LAPORAN PRAKTIKUM

PENERAPAN PROGRAM HYPERCHEM PADA SENYAWA ASAM KARBOKSILAT DENGAN

MENGGUNAKAN METODE SEMI EMPIRIS AM1

dibuat untuk memenuhi salah satu tugas matakuliah Kimia Komputasi

Dosen Pengasuh: Dr. Faidur Rohman, M.S.

Disusun Oleh: RATNO BUDIYANTO (NIM. 081424253001)

PROGRAM MAGISTER KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA

2015

A. JUDUL : Penerapan program Hyperchem pada senyawa asam karboksilat dengan

menggunakan metode semi empiris AM1

B. TUJUAN : Untuk mengetahui besarnya jumlah energi, panjang ikatan dan sudut ikatan

dari beberapa golongan senyawa asam karboksilat dengan menggunakan

metode semi empiris AM1

C. DASAR TEORI

I. Metode Semi Empiris

Metode semiempiris dibedakan atas dasar pendekatan parameterisasi data

eksperimen dan penyederhanaan perhitungan integral dalam prosedur SCF. Pada

umumnya metode ini baik cukup baik dalam memprediksi sifat molekul. Untuk

keperluan khusus, seperti analisis spektra, harus dilakukan pemilihan metode

semiempiris yang parameterisasinya dida-sarkan pada data spektroskopi.

Metode semiempiris diparameterisasi berdasar pada sifat khas dari kumpulan

molekul yang mempunyai kesamaan sifat. Penerapan parameter ini dalam

perhitungan senyawa yang sejenis dengan kelompok senyawa yang dipakai

menyusun parameter akan tinggi kebenarannya, tetapi untuk senyawa yang jauh

berbeda, maka realibilitasnya rendah. Dalam kasus demikian, metode ab initio

dengan tingkat yang rendah pun -himpunan basis yang kecil- masih berdaya guna

dan lebih luas aplikasinya.

Untuk struktur molekul dan panas pembentukan dari molekul dengan sistem

tertutup, MNDO, AM1 dan PM3 cukup baik, tapi secara umum AM1 dan PM3 lebih

disukai. Kesalahan mutlak dari panjang ikatan dengan menggunakan metode PM3

sebesar 0,036 dan sedikit lebih besar untuk AM1 dan MNDO. Kesalahan pada

sudut ikatan adalah 3 sampai 4 derajat, angka ini masih lebih besar dibandingkan

dengan hasil perhitungan ab initio, tentu dengan waktu perhitungan yang lebih lama.

Berikut merupakan Geometri MNDO, AM1 dan PM3 yang disajikan dengan tabel

berikut ini :

Tabel 1. Kemampuan beberapa metode semiempiris dalam analisis geometri

molekul

Metode Kesalahan

Panjang ikatan () Sudut ikat (o) Dihedral (o)

MNDO 0,054 4,3 21,6

AM1 0,050 3,3 12,5

PM3 0,036 3,9 14,9

II. Asam Karboksilat

Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana. Asam

cuka memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk

CH3COOH,. Asam asetat murni (asam asetat glasial) adalah cairan higroskopis tak

berwarna, dan memiliki titik beku 16.7C,titik didih 117,90C.

Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah, artinya hanya

terdisosiasi sebagian menjadi ion H+

dan CH3COO

Semiempirical perhitungan ditetapkan dengan struktur umum yang sama

sebagai perhitungan HF. Dalam kerangka ini, potongan informasi tertentu, seperti

dua integral elektron, yang didekati atau sama sekali dihilangkan. Dalam rangka

untuk mengoreksi kesalahan diperkenalkan dengan menghilangkan bagian dari

perhitungan, metode ini parameter, dengan melakukan suaian kurva dalam beberapa

parameter atau nomor, untuk memberikan kesepakatan yang terbaik dengan data

eksperimen.Sisi baik dari perhitungan semiempirical adalah bahwa mereka jauh lebih

cepat daripada perhitungan ab initio.

