Analisis Sikloheksana

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Dalam kimia, isomersime konformasi adalah sebuah bentuk stereoisomerisme dari molekul-molekul dengan rumus struktural yang sama namun konformasi yang berbeda oleh karena rotasi atom pada ikatan kimia. Konformer yang berbeda dapat saling berubah dengan melakukan rotasi pada ikatan tunggal tanpa memutuskan ikatan kimia. Keberadaan lebih dari satu konformasi, biasanya dengan energi yang berbeda, dikarenakan oleh rotasi hibridisasi orbital sp³ atom karbon yang terhalang. Isomerisme konformasi hanya terjadi pada ikatan tunggal karena ikatan rangkap dua dan rangkap tiga mempunyai ikatan pi yang menghalangi rotasi ikatan. Perbandingan stabilitas konformer-konformer yang berbeda biasanya dijelaskan dengan perbedaan dari kombinasi tolakan sterik dan efek elektronik. Contoh yang sederhana terlihat pada molekul butana yang dilihat dengan menggunakan proyeksi Newman seperti pada gambar di atas. Rotamer adalah konformer yang berbeda hanya pada rotasi ikatan tunggal. Sawar rotasinya adalah energi aktivasi yang diperlukan untuk berubah dari satu konformer ke konformer lainnya.

Terdapat dua bentuk isomerisme konformasi yang penting:

1.    Konformasi alkana linear, dengan konformer anti, tindih, dan gauche

2.    Konformasi sikloheksana, dengan konformer kursi dan perahu.

Contoh lain dari isomerisme konformasi adalah pelipatan molekul, di mana beberapa bentuk pelipatan stabil dan fungsional, namun yang lainnya tidak. Isomerisme konformasi juga terlihat pada atropisomer.

1.2  Rumusan Masalah

-     Mengetahui energi yang paling stabil

-     Mengetahui energi pada konformasi Kursi

-     Mengetahui jarak CC konformasi Perahu Terpilin

BAB 2

METODOLOGI

2.1 Perangkat Lunak

Hyperchem, merupakan tools dasar dalam molecular modeling. Software ini dapat digunakan untuk menggambar struktur kimia, optimasi geometri dengan berbagai macam metode, study molecular dinamik dasar, study QSAR, dll.

Hyperchem dikeluarkan Autodesk Incorporation (Kanada) merupakan salah satu perangkat lunak yang berjalan di bawah sistem operasi windows Hyperchem merupakan program aplikasi komputer dibidang kimia dan mengkhususkan penggunaanya dibidang kimia dengan menterjemahkan bahasa matematis mekanika kuantum menjadi program kimia siap pakai (Hyperchem Manual, 2002). Hyperchem merupakan suatu program stimulasi dan pemodelan molekul yang memungkinkan penampilan dan perhitungan kimia yang rumit, fungsi-fungsi yang dapat dijelaskan oleh hyperchem antara lain (Hyperchem Manual, 2002):

1.    Pemodelan struktur molekul dari atom-atom dan mengubahnya dalam bentuk tiga dimensi

2.    Pembangunan protein dan asam nukleat dari residu standarnya serta modifikasinya

3.    Pemodelan molekul dari sumber-sumber seperti file PDB (Brookhaven Protein Data Bank)

4.    Penataan ulang molekul dengan rotasi, translasi maupun zoom

5.    Mengubah tampilan molekul (Rendering)

6.    Perhitungan-perhitungan kimia dengan berbagai metode, seperti dinamik melekuler, mekanika molekuler, semiempirik dan mekanika kuantum (Hyperchem Manual, 2002)

HyperChem ialah suatu program simulasi dan pemodelan molekular yang memung-kinkan perhitungan kimiawi yang kompleks. HyperChem mencakup fungsi-fungsi berikut:

·      Membuat sketsa dwimatra (2D) molekul dari atom-atom penyusunnya, lalu mengubahnya menjadi model trimatra (3D) dengan HyperChem Model Builder.

·      Memilih residu-residu standar secara berurutan dari perpustakaan asam amino dan nukleotida HyperChem/Lite untuk membangun protein dan asam nukleat.

·      Membaca tipe atom dan koordinat molekular yang telah disimpan sebagai arsip HIN (masukan HyperChem yang dibuat sebelumnya) atau arsip ENT (mengambil dari sumber lain, yaitu Brookhaven Protein Data Bank/PDB)

·      Menata kembali molekul, misalnya dengan memutar atau menggesernya.

·      Mengubah kondisi tampilan, termasuk penampakan ruang, model molekul, dan label struktural.

