1

STUDI SIFAT KOOPERATIF IKATAN HIDROGEN PADA CH3CHO.2H2O

DAN CH2ClCHO.2H2O MENGGUNAKAN METODE DFT

Rahmah Muyassaroh Noor, Yahmin, dan Parlan

Universitas Negeri Malang

Correspondence Author: rahmah.muyas@gmail.com

ABSTRAK: Interaksi antara atom O dan H yang menyerupai ikatan hidrogen pada trimer CH3CHO dan CH2ClCHO dengan dua molekul air telah diteliti secara teoritis. Perhitungan

dilakukan dengan menggunakan metode DFT pada tingkat teori B3LYP/6-311++G(d,p). Hasil

penelitian menunjukkan bahwa ikatan hidrogen pada trimer asetaldehida dengan dua molekul air

dan kloroasetaldehida dengan dua molekul air terjadi pada dua situs, yaitu jenis I dan jenis II.

Pada trimer jenis I, sifat kooperatif menyebabkan ikatan C-H metil mengalami pemanjangan

ikatan, penuruan frekuensi vibrasi dan penuruan energi hiperkonjugasi. Sifat kooperatif pada

trimer jenis II menyebabkan ikatan C-H pada C karbonil mengalami penurunan panjang ikatan,

peningkatan frekuensi vibrasi, dan peningkatan energi hiperkonjugasi. Atom Cl pada

kloroasetaldehida memperkuat sifat kooperatif ikatan hidrogen pada trimer. Hal ini ditunjukkan

dari besarnya selisih parameter panjang ikatan, frekuensi vibrasi, dan energi hiperkonjugasi

trimer dibandingkan dengan monomernya.

Kata kunci: ikatan hidrogen, sifat kooperatif, CH3CHO.2H2O, CH2ClCHO.2H2O, DFT

ABSTRACT: Interaction between O and H atoms forming hydrogen bond in CH3CHO and CH2ClCHO trimer with two water molecules were studied theoretically. The calculations were

done using DFT method at B3LYP/6-311++G(d,p) level of theory. The results of this study show

that hydrogen bonds in CH3CHO.2H2O and CH2ClCHO.2H2O happen in two sites, sites I and

sites II. In site I, cooperativity causes the CH methyl bond to stretches, its vibration frequency

decreases, and the hyperconjugation energy decreases. Cooperativity in sites II causes CH

carbonyl bond to be shortened, its vibration frequency increase, and the hyperconjugation energy

increases. Chlor atom in CH2ClCHO.2H2O strengthens hydrogen bonds cooperativity in trimer

system. This result was concluded from the amount of parameters differences, such as bond length, vibration frequencies, and hyperconjugation energy from trimer system compared to its

monomer. Keywords: hydrogen bond, cooperativity, CH3CHO.2H2O, CH2ClCHO.2H2O, DFT

Ikatan hidrogen telah menjadi perhatian para peneliti sejak awal abad ke-20

karena perannya yang penting dalam menentukan struktur, sifat, dan fungsi dari suatu

molekul. Ikatan hidrogen merupakan gaya dipol-dipol yang paling kuat (Effendy, 2006).

Ikatan hidrogen yang paling sederhana terjadi pada dimer dua molekul air. Pada trimer

molekul air, ikatan hidrogen antara ketiga molekul air tersebut mengalami interaksi

spesifik yang bersifat kooperatif. Sifat kooperatif pada ikatan hidrogen dapat

memberikan dampak postif pada sistem trimer. Molekul air yang mendonasikan atom H

untuk membentuk ikatan hidrogen menyebabkan kerapatan elektron pada O meningkat

sehingga mendukung proses penerimaan atom H dari molekul air yang lain, sedangkan

molekul air sebagai aseptor atom H akan mendukung terjadinya donasi atom H oleh

molekul air tersebut (Huyskens, 1993: 2576).

