Siska Shelvia Deviani_4311413048 Bab 3 & 5 Kimia Komputasi

8/17/2019 Siska Shelvia Deviani_4311413048 Bab 3 & 5 Kimia Komputasi

1/8

NAMA : SISKA SHELVIA DEVIANI

NIM : 4311413048

PRODI : KIMIA/2013

TUGAS KOMPUTASI BAB 3

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

suatu senyawa adalah Mekanika Molekular. Persamaan mekanika molekular

dinyatakan sebagai berikut :

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

dapat dijelaskan kontribusi setiap komponen penentu besaran energy

tersebut.

JAWAB :E =energy yang berkaitan dengan konformasi tertentu dari molekul. Energy MM

ini tidak memiliki makna sebagai kuantitas tetap, hanya perbedaan energy antara

dua atau lebih konformasi yang mempunyai arti. Persamaan energy MM yaitu :

Eneri = energi rentangan + energy pembengkokan + energy torsi +energy interaksi

tak berikatan.

∑ ( 0)2

= energy rentangan ini didasarkan atas hukum Hooke,

mengontrol kemiringan dari pegas ikatan, sementara 0 adalah panjang ikatan

dalam keseimbangan, persamaan ini mengestimasi energy yang berkaitan dengan

vibrasi di sekitar panjang ikatan kesetimbangan.

∑ ( 0)2

= merupakan parameter pengontrol kemiringan pegas

sudut, sementara 0=menunjukkan sudut kesetimbangan dan persamaan ini

berkaitan dengan vibrasi di sekitar sudut ikat keseimbangan.

∑ (1 + cos( ∅) = A merupakan parameter pengontrol amplitude kurva,

parameter n mengontrol periodisitasnya, merupakan sudut torsi.


2/8

∑ ∑ −

6 +

+ ∑ ∑

= energy tak berikatan memperhitungkan tarikan,

tolakan van des waals dan interaksi elektrostatik, parameter A dan B mengontrol

kedalaman dan posisi dari sumber energy potensialnya untuk suatu pasangan

atom-atom yang berinteraksi secara bukan ikatan

b. Jelaskan kekuatan dan kelemahan metode mekanika molekul dalam

penentuan sifat senyawa.

JAWAB : Kekuatan dan kelemahan metode MM dalam menentukan sifat

senyawa

Kelebihan : mampu dalam menganalisis sifat senyawa untuk yang memiliki massa

molekul tinggi dengan perhitungan yang relative cepat.

Kekurangan : tidak akurat jika digunakan untuk memprediksikan system yangsifatnya didominasi oleh electron, misalnya keadaan transisi, polarisabilitas, dan

sifat ionisasi.

2. Kestabilan bentuk kursi dan bentuk perahu dari senyawa sikloheksana dapat

ditentukan dengan menentukan struktur yang paling stabil dari bentuk-bentuk

tersebut. Dari perhitungan mekanika molekul dengan medan gaya AMBER,

dihasilkan data energi struktur berikut:

Konformasi Energi Single point

(kkal/mol)

Energi teroptimasi

(kkal/mol)

Kursi 3,6094 3,1102

Perahu 14,3245 11,4719

a.

Mengapa energi terhitung hasil optimasi selalu lebih rendah dari energi single

point . Jelaskan apa yang terjadi pada proses optimasi.

JAWAB :

Karena energy single point berguna untuk memperoleh energi total dalam kkal mol-

1 dan gradien akar-purata-kuadrat (RMS) dalam kkal mol-1 Å-1 untuk konfigurasi saat

itu dari suatu sistem molekular atau dari atom-atom terpilih, sedankan energy dari

hasil optimasi ini komponen yang memberikan kontribusi pada energy dihitung dan

setiap perubahan geometri akan diikuti dengan perhitungan energy selanjutnya proses

ini diulangi terus sampai perubahan dalamenergi antara satu interaksi dan gerakan

selanjutnya berada dibawah harga cut-off. Harga cut-off yang umum adalah


3/8

perubahan energy dalam, antara struktur terhitung terakhir dengan struktur terakhir

kedua yang harus lebih kecil dari 0,5 kJ.