·      Tersedia berbagai metode mekanika molekular maupun mekanika kuantum (semiempiris atau ab initio). Perhitungan mekanika molekular menggunakan medan gaya MM+, AM-BER, BIO+, atau OPLS, sedangkan mekanika kuantum semiempiris meliputi extended Hückel, CNDO, INDO, MINDO3, MNDO, AM1, PM3, ZINDO/I, dan ZINDO/S.

·      Penetapan efek isotop dalam perhitungan analisis vibrasional untuk metode-metode SCF ab initio dan semiempiris.

·      Membuat grafik Excel dari hasil perhitungan kimiawi.

·      Mensolvasikan molekul dalam kotak periodik.

2.2 Kajian Kimia / Biokimia

Sikloheksana adalah sikloalkana dengan rumus molekul C₆H₁₂. Sikloheksana digunakan sebagai pelarut nonpolar pada industri kimia, dan juga merupakan bahan mentah dalam pembuatan asam adipat dan kaprolaktam, keduanya juga merupakan bahan produksi nilon. Dalam skala industri, sikloheksana dibuat dengan mereaksikan benzena dengan hidrogen. Selain itu, karena senyawa ini memiliki ciri-ciri yang unik, sikloheksana juga digunakan dalam analisis di laboratorium. Sikloheksana memiliki bau seperti deterjen.

Alkana merupakan kelompok hidrokarbon yang paling sederhana – yaitu senyawa-senyawa yang hanya mengandung karbon dan hidrogen. Alkana hanya mengandung ikatan C-H dan ikatan tunggal C-C. Enam senyawa alkana yang pertama adalah:

Metana	CH4
Etana	C2H6
Propane	C3H8
Butane	C4H10
Pentane	C5H12
Heksana	C6H14

Anda bisa menentukan rumus molekul dari senyawa alkana manapun dengan menggunakan rumus umum: C_nH_2n+2

Semua alkana yang memiliki 4 atau lebih atom karbon akan memiliki isomeri bangun. Ini berarti bahwa ada dua atau lebih rumus bangun yang bisa dibuat untuk masing-masing rumus molekul.

Sikloalkana juga hanya mengandung ikatan C-H dan ikatan tunggal C-C, hanya saja atom-atom karbon tergabung dalam sebuah cincin. Sikloalkana yang paling kecil adalah siklopropana.

Jika anda menghitung jumah karbon dan hidrogen pada gambar di atas, anda akan melihat bahwa jumlah atom C dan H tidak lagi memenuhi rumus umum C_nH_2n+2. Dengan tergabungnya atom-atom karbon dalam sebuah cincin, ada dua atom hidrogen yang hilang.

Dua atom hidrogen yang hilang memang tidak diperlukan lagi, sebab rumus umum untuk sebuah sikloalkana adalah C_nH_2n.

Jangan anda berpikir bahwa molekul-molekul yang terbentuk dari rumus ini adalah molekul-molekul biasa. Semua sikloalkana mulai dari siklopentana keatas terdapat sebagai "cincin yang berkerut".

Sikloheksana misalnya, memiliki sebuah struktur cincin yang terlihat seperti ini:

Struktur ini dikenal sebagai bentuk "kursi" dari sikloheksana – sesuai dengan bentuknya yang sedikit menyerupai sebuah kursi.

Konformas tidak hanya berlaku pada strruktur alifatik tetapi juga pada struktur siklik. Yang menarik dari konformasi struktur siklik dapat di pelajari dari model molekul sikloheksana. Dua konformasi ekstrem yang dapat dibuat adalah konfromasi kursi dan konformasi perahu.

Teori atom karbon tetrahedral dan struktur benzene memberikan fondasi teori struktur senyawa organik. Namun, van’t Hoff dan kimiawan lain mengenali bahwa masih ada masalah yang tersisa dan tidak dapat dijelaskan dengan teori karbon tetrahedral. Masalah itu adalah keisomeran yang disebabkan oleh adanya rotasi di sekitar ikatan tunggal.

Bila rotasi di sekitar ikatan C-C dalam 1,2-dikhloroetana CH₂ClCH₂Cl terbatas sebagaimana dalam kasus asam fumarat dan maleat, maka akan didapati banyak sekali isomer. Walaupun van’t Hoff awalnya menganggap adanya kemungkinan seperti itu, ia akhirnya menyimpulkan bahwa rotasinya bebas (rotasi bebas) karena tidak didapati isomer rotasional akibat batasan rotasi tersebut. Ia menambahkan bahwa struktur yang diamati adalah rata-rata dari semua struktur yang mungkin.

Sikoalkana memiliki kereaktifan yang sangat mirip dengan alkana, kecuali untuk sikloalkana yang sangat kecil – khususnya siklopropana. Siklopropana jauh lebih reaktif dibanding yang mungkin anda kira.

