PENENTUAN PANJANG IKATAN KARBON – KARBON DAN ENERGI RESONANSI MOLEKUL BENZALDEHIDA SECARA IN SILICO MENGGUNAKAN SOFTWARE Website Molecule (WebMo) Oleh: Ach. Haris Efendy (101810301021)*) *)
Mahasiswa S1 Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Jember
Abstrak Benzaldehida termasuk dalam senyawa turunan benzena dengan rumus molekul (C6 H5 CHO) dan dapat mengalami resonansi. Terjadinya resonansi dapat dibuktikan secara kuantitatif melalui data panjang ikatan karbon – karbon dan total energi molekul pada masing – masing struktur resonansi benzaldehida. Perhitungan ini didasarkan pada energi molekul dari bentuk – bentuk resonansi benzaldehida secara in silico menggunakan software kimia berbasis website yakni webmo.org. Dengan variabel kontrol : engine Gammes; Teori Hartree Fock (ab initio), serta variabel bebas basis set STO-3G; 3-21G; 6-31G(d); 6311+G; cc-pVDZ; dan cc-pVTZ. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa dari tiap bentuk resonanasi benzaldehida menunjukkan nilai energi molekul yang sama pada masing – masing basis set. Energi pada basis set cc-PVTZ sebesar -343,5232414 Hartree (-901920,2703 kj/mol atau -215564,2692 kkal/mol). Panjang ikatan karbon – karbon pada senyawa benzena sebesar sebesar 1,3855 Å dengan sudut ikatan 119,935o . Kata kunci : Benzaldehida, resonasi, webmo
Pendahuluan Benzena termasuk dalam senyawa hidrokarbon dengan rumus molekul C6 H6 . Senyawa ini pertama kali diisolasi dari cairan berminyak pada saluran gas di London oleh Michael Faraday pada tahun 1825 (Budavari, 1996). Menurut Kekule (1865) senyawa benzena ini mempunyai struktur heksagonal dengan tiga ikatan rangkap. Selanjutnya tahun 1872 Kekule mengusulkan bahwa benzena terdiri atas enam atom karbon
dan
masing
–
masing
tiga
ikatan
rangkap
dan
kesetimbangan. H
H H
H
H
H H
H
H
H
H H
Gambar 1. Struktur benzena berdasarkan pendapat dari Kekule
saling
mengadakan
Kenyatannya, senyawa benzena tidak mengalami reaksi seperti pada alkena. Senyawa benzena tidak bisa diadisi oleh brom (Budimarwanti, 2010). Hal ini dapat dijelaskan dengan alasan bahwa elektron ternyata tidak terlokalisasi pada satu tempat saja. Elekron pada benzena berpindah – pindah menimbulkan efek resonansi molekul. Benzena tidak memiliki ikatan tunggal maupun ikatan rangkap, melainkan elektron phi pada benzena terbagi rata pada atom karbon benzena. Adanya resonansi ini juga mempengaruhi panjang ikatan karbon – karbon dan sudut ikatannya. Berdasarkan data diketahui bahwa ikatan karbon – karbon benzena membentuk sudut ikatan 120 o dan panjang ikatan karbon – karbon sebesar 1,39 Å (Riswiyanto, 2009). Resonansi yang terjadi pada molekul benzena ini ternyata juga dialami oleh senyawa – senyawa turunannya, seperti pada benzaldehida. Benzaldehida dengan rumus molekul C6 H5 CHO memiliki satu cincin benzena dan gugus fungsi aldehida. Struktur resonansi benzaldehida disajikan dalam gambar berikut ini :
Gambar 2. Struktur resonansi benzaldehida. Perlu adanya pembuktian secara kuantitatif mengenai gelaja resonansi ini. Secara sederhana dapat dibuktikan dengan melihat panjang ikatan antara atom karbon pada molekul benzena dan melihat energi molekul total dari setiap bentuk resonansi benzaldehida. Perhitungan matematis secara in silico ini dilakukan menggunakan aplikasi kimia berbasis web
yakni www.webmo.net
(Webmo, 2014). Molekul
benzaldehida yang beresonansi secara hipotesa memiliki panjang ikatan antar atom karbon yang sama dan energi molekul yang sama atau mendekati. Metode Percobaan Energi molekul dari masing – masing bentuk resonansi benzaldehida ditentukan secara in silico melalui software kimia berbasis website webmo.org. Berikut ini input struktur resonansi benzaldehida yang digunakan dalam perhitungan energi molekul:
Struktur Normal Benzaldehida (N)
Struktur Resonansi Benzaldehida (R.1)
Struktur Resonansi Benzaldehida (R.2)
Struktur Resonansi Benzaldehida (R.3)
Perhitungan menggunakan teori RHF (Hartree-Fock), variasi basis set yang digunakan antara lain: STO-3G; 3-21G; 6-31G(d); 6-311+G; cc-pVDZ; dan cc-pVTZ, dan engine yang digunakan adalah Gammes. Hasil Berdasarkan
hasil kalkulasi energi molekul dari setiap
bentuk
resonansi
benzaldehida secara ab initio menggunakan teori Hartree-Fock diperoleh data berikut ini: a.
