LAPORAN PRAKTIKUM TUGAS PERCOBAAN III – VII MATA KULIAH KIMIA KOMPUTASI Dosen Pengampu : Dr. Crys Fajar Partana, M.Si Penyusun : Vika Puji Cahyani 16728251004 Pendidikan Kimia A PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA PROGRAM PASCA SARJANA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2017 Nama : Vika Puji Cahyani NIM : 167282251004 Prodi : Pascasarjana Pendidikan kimia A LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN III KONFORMASI 1,3-BUTADIENA Tujuan : Untuk mendapatkan geometri yang stabil untuk setiap energi minimum dari konformer 1,3-butadiena menggunakan perhitungan semi empiris AM1. Hasil Semiempiris Sudut dihedral Sudut dihedral Panas awal (o) teroptimasi (o) pembentukan (kkal/mol) 180o 180 -966.3844 150o 165.901 -964.0675 120o 151.118 -957.1309 90o 143.647 -944.7479 60o 137.668 -925.5440 45o 122.113 -890.6731 30o 108.77 -855.2584 15o 96.9474 -817.7918 0o 86.0287 -777.1536 Gambarkan grafik panas pembentukan (sumbu y) sebagai fungsi sudut dihedral menggunakan perangkat lunak seperti Microsoft Excel. Gambarkan kurva melalui titik-titik tersebut. Berikan tanda pada grafik, posisi dari konformasi s-trans dan scis. Berikan tanda juga untuk keadaan transisi pada interkonversi dari dua bentuk tersebut. Grafik panas pembentukan VS Sudut dihedral teroptimasi (Semiempiris) 0 )l 0 o m -200 / l a k k -400 ( n a k -600 u t n e b -800 m e p s -1,000 a n a P -1,200 50 100 150 200 Sudut dihedral teroptimasi (o) Analisis dan Jawaban: 1. Konformer mana yang lebih stabil, s-trans atau s-cis ? Konformer mana yang kurang stabil ? Jelaskan Jawab: Konformer yang lebih stabil adalah S-trans, dimana S-trans memiliki energi optimasi pembentukan yang lebih kecil pada semiempiris dibandingkan dengan S-cis karena gugus karbon berada pada orientasi yang berlawanan mengakibatkan tolakan antar kedua gugus ini minimum dan tidak terjadi desakan (crowded) antar gugus fungsi/atom. Isomer cis tolakannya (tegangan sterik) lebih besar karena molekul yang besar berada pada satu sisi sehungga energinya lebih besar. 2. Dari grafik anda, tentukan perkiraan energi aktivasi dari perubahan s-cis menjadi s-trans. Jawab: Berdasarkan grafik dapat diamati , konformasi trans dengan sudut dihedral 180⁰ dan energy terendah dapat beru bah menjadi konformasi cis dengan sudut dihedral 0⁰ harus melewati intermediet (zat antara). Jadi, agar konformasi s-trans dapat berubah menjadi konformasi s-cis maka konformasi s-trans harus memiliki energy minimal senilai dengan energy yang dimiliki oleh intermediet. Energi untuk mengubah s-trans menjadi s-cis disebut energy aktivasi. Maka energy aktivasi adalah : -966.3844-(-777.1536)= -189.2308 kkal/mol. 3. Berdasarkan data Anda, apakah ada konformasi lain yang mempunyai harga energi yang berdekatan dengan konformasi s-cis ? Yang mana ? Berikan penjelasan yang mungkin untuk menjelaskan mengapa mengapa konformasi non-planar yang lain dapat mempunyai kestabilan seperti yang dimiliki oleh konformasi s-cis. Jawab: Tidak ada Hasil AB initio Sudut dihedral Sudut dihedral Panas awal (o) teroptimasi (o) pembentukan (kkal/mol) 180o 180 -97213.561983 -97213.561983 150o 167.494 -97211.006736 -97211.006736 120o 133.342 -97209.032837 -97209.032837 90o 105.87 -97205.327405 -97205.327405 60o 55.1381 -97210.012877 -97210.012877 45o 82.6302 -97194.296920 -97194.296920 30o 44.1637 -97208.283751 -97208.283751 15o 65.8283 -97177.629064 -97177.629064 0o 30.8521 -97201.649227 -97201.649227 Gambarkan grafik panas pembentukan (sumbu y) sebagai fungsi sudut dihedral menggunakan perangkat lunak seperti Microsoft Excel. Gambarkan kurva melalui titik-titik tersebut. Berikan tanda pada grafik, posisi dari konformasi s-trans dan scis. Berikan tanda juga untuk keadaan transisi pada interkonversi dari dua bentuk tersebut. Grafik panas pembentukan VS Sudut dihedral teroptimasi (AB initio) Sudut dihed dihedral ral (°) -97175 )l -97180 0 o m / l -97185 a k k ( -97190 n a -97195 k u t n -97200 e b m-97205 e P s -97210 a n a -97215 P 50 100 150 200 y -97220 Analisis dan Jawaban: 1. Konformer mana yang lebih stabil, s-trans atau s-cis ? Konformer mana yang kurang stabil ? Jelaskan Jawab: Konformer yang lebih stabil adalah S-trans, dimana S-trans memiliki energi optimasi pembentukan yang lebih kecil pada AB initio dibandingkan dengan S-cis karena gugus karbon berada pada orientasi yang berlawanan mengakibatkan tolakan antar kedua gugus ini minimum dan tidak terjadi desakan (crowded) (cr owded) antar gugus fungsi/atom. Isomer cis tolakannya (tegangan sterik) lebih besar karena molekul yang besar berada pada satu sisi sehungga s ehungga energinya lebih besar. 2. Dari grafik anda, tentukan perkiraan energi aktivasi dari perubahan s-cis menjadi s-trans. Jawab: Berdasarkan grafik dapat diamati, konformasi trans dengan sudut dihedral 180⁰ dan energy terendah dapat berubah menjadi konformasi cis dengan sudut dihedral 0⁰ harus melewati intermediet (zat (za t antara). Jadi, agar konformasi s-trans dapat berubah menjadi konformasi s-cis maka konformasi s-trans harus memiliki energy minimal senilai dengan energy yang dimiliki oleh intermediet. Energi untuk mengubah s-trans menjadi s-cis disebut energy aktivasi. Maka energy aktivasi adalah: 97213.561983-(-97201.649227 97213.561983-(-97201.649227)) = -11.912756 kkal/mol 1. Berdasarkan data Anda, apakah ada konformasi lain yang mempunyai harga energi yang berdekatan dengan konformasi s-cis? Yang mana? Berikan penjelasan yang mungkin untuk menjelaskan mengapa konformasi konformasi non-planar yang lain dapat mempunyai kestabilan seperti yang dimiliki oleh konformasi s-cis. Jawab: Tidak ada Nama : Vika Puji Cahyani NIM : 167282251004 Prodi : Pascasarjana Pendidikan kimia A LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN IV SUBSTITUSI AROMATIK ELEKTROFILIK Tujuan : Untuk membandingkan kestabilan kompleks sigma hasil dari nitrasi pada benzena tersubstitusi, dan membandingkan arah dan pengarah pengaktifan gugus menggunakan perhitungan semi empiris AM1. Hasil: Molekul Molekul parent Kompleks sigma Kompleks sigma (kkal/mol) meta (kkal/mol) para (kkal/mol) Benzena -1316.0847 -1316.0847 -1622.3407 -1604.5631 Anilin -1336.3386 -1620.1475 -1607.1133 Nitrobenzena -1336.4034 -1619.3551 -1609.7685 Ion Nitronium -11.0090 Analisis: 1. Kompleks sigma mana yang paling stabil untuk anilin ? Apakah hasil ini sesuai dengan pengaruh pengarah oleh gugus amino ? Jelaskan. J elaskan. Jawab: Kompleks pada senyawa anilin, kompleks para lebih stabil dibandingkan dengan kompleks meta. Hal ini disebabkan oleh sifat dari gugus -NH 2 yang merupakan gugus activator yang menjadi pengarah gugus para sehingga