Hasil
:
Konformasi
|
Jarak
CC
(Å)
|
Sudut CCC
(o)
|
Sudut Torsi CCCC (0)
|
Energi
(kkal/mol)
|
Kursi
|
1.54
|
109.471
|
60
|
6.459493
|
Kursi
( Teroptimisasi )
|
1.53
|
111.258
|
55.32
|
5.701884
|
Perahu
|
1.53
|
111.257
|
55.32
|
15.14316
|
Perahu
( Teroptimisasi )
|
1.54
|
113.736
|
50
|
13.04261
|
Perahu
Terpilin
|
1.54
|
109.629
|
37.11
|
16.07471
|
Perahu
Terpilin
(
Teroptimisasi )
|
1.54
|
113.823
|
31.32
|
12.29259
|
Pembahasan
:
Sikloheksana adalah
sikloalkana dengan rumus molekul C6H12, sikloalkana
merupakan alkana berstruktur lingkar. Meskipun sikloalkana merupakan
hidrokarbon jenuh, namun rumus umumnya adalah CnH2n. Hal
ini disebabkan sikloalkana kehilangan 1 atom hidrogennya jika atom C – C
membentuk cincin.
Pada percobaan ini dapat
diketahui bentuk sikloheksana yang paling stabil. Bentuk sikloheksana yang
paling stabil adalah bentuk kursi. Kestabilan dari bentuk ini dipengaruhi oleh
sudut CCC yang terbentuk pada sikloheksana bentuk kursi. Dalam percobaan, sudut
yang terbentuk adalah sebesar 109.471 dimana sudut ini merupakan sudut normal , semua proyeksi, posisi atom-atom
hidrogennya dalam keadaan stagger terhadap hidrogen tetangganya secara
sempurna. Pada bentuk kursi energi yang diperlukan juga tidak terlalu
besar, sehingga sikloheksana bentuk kursi lebih stabil. Pada bentuk perahu dan
perahu terpilin memiliki energi yang cukup besar untuk pembentukkannya, energi
ini terjadi akibat molekul didalamnya mengalami tegangan sehingga membuat sikloheksana
bentuk tersebut memiliki keadaan yang tidak stabil. Selain dari energi yang
diperlukan untuk pembentukan sikloheksana dalam bentuk kursi, perahu dan perahu
terpilin, kestabilan bentuk ini dapat dipengaruhi oleh jarak ikatan antar atom
C dan sudut torsi yang dibentuk. Dimana pada bentuk kursi memiliki panjang
ikatan 1.54, perahu 1.53 dan perahu terpilin 1.54. Dan sudut torsi yang
terbentuk pada masing – masing bentuk adalah : kursi ; 60 , perahu ; 55.32 ,
dan perahu terpilin 37.11. Panjang ikatan dan sudut torsi yang terbentuk ini
mempengaruhi energi konformer dari masing – masing bentuk. Kestabilan
(ketidakreaktifan) sikloalkana pada mulanya dijelaskan dengan “teori regangan
Baeyer” (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 (109,50)
maka molekulnya mengalami regangan. Makin besar penyimpangannya terhadap sudut
ikatan tetrahedral, molekulnya makin regang, dan berakibat molekul tersebut
makin reaktif.
