KETERAMPILAN KOMPUTER DALAM KIMIA

PERCOBAAN I :
ANALISIS SIKLOHEKSANA

Disusun oleh:

1. N. Alfiana (19728251014)
2. M. Dihan Ismunandar (19728251046)
3. Betzy Ayu Omega R. (19728251038)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA

PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2019
 ANALISIS SIKLOHEKSANA

Tujuan :
Menentukan konformasi yang paling stabil dari siklo-heksana dengan
menggunakan perhitungan medan gaya AMBER.
Latar belakang:
Pada temperatur ruang sikloheksana secara cepat menga-lami perubahan
konformasi dengan rotasi sepanjang ikatan C-C. Ketika konformasi sikloalkana
berubah, hidrogen yang terikat pada setiap atom karbon juga berganti posisi,
dan molekul diasumsikan berada pada ruang tiga dimensi. Perubahan dari
konformasi kursi ke bentuk yang lain (perubahan hidrogen aksial menjadi
ekuatorial atau sebaliknya) dinamakan interkonversi kursi-kursi. Dengan
menentukan panas pembentukan dari konformasi kursi dan bentuk antara dari
interkonversi kursi, kita dapat menentukan stabilitas relatif dari setiap
konformasi.

Prosedur
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 :
6 2
1

4
3
5

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 geometri
dari struktur. Catat nilainya pada lembar 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
Atom yang dipilih dicerminkan pada PLANE, menghasilkan transformasi
perahu dari sikloheksana. Struktur akan terlihat sebagai berikut :

1 2

5 4
6 3

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 hidrogen aksial:
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 struktur dan lampirkan pada lembar 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 Builder akan
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 menu Selection untuk mengaktifkan Model Builder.
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.
 LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN I
ANALISIS SIKLOHEKSANA
Hasil pengukuran:
Konformasi Jarak CC Sudut Sudut torsi Energi
(Å) CCC (o) CCCC (o) (kkal/mol)
Kursi 1,54 109,471 60,0007 6,459494
Kursi (teroptimisasi) 1,53583 111,261 55,3267 5,701885
Perahu 1,53583 111,258 55,327 15,13885
Perahu
1,54235 113,665 50,3227 13,043935
(teroptimisasi)
Perahu terpilin 1,54129 108,975 30, 0224 16,074732
Perahu terpilin
1,54166 113,823 31,3238 12,292597
(teroptimisasi)