Chandra dan Zeegers-Huyskens (2012: 1131-1141) telah berhasil melakukan

penelitian teoritis mengenai ikatan hidrogen yang terjadi pada dimer antara asetaldehida

dan fluoroasetaldehida, dengan satu molekul air. Dari penelitian tersebut diketahui

bahwa air berperan sebagai donor proton pada pembentukan ikatan hidrogen

2

C=O--HOH dan juga bisa berperan sebagai aseptor proton membentuk interaksi lemah

antara CH----OH2.

Chandra dan Zeegers-Huyskens (2012: 1155-1163) juga telah melakukan

penelitian teoritis mengenai sifat kooperatif pada sistem trimer asetaldehida dan

fluoroasetaldehida, dengan dua molekul air. Hasil penelitian tersebut dibandingkan

dengan kekuatan ikatan hidrogen pada sistem dimer asetaldehida dan

fluoroasetaldehida, dengan satu molekul air. Dari penelitian tersebut diperoleh

kesimpulan yaitu ikatan hidrogen pada sistem trimer lebih kuat daripada pada sistem

dimer yang ditandai dengan lebih pendeknya panjang ikatan hidrogen pada sistem

trimer.

Penelitian mengenai sifat kooperatif pada sistem trimer dapat dipelajari lebih

lanjut dengan membandingkan ikatan hidrogen yang terjadi pada trimer CH3CHO.2H2O

dan trimer CH2ClCHO.2H2O menggunakan metode DFT. Pada penelitian ini, trimer

asetaldehida dengan dua molekul air digunakan sebagai pembanding untuk mengetahui

sifat kooperatif pada trimer kloroasetaldehida dengan dua molekul air. Untuk itu

diperlukan data panjang ikatan, jumlah elekton dalam orbital antibonding dan energi

hiperkonjugasi dari kedua sistem trimer. Data tersebut sulit diperoleh secara

eksperimen, sehingga penelitian tentang sifat kooperatif ikatan hidrogen pada trimer

kloroasetaldehida dengan dua molekul air dilakukan secara teoritis.

Hal-hal yang tercakup dalam penelitian ini adalah struktur dengan geometri

optimal dari trimer-trimer tersebut, data panjang ikatan, frekuensi vibrasi, NBO

(Natural Bond Orbital) yang berupa jumlah elektron dalam orbital antibonding, dan

besarnya energi hiperkonjugasi tiap molekul (Young, 2001).

METODE

Molekul air (H2O), asetaldehida (CH3CHO), dan kloroasetaldehida

(CH2ClCHO) dihitung optimasi geometri dan frekuensinya. Metode yang digunakan

adalah DFT B3LYP. Himpunan basis yang digunakan adalah 6,311++G (d,p).

Perhitungan optimasi geometri dan frekuensi tersebut menghasilkan molekul air,

asetaldehida, dan kloroasetaldehida teroptimasi. Molekul-molekul tersebut teroptimasi

ditandai dengan nilai frekuensi imajiner sama dengan nol.

Dimer dan trimer dibuat dari molekul air, asetaldehida, dan kloroasetaldehida

yang telah dioptimasi dan dihitung frekuensinya. Molekul-molekul tersebut dimasukkan

pada Gaussview 5.0 dalam satu layer sesuai dengan dimer atau trimer yang akan

dihitung. Susunan tiap molekul pada dimer dan trimer yang dibuat diupayakan semirip

mungkin dengan keadaan sebenarnya. Gambar dimer dan trimer tersebut kemudian

masing-masing disimpan dalam bentuk gjf. Pada penelitian, dimer dan trimer

CH3CHO.H2O, CH3CHO.2H2O, CH2ClCHO.H2O, CH2ClCHO.2H2O dihitung optimasi

geometri dan frekuensinya. Metode yang digunakan adalah DFT B3LYP. Himpunan

basis yang digunakan adalah 6,311++G (d,p). Perhitungan optimasi geometri dan

frekuensi tersebut menghasilkan sistem dimer dan trimer CH3CHO.H2O,

CH3CHO.2H2O, CH2ClCHO.H2O, CH2ClCHO.2H2O teroptimasi. Sistem dimer dan

trimer tersebut teroptimasi ditandai dengan nilai frekuensi imajiner sama dengan nol.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Struktur Trimer CH3CHO.H2O, CH2ClCHO.H2O, CH3CHO.2H2O dan