Jika molekul terlalu besar untuk secara efektif menggunakan pengobatan

semiempirical, masih mungkin untuk model perilaku itu dengan menghindari

mekanika kuantum benar-benar. Metode disebut sebagai mekanika molekul

membentuk ekspresi aljabar sederhana untuk energi total senyawa, tanpa keharusan

untuk menghitung fungsi gelombang atau kepadatan total elektron. Ekspresi energi

terdiri dari persamaan klasik sederhana, seperti persamaan osilator harmonik dalam

rangka untuk menggambarkan energi yang berkaitan dengan ikatan peregangan,

membungkuk, rotasi dan gaya antarmolekul, seperti interaksi van der Waals dan

ikatan hidrogen. Semua konstanta dalam persamaan ini harus diperoleh dari data

percobaan atau perhitungan ab initio. Istilah Ab initio adalah bahasa latin untuk

dari awal. Nama ini diberikan kepada perhitungan yang berasal langsung dari

prinsip-prinsip teoritis, tanpa masuknya data eksperimen. Sebagian besar saat ini

adalah mengacu ke perhitungan perkiraan kuantum mekanik. Perkiraan yang dibuat

biasanya perkiraan matematika, seperti menggunakan bentuk fungsional sederhana

untuk fungsi atau mendapatkan solusi perkiraan untuk sebuah persamaan diferensial.

D. PROSEDUR KERJA

1. Pilih menu build dan selanjutnya default element, maka aka muncul daftar unsur

dalam bentuk tabel periodik. Kemudian pilih default element (C),

2. Gambar rantai atom Carbon homolog (yaitu dari atom C1 sampai dengan C10).

Kemudian tambahka atom O pada atom C homolog sesuai dengan senyawa yang

akan dibuat (dalam hal ini asam karboksilat),

3. Pilih menu build dan selanjutnya add H dan model build, maka akan diperoleh

konfirmasi asam karboksilat,

4. Mengukur sifat struktur dari asam sebelum dilakukan dan setelah dilakukan optimasi

geometri dengan cara pilih menu select atau level pilihan pada atom dan hidrogen

fungsi multiple selection,

5. Pilih beberapa ikatan dan sudut yang akan dianalisis,

6. Buka menu setup, pilih Semi Empirical, akan muncul kotak dialog Semi Empirical

Method, pilih AM1. Buka option, pastikan Total charge = 0 dan spin multiplicity = 1,

Spin Pairing = RHF,

7. Buka menu file, pilih Start log, beri nama File Nama (Asam karboksilat), OK,

8. Buka menu compute, pilih geometry Optimization, akan muncul kotak dialog Semi

Empirical Optimization, pada kotak options, masukkan nilai RMS gradient = 0.001

Kcal/(Amol) or 600 maximum cycle, kemudian click OK,

9. Hyperchem akan memulai proses optimasi, nilai energi, gradient dan ke konversian

dapat dilihat pada status bar. Jika kriteria konvergensi yang diberikan telah tercapi

akan muncul Converged = YES pada status bar,

10. Catat energi yang diperoleh setelah dilakukan optimasi dan ukur juga panjang ikatan

serta sudut ikatan yang terbentuk,

11. Gambar bentuk molekul batang dari asam karboksilat tersebut.

E. HASIL DAN PEMBAHASAN

I. Hasil

1. Asam Etanoat CH3COOH

Kea

daa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

- 7

68

.40

61

03

Kca

l/m

ol

3 2 4 O = C1 O 120 H O : 0.96

-77

2.4

13

0

Kca

l/m

ol

3 2 4 O = C1 O 116.531 H O : 0.9713

8 4 2 C1 O H1 109.471 O C : 1.36 8 4 2 C1 O H1 109.753 O C : 1.364

2 1 5 C 1 C 2 H2 109.471 C = O : 1.22 2 1 5 C 1 C 2 H2 110.959 C = O : 1.2344

6 1 5 H2 C2 H3 109.471 C C : 1.52 6 1 5 H2 C2 H3 109.511 C C : 1.4861

C H : 1.09 C H : 1.1167

2. Asam Propanoat CH3CH2COOH

Kea

daa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

(A)

