Bab 3 Dan 5 k. Komputasi

8/16/2019 Bab 3 Dan 5 k. Komputasi

1/9

Nama : Yeni Fitriana Jayanti

NIM : 4311413070

Prodi : Kimia, S1

Rombel : 002

!"#S KIMI# K$MP! #SI

%#% III M&K#NIK# M$'&K!'

1. Salah satu metode kimia komputasi yang digunakan untuk menentukan energi dari suatu

senyawa adalah Mekanika Molekul. Persamaan mekanika molekul dinyatakan sebagai

berikut

E= ∑ikatan

k b (r − r 0 )2 +∑

sudut k θ (θ − θ0 )

2 +∑torsi

A[1 +cos (nτ − ∅) ]+∑i

∑ j

− Aijr ij

6 +Bijr ij

12 +∑i

∑ j

qi q jr ij

a. Jelaskan makna masing-masing suku dalam persamaan di atas sehingga dapat dijelaskan

kontribusi setiap komponen penentu besaran energi tersebut. b. Jelaskan kekuatan dan kelemahan metode mekanika molekul dalam penentu sifat

senyawa.

Ja(ab:

a. Makna masing-masing suku dalam persamaan di atas sehingga dapat dijelaskan

kontribusi setiap komponen penentu besaran energi tersebut yaituenergi = energirentang + energi pembengkokan + energitorsi

1) &ner)i Rentan)an * Stretching energy)

r − r 0 ¿2

k b ¿ E= ∑

ikaan¿

Persamaan energi rentangan didasarkan atas Hukum Hooke. Parameter k b

mengontrol kemiringan dari pegas ikatan, r 0 adalah panjang ikatan dalam

keseimbangan persamaan ini mengikuti persamaan parabola.

2) &ner)i Pemben)+o+an (Bending Energy)


2/9

θ − θ 0 ¿2

k θ ¿ E= ∑

sudut ¿

Persamaan energi pembengkokan juga didasarkan pada Hukum Hooke. Parameter

k θ mengontrol kemiringan dari pegas ikatan, θ 0 adalah sudut keseimbangan.

Persamaan ini mengikuti persamaan parabola.

3) &ner)i or i (Torsion Energy)

1 +cos (nτ − ∅) A ¿

E= ∑torsi ¿

nergi torsi mewakili jumlah energi yang harus ditambahkan atau dikurangi dari

suku

energirentang + energi pembengkokan + energi interaksitak berikatan

Parameter ! mengontrol amplitude kur"a, parameter n mengontrol

periodisitasnya, τ adalah sudut rotasi dan ∅ adalah fasa. Parameter tersebut

ditentukan dari fitting kur"a. #entuk parameter untuk rotasi ditandai dengan $ atom

berikatan %-%-%-%, %-&-%-', H-%-%-H.

4- &ner)i a+ %eri+atan

E= ∑i

∑ j

− Aijr ij

6 +Bijr ij

12 +∑i

∑ j

q i q jr ij

nergi tak berikatan mewakili jumlah energi semua interaksi tak berikatan antara

atom i dan j . nergi tak berikatan memperhitungkan tarikan, tolakan "an der

(aals dan interaksi elektrostatik. Parameter ! dan # mengontrol kedalaman dan

posisi )jarak antar atom* dari semua sumber energi potensialnya untuk suatu pasangan

atom-atom yang berinteraksi se+ara bukan ikatan )misalnya % %, & %, & H*.


3/9

menyatakan derajat stickiness dari tarikam "an der (aals dan # menentukan derajat

hardness dari atom.

b. ekuatan metode mekanika molekul dalam penentu sifat senyawa antara lain sebagai

berikut1* Memungkinkan untuk menerapkan dalamdocking protein, pen+arian energi

konformasi, dan dinamika molekul yang membutuhkan e"aluasi energi yang sangat

banyak.* /apat mendeskripsikan struktur dan sifat-sifat molekul yang tersusun atas ribuan

molekul.0* Memiliki ke+epatan komputasi yang tinggi.

Sedangkan kekurangan metode mekanika molekul dalam penentu sifat senyawa antara

lain

1* Hanya mendeskripsikan struktur dan sifat molekul dalam lingkungan "akum atau

berada dalam pelarut.* Hanya mendeskripsikan struktur dan sifat molekul dalam keadaan dasar.

0* Hanya mendeskripsikan sifat termodinamika dan kinetika )melalui dinamika

molekul*.$* Hanya mendeskripsikan struktur dan sifat molekul untuk molekul organik,

oligonukleotida, peptida, dan disakarida.