Yang membedakan
konformasi sikloheksana kursi teroptimisasi , sikloheksana perahu teroptimisasi
dan sikloheksana perahu terpilin teroptimisasi adalah sudut yang dibentuk
antara atom C satu dengan atom C yang lain, sudut torsi yang dibentuk antara
atom C yang satu dengan yang lain serta energi dari setiap bentuk konformasi
sikloheksana yang berbeda. Pada konformasi sikloheksana bentuk kursi
teroptimisasi memiliki sudut sebesar 111.258° , sudut torsi sebesar 55.32° dan
energy sebesar 5.701884 kkal/mol. Sedangkan sikloheksana bentuk perahu teroptimisasi
memiliki sudut sebesar 113.736° , sudut torsi sebesar 50° dan energy sebesar
13.04261 kkal/mol. Sikloheksana bentuk perahu terpilin teroptimisasi memiliki
sudut sebesar 113.823° , sudut torsi sebesar 31.32° dan energy sebesar 12.29259
kkal/mol. Sikloheksana yang teroptimisasi cenderung akan meminimumkan energy
untuk menstabilkan bentuk geometrinya. Pada bentuk kursi jarak ikatan, dan
sudut yang terbentuk lebih kecil daripada bentuk sikloheksana yang lain namun
memiliki sudut torsi yang lebih besar daripada bentuk siklheksana yang lain.
Hal ini menyebabkan energi konformer yang diperlukan menjadi lebih kecil.
Torsi, dalam gerak rotasi, penyebab
berputarnya benda merupakan momen gaya atau torsi. Momen gaya atau torsi sama
dengan gaya pada gerak tranlasi. Momen gaya (torsi) adalah sebuah besaran yang
menyatakan besarnya gaya yang bekerja pada sebuah benda sehingga mengakibatkan
benda tersebut berotasi. Besarnya momen gaya (torsi) tergantung pada gaya yang
dikeluarkan serta jarak antara sumbu putaran dan letak gaya. Torsi dalam ilmu
fisika, diawali dari kerja Archimedes dalam lever. Informalnya, torsi dapat dipikir sebagai gaya rotasional. Analog
rotational dari gaya, masa, dan percepatan adalah torsi, momen inertia dan percepatan angular. Gaya yang bekerja pada lever, dikalikan dengan jarak dari titik
tengah lever, adalah torsi. Contohnya, gaya dari tiga newton bekerja sepanjang dua meter dari titik tengah mengeluarkan torsi yang sama dengan satu
newton bekerja sepanjang enam meter dari titik tengah. Ini menandakan bahwa
gaya dalam sebuah sudut pada sudut yang tepat kepada lever lurus.
Fungsi sudut torsi pada konformasi sikloheksana terhadap
jenis ikatan, Bila sudut rotasi (sudut torsi) 0°, 60°, 120° dan 180°, energi
molekul kalau tidak maksimum akan minimum. Struktur (konformasi) dengan sudut
torsi 0° atau 120° disebut dengan bentuk eklips, dan konformasi dengan
sudut torsi 60°atau 180° disebut bentuk staggered. Studi perubahan
struktur molecular yang diakibatkan oleh rotasi di sekitar ikatan tunggal
disebut dengan analisis konformasional. Jadi ikatan yang terbentuk oleh sudut torsi dari konformasi sikloheksana
adalah ikatan sp3 ( ikatan tunggal). Kestabilan (ketidakreaktifan)
sikloalkana pada mulanya dijelaskan dengan “teori regangan Baeyer” (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 (109,50) maka molekulnya mengalami
regangan. Makin besar penyimpangannya terhadap sudut ikatan tetrahedral,
molekulnya makin regang, dan berakibat molekul tersebut makin reaktif.
Jika ditinjau dari segi regangan cincinnya, yang dihitung
berdasarkan harga kalor pembakaran, terbukti bahwa harga regangan total cincin
yang terbesar adalah pada siklopropana, disusul dengan siklobutana, dan
siklopentana. Pada sikloheksana harganya = 0, yang sama dengan harga senyawa
rantai terbuka. Besarnya harga regangan pada siklopropana tersebut disebabkan
oleh adanya regangan sudut dan regangan sterik. Makin besar penyimpangannya
dari sudut tetrahedral, makin besar pula regangan sudutnya. Dari percobaan di
dapatkan sudut ikatan sikloheksana bentuk kursi mendekati sudut tetrahedral
yaitu sebesar 109.47. Pada sikloheksana bentuk perahu dan perahu terpilin,
memiliki sudut yang lebih besar terhadap sudut normal tetrahedral sehingga
molekulnya makin renggang dan menjadi lebih reaktif.