CH2ClCHO.2H2O

Perhitungan optimasi geometri dan frekuensi vibrasi model molekul dimer dan

trimer bertujuan untuk mendapatkan molekul dimer CH3CHO.H2O dan

3

CH2ClCHO.H2O dan molekul trimer CH3CHO.2H2O dan CH2ClCHO.2H2O dengan

energi paling minimum. Hasil optimasi geometri dan frekuensi vibrasi molekul-molekul

tersebut disajikan dalam Gambar 1 dan Gambar 2.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 1 Dimer dan Trimer Asetaldehida Teroptimasi Jenis I (a) CH3CHO.H2O (b)

CH3CHO.2H2O, Jenis II (c) CH3CHO.H2O (d)CH3CHO.2H2O

Seperti yang terlihat pada Gambar 1 dan Gambar 2, sistem dimer terstabilkan

oleh dua macam struktur, yaitu jenis I dan jenis II. Kedua jenis sistem dimer dibentuk

oleh adanya ikatan hidrogen antara C=O---H. Sistem dimer jenis I berbentuk siklik dan

distabilkan oleh interaksi lemah antara C(4)H(5)---O. Siklik jenis I sedikit lebih stabil

dibandingkan jenis II karena regangan sterik siklik jenis I lebih kecil dibandingkan jenis

II. Sistem dimer dan trimer pada penelitian ini disusun dengan mempertimbangkan

interaksi intermolekul antara H5---O dan parameter NBO seperti transfer muatan

intermolekul dari atom O pada air ke orbital * (C(4)H(5)). Pada jenis I, ikatan C(1)H(3) tidak terlibat dalam pembentukan struktur siklik. Data panjang ikatan dan frekuensi

vibrasi monome, dimer dan trmer disajikan pada Tabel 1 dan 2.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2 Dimer dan Trimer Kloroasetaldehida TeroptimasiJenis I (a) CH2ClCHO.H2O (b)

CH2ClCHO.2H2O, Jenis II (c) CH2ClCHO.H2O (d) CH2ClCHO.2H2O

4

Tabel 1 Panjang Ikatan Hidrogen pada Dimer dan Trimer Asetaldehida dengan Molekul Air

CH3CHO.H2O dan CH3CHO.2H2O dalam

Panjang Ikatan Hidrogen C=O- -H dan Interaksi Antara CH- -O ()

Parameter Dimer Jenis I

Trimer Jenis I Dimer Jenis II Trimer Jenis II

r(C=O--HO) 1,951 1,868 1,942 1,857

r(CH--O) 2,541 2,327 2,962 2,319

Tabel 2 Panjang Ikatan Hidrogen pada Dimer dan Trimer Kloroasetaldehida dengan molekul air

CH2ClCHO.H2O dan CH2ClCHO.2H2O dalam

Panjang Ikatan Hidrogen C=O- -H dan Interaksi Antara CH- -O ()

Parameter Dimer Jenis I

Trimer Jenis I Dimer Jenis II Trimer Jenis II

r(C=O--HO) 2,045 1,925 2,006 1,912

r(CH--O) 2,280 2,145 2,809 2,260

Panjang ikatan hidrogen antara C=O----HO pada sistem trimer berkurang jika

dibandingkan pada sistem dimer, selisihnya antara 0,083 hingga 0,120 , seperti terlihat

pada Tabel 1 dan 2. Selain itu, panjang ikatan hidrogen antara O---H dari kedua

molekul air, berkisar antara 1,844-1,866 , lebih pendek jika dibandingkan dengan

panjang ikatan intermolekul pada dimer air yaitu sebesar 1,933 , (Chandra dan

Zeegers-Huyskens, 2012: 1155-1163).

