[RESUME V] KIMIA ORGANIK: ISOMERI STRUKTUR SENYAWA HIDROKARBON DAN SISTEM NOMENKLATUR

A.    Sistem Nomenklatur

               Pada tata nama atau nomenklatur (bahasa Inggris: nomenclature) berasal dari bahasa Latin : nomen untuk penamaan atau calare bagi sebuah penyebutan dalam bahasa Yunani: ονοματοκλήτωρ yang berasal dari kata onoma yang sama berarti dengan bahasa Inggris kuno :nama dan bahasa Jerman kuno : namo adalah merujuk pada persyaratan, sistem prinsip-prinsip dasar, prosedur dan persyaratan yang berkaitan dengan penamaan yang dapat merupakan pembakuan kata atau frasa penugasan untuk objek tertentu.  Tatanama organik atau lengkapnya tatanama IUPAC untuk kimia organik adalah suatu cara sistematik untuk memberi nama senyawa organik yang direkomendasikan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Idealnya, setiap senyawa organik harus memiliki nama yang dari sana dapat digambarkan suatu formula struktural dengan jelas.

          Seperti pada komunikasi umum dan menghindari deskripsi yang panjang, rekomendasi penamaan resmi IUPAC tidak selalu diikuti dalam praktiknya kecuali jika diperlukan untuk memberikan definisi ringkas terhadap suatu senyawa atau jika nama IUPAC lebih sederhana (bandingkan etanol dengan etil alkohol). Jika tidak, maka nama umum atau nama trivial yang biasanya diturunkan dari sumber senyawa tersebutlah yang digunakan. Untuk tatanama IUPAC menggunakan sejumlah awalan, akhiran, dan sisipan untuk mendeskripsikan jenis dan posisi gugus fungsi pada suatu senyawa.

            Pada kebanyakan senyawa, penamaan dapat dimulai dengan menentukan rantai hidrokarbon Ingold Prelog jika ambiguitas masih saja ada pada struktur rantai hidrokarbon induk. Nama dari rantai induk dimodifikasi dengan akhiran gugus fungsi yang memiliki prioritas tertinggi, sedangkan gugus fungsi sisanya diindikasikan dengan awalan yang dinomori dan disusun secara alfabetis.

            Nama senyawa ini dikonstruksi dengan cara sebagai berikut:  [NH2CH2CH2OH]

·         Terdapat dua karbon pada rantai induk, maka diberi nama dasar "et"

·         Karbon-karbon pada senyawa tersebut berikatan tunggal, maka diberi akhiran "an"

·         Terdapat dua gugus fungsi pada senyawa tersebut, yakni alkohol (OH) dan amina (NH2).

·         Alkohol memiliki nomor atom dan prioritas yang lebih tinggi dariamina, dan akhiran dari alkohol adalah "ol", maka akhiran majemuk yang terbentuk adalah "anol".

·         Gugus amina tidak berada pada satu karbon yang sama dengan gugus OH (karbon nomor 1), namun melekat pada karbon nomor 2, oleh karena itu ia diidentifikasikan dengan awalan "2-amino".

·         Setelah awalan, nama dasar, dan akhirannya digabung, kita mendapat "2-aminoetanol".

Dan selanjutnya terdapat pula sistem penamaan lama untuk senyawa organik, dikenal sebagai tatanama umum, yang sering digunakan untuk menamakan senyawa yang sederhana maupun senyawa yang sangat kompleks sehingga nama IUPAC menjadi sangat panjang untuk digunakan dan dapat diterapkan.

B.     Isomer Struktural

            Isomer struktural (structural isomers) atau dikenal sebagai isomer konstitusional, adalah sebutan untuk jenis isomer yang berbeda dalam struktur dasar atau jenis ikatan-ligan yang tekait pada logam pusat dan melalui atom. Beberapa jenis isomerisme struktural (isomerisme ionisasi, isomerisme koordinasi, dan isomerisme tautan).

·         -Isomer Ionisasi

            Pada dua senyawa koordinasi yang rumusnya mempunyai ion pusat yang sama (Cr³⁺) dan lima dari enam ligannya (molekul NH₃) adalah sama. Senyawa ini berbeda karena isomer pertama mempunyai ion SO₄^2- sebagai ligan keenam, dengan ion netral Cl^- menetralkan muatan ion kompleks, sedangkan isomer kedua memiliki Cl^- sebagai ligan keenam dengan SO₄^2- menetralkan muatan ion kompleks.

Contoh:

[CrSO₄(NH₃)₅Cl]

pentaaminasulfatokromium(III) klorida

[CrSO₄(NH₃)₅]SO₄

pentaaminaklorokromium(III) sulfat

·         -Isomer Koordinasi

            Isomer koordinasi dapat muncul jika senyawa koordinasi tersusun atas kation kompleks dan anion kompleks. ligan dapat dikontribusikan secara berbeda di antara kedua ion, seperti NH₃(aq) dan CN^-.

Contoh:

[Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆]

heksaaminakobalt(III) heksasianokromat(III)

[Cr(NH₃)₆][Co(CN)₆]

heksaaminakromium(III) heksasianokobaltat(III)

·     - Isomerisme Tautan

            Beberapa ligan dapat melekat pada ion logam atom pusat suatu ion kompleks dengan cara berbeda. 