Pada sikloheksana
bentuk perahu lebih stabil dibandingkan s ikloheksana bentuk perahu terpilin,
dikarenakan sikloheksana dengan bentuk perahu memiliki energi yang lebih kecil
dibandingkan dengan energi dari sikloheksana bentuk perahu terpilin. Energi
yang kecil menyebabkan stabilnya konformasi skiloheksana dan relative tidak
mengubah struktur molekuler pada sedikit perubahan bentuk geometrinya. Pada
sikloheksana bentuk perahu terpilin memiliki sudut yang hampir sama dengan
sudut tetrahedral yang menyebabkan energi konformasi yang diperlukan lebih
sedikit ketimbang sikloheksana bentuk perahu.
Mekanika molekul merupakan suatu metode empiris yang digunakan untuk
menyatakan energi potensial dari molekul sebagai fungsi dari variabel geometri.
Elektron tidak dipertimbangkan secara ekplisit dan fungsi energi potensial
bergantung pada posisi inti. Fungsi energi potensial ini sama dengan pendekatan
Born-Oppenheimer yaitu didasarkan pada permukaan
energi potensial pada tingkat inti atom. Dalam hal ini gerakan elektron
dihitung sebagai rerata relatif terhadap pengaruh gerakan inti. Sistem
elektronik dimasukkan secara implisit dengan pemilihan yang tepat dari
paramater yang berasal dari data eksperimen.
Parameter yang digunakan dalam perhitungan energi diturunkan dari data base struktur yang diperoleh secara
eksperimen dan atau metode mekanika kuantum. Persamaan dan parameter yang
digunakan untuk mendefinikan potensial energi permukaan sebuah molekul dalam
mekanika molekular merujuk pada sekumpulan angka yang dinamakan medan gaya (Force
Field).
Medan gaya yang
digunakan dalam optimasi dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu medan gaya
yang:
1. Digunakan
untuk molekul kecil dengan semua atom ter-masuk hidrogen diikutkan dalam
perhitungan. Ini dinama-kan pendekatan “semua atom”
2. Untuk molekul
biologi, protein atau asam nukleat diguna-kan “hanya atom essensial”. Di sini
mayoritas atom hidro-gen dihilangkan dari struktur, dalam upaya menurunkan
waktu perhitungan. Hanya hidrogen yang diperlukan saja -yaitu hidrogen yang
terkoneksi pada heteroatom yang dinamakan hidrogen essensial- diikutkan dalam
perhi-tungan. Untuk mengkompensasi pendekatan ini, karbon diperluas dengan
jejari van der Waals yang mengakomo-dasi hilangnya hidrogen. Metode ini dikenal
dengan pende-katan “united atom”.
Berikut beberapa jenis
medan gaya yang sering digunakan dalam kimia komputasi:
MM+
- Sesuai untuk sebagian besar spesies non-biologi.
- Berdasarkan MM2 (1977) yang disusun oleh N.L.
Allinger
- Menggunakan himpunan parameter 1991.
- Akan menjadi parameter default dalam kasus
parameter MM2 tidak tersedia
AMBER
- Sesuai untuk digunakan pada polipeptida dan asam
nukleat dengan senua atom hidrogen diikutkan dalam perhitungan.
- Medan gaya AMBER force field disusun oleh
Kollman.
- OPLS
- Didesain untuk perhitungan asam nukleat dan
peptida.
- OPLS disusun oleh Jorgensen.
- Parameter interaksi tak berikatan dioptimasi dari
perhi-tungan dengan pelarut termasuk di dalamnya.
BIO+
- Dikhususkan untuk perhitungan makromolekul.
- Medan gaya CHARMM disusun oleh Karplus.
- Disusun Primarily designed to explore
macromolecules.
- Termasuk parameter CHARMM untuk perhitungan asam
amino.