. estabilan bentuk kursi dan bentuk perahu dari senyawa sikloheksana dapat ditentukandengan menentukan struktur yang paling stabil dari bentuk-bentuk tersebut. /ari perhitungan

mekanika molekul dengan medan gaya !M# dihasilkan data energi struktur berikut.

onformasi nergi single point )kkal2mol* nergi temperatur )kkal2mol*ursi 0,345$ 0,114

Perahu 1$,0 $6 11,$715a. Mengapa energi terhitung hasil optimasi selalu lebih rendah dari energi single point .

Jelaskan apa yang terjadi pada proses optimasi. b. Struktur mana yang lebih stabil dari dua bentuk sikloheksana tersebut. 8ambarkan

strukturnya. Seberapa besar )kkal2mol* kestabilan bentuk yang saudara pilih relatif dari

bentuk lainnya.

Ja(ab:

a. nergi terhitung hasil optimasi selalu lebih rendah dari energi single point karena dalam

perhitungan energi single point hanya dilakukan perhitungan dari struktur yang semula


4/9

tanpa dilakukan optimasi. Sedangkan untuk perhitungan optimal dilakukan perhitungan

se+ara intertif yang mana perhitungan ini sesuai dengan struktur yang paling stabil. Selain

itu juga disebabkan pada energi teroptimal terjadi tolakan oleh atom hidrogen aksial.

Perbedaan jarak yang makin bertambah dari perhitungan energi single point ke energi

optimal dapat disebabkan oleh tolakan dari hidrogen aksial itu sendiri sehingga untuk

mendapatkan struktur yang stabil jarak antara atom hidrogen ini harus makin menjauh

sehingga tidak terjadi kenaikan energi struktur konformasi. b. Struktur yang lebih dari dua bentuk sikloheksana yaitu sikloheksana konformasi kursi.

Pada sikloheksana konformasi kursi, jarak ikatan, sudut dihedral dan sudut torsi yang

berbeda sehingga menyebabkan konformasinya memiliki kestabilan yang berbeda.

/engan menggunakan perhitungan medan gaya !M# maka didapatkan konformasi

kursi yang paling stabil, memiliki energi yang paling rendah sehingga menghasilkanstruktur sikloheksana yang paling stabil. Struktur sikloheksana ditunjukkan pada 8ambar

1.

onformasi ursi onformasi Perahu

8ambar 1. Struktur Sikloheksana


5/9

!"#S KIMI# K$MP! #SI

%#% . KIMI# K!#N !M S&MI&MPIRIS

0. Perhatikan data perhitungan kimia komputasi dengan program Hyper%hem menggunakan

metode !M-1 tentang kestabilan termodinamika dari kesetimbangan bentuk keto-enol berikut. nergi yang dimaksud adalah beda energi antara bentuk enol dan keto.

Senyawa nergi,$-pentanadion -0.03

0-metil- ,$-pentanadion -0. 70-etil- ,$-pentanadion -1. 6

0-propil- ,$-pentanadion -1.00-n-butil- ,$-pentanadion -1.030-t-butil- ,$-pentanadion 91 .$$0-fenil- ,$-pentanadion 917.51

a. :ntuk memprediksi sifat senyawa berdasar perhitungan kimia komputasi selalu didahuluidengan proses optimasi geometri. Mengapa demikian; !pa yang terjadi selama proses

optimisasi geometri; apan optimasi geometri dinyatakan selesai; b. Jika saudara mendapatkan data perhitungan dengan dua metode yang berbeda )!M1 "s

PM0* apakah saudara dapat se+ara langsung membandingkan energi hasil perhitungan

tersebut dan menyimpulkan bahwa yang berharga negatif lebih akurat; Jelaskan jawaban

saudara.+. Pada umumnya bentuk enol dari senyawa diketon lebih stabil daripada bentuk keto.

Mengapa demikian;d. Jelaskan kaitan antara ukuran dari substituen pada %-0 senyawa ,$-pentanadion dengan

pergeseran keseimbangan ke arah bentuk keto.e. Jelaskan adanya perubahan kestabilan ekstrem yang dapat terjadi jika gugus yang besar

)seperti fenil* tersubstitusi pada %-0 untuk bentuk diketo; 8ambarkan struktur senyawa

tersebut berdasarkan hasil optimasi.


6/9

f. 8ambarkan bentuk keto dan enol dari senyawa 0-fenil- ,$-pentanedion berdasarkan hasil

optimasi struktur dengan program Hyper%hem.