Indikasi paling positif telah terjadinya interaksi kooperatif pada trimer

asetaldehida dengan dua air dan trimer kloroasetaldehida dengan dua air yaitu

berkurangnya panjang interaksi antara C(4)H(5)----O pada sistem trimer jenis I jika

dibandingkan dengan sistem dimer. Jika dibandingkan antara trimer dan dimer

asetaldehida dengan air, panjang interaksi C(4)H(5)----O pada trimer jenis I lebih kecil

0,214 dari dimer jenis I. Perbandingan antara trimer dan dimer kloroasetaldehida

dengan air menunjukkan bahwa panjang interaksi C(4)H(5)----O pada trimer jenis I lebih

kecil 0,135 dari dimernya.

NBO Dimer dan Trimer antara Asetaldehida dengan Air

Perhitungan optimasi geometri menghasilkan data NBO dimer dan trimer antara

asetaldehida dengan air yang ditampilkan pada tabel 3. Analisis struktur geometri dan

NBO dilakukan pada dimer dan trimer asetaldehida dengan air. Data geometri berupa

jarak C(1)H(3), C(4)H(5) dan C=O pada monomer, pada dimer dengan satu molekul air,

dan pada trimer dengan dua molekul air. Selain itu juga dibutuhkan data frekuensi

vibrasi untuk mengetahui bagaimana sifat kooperatif mempengaruhi frekuensi vibrasi

sistem trimer. Parameter NBO juga dibutuhkan, seperti penempatan elektron dalam

orbital, dan energi hiperkonjugasi. Semua parameter tersebut ditampilkan pada Tabel 3

untuk dimer dan trimer asetaldehida dengan molekul air.

Pada Tabel 3 terlihat bahwa ikatan C=O mengalami pemanjangan sebesar 0,006

pada kedua jenis dimer dan 0,008 pada trimer jenis I sedangkan pada trimer jenis II

sebesar 0,012 . Nilai frekuensi vibrasi ikatan C=O turun sebesar 22 cm-1

pada kedua

jenis dimer dan 27 cm-1

pada trimer jenis I sedangkan pada trimer jenis II sebesar 45

cm-1

jika dibandingkan dengan monomernya.Sifat kooperatif pada ikatan hidrogen

trimer asetaldehida dengan air menyebabkan nilai pemanjangan ikatan dan penurunan

frekuensi vibrasi C=O lebih besar jika dibandingkan dimernya. Hal ini menunjukkan

5

bahwa ikatan hidrogen pada trimer lebih kuat dibandingkan pada dimer asetaldehida

dengan air.

Tabel 3 Parameter Monomer, Dimer, dan Trimer Asetaldehida dengan Air

Parameter Satuan CH3CHO Dimer Jenis I Trimer Jenis I Dimer Jenis II Trimer

Jenis II

r C(1)H(3) 1,112 1,109 1,109 1,108 1,105

v C(1)H(3) cm-1

2870 2905 2906 2924 2964

s C(1)H(3) % 29,98 30,2 30,34 31,47 31,66

* C(1)H(3) e 0,071 0,064 0,063 0,062 0,057

r C(4)H(5) 1,089 1,089 1.091 1,089 1,089

v C(4)H(5) cm-1

3140 3140 3125 3140 3139

s C(4)H(5) % 25,39 26,2 27,8 24,84 25,48

* C(4)H(5) e 0,0065 0,0071 0,012 0,0065 0,0065

r C=O 1,205 1,211 1,213 1,211 1,217

v C=O cm-1

1810 1788 1783 1788 1765

O2 *C(1)H(3) kcal/mol 23,65 22,42 22,23 20,69 17,24 O9(12) *C(4)H(5) kcal/mol - 0,47 2,85 - - O12 *C(1)H(3) kcal/mol - - - - 2,54

a. Karakteristik Ikatan C(4)H(5) pada Dimer dan Trimer Jenis I antara Asetaldehida dengan Air

