ANALISA DENGAN HYPERCHEM

Analisa dengan Hyperchem (Analisis Konformasi Menthol)

Tujuan

·         Menentukan kestabilan senyawa turunan sikloheksana atas dasar konformasi dari substituen

Latar Belakang

            Hampir di semua buku teks kimia organik, pembahasan kestabilan konformasi sikloheksana tersubstitusi dilihat dari sudut energi. Untuk sikloheksana dengan substituen yang berukuran hampir sama, konformasi yang disukai adalah yang substituen lebih besar berada pada posisi ekuatorial dibandingkan dengan yang berposisi aksial. Dari dua konformasi mentol, Anda dapat memprediksikan kestabilan senyawa tidak hanya berdasarkan energi system, tetapi juga dapat dilihat dari spektra NMR-nya.

           

aksial                                                         ekuatorial

Prosedur

Gambar senyawa mentol dengan model seperti di atas dengan program ChemDraw, lakukan analisis senyawa tersebut untuk spektra 1H NMR. Gambar senyawa mentol seperti yang ada di atas. Kemudian klik estimate dan pilih 1H NMR Shifts. Anda akan mendapatkan spektra senyawa seperti terlampir. Perlu Anda ingat bahwa ChemDraw tidak melakukan optimasi struktur sebelum prediksi spektrum.

Analisa Dengan Hyperchem (Interaksi Eter Mahkota dengan Suatu Ion)

Tujuan

Mendapatkan informasi struktur molekul beberapa eter mahkota tersubtitusi untuk senyawa eter 15-mahkota-5 dan interaksinya dengan ion Na⁺ secara teoritis dengan menggunakan perhitungan kimia komputasi metode semiempiris.

Latar Belakang

Selektivitas eter mahkota terhadap suatu ion bergantung pada beberapa factor antara lain kesesuaian jari-jari ion logam dengan diameter rongga/kavitas eter mahkota, kemudian eter mahkota untuk mengatur ulang konformasinya untuk dapat mengikat ion logam dengan kuat, dam juga pada pengaruh substituen dalam meningkatkan kepadatan electron pada atom oksigen eter mahkota sehingga akan menaikkan kemampuan eter mahkota dalam mengikat ion logam.

Secara eksperimental telah diketahui bahwa selektivitas eter mahkota dalam mengikat ion logam sangat bergantung pada kesesuaian jejari ion logam dengan diameter rongga eter mahkota. Hal ini mudah dipahami dari fakta bahwa ion logam yang jejarinya jauh lebih kecil dari rongga eter mahkota akan menyulitkan terjadinya ikatan yang kuat karena ion akan mudah lepas, sementara jika jejari ion jauh lebih besar dari kavitas eter mahkota, ion tidak dapat memasuki rongga. Untuk kasus yang terakhir ini, eter mahkota masih dapat mengikat ion logam tersebut dengan membentuk sandwhich, yaitu dua eter mahkota menjepit ion logam

Ukuran substituen juga akan dapat mempengaruhi kemampuan eter mahkota dalam mengikat ion logam melalui perubahan konfromasi eter mahkota. Substituen yang meruah akan dapat mengubah bentuk eter mahkota dan sekaligus juga akan mengubah diameter kavitas dari eter mahkota. Jika perubahan ini mempermudah eter mahkota dalam mengikat suatu ion tertentu akan dapat dilihat perubahan selektivitas dari eter mahkota dalam mengikat suatu ion tertentu maka dapat dilihat perubahan selektivitas dari eter mahkota tersubstitusi ini.

Substituen yang bersifat donor elektron akan cenderung menggeser kepadatan elektron ke arah atom oksigen eter mahkota sehingga akan meningkatkan kemampuan eter mahkota untuk mengikat logam. Geseran elektron ini dapat disebabkan karena adanya pengaruh induksi positif (+I), maupun oleh adanya pengaruh mesomeri (+M) yaitu jika substituen dapat menggeser kepadatan elektron dengan terjadinnya delokalisasi elektron.

Prosedur

a)      Optimasi struktur eter mahkota

1.      Gambarkan struktur senyawa dalam bentuk 3D menggunakan program HyperChem.

2.      Optimasi struktur eter mahkota untuk mendapatkan konformasi struktur yang paling stabil menggunakan metode semiempiris MNDO/d dengan batas konvergensi sampai gradien 0,001 kkal/mol.

Struktur eter mahkota yang akan diteliti antara lain:

^b)        Interaksi eter mahkota dengan kation logam Na⁺

Struktur eter mahkota yang telah dioptimasi diinteraksikan dengan ion logam alkali Na⁺. Ion logam diletakkan pada posisi tengah kavitas eter mahkota dan selanjutnya dilakukan optimasi struktur sampai didapatkan kompleks ion-eter  mahkota yang paling stabil. Analisis tentang panjang ikatan, sudut ikatan, sudut dihedral dan besaran termokimia dilakukan dengan data perhitungan kimia komputasi.

c)      Menentukan energi interaksi kation dengan eter mahkota dengan persamaan:

∆E_{inti reaksi} = E_{kation-eter mahkota} – E_kation – E _{eter mahkota}

E_kation diperoleh dengan melekukan perhitungan energi single point Na⁺, sedangkan E_{eter mahkota} diperoleh dengan membuka kompleks Na-eter mahkota, hilangkan atom Na, sesuaikan muatan sistem ke nol, dan lakukan perhitungan energi single point terhadap struktur eter mahkota. Hitung semua interaksi semua eter mahkota tersubstitusi dengan ion Na⁺.

