Laporan Kegiatan Kimia Komputasi "Analisis Sikloheksana"

Laporan Kegiatan “ Analisis Sikloheksana “

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 C_nH_2n. 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.