Pada penelitian ini pembahasan dititikberatkan pada ikatan CH metil. Panjang

ikatan C(4)H(5) pada dimer jenis I dan II tidak berubah dibandingkan monomernya,

sedangkan ikatan C(4)H(5) pada trimer jenis I memanjang secara signifikan, yaitu sebesar

0,002 pada trimer asetaldehida dengan dua air. Pemanjangan ikatan C(4)H(5) tersebut

menyebabkan terjadinya pergeseran merah v (C(4)H(5)) sebesar 15 cm-1

pada trimer

asetaldehida dengan dua air. Pada dimer dan trimer jenis II, terbentuknya ikatan

hidrogen C=O---H tidak mempengaruhi karakteristik ikatan C(4)H(5) karena ikatan

tersebut tidak berinteraksi dengan air.

Pemanjangan ikatan C(4)H(5) disebabkan oleh sifat kooperatif ikatan hidrogen

pada trimer jenis I. Keberadaan sifat kooperatif mendukung transfer muatan

intermolekul dari atom O12 air ke orbital * (C(4)H(5)) sehingga ikatan C(4)H(5) memanjang. Dapat dilihat pada Tabel 4.3 besarnya transfer muatan intermolekul

tersebut, yang ditunjukkan dengan nilai energi hiperkonjugasi yaitu sebesar 0,47

kcal/mol pada dimer asetaldehida dengan satu air dan sebesar 2,85 kcal/mol pada trimer

asetaldehida dengan dua air. Selaras dengan meningkatnya nilai energi hiperkonjugasi,

penempatan elektron pada orbital * (C(4)H(5)) meningkat sebesar 0,0055 pada trimer asetaldehida dengan dua air dibanding monomernya.

b. Karakteristik Ikatan C(1)H(3) pada Dimer dan Trimer Jenis II antara Asetaldehida dengan Air

Pemendekan panjang ikatan C(1)H(3) dan kenaikan nilai frekuensi vibrasinya

pada dimer jenis I dan jenis II diakibatkan oleh keberadaan elektron bebas atom O pada

C karbonil, (Chandra dan Huyskens, 2012). Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya,

pendeknya interaksi intermolekul dari H3 - - - O menunjukkan bahwa ikatan C(1)H(3)

terlibat dalam pembentukan formasi siklik pada trimer jenis II. Hal ini selaras dengan

besarnya transfer muatan dari atom O12 air ke orbital * (C(1)H(3)) yang ditunjukkan oleh besarnya energi hiperkonjugasi yaitu sebesar 2,54 kcal/mol pada trimer jenis II

asetaldehida dengan dua air. Walaupun transfer muatan intermolekul tersebut cukup

besar, namun penempatan elektron dalam orbital * (C(1)H(3)) berkurang. Hal ini disebabkan energi hiperkonjugasi O2 *C(1)H(3) pada trimer jenis II berkurang sebesar

6

6,41 kcal/mol dibandingkan monomernya. Fakta tersebut menunjukkan bahwa efek dari

pasangan elektron bebas atom O2 yang menentukan panjangnya ikatan C(1)H(3).

Pemendekan panjang ikatan C(1)H(3) menyebabkan terjadinya pergeseran biru

yang ditunjukkan dengan bertambah besarnya nilai frekuensi vibrasi ikatan C(1)H(3)

sebesar 93 cm-1

pada trimer asetaldehida dengan dua air, ketika dibandingkan dengan

monomer asetaldehida. Fakta tersebut menunjukkan bahwa sifat kooperatif

menyebabkan pergeseran biru pada trimer asetaldehida dengan dua air.

NBO Dimer dan Trimer antara Kloroasetaldehida dengan Air

Analisis struktur geometri dan NBO dilakukan pada dimer dan trimer

kloroasetaldehida dengan air. Data geometri berupa jarak C(1)H(3), C(4)H(5) dan C=O

pada monomer, pada dimer dengan satu molekul air, dan pada trimer dengan dua

molekul air. Selain itu juga dibutuhkan data frekuensi vibrasi untuk mengetahui

bagaimana sifat kooperatif mempengaruhi frekuensi vibrasi sistem trimer. Parameter

NBO juga dibutuhkan, seperti penempatan elektron dalam orbital, dan energi

hiperkonjugasi. Semua parameter tersebut ditampilkan pada Tabel 4 untuk dimer dan

trimer kloroasetaldehida dengan molekul air.