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan yang

dihasilkan

(o)

Panjang ikatan

yang dihasilkan

(A)

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

-10

48

.24

306

7

Kca

l/m

ol

11 5 3 H O C 109.471 H O : 0.96

-10

53

.05

96

Kca

l/m

ol

11 5 3 H O C 109.477 H O : 0.9713

4 3 5 O = C O 120 O C : 1.36 4 3 5 O = C O 116.284 O C : 1.3632

9 2 1 H C C 109.471 C = O : 1.22 9 2 1 H C C 110.425 C = O : 1.2354

7 1 6 H C H 109.471 C C : 1.52 7 1 6 H C H 108.89 C C : 1.438

C H : 1.09

C H : 1.1241

C C : 1.5053

C H : 1.1165

C H : 1.117

3. Asam Butanoat CH3(CH2)2COOH

Kea

daa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

-13

10

,82

399

3

Kca

l/m

ol

5 4 6 H O C 109.471 H O : 0.96

-13

35

.11

23

Kca

l/m

ol

5 4 6 H O C 109.478 H O : 0.97167

14 6 4 O = C O 120 O C : 1.36 14 6 4 O = C O 116.247 O C : 1.3633

4 3 12 O = C C 120 O = C : 1.22 4 3 12 O = C C 127.923 O = C : 1.2354

4 3 2 C C H 109.471 C C : 1.52 4 3 2 C C H 107.4 C C : 1.4931

10 2 1 H C C 109.471 H C : 1.09 10 2 1 H C C 110.335 H C : 1.1239

8 1 7 C C H 109.471 C C : 1.54 8 1 7 C C H 109.536 C C : 1.5122

H C C 109.471 H C : 1.09 11 2 1 H C C 109.628 H C : 1.122

H C C 109.471 C C : 1.54 9 1 8 H C C 108.442 C C : 1.5139

4. Asam Pentanoat CH3(CH2)3COOH

Kea

daa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

-15

86

.63

63

60

Kca

l/m

ol

17 7 5 H O C 109.471 H O : 0.96

-16

17

.04

92

Kca

l/m

ol

17 7 5 H O C 109.478 H O : 0.97167

6 5 7 O = C O 120 O C : 1.36 6 5 7 O = C O 116.247 O C : 1.3633

6 5 4 O = C C 120 O = C : 1.22 6 5 4 O = C C 127.923 O = C : 1.2354

5 4 15 C C H 109.471 C C : 1.52 5 4 15 C C H 107.4 C C : 1.4931

15 4 3 H C C 109.471 H C : 1.09 15 4 3 H C C 110.335 H C : 1.1239

4 3 13 C C H 109.471 C C : 1.54 4 3 13 C C H 109.536 C C : 1.5122

11 2 1 H C C 109.471 H C : 1.09 11 2 1 H C C 109.628 H C : 1.122

9 1 8 H C C 109.471 C C : 1.54 9 1 8 H C C 108.442 C C : 1.5139

5. Asam Kaproat CH3(CH2)4COOH

Kea

daa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

-18

71

.04

84

66

Kca

l/m

ol

7 6 8 O = C O 120 H O : 0.96

-18

99

.03

17

Kca

l/m

ol

