute.
2. Pilih OK untuk memulai proses optimisasi meggunakan pilihan seperti yang telah dilakukan pada konformasi sebelumnya. Setelah optimisasi selesai, lakukan penca-tatan energi dan ukur panjang ikatan, sudut dan sudut torsi.
3. Cetak struktur dan lampirkan pada lembar laporan.
VII. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari data hasil percobaan dapat di ketahui bahwa energi dari konformasi kursi merupakan energy terendah dari konformasi-konformasi lainnya, ini menunjukkan bahwa konformasi kursi teroptimasi merupakan konformasi yang paling stabil, karena Konformasi Jarak CC (Å) Sudut CCC (o) Sudut Torsi CCCC (o)
Energi (kkal/mol) Jarak HH (Å)
Kursi 1,53998 109,471 60,0007 0,851563
Kursi (teroptimasi) 1,53349 109,643 59,4518 0,738582
Perahu 1,53108 110,246 58,0341 217,7567 2,56695
Perahu (teroptimasi) 1,52353 111,29 58,1104 42,047306 2,57293
Perahu Terpilin 1,54506 112,702 60,7015 5,96924
Perahu Terpilin (teroptimasi) 1,53091 110,306 178,293 1,334103
energy tolak-menolak yang rendah dimana posisi atom satu dengan yang lain saling berjauhan, sehingga energinya akan terminimalkan. Dari keempat konformasi tersebut bentuk kursi dinyatakan sebagai konformasi yang paling stabil dan bentuk perahu/ biduk dinyatakan sebagai konformasi yang kurang
stabil. Dalam konformasi kursi, ada dua jenis posisi atom hidrogen yang berbeda, yaitu aksial dan ekuatorial. Hidrogen aksial terletak di bawah dan di atas bidang yang dibentuk oleh cincin atom karbon, sedangkan hidrogen equatorial terletak sepanjang bidang (pada satu bidang) dengan atom-atom karbon.
Bila tiga atom karbon yang berselang satu karbon yang lain dilekukkan ke arah berlawanan (yang semula pada posisi atas dijadikan posisi bawah), maka atom hidrogen aksial pada cincin itu akan dirubah menjadi hidrogen ekuaorial. Perubahan konformasi ini pada suhu tinggi terjadi secara sangat cepat dan terus menerus. Tetapi pada suhu sangat rendah, misalnya -100oC, konformasi yang satu dapat dipisahkan dari
konformasi yang lain. Berdasarkan uraian mengenai sudut ikatan dan lekukan bidang pada sikloalkana, dapat dikatakan bahwa kestabilan struktur sikloalkana dapat dilihat dari adanya tegangan sudut ikatan dan adanya interaksi dua atom atau gugus atom yanng tidak terikat satu sama lain secara lansung tetapi dapat berinteraksi satu sama lain (dengan interaksi sterik dan dipol-dipol).
Jarak antara Haksial-Haksial pada struktur awal dan struktur teroptimisasi dari struktur sikloheksana adalah struktur awal = 2,56695 Å dan Haksial-Haksial pada struktur teroptimasi = 2,57293 Å. Disini jarak teroptimasinya lebih tinggi dari struktur awalnya ,Pada struktur awal atau sebelum optimasi jarak atomnya 2,56695 Å, sedangkan padastruktur teroptimasi jarak atom berubah menjadi 2,57293 Å, perubahan jarak disini terdapat selisih yaitu 0,00598 Å antara struktur awal dan struktur optimasinya perubahan yang terjadi / selisihnya kecil atau jaraknya hampir mendekati sehingga jaraknya tidak terlalu jauh.
Berikut adalah energi relative dari setiap konformasi:Kursi Perahu Perahu TerpilinEnergi AMBER mutlak (kkal/mol)0,851563 217,7567 5,96924
Energi AMBER relative (kkal/mol) 0,738582 42,047306 1,334103
VIII. KESIMPULAN
Konformasi yang paling stabil dari sikloheksana dengan menggunakan perhitungan medan gaya AMBER adalah konformasi kursi. Hasil dari pengukuran energi pada konformasi Kursi yaitu 0,851563 kkal/ mol.
IX. DAFTAR PUSTAKA
Fessenden & Fesenden.1986.Kimia Organik.Jilid1.Edisi 3.Erlangga.Jakarta. hal:172
Geldenhuys, W,J., et al (2006) Optimizing the use of open-source software applications in drug discovery. DDT, 11 (3/4), 127-132
Pranowo, Harno .D, 2004, Kimia Komputasi, Pusat Kimia Komputasi Indonesia- Austria UGM Yogyakarta
Komentar
Posting Komentar