Analisa dengan Hyperchem (Stabilitas dan Struktur Karbokation Benzil dan Alil)

Tujuan

Menyelidiki stabilitas karbokation benzil dan alil menggunakan perhitungan semi empiris AM1.

Latar belakang

Karbokation alil dan benzil merupakan zat antara yang khusus karena mempunyai kestabilan yang sangat tinggi. Mereka sering kali dilihat sebagai thermodynamic sinks dalam kenampakan frakmentasi spectra massa. Karbokation ini dan turunan mereka telah dikarakterisasi secara luas dengan spektroskopi NMR dalam kondisi superasam. Stabilitas yang tinggi dari karbokation ini dicirikan pada pemberian elektron ke dalam orbital p kosong pada pusat karbokation yaitu melalui stabilitas resonansi. Hal ini memberikan akibat bahwa semua elektron (juga muatan positif) dari kation alil dan benzil terdelokal secara signifikan. Dalam rangka mendapatkan kondisi tersebut, kation harus berada pada geometri planar untuk dapat memungkinkan tumpang tindih orbital p kosong dengan sistem elektron terkonjugasi.

Dalam percobaan ini, perhitungan semi empiris AM1 digunakan untuk menguji geometri dan distribusi muatan dari karbokation. Setelah perhitungan panas pembentukan (ΔH_f) untuk setiap kation, perbedaan bentuk planar dan bentuk saling tegak lurus akan ditentukan. Perbedaan pada harga ΔH_f dapat digunakan untuk mengukur tambahan stabiltas yang disebabkan oleh delokalisasi electron.

 

Prosedur

            Langkah pertama adalah menggambarkan kation dalam bentuk planar dan saling tegak lurus dan menghitung panas pembentukannya. Setelah dilakukan minimisasi energy, akan sangat berguna untuk mengkaji muatan atom yang terdapat pada setiap atom C untuk menentukan ke mana muatan positif didistribusikan.

            Catatan: Anda memerlukan file Start dan Stop Log dan selanjutnya membuka file log dari percobaan ini. Jika Anda tidak yakin bagaimana melakukan hal ini, lihat pada pendahuluan.

1.      Klik pada Build dan yakinkan bahwa Explicit Hydrogen sedang aktif.

2.      Gunakan menu Draw dan gambarkan kation alil. Jangan mengaktifkan Add H & Model Build.

3.      Gunakan menu Draw untuk menambah atom hidrogen pada stuktur yang dibuat.

4.      Klik ganda pada kedua ikatan C-C sehingga akan muncul garis putus-putus yang menunjukan bahwa ikatan terkonjugasi.

5.      Klik pada Build dan selanjutnya Model Build. Anda harus mendapatkan struktur planar sempurna (Ingat, tidak ada hidrogen yang ditambahkan).

6.      Gunakan menu Select dan klik dan geser dari C1 ke satu atom H pada C3. Anda harus mempunyai 4 atom terpilih (warna hijau).

7.      Klik pada Build dan selanjutnya Constrain Bond Torsion. Pilih Other dan atur sudut pada 90^o dan selanjutnya OK.

8.      Matikan fungsi pilihan untuk 4 atom dan klik pada Build dan selanjutnya Model Build. Struktur yang Anda peroleh adalah kation alil yang tegak lurus, yaitu CH₂ terminal terpilin tegak lurus pada ikatan rangkap dua.

9.      Pilih Setup, AM1 dan selanjutnya Options.

10.  Pilih Total Charge dan Spin Multiplicity keduanya dengan angka 1. Pilih OK dan selanjutnya OK.

11.  Pilih Compute dan selanjutnya Geometry Optimization.

12.  Jika perhitungan telah selesai, catat panas pembentukan dan panjang ikatan dan muatan atom pada lembar laporan. Untuk muatan atom, aktifkan menu Display, Labels dan selanjutnya Charge. Cetak struktur dengan muatan dan lampirkan pada lembar laporan.

Prosedur umum di atas dapat digunakan untuk memodelkan karbokation benzil tegak lurus. Lakukan klik ganda pada cincin aromatis sehingga garis putus-putus akan muncul dalam cincin, menunjukan ikatan konjugasi dalam cincin. Untuk menggambarkan karbokatian alil dan benzil planar, Anda harus meniadakan langkah 6-8. Cetak setiap struktur dengan muatan dan lampirkan pada laporan.

v� � n t � ] P[ 'width:120.45pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; mso-border-top-alt:solid windowtext .5pt;mso-border-left-alt:solid windowtext .5pt; mso-border-alt:solid windowtext .5pt;padding:0in 5.4pt 0in 5.4pt'>

1,85 D

Jarak ikat O - H

0.958 Å

Jarak ikat N - H

1.0124 Å

Sudut ikat H-N-H

106.67^o

Sudut ikat H-O-H

104.45^o

Energi molekul

47992  kal/mol

III. Cara kerja

A.        Menghitung parameter molekul H₂O

Untuk memperoleh parameter molekul air ikuti langkah-langkah berikut :

1.     Klik Build , Klik Default Elements, pilih atom O dan klik.

2.     Klik Build, Klik Add Hydrogen, Klik Model Build.

3.     Klik Setup, klik Semiempiris, Klik Metode : Extended Hückel, Klik Options, set Multiplicity = 1, Total Charge = 0.

4.     Klik File, Klik Start log, tulis nama file = air.log (masukkan ke direktori kerja anda).

5.     Klik Compute, Klik Geometry Optimization, set RMS : 0.0001 kcal/mol dan 5000 cycles. Klik Ok.

6.     Klik File, Klik Stop log.

7.     Buka Notepad dan Klik File, Klik Open dan buka file air.log.

8.     Catatlah energi molekul dan momen dipolnya.

9.     Kembali ke windows Hyperchem. Klik Select, Klik Atom. Klik        . Klik atom H kemudian O dan dicatat jarak ikatnya. Berikutnya Klik atom hidrogen satunya dan catat sudutnya.

10.   Langkah 3 - 9 diulangi untuk metode semiempiris yang lain.

B.        Menghitung parameter NH₃

Langkah-langkah yang dilakukan sama dengan A, tetapi elemen dipilih untuk molekul NH₃.

C. Menghitung jarak ikatan hidrogen antara NH₃ dan H₂O

Dari parameter yang diperoleh, dipilih metode yang menghasilkan jarak ikatan yang mendekati eksperimen. Kemudian anda mengulangi langkah A dan B dengan menggunakan metode semiempiris yang telah terpilih. Simpanlah masing-masing file dengan air1.hin dan amo1.hin. Kemudian anda sedang dalam keadaan membuka file amo1.hin. Klik Open, Klik Merge, Klik air1.hin. Klik Select, Klik Molecules, Klik     , Klik molekul air, jalan prosedur A(5). Klik kanan mouse pada molekul air. Jalankan prosedur A(5). Klik Display, Klik Recompute H bond. Seleksilah atom yang berikatan hidrogen. Catat jarak ikatannya.