7 6 8 O = C O 116.246 H O : 0.97168

20 8 6 H O C 109.471 O C : 1.36 20 8 6 H O C 109.477 O C : 1.3633

6 5 18 C C H 109.471 O = C : 1.22 6 5 18 C C H 107.403 O = C : 1.2354

6 5 4 C C C 109.471 C C : 1.52 6 5 4 C C C 113.607 C C : 1.4931

16 4 3 H C C 109.471 H C : 1.09 16 4 3 H C C 110.023 H C : 1.1239

14 3 2 H C C 109.471 C C : 1.54 14 3 2 H C C 109.533 C C : 1.5122

12 2 1 H C C 109.471 H C : 1.09 12 2 1 H C C 109.66 H C : 1.122

10 1 9 H C H 109.471 C C : 1.54 10 1 9 H C H 108.405 C C : 1.5135

6. Asam Heptanoat CH3(CH2)5COOH

Kea

daa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

21

72.2

6308

3

Kca

l/m

ol

23 6 7 H O C 109.471 H O : 0.36

21

81.0

071

Kca

l/m

ol

23 6 7 H O C 109.478 H O : 0.97168

8 7 9 O = C H 120 O C : 1.36 8 7 9 O = C H 116.247 O C : 1.3633

8 7 6 O = C C 120 O = C : 1.22 8 7 6 O = C C 127.923 O = C : 1.2354

7 6 21 C C H 109.471 C1 C2 : 1.52 7 6 21 C C H 107.403 C1 C2: 1.4931

21 6 5 H C C 109.471 C2 C3 : 1.54 21 6 5 H C C 110.334

C2 C3: 1.5123

6 5 4 C C C 109.471 C3 C4 : 1.54 6 5 4 C C C 110.847 C3 C4: 1.5136

19 5 4 H C C 109.471 C4 C5 : 1.54 19 5 4 H C C 110.02 C4 C5: 1.5137

17 4 3 H C C 109.471 C5 C6 : 1.54 17 4 3 H C C 109.58 C5 C6: 1.5140

7. Asam Kaprilat CH3(CH2)6COOH

Kea

daa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

- 20

53.2

5430

3

Kca

l/m

ol

9 8 10 O = C O 120 O C : 1.22

-218

1.00

71

Kca

l/m

ol

9 8 10 O = C O 116.247 O C : 1.22

26 10 8 H O C 109.471 O C : 1.36 26 10 - 8 H O C 109.477 O C : 1.36

8 7 6 C C C 109.471 C1 C2 : 1.52 8 7 6 C C C 113.604 C1 C2 : 1.4931

8 7 24 C C H 109.471 C2 C3 : 1.54 8 7 24 C C H 107.403 C2 C3 : 1.5126

7 6 22 C C H 109.471 C3 C4 : 1.54 7 6 22 C C H 109.521 C3 C4 : 1.5136

22 6 5 H C C 109.471 C4 C5 : 1.54 22 6 5 H C C 110.021 C4 C5 : 1.5136

6 5 20 C C H 109.471 C5 C6 : 1.54 6 5 20 C C H 109.685 C5 C6 : 1.5136

5 4 8 C C H 109.471 C6 C7 : 1.54 5 4 8 C C H 109.578 C6 C7 : 1.5146

8. Asam Kaprat CH3(CH2)8COOH

K

eadaa

n A

wal

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Kea

daa

n S

emi E

mp

iris

Energi

Kcal/mol

Sudut Ikatan (0) Panjang ikatan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