Alasannya karena sudut-sudut ikatan dalam cincin. Normalnya, apabila karbon membentuk empat ikatan tunggal, maka sudut-sudut ikatannya adalah sekitar 109,5°. Pada siklopropana sudut ini sebesar 60°.

Dengan pasangan-pasangan elektron yang saling berdekatan, terjadi tolak menolak antara pasangan-pasangan elektron yang menghubungkan atom-atom karbon. Ini membuat ikatan-ikatan lebih mudah terputus.

Pengaruh dari tolak-menolak ini akan dibahas lebih lanjut pada halaman tentang reaksi-reaksi dari senyawa-senyawa ini dengan halogen.

2.3 Prosedur

-        Dipilih medan gaya Molecular Mechanics pada menu Setup lalu pilih AMBER

-        Dipastikan menu Explicit hydrogen pada keadaan tidak aktif pada menu Build dan level pemilihan pada tingkat Atoms pada menu Select

-        Dibuat Struktur Sikloheksana dan atur level pada Number

-        Dipilih Add H & Model Build pada menu Build

-        Dimatikan fungsi Show Hydrogens pada menu Display

-        Pada menu Select, diaktifkan Multiple selection

-        Dicatat beberapa ikatan, sudut dan sudut torsi

-        Dioptimasi Struktur Pilih Compute. Dipilih Geometry Optimization dan dicatat nilai optimasinya

-        Untuk mengubah sikloheksana ke bentuk perahu, di Left Click pada ikatan 1-2 dan 4-5 untuk memilih bidang refleksi sikloheksana dengan bentuk kursi

-        Dipilih Name Selection pada menu select, pilih PLANE lalu OK

-        Diaktifkan show Hydrogen pada menu Display

-        DiLR-drag pada satu sisi yang memungkinkan untuk melakukan pemilihan semua atom termasuk hidrogen

-        Dipilih Reflect pada menu Edit, Atom yang dipilih dicerminkan pada PLANE, menghasilkan transformasi perahu dari sikloheksana

-        Dioptimasi Sikloheksana bentuk perahu lalu dicatat energinya. Dicatat beberapa ikatan sudut dan sudut torsi

-        Untuk mengubah sikloheksana ke bentuk perahu terpilin, dibuat sikloheksana dengan bentuk kursi lalu dioptimasi. Dimatikan fungsi Show Hydrogens

-        Dipilih sudut torsi 4-atom karbon dengan memilih ikatan 6-1, 1-2, dan 2-3

-        Dipilih batasan Bond Torsion pada menu Build, dan atur batasan pada 30 derajat, dan kemudian pilih OK

-        R-Click pada bidang kerja, diklik ganda pada tool select

-        Dioptimasi struktur dan dicatat energi optimasinya

BAB 3

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Data

Konformasi	Jarak CC (Ǻ)	Sudut CCC (°)	Sudut Torsi CCCC (°)	Energi (kkal/mol)
Kursi	1,54	109,471	60	2,912036
Kursi (teroptimasi)	1,53624	110,827	56,5076	2,857883
Perahu	1,54	109,471	60	14,440272
Perahu (teroptimasi)	1,54265	113,577	50,696	10,525342
Perahu Terpilin	1,54129	109,629	37,1165	14,086973
Perahu Terpilin (teroptimasi)	1,54206	113,638	31,7036	10,650541

3.2 Pembahasan

Membuat model molekul sikloheksana dengan menggunakan pengikat-abu-abu pendek. Selanjutnya membuat berbagai konformasi pada model tersebut. Konformasi yang ekstrem stabil, yaitu konformasi kurai, dengan menyusun agar C-1 berada pada bidang diatas cincin sedangkan C-4 berada dibawah bidang cincin. Untuk menyempurnakan konformasi ini, kedudukan ke-12 atom hidrogennya. Keempat atom H yang terletak pada dua atom C yang ber sebelahan tidak boleh menghasilkan konformasi tindih.

Pada percobaan ini, didapatkan bahwa energi yang paling stabil yaitu pada konformasi kursi (teroptimasi) yang jumlah energinya yaitu 2,857883. Sedangkan untuk konformasi yang lainnya masih belum stabil karna energinya terlalu tinggi dibandingkan dengan konformasi kursi (teroptimasi).

BAB 4

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

-        Pada percobaan konformasi sikloheksana, di dapat energi yang paling stabil yaitu pada konformasi Kursi (Terpilin) karna dilihat energinya yang paling kecil

-        Hasil dari pengukuran energi pada konformasi Kursi yaitu 2,912036 kkal/ mol

-        Hasil dari Jarak CC pada konformasi Perahu Terpilin yaitu 1,54129 Ǻ

4.2 Saran

Sebaiknya pada percobaan konformasi sikloheksana selanjutnya, dapat menggunakan siklobutana untuk mengetahui konformasi yang terjadi pada siklobutana.