gugus lain akan masuk pada posisi para. NH2 merupakan substituen gugus aktivasi. Adanya gugus ini menyebabkan cincin benzena lebih terbuka terhadap substitusi lebih lanjut. Gugus NH 2 merupakan pengarah –o dan –p, hal ini bisa dilihat dari struktur resonansi anilin sebagai berikut : Akibat stabilisasi resonansi anilina ialah bahwa cincin menjadi negative sebagian dan sangat menarik bagi elektrofilik yang masuk. Semua posisi orto, meta, dan para pada cincin anilina teraktifkan terhadap substitusi substit usi elektrofilik, namun posisi orto, para lebih teraktifkan dari pada posisi meta. Struktur resonansi terpaparkan di atas menunjukkan bahwa posisi-posisi orto dan para mengemban muatan negative parsial, sedangkan posisi meta tidak. 2. Kompleks sigma mana yang lebih stabil untuk nitro-benzena ? Apakah hasil ini konsisten dengan pengaruh pengarah dari gugus nitro ? Jelaskan. Jawab : Secara terori nitrobenzene ataupun gugus (-NO2) merupakan gugus deactivator atau pengarah meta. Jika Ji ka dilihat dari hasil perhitungan yang ada terdapat perbedaan yang dapat disebabkan oleh perhitungan yang belum baik. Hasil konsisten karena gugus (-NO2) merupakan gugus deactivator atau pengarah meta. Deaktivasi pengarah meta terjadi disemua posisi pada cincin. Atom yang terikat pada cincin aromatik akan memberikan muatan parsial positif. Densitas elektron akan tertarik secara induktif sepanjang ikatan sigma, sehingga cincin benzena menjadi berkurang densitasnya . Benzena yang tersubstitusi dengan pengarah meta, atom substituen yang terikat pada cincin benzena tidak mempunyai pasangan elektron menyendiri dan mengemban muatan positif atau positif parsial. Masingmasing bersifat penarik elektron dan tak dapat menyumbangkan elektron secara resonansi. Masing-masing mengurangi rapatan elektron cincin dan membuatnya kurang menarik bagi elektrofil yang masuk. Suatu pengarah meta tidak mengaktifkan posisi –m terhadap substitusi elektrofilik. Pengarah –m mendeaktivasi semua posisi dalam cincin, hanya saja deaktivasi posisi –m lebih kecil daripada posisi-posisi lain. Struktur resonansi zat –zat antara yang dihasilkan oleh serangan pada berbagai posisi menunjukkan bahwa zat-zat antara –o dan –p didestabilkan oleh dekatnya dua muatan positif. Zat antara –m tidak mempunyai struktur resonansi yang terdestabilkan semacam itu. Untuk posisi –o dan –p terdapat salah satu struktur resonansinya yang muatan positifnya terletak berdampingan dengan muatan positif N dari NO 2, sehingga terjadi gaya tolak-menolak dan energi yang diperlukan untuk penstabilan besar. 3. Dengan hanya menggunakan kompleks sigma yang paling stabil, hitunglah panas reaksi untuk pembentukan setiap molekul. Tulis setiap reaksi tersebut dan berikan panas reaksinya. Jawab: untuk aniline gugus yang paling stabil adalah pengarah para sehingga panas pembentukan yang terbentuk adalah -1607.1133 kkal/mold Reaksinya adalah sebagai berikut: untuk nitrobenzene panas pembentuka yang paling stabil adalah gugus para yaitu -1609.7685 kkal/mol. Rekasinya adalah sebagai berikut: 4. Asumsikan bahwa panas reaksi relatif mencerminkan energi aktivasi relatif untuk pembentukan kompleks sigma. Hal ini sesuai dengan sifat molekul aromatis berkaitan dengan reaktivitasnya terhadap reaksi dengan ion nitronium. Apakah hasil perhitungan Anda konsisten dengan pengaruh pengaktif dan pendeaktif dari gugus amino dan nitro dalam reaksi substitusi aromatik elektro-filik ? Jawab: Hasil Perhitungan gugus amina sebagai gugus aktifasi pengarah para, konsisten dilihat dari data panas pembentukan. Hasil Perhitungan gugus nitrobenzena sebagai gugus deaktivasi pengarah meta, tidak konsisten dilihat dari data panas pembentukan. 