Posisi rantai

atom yang

dianalisis

Sudut ikatan

yang

dianalisis

Sudut Ikatan

yang

dihasilkan

Panjang ikatan

yang dihasilkan

- 24

53.2

5430

3

Kca

l/m

ol

9 8 10 O = C O 120 O C : 1.22

-189

9.03

17

Kca

l/m

ol

9 8 10 O = C O 116.247 O C : 1.22

26 10 8 H O C 109.471 O C : 1.36 26 10 - 8 H O C 109.477 O C : 1.36

8 7 6 C C C 109.471 C1 C2 : 1.52 8 7 6 C C C 113.604 C1 C2 : 1.4931

8 7 24 C C H 109.471 C2 C3 : 1.54 8 7 24 C C H 107.403 C2 C3 : 1.5126

7 6 22 C C H 109.471 C3 C4 : 1.54 7 6 22 C C H 109.521 C3 C4 : 1.5136

22 6 5 H C C 109.471 C4 C5 : 1.54 22 6 5 H C C 110.021 C4 C5 : 1.5136

6 5 20 C C H 109.471 C5 C6 : 1.54 6 5 20 C C H 109.685 C5 C6 : 1.5136

5 4 8 C C H 109.471 C6 C7 : 1.54 5 4 8 C C H 109.578 C6 C7 : 1.5146

II. Pembahasan

Pada percobaan kali ini, praktikan menggunakan asam karboksilat sebagai

dasar senyawa yang akan dilakukan penerapan program hyperchem dengan

menggunakan metode semi empiris AM1. Pembahasan disini akan diambil salah satu

senyawa saja sebagai senyawa representative dari beberapa jenis homolog rantai

atom C1 hingga rantai atom C10. Salah satunya adalah rantai atom yang paling

sederhana yaitu asam etanoat (asetat) yang memiliki rantai 2 atom C. sebelum

dilakukan optimasi geometri, masing masing panjang ikatan H O,

O C , C = O, dan C C adalah 0.96 ; 1.36 ; 1.22 ; 1.52 sedangkan masing masing

sudut ikatan pada O = C1 O ; C1 O H1 ; C 1 C 2 H2 ; H2 C2 H3 adalah

1200, 109.471

0 ; 109.471

0 ; 109.471

0 dengan Energi total 768.406103 Kcal/mol

Setelah dilakukan optimasi geometri, masing masing panjang ikatan

H O, O C , C = O, dan C C adalah 0.9713 ; 1.364 ; 1.2344 ; 1.4862 sedangkan

masing masing sudut ikatan pada O = C1 O ; C1 O H1 ; C 1 C 2 H2 ; H2

C2 H3 adalah 116.5310, 109.753

0 ; 110.959

0 ; 109.511

0 dengan Energi total -

772.4130 Kcal/mol. Sedangkan untuk senyawa dengan homolog rantai atom C yang

lebih panjang, energi yang dihasilkan juga mengalami penurunan, ini menandakan

bahwa dengan penggunaan metode optomasi geometri empiris AM1 bisa dikatakan

setabil, karena dengan energi yang lebih rendah hasil panjang ikat dan sudut ikatan

yang dihasilkan mengalami perubahan dari yang rendah ke yang lebih tinggi.

Dari data yang diperolah dapat disimpulkan bahwa untuk panjang ikatan

mengalami perubahan sebelum dan sesudah dilakukannnya optimasi geometri, begitu

juga dengan sudut ikatan yang mengalami perubahan. Ini menandakan bahwa

panjang ikatan dan sudut ikatan berbanding lurus karena seiring bertambahnya

panjang ikatan setelah dilakukan optimasi geometri, sudut ikatan juga mengalami

perubahan ke tingkat yang lebih tinggi yang disertai dengan penurunan Energi total.

Berdasarkan hasiloptimasi yang telah dilakukan, semuanya memiliki besar

energi yang berbeda. Hanya saja sudut ikatan pada atom O yang berikatan rangkap

mengalami penurunan. Kemungkinan penurunan sudut ini bergantung pada

keelektronegatifan dan jarak antar atom dari masing masing gugus dari monomer

yang satu dengan atom O karbonil lainnya memiliki jarak yang cukup jauh, sehingga

sudut yang dihasilkan mengalami penurunan atau mungkin tidak terbentuk sama

sekali.

F. KESIMPULAN

Dari analisa percobaan yang telah dilakukan dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa

penggunaan metode semi empiris AM1 menunjukkan kesesuaian hasil percobaan dengan teori

yang sudah ada. Energi yang dihasilkan sebelum perlakuan optimalisasi dengan setelah

dilakukan perlakuan Geometry Optimization mengalami perubahan energi dari energi yang

lebih tinggi ke energi yang lebih rendah.

G. DAFTAR RUJUKAN

H. Pramowo, Harno Dwi. Kimia Komputasi. Yogyakarta: Pusat Kimia Komputasi

Indonesia-Austria Jurusan Kimia FMIPA UGM.