Ja(ab:

a. Suatu molekul harus dioptimasi terlebih dahulu sebelum digunakan untuk memprediksi

sifat senyawa berdasarkan perhitungan kimia komputasi agar memberi kedekatan dengan

sifat molekuler yang dihasilkan dari perhitungan eksperimental. Selama proses optimasi

komponen yang memberikan kontribusi pada energi dihitung. Setiap perubahan geometri

akan diikuti dengan perhitungan energi. Proses ini diulangi terus sampai perubahan dalam

energi antara satu iterasi dan gerakan selanjutnya berada di bawah hargacut-off ,

selanjutnya struktur dikatakan telah teroptimasi. Seringkali diperlukan untuk

mengoptimasi beberapa konformasi yang berbeda sehingga didapatkan konformasi

dengan energi terendah dari molekul. /engan demikian perlu dilakukan pengaturankembali oleh peneliti tentang konformasi molekul, tidak hanya berdasarkandefault

komputer. b. Jika mendapatkan data perhitungan dengan dua metode yang berbeda )!M1 "s PM0*

maka tidak dapat se+ara langsung membandingkan energi hasil perhitungan tersebut dan

menyimpulkan bahwa yang berharga negatif lebih akurat. Hal ini dikarenakan dalam

perhitungan harus dilihat senyawa yang dianalisis. Perbedaan karakteristik dalam

penentuan metode berdasarkan beberapa hal misalnya sterik, keadaan transisi, spesies

yang bermuatan, radikal, senyaawa aromatis, hiper"alensi, ikatan hidrogen, dan geometri.

edua metode tersebut menerapkan teori dasar yang sama merintis '//& oleh Mi+hael

/ewar sementara di :ni"ersity of ang berbeda adalah bahwa

bagaimana parameter metode semi empiris guna mengganti bagian-bagian dari

pelaksanaan ab initio penuh teori Hartree ?o+k. Selain itu mungkin perbedaan paling

penting antara !M1 dan PM0 adalah keterlibatan peneliti dalam proses parameterisasi.

PM0 dikembangkan sebagian besar menggunakan diarahkan proses optimasi matematis

dengan bimbingan sangat berkurang dari pengetahuan kimia atau intuisi, selain itu bahwametode /ewar pertimbangkan penting. /alam !M1, sejumlah besar nilai digunakan dari

spektroskopi untuk beberapa pusat satu-syarat dan yang lainnya parameter diperoleh

dengan nilai-nilai ini tetap. )Hal ini dimungkinkan hanya untuk unsur yang lebih ringan


7/9

dalam 8rup :tama* PM0 diperbolehkan semua nilai-nilai ini mengambang,

menghasilkan parameter substansial lebih.+. Pada umumnya bentuk enol dari senyawa diketon lebih stabil daripada bentuk keto. Hal

ini dikarenakan oksigen lebih elektronegatif daripada karbon, sehingga oksigen

membentuk energi ikatan rangkap yang lebih kuat. @katan ganda karbon-oksigen)karbonil* lebih kuat dua kali lipat daripada ikatan tunggal karbon-oksigen, namun ikatan

ganda karbon-karbon lebih lemah daripada dua ikatan tunggal karbon-karbon.$. Hasil perhitungan kimia komputasi untuk senyawa metanol dengan beberapa metode kimia

komputasi disajikan dalam tabel berikut.

Metode nergi total

)kkal2mol*

Momen dipol

)/*

Panjang %-&

)A*

Panjang &-H

)A*

Sudut %&H

)4*MM9 4,434$05 1,435 1,$41$ 4,5$ 11$ 147,$1

!M-1 -113 ,B5 1,3 1 1,$14$3 4,53$11 147,131S


8/9

!kronim untuk kemudian S-


9/9

3-018CC merupakan fungsi yang menambahkan fungsi polarisasi untuk hidrogen

basis set 3-018C.+. Himpunan basis yang tepat untuk penentuan sifat metanol adalah @'/&. Hal ini

dikarenakan pada perhitungan menggunakan model @'/& mendapatkan hasil akhir yang

paling baik dan mendekati hasil akhir dari eksperimen.d. Parameter energi total )kolom ke- * dapat digunakan untuk menentukan ketepatan metode

kimia komputasi dalam penentuan sifat methanol. Hal ini dikarenakan dengan

menggunakan parameter energi total pada kolom kedua nantinya kita akan bisa

mendapatkan hasil perhitungan momen dipol, sudut ikatan dan panjang ikatan yang paling

sesuai dengan hasil eksperimen. !pabila hasil perhitungan yang diperoleh mendekati hasil

dari hasil eksperimen maka dapat diambil kesimpulan bahwa metode yang digunakan

untuk menghitung merupakan metode yang paling tepat dalam penentuan sifat dari

senyawa metanol.e. Metode yang paling tepat untuk penentuan sifat metanol adalah @'/&. Hal ini

dikarenakan pada perhitungan menggunakan model @'/& diperoleh hasil akhir yang

paling baik dan mendekati hasil akhir dari eksperimen.

Documents

Bab 3 Dan 5 k. Komputasi