Tabel 4 Parameter Monomer, Dimer, dan Trimer Kloroasetaldehida dengan Air

Parameter Satuan CH2ClCHO Dimer Jenis I Trimer Jenis I Dimer Jenis II Trimer

Jenis II

r C(1)H(3) 1,107 1,106 1,106 1,104 1,103

v C(1)H(3) cm-1

2930 2945 2945 2974 2991

s C(1)H(3) % 31,87 31,71 31,68 32,33 33,43

* C(1)H(3) e 0,067 0,060 0,061 0,059 0,056

r C(4)H(5) 1,090 1,092 1,093 1,087 1,087

v C(4)H(5) cm-1

3080 3064 3045 3070 3070

S C(4)H(5) % 26,14 27,67 28,3 26,53 26,62

* C(4)H(5) e 0,018 0,024 0,025 0,018 0,018

r C=O 1,201 1,206 1,209 1,207 1,213

v C=O cm-1 1810 1800 1785 1790 1765

O2 *C(1)H(3) kcal/mol 21,77 21,32 21,06 19,79 16,90 O9(12) *C(4)H(5) kcal/mol - 2,65 5,47 - - O12 *C(1)H(3) kcal/mol - - - - 3,27

Parameter yang dianalisis pada dimer dan trimer kloroasetaldehida dengan air

ditampilkan pada Tabel 4 untuk dimer dan trimer kloroasetaldehida dengan molekul air.

Pada Tabel 4 terlihat bahwa akibat terjadinya ikatan hidrogen pada dimer dan trimer

kloroasetaldehida dengan air, ikatan C=O mengalami pemanjangan sebesar 0,005

pada dimer dan 0,008 pada trimer dan nilai frekuensi vibrasinya turun sebesar 10 cm-1

pada dimer dan 25 cm-1

pada trimer jika dibandingkan dengan monomernya. Sifat

kooperatif pada ikatan hidrogen trimer kloroasetaldehida dengan air menyebabkan

pemanjangan ikatan dan penurunan frekuensi vibrasi C=O lebih besar jika dibandingkan

dimernya. Hal ini menunjukkan bahwa ikatan hidrogen pada trimer lebih kuat

dibandingkan pada dimer kloroasetaldehida dengan air.

a. Karakteristik Ikatan C(4)H(5) pada Dimer dan Trimer Jenis I antara Kloroasetaldehida dengan Air

Pada penelitian ini pembahasan dititikberatkan pada ikatan CH metil. Panjang

ikatan C(4)H(5) pada dimer jenis I dan II memanjang sebesar 0,002 dibandingkan

monomernya, sedangkan ikatan C(4)H(5) pada trimer jenis I memanjang secara

signifikan, yaitu sebesar 0,003 pada trimer kloroasetaldehida dengan dua air.

7

Pemanjangan ikatan C(4)H(5) tersebut menyebabkan terjadinya pergeseran merah v

(C(4)H(5)) sebesar 16 cm-1

pada dimer kloroasetaldehida dengan air dan sebesar 35 cm-1

pada trimer kloroasetaldehida dengan dua air. Pada dimer dan trimer jenis II,

terbentuknya ikatan hidrogen C=O---H tidak mempengaruhi karakteristik ikatan C(4)H(5)

karena ikatan tersebut tidak berinteraksi dengan air.