Yang terjadi pada saat proses optimasi adalah : Pada menu Compute pilihlah item

Geometry Optimization untuk membuka kotak dialog Molecular Mechanics

Optimization. Pada kotak Algorithm, tersedia lima pilihan metode algoritme (dua diantaranya tidak aktif) yang dapat digunakan oleh HyperChem untuk menghitung

geometri dengan energi potensial minimum dari suatu sistem molekular atau atom-

atom terpilih. Kelima metode itu tidak akan dibahas secara rinci dalam penuntun ini.

Untuk tujuan umum, metode Polak Ribiere merupa-kan pengoptimalisasi yang baik,

maka Anda pilih metode tersebut. Baik metode Fletcher-Reeves maupun Polak-

Ribiere melakukan serangkaian pencarian (atau siklus) satu-dimensi-onal dalam arah

gradien konjugat (negatif dari gradien saat itu).

Kotak Termination condition digunakan untuk mengeset kondisi (gradien

RMS atau siklus maksimum) untuk mengakhiri perhitungan. Kisaran praktis untuk

nilai gradien RMS ialah 10-3 – 0.1. Nilai kurang dari 10-3 tidak mungkin karena adanya

galat pembulatan numeris, sedangkan nilai lebih dari 0,1 dapat digunakan untuk

perhitungan kira-kira secara cepat. Anda gunakan nilai patokan untuk gradien RMS,

yaitu 0.1. Sementara itu, kisaran praktis untuk jumlah siklus maksimum ialah 100 –

1000. Anda gunakan pula nilai patokan-nya, yaitu 270 (15 jumlah atom dalam

sikloheksana).

Untuk perubah lainnya, Anda gunakan kondisi patokan, yakni ‘In vacuo’ aktif

dan Screen refresh period: 1 cycles. Pilihan ‘In vacuo’ berarti perhitungan dilakukantanpa kondisi batas periodik. Ini menjadi satu-satunya pilihan apabila sistem tidakdiset dalam kotak periodik. Pilihan ‘Periodic boundary conditions’ ialah kebalikan

dari ‘In vacuo’, dan hanya aktif jika Anda telah menggunakan pilihan menu Periodic

Box. Sementara itu, Screen refresh period merupakan frekuensi menunjukkan hasil

perhitungan pada ruang kerja selama siklus optimalisasi. Nilainya dapat berupa

bilangan bulat dari 1 sampai 32,767.

Setelah semua peubah untuk optimalisasi Anda set, perhitungan dapat

dilakukan dengan klik-kiri OK. Optimalisasi geometri dimulai, dan informasi tentang

proses itu ditampilkan pada baris status. Setelah beberapa waktu, proses selesai, dan pada baris status, akan tertera Energy = 1.33 dan Gradient = 0.07. Tampak bahwa

optimalisasi (peminimuman energi) menurunkan gradien dengan sangat bermakna.

Jumlah siklus ialah jumlah arah pencarian yang digunakan, sedangkan jumlah titik

ialah jumlah evaluasi energi dan gradien.


4/8

b. Struktur mana yang lebih stabil dari dua bentuk sikloheksana tersebut.

Gambarkan strukturnya. Sebe-rapa besar (kkal/mol) kestabilan bentuk yang

Saudara pilih relatif dari bentuk lainnya.

JAWAB :

Struktur kursi lebih stabil karena Jarak yang sangat dekat untuk atom-atom maka

atom-atom yang tidak berikatan akan menimbulkan apa yang disebut ‘interaksi

tiang- bendera’, yang menyebabkan kurang stabilnya konformasi perahu.

TUGAS KOMPUTASI BAB 5

3. Perhatikan data perhitungan kimia komputasi dengan program Hyperchem

menggunakan metode AM-1 tentang kestabilan termodinamik dari kesetimbangan

bentuk keto-enol berikut. Energi yang dimaksud adalah beda energi antara bentuk enol

dan keto.

a. Untuk memprediksi sifat senyawa berdasar perhitungan kimia komputasi selalu

didahului dengan proses optimasi geometri. Mengapa demikian? Apa yang

terjadi selama proses optimasi geometri? Kapan optimasi geometri dinyatakan

selesai?

b. Jika saudara mendapatkan data perhitungan dengan dua metode yang berbeda

(AM1 vs PM3) apakah Saudara dapat secara langsung membandingkan energi

yang berharga negatif lebih akurat? Jelaskan jawabannya!

c. Pada umumnya bentuk enol dari senyawa diketon lebih stabil daripada bentuk

keto. Mengapa demikian?

d. Jelaskan kaitan antara ukuran dari substituen pada atom C-3 senyawa 2,4-

pentanadion dengan pergeseran keseimbangan ke arah bentuk keto.


