LAPORAN RESMIPRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI

PEMODELAN SPEKTROSKOPI UV

Oleh :INAS CINTYA PAMURTYA12/331230/PA/14516

Jumat, 24 April 2015Asisten Pembimbing : Niko Prasetyo

LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASIFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS GADJAH MADA2015

PEMODELAN SPEKTROSKOPI UV(PERCOBAAN V)

I. TujuanAnalisis spektra UV senyawa dengan metode semiempiris

II. Dasar TeoriII.1Spektroskopi UV-VisSpektroskopi UV-Vis adalah teknik analisis spektroskopi yang menggunakan sumber radiasi elektromegnetik ultraviolet dan sinar tampak dengan menggunakan instrument spektrofotometer. Prinsip dari spektrofotometer UV-Vis adalah penyerapan sinar tampak untuk ultra violet dengan suatu molekul dapat menyebabkan terjadinya eksitasi molekul dari tingkat energi dasar (ground state) ketingkat energi yang paling tinggi (excited stated). Pengabsorbsian sinar ultra violet atau sinar tampak oleh suatu molekul umumnya menghasilkan eksitasi elektron bonding, akibatnya panjang absorbsi maksimum dapat dikolerasikan dengan jenis ikatan yang ada didalam molekul. (Hendayana. 1994)Prinsip kerja alat spektrofotometer uv-vis yaitu sinar dan sumber radiasi diteruskan menuju monokromator. Cahaya dari monokromator diarahkan terpisah melalui sampel dengan sebuah cermin berotasi. Detektor menerima cahaya dari sampel secara bergantian dan berulang. Sinyal dari detektor diubah dalam bentuk listrik sehingga dapat ditampilkan hasilnya. Spektroskopi ini digunakan untuk cairan berwarna sehingga sampel yang akan diidentifikasi harus diubah dalam bentuk senyawa kompleks. Rentang sinar spektrofotometer uv-vis terjadi pada panjang gelombang 292-651 nm pada daerah uv dan visible. Berdasarkan persamaan lambert-beer diperoleh :A = a x b x c A : absorbansi ; a : absorptivitas molar ; b : tebal sel ; c : konsentrasi(Sastrohamidjojo, 1985)Spektra UV/Vis pada umumnya muncul dari adanya transisi elektronik antar orbital molekul dalam molekul itu sendiri, atau dari suatu atom ke atom lain dalam hal senyawa kompleks. Beberapa jenis transisi yang umum terdeteksi pada spektroskopi UV/Vis adalah n*, * , *, n* dan dd. Besarnya perbedaan antar tingkat energi pada orbital yang terlibat dalam transisi menentukan panjang gelombang, frekuensi dan bilangan yang diabsorb oleh molekul tersebut. Frekuensi atau bilangan gelombang yang diabsorb dapat dihitung dengan persamaan

Di mana Ef adalah tingkat energi orbital yang dituju yang biasanya merupakan LUMO, Ei adalah tingkat energi orbital asal yang bisa berupa HOMO maupun SOMO, sementara h dan c berturut-turut adalah konstanta Planck dan kecepatan cahaya di ruang hampa. Berdasarkan persamaan di atas terlihat jelas bahwa akan ada hubungan antar struktur molekul dengan bilangan gelombang maksimal yang diserap oleh molekul. Hubungan antara struktur molekul dengan bilangan gelombang yang diserapnya dinyatakan dalam aturan Woodward-Fieser. (Rouessac, 2007)

II.2DibenzalasetonDibenzalaseton merupakan padatan berbentuk serbuk berwarna kuning, dan memiliki titik lebur berkisar 111 - 113oC. Nama IUPAC dari dibezalaseton adalah 1,5-difenil-3-pentadienon dengan rumus molekul C17H14O. Dibenzalaseton tidak larut dalam air tetapi larut dalam etanol.Dibezalaseton dapat dibuat dengan menggunakan benzaldehida dengan aseton. Gugus karbonil yang reaktif akan bereaksi dengan ion aseton yang telah mengalami deprotonasi akibat adanya basa. Anion ini akan menyerang dibenzalaseton dan akan membentuk -hidroksi keton. Selanjutnya basa yang digunakan berlebih akan mendehidrasi air dari molekul keton sehingga dapat dihasilkan mono atau dibenzal aseton. (Vanchinathan, 2011)Dibenzalaseton adalah suatu senyawa yang disintesis dari dua molekul benzaldehida dan satu molekul aseton. Senyawa ini berwarna kuning berwujud padatan kristal dengan struktur berbentuk jarum.

