Studi Komputasi Mekanisme Nitrasi Benzena dan Nitrobenzena: Penyiapan Video Tutorial Komputasi untuk Kimia Organik Fisik

Abstract

Perhitungan kimia komputasi melalui metode Nudged Elastic Band (NEB) dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan kegiatan belajar mengajar (KBM) dalam mempelajari suatu mekanisme reaksi organik. Akan tetapi, perhitungan semacam ini masih sulit diterapkan ke dalam KBM karena memiliki beban komputasi yang tinggi untuk menghasilkan akurasi yang baik. NEB menggunakan suatu level perhitungan untuk mengkalkulasi struktur dan sifat dari senyawa yang terlibat dalam reaksi sehingga tinggi rendahnya akurasi dan beban komputasi sangat bergantung pada hal tersebut. Penelitian ini mencari level perhitungan yang akurat dan efisien dari segi waktu untuk menjelaskan mekanisme reaksi nitrasi benzena dan nitrobenzena secara komputasi dengan menggunakan metode NEB dalam pembuatan video tutorial dan membuat video tutorial yang memvisualkan langkahlangkah kerja sebagai bahan ajar. Dari tiga level perhitungan yang diujikan (HF-3c, PBEh-3c, B3LYP-D3), PBEh-3c berhasil menghasilkan geometri struktur yang akurat dengan waktu yang cukup rendah, yaitu 1 jam 30 menit. Akan tetapi, level ini masih belum efisien karena akurasi energi yang buruk. Walaupun belum efisien, alur diagram energi nitrasi benzena pada level PBEh-3c cukup mirip dengan level M06-2x yang lebih akurat dalam nitrasi. Oleh sebab itu, level ini masih dapat digunakan sebagai media pembelajaran pada KBM berupa video tutorial.

Computational chemistry calculations via Nudged Elastic Band (NEB) method can improve teaching and learning activities (KBM) in studying an organic reaction mechanism. However, this kind of calculation is still difficult to be applied to KBM because it has a high computational load to produce good accuracy. NEB uses a calculation level to calculate the structure and properties of compounds involved in the reaction, so the accuracy and computational load depend highly on it. This research is looking for an accurate and time-efficient calculation level to explain the mechanism of the nitration reaction of benzene and nitrobenzene computationally using the NEB method in preparing video tutorials and tutorial videos that visualize the work steps as teaching materials in KBM. From the three calculation levels tested (HF-3c, PBEh-3c, B3LYP-D3), PBEh-3c managed to get an accurate structural geometry with an adequately low time, which is 1 hour 30 minutes. However, this level still is not efficient due to poor energy accuracy. Although it is inefficient, the flow from the energy diagram of benzene nitration at the PBEh-3c level is quite similar to the M06-2x level, which is more accurate in nitration. Therefore, this level can still be used as a learning medium in KBM as a tutorial video.