5/8

e. Jelaskan adanya perubahan kestabilan ekstrem yang dapat terjadi jika gugus

besar seperti finil tersubstitusi pada C-3 untuk bentuk diketo? Gambarkan

struktur senyawa tersebut berdasarkan hasil optimasi.

f. Gambarkan bentuk keto dan enol dari senyawa 3-phenyl-2,4-pentanedion

berdasarkan hasil optimasi struktur dengan program Hyperchem.

Jawab:

a. Suatu molekul harus dioptimasi terlebih dahulu 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

energy antara satu iterasi dan gerakan selanjutnya berada di bawah harga cut-off . Struktur

kemudian dikatakan telah teroptimasi. Seringkali diperlukan untuk mengoptimasi beberapa

onformasi yang berbeda sehingga didapatkan konformasi dengan energy terendah dari

molekul. Dengan demikian perlu dilakukan pengaturan kembali oleh peneliti tentang

konformasi molekul, tidak hanya berdasarkan default computer.

b. Tidak bisa, karena harus dilihat senyawa yang dianalisis. Perbedaan karakteristik dalam

penentuan metode berdasarkan beberapa hal:

Sterik

Keadaan transisi

Spesies yang bermuatan

Radikal

Senyaawa aromatis

Hipervalensi

Ikatan hidrogen

Geometri

Kedua metode tersebut menerapkan teori dasar yang sama merintis NDDO oleh Michael

Dewar sementara di University of Texas di Austin. Yang berbeda adalah bahwa

bagaimana parameter metode semi empirical guna mengganti bagian-bagian dari

pelaksanaan ab initio penuh teori Hartree Fock.Selain itu mungkin perbedaan paling

penting antara AM1 dan PM3 adalah keterlibatan peneliti dalam proses parameterisasi.

PM3 dikembangkan sebagian besar menggunakan diarahkan proses optimasi matematis


6/8

dengan bimbingan sangat berkurang dari pengetahuan kimia atau intuisi, selain itu bahwa

metode Dewar pertimbangkan penting.

Dalam AM1, 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 dalam Grup Utama) PM3

diperbolehkan semua nilai-nilai ini mengambang, menghasilkan parameter substansial

lebih.

c. Hal ini dikarenakan oksigen lebih elektronegatif daripada karbon, sehingga oksigen

membentuk energi ikatan rangkap yang lebih kuat. Ikatan 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.

4. Hasil perhitungan kimia komputasi untuk senyawa metanol dengan berbagai metode

kimia komputasi disajikan dalam tabel berikut:

a. Jelaskan fakta bahwa metode MM+ tidak mampu menentukan secara tepat

momen dipol dari metanol.

b. Jelaskan apa yang dimaksud dengan notasi himpunan basis yang terdapat pada

metode ab initio di atas (STO-2G, 3-21G, 6,31G, 6-31G*, 6-31G**)

c. Pilih himpunan basis mana yang tepat untuk penentuan sifat methanol, jelaskan

alasan saudara.

http://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronegatifhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_ikatan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Karbonilhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonilhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_ikatan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronegatifhttp://id.wikipedia.org/wiki/Oksigen


7/8

d. Apakah saudara dapat menggunakan parameter energi total (kolom-2) untuk

menentukan ketepatan metode kimia komputasi dalam penentuan sifat metanol?

Jelaskan.

e. Dengan melihat hasil perhitungan di atas, tentukan metode mana yang paling

tepat untuk menentukan sifat dari metanol. Jelaskan jawaban saudara.