Analisis:
1. Bandingkan jarak Haksial-Haksial pada struktur awal dan struktur teroptimisasi dari
struktur sikloheksana. Apa yang terjadi pada jarak atom tersebut pada struktur
teroptimisasi ? Apakah itu yang diharapkan ? Jelaskan.
2. Tentukan energi relatif dari setiap konformasi.
Kursi Perahu Perahu
terpilin
Energi AMBER mutlak
(kkal/mol)
Energi AMBER relatif
(kkal/mol)
Penyelesaian:
1. Jarak Haksial-Haksial pada struktur awal mempunyai nilai yang lebih kecil dibandingkan
jarak Haksial-Haksial pada struktur yang telah teroptimasi. Jarak antar atom pada struktur
teroptimasi . Hasil yang diharapkan sesuai.
2. Energi relative dari setiap konformasi adalah sebagai berikut
Kursi Perahu Perahu
terpilin
Energi AMBER mutlak
5,701885 13,043935 12,292597
(kkal/mol)
Energi AMBER relatif
(kkal/mol)
6,459494 15,138168 16, 074732
Pembahasan
Jarak Haksial-Haksial pada struktur awal mempunyai nilai yang lebih kecil
dibandingkan jarak Haksial-Haksial pada struktur yang telah teroptimasi. Hal ini
disebabkan pada struktur awal jarak H aksial-Haksial masih belum stabil dan terdapat
tolakan antar atom hidrogen. Untuk menghindari tolakan tersebut semakin menjauh
sampai pada keadaan tolakan yang sangat kecil sekali sehingga bias dikatakan stabil.
Dalam percobaan ini bertujuan untuk menentukan konformasi yang paling
stabil dari sikloheksana dengan menggunakan perhitungan medan gaya AMBER.
Pada percobaan ini dapat diketahui bentuk konformasi paling stabil dari struktur
sikloheksana, yaitu konformasi kursi yang dipengaruhi oleh sudut CCC yang
terbentuk pada konformasi tersebut. Sudut tersebut adalah 109,571 yang termasuk
sudut normal dimana posisi atom-aton hidrogennya dalam keadaan struggle terhadap
hydrogen tetangganya dengan sempurna. Energi yang diperlukan juga tidak terlalu
besar yaitu 6,459494 kkal/mol. Begitu pula saat struktur tersebut dioptimasi.
Perubahan energinya juga tidak terlalu besar. Energi yang didapat adalah 5,701882
kkal/mol. Dengan harga energi ini konformasi kursi teroptimasi merupakan
konformasi yang paling stabil dikarenakan energi 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 dinyatakan sebagai konformasi yang
kurang stabil.
Pada percobaan ini perhitungan yang dilakukan adalah perhitungan energy
single point dan energi geometri optimizastion. Dalam perhitungan ini, masing-
masing energi yang dihitung akan menghasilkan hasil yang berbeda seperti jarak
ikatan, sudut dihedral, dan sudut torsi yang dihasilkan. Pada perhitungan energy
single point dihasilkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan perhitungan
energy geometry optimizastion. Perbedaan perhitungan energi yang dihasilkan ini
dikarenakan metode perhitungan dalam single point dan geometry optimizastion.
Dalam perhitungan energi single point hanya dilakukan perhitungan dari struktur yang
semula tanpa dilakukan optimasi. Sedangkan untuk perhitungan energi geometry
optimazastion digunakan root mean square (RMS) ini semakin baik hasil perhitungan
yang dilakukan.
Dari percobaan yang dilakukan dihasilkan nilai jarak ikatan, sudut
dihedral,dan sudut torsi dari masing-masing konformasi sikloheksana pada
perhitungan energy single point dan energy geometri optimization . Perbedaan hasil
ini membuktikan bahwa setiap konformasi sikloheksana memiliki keadaan yang
berbeda-beda. Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa konformasi yang paling
stabil pada sikloheksana adalah konformasi kursi. Hal ini disebabkan oleh jarak
ikatan, sudut dihedral, dan sudut torsi yang berbeda sehingga menyebabkan
konformasinya memiliki kestabilan yang berbeda. Panjang ikatan dan sudut torsi
yang terbentuk dapat memengaruhi energi konfomer dari masing-masing bentuk
sehingga kestabilan dari masing-masing konformasi menjadi berbeda-beda.
Kestabilan (ketidakreaktifan) sikloheksana pada mulanya dijelaskan dengan “ teori
regangan Beyer” (Baeyer’s strain theory). Menurut teori ini, senyawa siklik seperti
halnya sikloalkana membentuk cincin datar. Bila sudut-sudut ikatan dalam senyawa
siklik menyimpang dari sudut ikatan tetrahedral (109,5) maka molekulnya mengalami
regangan. Semakin besar penyimpangan terhadap sudut ikatan tetrahedral,
molekulnya makin regang, dan berakibat molekul tersebut makin reaktif
Secara khusus untuk konformasi perahu pada sikloheksana terdapat hydrogen
flapoole yang dimana dua atom hidrogen yang berada pada posisi/ bidang yang
sama memiliki gaya tolak menolak yaitu posisi atom hydrogen axial. Dari hasil
percobaan untuk konformasi perahu dan perahu terpilin terdapat perbedaan jarak
hydrogen axial . untuk perhitungan energy single point dan energy geometry
optimizastion. Perbedaan jarak yang makin bertambah dari perhitungan energy single
point ke geometri optimizastion dapat disebabkan oleh tolakan dari hydrogen axial
itu sendiri sehingga untuk mendapatkan struktur yang stabil jarak antara atom
hydrogen ini haruslah semakin menjauh sehingga tidak terjadi kenaikan energy
struktur konformasi. Oleh karena itu, untuk konformasi kursi atom-atom hydrogen
berada pada posisi ekuatorial dimana posisinya pada bidang horizontal konformasi
sikloheksana tersebut. Pada posisi inilah konformasi sikloheksana memiliki
kestabilan tinggi daripada hidrogen pada posisi aksial. Selain itu 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). Jadi dapat disimpulkan bahwa Konformasi paling stabil pada sikloheksana
adalah bentuk kursi dengan energi paling rendah.
 Lampiran

a) Bentuk kursi b) Bentuk kursi (teroptimasi)

c) Bentuk perahu d) Bentuk perahu (teroptimasi)

e) Bentuk perahu terpilin f) Bentuk perahu terpilin (teroptimasi)