Struktur dasar dibenzalaseton adalah sebagai berikut

Dengan R = H, max molekul DBA murni tergantung konfigurasi molekul apakah (E,E) ;(E,Z) ; atau (Z,Z). Di mana (E,E) adalah pada sekitar 330 nm, (E,Z) pada 295 nm dan (Z,Z) pada 287 nm. (Sudha, 2012).

III. Hasil dan PembahasanIII.1Hasil PercobaanGugus (R) maksimum

-H365.86

-OH367.39

-OCH3369.39

-NO2384.97

-COOH356.90

-NH2374.91

-COOCH3356.30

III.2PembahasanPercobaan pemodelan spektroskopi UV bertujuan untuk analisis spektra UV senyawa dengan metode semiempiris. Metode semiempiris merupakan penyederhanaan perhitungan dari ab initio. Pengoptimasian metode semiempiris dengan menggunakan metode ZINDO karena dapat memprediksi keadaan transisi elektronik dalam daerah spektra UV-Vis.Parameterisasi dari metode semi empiris bersumber dari data eksperimen sehingga harus dilakukan pemilihan metode semi empiris dengan memperhatikan golongan senyawa yang akan dianalisis. Pengukuran absorbansi atau transmitansi dalam spektroskopi sinar tampak dan daerah ultraviolet (UV-Vis) digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif spesies kimia. Absorbansi spesies berlangsung dalam 2 tahap ,yaitu pertama M+hv=M*, merupakan eksitasi spesies akibat absorbsi foton (hv) dengan waktu hidup terbatas. Tahap kedua adalah relaksasi dengan berubahnya M* menjadi spesies baru dengan reaksi fotokimia. Absorbsi dalam daerah UV-Vis menyebabkan eksitasi elektron ikatan. Puncak absorbs ( maksimum) dapat dihubungkan dengan jenis ikatan-ikatan yang ada dalam spesies. Spektroskopi absorbsi berguna untuk mengkarakterisasikan gugus fungsi dalam suatu molekul dan untuk analisis kuantitatif.Absorpsi UV-Vis dapat mengakibatkan terjadinya transisi elektronik, yaitu promosi elektron elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi. Transisi ini memerlukan 40-300 kkal/mol.Pada senyawa dibenzalaseton ini ternyata hanya membutuhkan energi rendah untuk mempromosikan sebuah elektron . Hal ini dikarenakan terdapat selisih yang sangat sedikit antara HOMO (orbital molekul terhuni tertinggi) dan LUMO (orbital molekul terhuni terendah), sehingga hampir semua elektron dapat tereksitasi ke tingkat HOMO.Spesies yang mengabsorbsi dapat melakukan transisi yang meliputi elektron phi, sigma, n elektron, elektron-elektron d dan f dan transfer muatan elektron.Transisi yang meliputi elektron phi, sigma dan n elektronJenis transisi ini terjadi pada molekul organik dan sebagian kecil pada anion molekul anorganik. Molekul tersebut mengabsorbsi radiasi elektromagnetik karena adanya elektron valensi yang akan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron dari molekul organic yang mengabsorbsi meliputi elektron yang digunakan pada ikatan-ikatan antar atom dan elektron non bonding atau elektron yang tidak berpasangan yang pada umumnya terlokalisasi. Transisi elektronik pada tingkat-tingkat energi terjadi dengan mengabsorpsi radiasi sehingga menyebabkan terjadi transisi sigma-sigma bintang, n-sigma bintang, n-phi bintang, dan phi-phi bintang, dimana sigma bintang dan phi bintang adalah orbital atom anti ikatan sedangkan n merupakan orbital tidak berikatan yang mempunyai energy diantara orbital ikat dan anti ikatan. Jadi, transisi sigma menjadi sigma bintang electron pada orbital ikat sigma tereksitasi ke orbital anti ikat,dengan mengabsorbsi radiasi.Transisi n-phi bintang seperti juga phi-phi bintang mencakup sebagian besar senyawa organik. Energi yang diperlukan untuk transisi menghasilkan absorpsi maksimum dalam daerah 200-700 nm.Dengan adanya orbital phi,berarti terdapat gugus fungsi tidak jenuh. Dengan bertambahnya kepolaran pelarut, pada transisi phi-phi bintang, bentuk puncak bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek (pergeseran biru atau hipsokromik), sedangkan pada transisi phi-phi bintang bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang (pergeseran merah atau batokromik).Pergeseran biru disebabkan bertambahnya solvasi pasangan electron sehingga berakibat energinya turun. Pergeseran merah terjadi akibat bertambahnya kepolaran pelarut. Pergeseran ini disebabkan gaya polarisasi antara pelarut dan spesies,berakibat turunnya selisih tingkat energi eksitasi dan tingkat tidak tereksitasi.Pada hasil percobaan dapat diperoleh identifikasi gugus fungsi dalam analisis spectra. Spektrum UV dari hidrokarbon aromatik dicirikan dengan 3 bentuk perangkat ikatan yang berasal dari transisi phi-phi bintang. Suatu auksokrom adalah gugus fungsi yang mengabsorbsi pada daerah UV tetapi menyebabkan pergeseran puncak kromofor ke panjang gelombang yang lebih panjang. Berdasarkan data yang telah diperoleh dengan perhitungan kimia komputasi maksimum menunjukkan peningkatan seiring dengan sifat kepolaran substituent. (E,E) dibenzalaseton merupakan merupakan salah satu senyawa yang diketahui memiliki serapan pada rentang panjang gelombang UV. Serapan muncul dari transisi elekronik * pada ikatan terkonjugasi dalam molekul. Adapun struktur dari dibenzalaseton adalah