Jawab:

a. Pada perhitungan momen dipol dari metanol yang digambarkan dengan hyperchem

dan dihitung dengan menggunakan MM+ tidak bisa terhitung dengan baik.

Dibuktikan dengan tidak adanya hasil perhitungan momen dipol pada struktur

metanol tersebut.

b. STO-2G

Akronim untuk kemudian S-T-O rbitals ype disimulasikan dengan 2

Gaussians ditambahkan bersama-sama. Fungsi Gaussian disesuaikan untuk

memberikan cocok sama bagusnya mungkin dengan orbital Slater. Ini adalah salah

satu alasan mengapa metode ab initio tidak tepat apa namanya: perhitungan dari

prinsip-prinsip pertama tanpa konsesi untuk diturunkan parameter empiris. STO 2G

dikenal sebagai basis set minimal, yang berarti bahwa hanya sebagai orbital sebanyakyang diperlukan untuk mengakomodasi elektron dari atom netral dan

mempertahankan simetri bola.

Dengan demikian, STO-2G hanya memiliki satu fungsi basis per hidrogen,

lima per atom dari Li ke Ne (1s, 2s, 2p 2p y, x, dan 2p z), dan enam untuk elemen baris

kedua Na - Ar (1s, 2s , 2p x, 2p y, 2p z, ). Perhatikan dimasukkannya "inti" orbital, yang

dihilangkan dalam perhitungan semi-empiris. Hanya satu yang paling cocok untuk

jenis tertentu orbital Slater adalah mungkin untuk sejumlah tertentu fungsi Gaussia.

Oleh karena itu, semua set basis STO-2G untuk setiap baris dari tabel periodik adalah

sama, kecuali untuk eksponen fungsi Gaussian. Para eksponen disajikan sebagai

faktor skala, kuadrat yang digunakan sebagai pengali dari eksponen disesuaikan

dalam fungsi aslinya Gaussian terbaik fit. Dengan cara ini, rasio eksponen tetap sama

sedangkan eksponen efektif setiap orbital dapat bervariasi. Basis STO-2G set, dan

lainnya set dasar yang minimal, biasanya cukup baik pada mereproduksi geometri

molekul organik sederhana. Namun, mereka melebih-lebihkan-karakteristik akseptor


8/8

untuk cincin kecil. Mereka gagal untuk hal-hal buruk seperti karbokation dan

karbanion.

b. 3-21G

Di sini kita menggunakan basis 3-21G diatur untuk menghitung atom karbon. Ini

berarti kita menjumlahkan 3 gaussians untuk orbital shell batin, dua gaussians untuk

STO pertama orbital valensi dan 1 gaussian untuk STO kedua. Setelah Anda

mengambil file basis set output, Anda bisa menggunakan angka ini untuk menghitung

persamaan Anda. Untuk karbon, Anda akan memerlukan tiga persamaan: orbital 1s,

2s orbital, dan 2p orbital.

c. 6-31G*

* 6-31G menambahkan polarisasi untuk semua atom, dan meningkatkan pemodelan

elektron inti. * 6-31G sering dianggap sebagai kompromi terbaik dari kecepatan dan

akurasi, dan merupakan basis set paling sering digunakan.

d. 6-31G**

Difusi fungsi untuk 6-311G **. 6-311G ** merupakan fungsi yang menambahkan

fungsi polarisasi untuk hidrogen set 6-311G * basis.

c. Himpunan basis yang tepat untuk penentuan sifat metanol adalah INDO. Hal ini

dikarenakan pada perhitungan menggunakan model INDO mendapatkan hasil akhir

yang paling baik dan mendekati hasil akhir dari eksperimen.

d.

Iya. Dengan menggunakan parameter energi total pada kolom kedua nantinya kitaakan bisa mendapatkan hasil perhitungan momen dipol, sudut ikatan dan panjang

ikatan yang paling sesuai dengan hasil eksperimen. Apabila hasil perhitungan yang

didapat 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 INDO. Hal ini

dikarenakan pada perhitungan menggunakan model INDO mendapatkan hasil akhir

yang paling baik dan mendekati hasil akhir dari eksperimen.

Documents

Siska Shelvia Deviani_4311413048 Bab 3 & 5 Kimia Komputasi