Pemanjangan ikatan C(4)H(5) disebabkan oleh sifat kooperatif ikatan hidrogen

pada trimer-trimer jenis I. Keberadaan sifat kooperatif mendukung transfer muatan

intermolekul dari atom O12 air ke orbital * (C(4)H(5)) sehingga ikatan C(4)H(5) memanjang. Dapat dilihat pada Tabel 4.5 besarnya transfer muatan intermolekul

tersebut, yang ditunjukkan dengan nilai energi hiperkonjugasi yaitu sebesar 2,65

kcal/mol pada dimer kloroasetaldehida dengan satu air dan sebesar 5,47 kcal/mol pada

trimer kloroasetaldehida dengan dua air. Selaras dengan meningkatnya nilai energi

hiperkonjugasi, penempatan elektron pada orbital * (C(4)H(5)) meningkat sebesar 0,006 pada trimer kloroasetaldehida dengan dua air dibandingkan dengan monomernya. Hal

ini menunjukkan keberadaan sifat kooperatif pada trimer asetaldehida dengan dua air.

b. Karakteristik Ikatan C(1)H(3) pada Dimer dan Trimer Jenis II antara Kloroasetaldehida dengan Air

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, pendeknya interaksi intermolekul dari

H3 - - - O menunjukkan bahwa ikatan C(1)H(3) terlibat dalam pembentukan formasi siklik

pada trimer jenis II. Hal ini selaras dengan besarnya transfer muatan dari atom O12 air

ke orbital * (C(1)H(3)) yang ditunjukkan oleh besarnya energi hiperkonjugasi yaitu sebesar 3,27 kcal/mol pada trimer jenis II kloroasetaldehida dengan dua air. Walaupun

transfer muatan intermolekul tersebut cukup besar, namun penempatan elektron dalam

orbital * (C(1)H(3)) berkurang. Hal ini disebabkan energi hiperkonjugasi O2 *C(1)H(3) pada trimer jenis II berkurang sebesar 4,87 kcal/mol dibandingkan dengan

monomernya. Fakta tersebut menunjukkan bahwa efek dari pasangan elektron bebas

atom O2 yang menentukan panjangnya ikatan C(1)H(3).

Pemendekan panjang ikatan C(1)H(3) menyebabkan terjadinya pergeseran biru

yang ditunjukkan dengan bertambah besarnya nilai frekuensi vibrasi ikatan C(1)H(3)

sebesar 61 cm-1

pada trimer kloroasetaldehida dengan dua air, ketika dibandingkan

dengan monomer kloroasetaldehida. Fakta tersebut menunjukkan bahwa sifat kooperatif

menyebabkan pergeseran biru pada trimer kloroasetaldehida dengan dua air.

Pengaruh Atom Cl terhadap Sifat Kooperatif Ikatan Hidrogen

Untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh atom Cl terhadap sifat kooperatif

ikatan hidrogen pada kloroasetaldehida, maka perlu dibandingkan data parameter dari

dimer dan trimer asetaldehida dengan air dengan dimer dan trimer kloroasetaldehida

dengan air, seperti ditunjukkan pada Tabel 5.

Tabel 5 Selisih Karakteristik C(4)H(5) antara Dimer dan Trimer Asetaldehida dengan air dan Dimer

dan Trimer Kloroasetaldehida dengan air Jenis I.

Selisih karakteristik C(4)H(5) dengan monomernya

Parameter Asetaldehida Jenis I Kloroasetaldehida Jenis I

Dimer Trimer Dimer Trimer

r () 0,000 0,002 0,002 0,003

v (cm-1

) 0,000 15 16 35

(e) 0,0006 0,0055 0,006 0,007 O9(12) *C(4)H(5) (kcal/mol) 0,475 2,85 2,65 5,47

8

Pengaruh atom Cl terhadap sifat kooperatif dapat dilihat pada selisih karakteristik ikatan

yang dipengaruhinya, ditunjukkan pada Tabel 5. Pada dimer dan trimer jenis I antara

kloroasetaldehida dengan air, ikatan C(4)H(5) mengalami pemanjangan yang lebih besar

yaitu sebesar 0,002 dan 0,003 sedangkan dimer asetaldehida dengan air tidak

mengalami pemanjangan dan trimer asetaldehida dengan air mengalami pemanjangan

sebesar 0,002 . Nilai frekuensi vibrasinya juga turun lebih banyak dibandingkan

dengan dimer dan trimer asetaldehida dengan air. Penempatan elektron dalam orbital * C(4)H(5) juga mengalami peningkatan yang lebih besar dari monomernya jika

dibandingkan dengan dimer dan trimer asetaldehida dengan air. Hal-hal tersebut

menunjukkan bahwa keberadaan atom Cl memperkuat sifat kooperatif ikatan hidrogen

pada kloroasetaldehida jika dibandingkan dengan asetaldehida.