5. Lampiran: Benzena Kompleks meta Kompleks para Anilina Kompleks meta Kompleks para Nitrobenzena Kompleks meta Kompleks para Ion Nitronium Nama : Vika Puji Cahyani NIM : 167282251004 Prodi : Pascasarjana Pendidikan kimia A LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN V KESETIMBANGAN KESETIMBANGAN KETO-ENOL Molekul Hf bentuk keto (kkal/mol) [A] Hf bentuk enol (kkal/mol) [B] Tetapan keseimbangan Keq = Aseton -934.1538 -924.3617 0.989518 2,4pentadion non ikatan hidrogen -1472.107896 2,4pentadion dengan ikatan hidrogen -1472.107896 Analisis: -1461.6573 0.992901 -1463.8013 0.994357 [] [] 1. Bentuk yang mana, keto atau enol yang lebih disukai dari molekul dikarbonil non-ikatan hidrogen? Bagaimana besarnya tetapan keseimbangan dibandingkan dengan aseton. Berikan alasan untuk perbedaan yang didapatkan dalam Keq dari dua molekul tersebut. Jawab: Pada tabel hasil diketahui bahwa terjadi perbedaan panas pembentukan pada keto dan enol yang hasilnya tersebut akan mempengaruhi kuantitas relatif dalam pembentukan cairan murni. Pada molekul dikarbonil non-ikatan hydrogen diperoleh panas pembentukan pada enol lebih kecil dibandingkan dengan keto, sehingga pada pembentukan 2,4 pentadion non ikatan hydrogen yang lebih disukai dalam bentuk enol . Tetapan kesetimbangan Keq untuk non ikatan hydrogen lebih besar dibandingkan dengan aseton, hal ini dikarenakan struktur pada 2,4 pentadion non ikatan hydrogen memiliki susunan ikatan yang sedemikian rupa yang memungkinkan terbentuknya ikatan hydrogen eksternal yang membantu menstabilkan tautomer ini, selain itu adanya ikatan hydrogen pada enol tolak menolak antara momen dipole oksigen dapat distabilkan oleh adanya ikatan hydrogen. 2. Bentuk yang mana, keto atau enol yang lebih disukai dari molekul dikarbonil berikatan hidrogen? Bagaimana hal ini jika dibandingkan dengan non-ikatan hidrogen ? Berdasar-kan hasil perhitungan, faktor apakah yang bertanggung-jawab terhadap stabilisasi bentuk enol pada 2,4-pentadion? Jelaskan secara rinci. Jawab: Pada 2.4-Pentadion diketahui bahwa panas pembentukan pada keto lebih kecil dibandingkan enol. Menurut literature 2.4-Pentadion lebih banyak ditemukan dalam bentuk enol yakni sebesar 80% enol. Dimana 2.4-Pentadion dalam bentuk enolnya sedikit lebih stabil dengan ditemukannya ikatan rangkap yang terkonjugasi. Perbedaan adanya ikatan hydrogen pada 2.4-Pentadion ditentukan pada tetapan kesetimbangan yang mana pada 2.4-Pentadion non ikatan hydrogen diperoleh Keq sebagai nilai perbandingan enol terhadap keto sebesar 0.992901 sedangkan pada 2.4-Pentadion dengan ikatan hydrogen memiliki Keq sebesar 0.994357. Dengan ini diketahui bahwa 2.4-Pentadion dengan ikatan hydrogen lebih baik dibandingkan pada 2.4-Pentadion non ikatan hydrogen ini disebabkan pada 2.4-Pentadion dengan ikatan hydrogen memiliki ikatan hydrogen eksternal yang membantu menstabilkan tautomer ini, selain itu juga dengan adanya ikatan hydrogen pada enol tolak menolak antara momen dipole oksigen dapat distabilkan oleh adanya ikatan hydrogen. 