Pada percobaan ini digunakan 7 variasi gugus (R) dalam struktur dibenzalaseton, yaitu H, -OH, -OCH3, -NO2, -COOH, -NH2, dan COOCH3. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa pada gugus NO2 yang menghasilkan maksimum terbesar yaitu sebesar 384.97. Sedangkan pada gugus COOCH3 memiliki maksimum terendah yaitu 356.30. Secara kualitatif bahwa makin besar kemampuan gugus R sebagai penarik elektron (elektron withdrawing/EW), maka makin kecil panjang gelombangnya. Hal ini bisa dijelaskan karena gugus EW akan menahan dan menarik elektron yang akan bertransisi. Hal ini akan mengakibatkan besarnya perbedaan antara HOMO (atau SOMO) dengan LUMO akan semakin besar. Sehingga makin besar perbedaan tingkat energinya, maka akan makin kecil panjang gelombangnya.Hal tersebut juga dapat dijelaskan dari persamaan

IV. Kesimpulan Analisis spektra UV dapat dilakukan dengan menggunakan metode ZINDO dari semi empiris. Pergeseran nilai maksimum dipengaruhi oleh substituen yang ada pada dibezalaseton. Semakin besar senyawa/molekul yang dianalisis dengan spektroskopi UV/VIS, maka pergeseran maksimum semakin besar.

V. Daftar PustakaHendayana, S., 1994, Kimia Analitik Instrumen, Semarang Press, Semarang.Rouessac, F., Rouessac, A., 2007, CHEMICAL ANALYSIS: Modern Instrumentation Methods and Technique 2nd Edition, John Wiley and Sons Inc., West Sussex.Sastrohamidjojo, H, 1985, Spektroskopi, Liberty, Yogyakarta.Sudha, S., dkk., 2012, Spectroscopic (FTIR, FT-Raman, NMR and UV) and Molecular Structure Investigations of 1,5-diphenylpenta-1,4-dien-3-one: A Combined Experimental and Theoritical Studies, Journal of Molecular Structure, 1030, 191-203.Vanchinathan, dkk., 2011, Synthesis, Crystal Growth and Characterization of 1,5-diphenylpenta-1,4-dien-3-one: An Organic Crystal, Phys.B., 406, 4195-4199.

VI. Lampiran1. Gugus H

2. Gugus OH

3. Gugus OCH3

4. Gugus NO2

5. Gugus COOH

6. Gugus NH2

7. Gugus -COOCH3