Data Energi Hasil Kalkulasi dengan webmo.org Basis Set
Energi Molekul (Hartree) Normal
R1
R2
R3
STO-3G
-339,0792759
-339,0792759
-339,0792759
-339,0792759
3-21G
-341,4849522
-341,4849522
-341,4849522
-341,4849522
6-31G (d)
-343,4043073
-343,4043073
-343,4043073
-343,4043073
6-311+G
-343,4876006
-343,4876006
-343,4876006
-343,4876006
cc-pVDZ
-343,4314468
-343,4314468
-343,4314468
-343,4314468
cc-pVTZ
-343,5232414
-343,5232414
-343,5232414
-343,5232414
b.
Perbandingan
Energi dari Bentuk
–
Bentuk
Resonansi Benzaldehida
Menggunakan Basis Set cc-PVTZ O C H
Energy = -343,5232414 Hartree = -901920,2703 kj/mol = -215564,2692 kkal/mol
O C H
Energy = -343,5232414 Hartree = -901920,2703 kj/mol = -215564,2692 kkal/mol
O C H
Energy = -343,5232414 Hartree = -901920,2703 kj/mol = -215564,2692 kkal/mol
O C H
c.
Energy = -343,5232414 Hartree = -901920,2703 kj/mol = -215564,2692 kkal/mol
Grafik Perbedaan Energi Molekul Berdasarkan Variasi Basis Set
d.
Perhitungan Panjang Ikatan Karbon – Karbon Molekul Benzena pada Benzaldehida Menggunakan webmo.org
e.
Perhitungan Sudut Ikatan Karbon – Karbon Molekul Benzena pada Benzaldehida
Pembahasan Perhitungan energi molekul dan panjang ikatan atom suatu molekul dapat ditentukan dengan aplikasi kimia webmo.org. Aplikasi ini tersedia secara gratis maupun berbayar. Keuntungan dari aplikasi ini adalah dapat melakukan perhitungan matematis secara cermat menggunakan program seperti gammes dan gausian. Kelemahan progaram ini adalah harus terkoneksi dengan internet, sehingga jika sambungan internet bermasalah, maka akan bermasalah pula pada perhitungan yang sedang dilakukan. Perhitungan kali ini menggunakan basis set sebagai variabel bebasnya. Basis set merupakan fungsi matematis yang digunakan untuk menyusun gugus orbit molekul. Fungsi matematis ini tersusun secara linear dan fungsi yang umum digunakan adalah gugus – gugus orbital atom penyusun molekul tersebut. Bersadarkan perhitungan pada setiap variasi basis set dari tingkat paling minimal menunjukkan perbedaan energi molekul yang signifikan. Diperoleh perhitungan energi yang konstant pada basis set 631G(d)
hingga
cc-PVTZ.
Sehingga
perhitungan
energi
tiap
bentuk
resonansi
benzaldehida menggunakan basis set cc-PVTZ dan diperoleh energi molekul yang sama dari semua bentuk resonansi benzaldehida sebesar -343,5232414 Hartree (-901920,2703 kj/mol atau -215564,2692 kkal/mol). Pembuktian
secara
matematis
menggunakan
program
webmo.org
terhadap
panjang ikatan karbon – karbon dan sudut molekul benzena pada benzaldehida menunjukkan nilai yang sesuai dengan teori. Hasil perhitungan menunjukkan data panjang ikatan karbon – karbon dari senyawa benzena pada benzaldehida sebesar 1,3855 Å dengan sudut ikatan 119,935o .
Kesimpulan Terbukti bahwa terdapat efek resonansi pada benzaldehida yang dibuktikan melalui perhitungan
energi molekul dan panjang ikatan atom karbon benzena
menggunakan aplikasi webmo. Perhitungan dengan engine Gammes secara ab initio (Teori RHF) basis set cc-PVTZ diperoleh nilai energi yang sama dari bentuk – bentuk resonansi benzaldehida sebesar sebesar -343,5232414 Hartree atau (-901920,2703 kj/mol). Pembuktian lain yang dilakukan adalah menghitung panjang ikatan karbon – karbon pada senyawa benzena dan sudut ikatan. Diperoleh panjang ikatan dan sudut yang sesuai dengan teori yakni sebesar 1,3855 Å dengan sudut ikatan 119,935 o . Daftar Pustaka Budavari, S. (1996). The Merck Index, An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biological. Twelfth Edition dalam Skripsi Sophia Anggraini Putri “Aplikasi Reaksi Canizzaro Terhadap Benzaldehida dan P-Anisaldehida dengan Kondisi Tanpa Pelarut.” Merck & Co Inc. Budimarwanti, C. (2010). Struktur Tatanama Aromatisitas dan Reaksi Substitusi Elektrofilik Senyawa Benzena, 1–12. Riswiyanto. (2009). Kimia Organik. Jakarta: Erlangga. Retrieved from http://www.belbuk.com/kimia-organik-p-8275.html Webmo. (2014). WebMO - Computational Chemistry on the WWW. Retrieved from www.webmo.net