3. Seperti telah didiskusikan pada Pendahuluan, kita dapat menghitung tetapan keseimbangan jika kita mengasumsikan bahwa ∆G mendekati ∆H. ∆H. Hal ini merupakan asumsi yang dapat dipertanggungjawabkan untuk keseimbangan keto-enol dari aseton dan diketon non-ikatan hidrogen, tetapi tidak berlaku untuk diketon berikatan hidrogen. Kenapa demikian ? Jawab : Sesuai tabel percobaan aseton dan 2,4 pentadion non ikatan hydrogen memiliki kesetimbangan pada keto sedangkan pada 2,4 pentadion ikatan hydrogen memiliki kesetimbangan pada enol. Perbedaan kestabilan tersebut menyebabkan perhitungan tetapan kesetimbangan menjadi berbeda. Hal ini disebabkan oleh adanya ikatan hydrogen pada enol tolak menolak antara momen dipole oksigen dapat distabilkan oleh adanya ikatan hydrogen. Nama : Vika Puji Cahyani NIM : 167282251004 Prodi : Pascasarjana Pendidikan kimia A LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN VI DEHIDRASI 1-BUTANOL DAN STABILITAS RELATIF DARI ALKENA I. Tujuan Menentukan kestabilan relatif dari isomer. II. Hasil Isomer Energi MM+ (kkal/mol) ΔHf hitung ΔHf eksperimen 1-butena -97955.848957 -97955.848957 7955.848957 – (-97953.7118944) = 2.1370626 0.02 Cis-2-butena -97957.337579 -1.7 rans-2-butena -97956.571595 -97956.571595 -97957.337579 – (-97950.631856) = -6.705723 -97956.571595 – (-97954.139007) = -2.432588 Isomer 1-butena rgi Single Point (Kkal/Mol) rgi MM+ Teroptimasi (Kkal/Mol) -2.72 Sudut (°) 180 Cis-2butena 0 Trans-2butena 180 III. Analisis Perkirakan isomer mana yang dominan dalam campuran produk tersebut. Jika hasilnya demikian, tentukan reaksi tersebut dikontrol oleh kinetik atau termodinamik. Jawab : Berdasarkan analisis, isomer yang dominan dalam campuran produk tersebut yaitu isomer yang memiliki nilai ΔHf hitung paling kecil, yaitu isomer cis-2-butena cis-2-butena . Reaksi tersebut dikontrol oleh kinetik karena hasil perhitungan komputasi isomer memiliki nilai yang berbeda dengan hasil eksperimen. Berikut penjelasannya: B (energi teroptimasi MM+) lebih stabil secara secara termodinamika daripada C (∆G lebih rendah yaitu energi single point), tapi C terbentuk lebih cepat (∆G‡ lebih rendah) dibandingkan B. Jika tidak ada satupun reaksi yang revesibel maka C akan terbentuk lebih banyak karena terbentuk lebih cepat. Produk tersebut dikatakan terkontrol secara kinetik (kinetically controlled). Nama : Vika Puji Cahyani NIM : 167282251004 Prodi : Pascasarjana Pendidikan kimia A LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN VII PRAKTIKUM PROGRAM GAUSSIAN Jalankan hitungan energi single point pada propena dan tentukan informasi berikut dari output: 1) Berapakah orientasi standar molekul? Orientasi standar molekul molekul adalah sebagai berikut: Dalam bidang apa letak kebanyakan atom ? Berdasarkan data output Gaussian kebanyakan atom berada di bidang XY kecuali ataom H8 dan H9 2) Berapakah prediksi energi Hartree-Fock ? Berdasarkan data output adalah 117.065692097 117.065692097 Hartrees 3) Berapakah besar dan arah moment dipol untuk propena? Berdasarkan data output besar dan arah moment propena adalah 0.3045 Debye ke arah atom C Sp 3 4) Gambarkan sifat alamiah distribusi muatan prediksi? Data output : Gambar sifat alamiah distribusi muatan prediksi :