  

LAPORAN PRAKTIKUM PERCOBAAN XVIII

INTERAKSI ETER MAHKOTA DENGAN SUATU ION

Hasil

Lengkapilah tabel berikut ini dan gambarkan grafik antar jenis substituen dengan energi interaksi.

Substituen	Ekompleks	Eeter mahkota	ENa+	Einteraksi
-H
-OCH3
-OH
-CH3
-CH=CHCOOH
-CHO
-COOH

Analisis

1.      Jelaskan kaitan antara besarnya energi interaksi dengan jenis substituen ditinjau dari efek penarik dan pemberi elektron!

2.      Perhatikan muatan atom netto Na⁺ dalam sistem kompleks, apakah terjadi fenomena pergeseran muatan? Bagaimana data ini menjelaskan sifat dari interaksi kation logam dengan eter mahkota?

3.      Bagaimana saudara mendapatkan informasi tentang kesesuaian jejari ion dengan kavitas eter mahkota?

4.      Perhatikan muatan atom oksigen dari eter mahkota sebelum dan sesudah ditambahkan substituen. Apakah secara nyata ada penambahan muatan oksigen setelah penambahan substituen yang bersifat pemberi elektron.

5.      Buatlah grafik antara muatan atom oksigen eter mahkota setelah eter mahkota mengikat ion Na⁺. Berikan penjelasan tentang kaitan muatan atom oksigen dengan pengaruh gugus pemberi dan penerima elektron! 

Analisa dengan Hyperchem (Gaya Antar Molekul pada Asam Karboksilat)

Tujuan

Memahami terjadinya ikatan antar molekul dalam dimmer asam karboksilat yang berbentuk ikatan hidrogen.

Latar Belakang

            Asam karboksilat rantai pendek pada umumnya mempunyai sifat sebagai cairan dengan titik didih yang tinggi. Hal ini disebabkan terjadinya ikatan hidrogen dari dua unit asam karboksilat sehingga asam karboksilat berada dalam bentuk dimmer. Kekuatan ikatan hidrogen ini akan sangat tergantung pada bentuk konformasi dimmer asam karboksilat. Untuk mengenal kemungkinan terjadinya ikatan hidrogen dalam dimmer asam karboksilat, dapat dilakukan pemodelan interaksi berdasarkan kemungkinan konformasi yang terbentuk antar asam karboksilat. Energi interaksi yang berharga paling negatif akan menunjukkan kekuatan ikatan hidrogen yang besar.

            Energi interaksi antar molekul dapat dihitung berdasarkan prinsip supermolekul, artinya energi interaksi (E_interaksi) dihitung dari selisih energi antara energi kompleks E_AB dengan energi masing-masing monomer (E_A dan E_B).

E_interaksi = E_AB – E_A – E_B

Prosedur

1.      Gambarkan senyawa karboksilat dalam bentuk dimmer dengan berbagai bentuk konformasi (1, 2 dan 3). Atur agar jarak antara atom H dari gugus hidroksi dengan atom O karbonil mempunyai jarak sekitar 2 Å. Anda dapat menggunakan fungsi Ctrl+anak panah atau Ctrl+Shift+anak panah untuk mengatur posisi dua senyawa karboksilat tersebut.

2.      Gunakan metode semiempiris (semi-empirical) AM1 pada menu Setup, lalu optimasi struktur dimmer karboksilat. Untuk melihat apakah struktur dimmer teroptimasi dapat melakukan ikatan hidrogen, pilih recompute H bond pada menu Display. Ikatan hidrogen akan ditandai dengan garis putus-putus pada atom H dari gugus hidroksil dengan atom O karbonil.

3.      Untuk melakukan perhitungan energi interaksi (ΔE_dimer), gunakan rumusan

      ΔE_dimer  = E_kompleks – E_kar1 – E_kar2

        E_kompleks  = energi hasil optimasi dimmer karboksilat

      E_kar1  =  energi monomer karboksilat (1)

      E_kar2 = energi monomer karboksilat (2)

      Cara mencari  adalah dengan menghilangkan senyawa monomer karboksilat (2) (ingat : pada bentuk dimmer yang telah dioptimasi) dan melakukan perhitungan energi single point.  Diperoleh dengan menghilangkan monomer karboksilat (1) dan melakukan energi single point.

4.      Lakukan hal yang sama dengan menggunakan metode mekanika molekular MM+.

Metode	Dimer	Ekompleks	Ekar1	Ekar2	ΔEdimer
AM1	I	- 1551,1	- 772,28	- 772,28	- 6,62
	II	- 1547,6	- 772,3	- 772,3	- 2,4
	III	- 1551,3	- 772,3	- 772,3	- 6,7
MM+	I	- 15,39	- 6,007	- 6,001	- 3,382
	II	- 6,78	- 5,98	- 0,44	- 0,36
	III	- 12,8	- 6,01	- 5,55	- 1,24

Analisis