Pada dimer dan trimer jenis II antara kloroasetaldehida dengan air, atom Cl juga

memperkuat sifat kooperatif ikatan hidrogen. Hal ini ditunjukkan dengan besar selisih

panjang ikatan, frekuensi vibrasi, elektron dalam orbital * C(1)H(3) antara trimer, dimer, dan monomer kloroasetaldehida dengan air dan asealdehida dengan air. Selisih dimer

dan trimer kloroasetaldehida dengan air lebih besar dibandingkan selisih dimer dan

trimer asetaldehida dengan air.

Adanya atom Cl pada kloroasetaldehida menyebabkan kerapatan elektron di

sekitar atom C(4) menjadi berkurang. Ikatan C(4)H(5) menjadi lebih lemah sehingga atom

H(5) lebih mudah berinteraksi dengan atom O air. Hal inilah yang menyebabkan

kloroasetaldehida memiliki sifat kooperatif yang lebih kuat dibanding asetaldehida.

KESIMPULAN Sifat kooperatif ikatan hidrogen pada trimer asetaldehida dengan air

menyebabkan pemanjangan ikatan C=O sebesar 0,008 dan ikatan C(4)H(5) sebesar

0,002 sedangkan ikatan C(1)H(3) memendek sebesar 0,007 dibandingkan

monomernya. Akibat sifat kooperatif, energi hiperkonjugasi O9 *C(4)H(5)naik sebesar 2,38 kcal/mol dan menurunkan energi hiperkonjugasi O2 *C(1)H(3) sebesar 6,41 kcal/mol.

Sifat kooperatif ikatan hidrogen pada trimer kloroasetaldehida dengan air

menyebabkan pemanjangan ikatan C=O sebesar 0,009 dan ikatan C(4)H(5) sebesar

0,003 sedangkan ikatan C(1)H(3) memendek sebesar 0,004 dibandingkan

monomernya. Akibat sifat kooperatif, energi hiperkonjugasi O9 *C(4)H(5) naik sebesar 2,82 kcal/mol dan menurunkan energi hiperkonjugasi O2 *C(1)H(3) sebesar 4,87 kcal/mol.

Atom Cl pada kloroasetaldehida memperkuat sifat kooperatif ikatan hidrogen pada

trimer kloroasetaldehida dengan dua molekul air dibandingkan dengan trimer

asetaldehida dengan dua molekul air

DAFTAR RUJUKAN

Chandra, A. K., Zeegers-Huyskens, T. 2012. A Theoretical Investigation of the

Interaction between Substituted Carbonyl Derivatives and Water: Open or

Cyclic Complexes. Journal of Computational Chemistry. 33: 1131-1141.

Chandra, A. K., Zeegers-Huyskens, T. 2012. Theoretical Investigation of the

Cooperativity in CH3CHO.2H2O, CH2FCHO.2H2O, and CH3CFO.2H2O

Systems. Journal of Atomic, Molecular, and Optical Physics. 10: 1155-1163.

9

Effendy. 2006. Teori VSEPR Kepolaran, dan Gaya Antarmolekul. Malang : Bayumedia

Publishing.

Huyskens, P. L. 1993. Factors Governing the Influence of a First Hydrogen Bond on the

Formation of a Second One by the Same Molecule or Ion. Journal of the

American Chemical Society. 99: 2576.

Young, D. C., 2001. Computational Chemistry: A Practical guide for Applying

Techniques to Real-World Problems. New York: John Wiley & Sons.