Contoh:

[Co(NO₂)(NH₃)₅]²⁺

ion pentaaminanitrito-N-kobalt(III)

[Co(ONO)(NH₃)₅]²⁺

ion pentaaminanitrito-O-kobalt(III)

C.    Isomer Pada Alkana

      Pada struktur alkana dapat berupa rantai lurus atau rantai bercabang. Alkana yang mengandung tiga atom karbon atau kurang tidak mempunyai isomer seperti CH₄, C₂H₆ dan C₃H₈ karena hanya memiliki satu cara untuk menata atom-atom dalam struktur ikatannya sehingga memilki rumus molekul dan rumus struktur molekul sama.

       Dalam senyawa alkana juga ada yang rumus molekulnya sama, tetapi rumus struktur molekulnya berbeda. Mulai dari alkana dengan rumus molekul C₄H₁₀mempunyai dua kemungkina struktur ikatan untuk menata atom-atom karbonnya. Untuk senyawa-senyawa tersebut disebut isomer. Oleh karena perbedaan hanya pada kerangka struktur maka isomernya disebut isomerkerangka.

Kita dapat menyimpulkan dari 2 contoh di atas bahwa semakin bertambah jumlah atom C pada rumus molekul suatu alkana maka semakin banyak isomernya seperti yang tertera ditabel bawah ini:

Jumlah atom C	C4	C5	C6	C7	C8	C9	C10
Rumus molekul	C4H10	C5H12	C6H14	C7H16	C8H18	C9H20	C10H22
Jumlah isomer	2	3	5	9	18	35	75

D.    Ethylene

            Ethylene seperti etena adalah untuk H 2 C = CH 2, tetapi juga berjalan dengan nama umum: Ethylene. Nama Ethylene digunakan karena itu adalah seperti sebuah gugus etil (CH_2CH_3) tapi ada ikatan ganda antara dua atom karbon di dalamnya. Etena memiliki rumus (C_2H_4) dan merupakan alkena sederhana karena memiliki karbon paling sedikit (dua) diperlukan untuk ikatan ganda karbon-karbon.

            Didalam etilena setiap atom karbon memiliki tiga sp 2 orbital dan satu p-orbital . Tiga sp 2 orbital terletak pada ~ 120 ° sudut. P-orbital tegak lurus terhadap pesawat ini.Ketika atom karbon mendekati satu sama lain, dua dari sp 2 orbital tumpang tindih untuk membentuk ikatan sigma . Pada saat yang sama, dua-orbital p berdekatan (lagi pada bidang yang sama) dan bersama-sama mereka membentuk pi-ikatan .

            Dan untuk tumpang tindih maksimum, p-orbital harus tetap paralel, dan, karena itu, rotasi di sekitar ikatan pusat tidak mungkin,  ini menimbulkan isomer cis-trans . Ikatan ganda lebih pendek dari ikatan tunggal karena p-orbital tumpang tindih dimaksimalkan. Sudut ikatan HCH pada eten adalah 117 derajat dan sudut HCC adalah 121,5 derajat. 

E.     Reaksi Grignard

            Pada reaksi Grignard adalah organologam reaksi kimia di mana alkil , vinil , atau aril - magnesium halida (pereaksi Grignard) menambah sebuah karbonil . Kelompok aldehida atau keton.  Reaksi ini merupakan alat penting untuk pembentukan ikatan karbon-karbon.  Reaksi halida organik dengan magnesium bukan reaksi Grignard.

            Akan tetapi pada keterbatasan reagen Grignard adalah bahwa mereka tidak mudah bereaksi dengan alkil halida melalui mekanisme S N 2. Di sisi lain, mereka mudah berpartisipasi dalam transmetalation reaksi: Umum.

RMgX + Alx → ALR + MGX 2

Dan adapun untuk tujuan yang tersedia secara komersial reagen Grignard sangat berguna karena rute ini menghindari masalah dengan inisiasi. Reaksi paling Grignard dilakukan dalam pelarut halus, terutama eter dietil dan THF . Dengan chelating dieter dioksan , beberapa reagen Grignard menjalani reaksi redistribusi untuk memberikan senyawa diorganomagnesium (R = gugus organik, X = halida): Reaksi ini dikenal sebagai keseimbangan Schlenk .

RMgX + dioksan ⇌ R 2 Mg + MGX.

[RESUME IV] KIMIA ORGANIK: KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK

A.    Senyawa Rantai Terbuka

            Pada senyawa hidrokarbon rantai terbuka (alifatik), adalah senyawa hidrokarbon yang memiliki rantai karbon terbuka, baik lurus, bercabang, berikatan tunggal atau berikatan rangkap 2 atau rangkap 3. Senyawa alifatik adalah senyawa yang mengandung karbon dan hidrogen yang bergabung bersama dalam rantai lurus, bercabang atau cincin non-aromatik. Senyawa ini digunakan sebagai inhibitor korosi.

            Selanjutnya, hidrokarbon alkana, alkena dan alkuna adalah senyawa alifatik, seperti asam lemak dan banyak senyawa lainnya. Kebanyakan senyawa yang mengandung cincin adalah senyawa aromatik. Dengan demikian, senyawa alifatik adalah kebalikan dari senyawa aromatik.

Kegunaan industri hidrokarbon alifatik dan alisiklik meliputi:

      Sebagai pelarut

      Sebagai intermediet kimia

      Sebagai Senyawa pemadam kebakaran

      Sebagai pembersih logam

          Contoh senyawa hidrokarbon alifatik jenuh: Senyawa alifatik tak jenuh adalah senyawa alifatik yang rantai C nya terdapat ikatan rangkap dua atau rangkap tiga. Jika memiliki rangkap dua dinamakan alkena dan memiliki rangkap tiga.

       Contoh senyawa hidrokarbon alifatik tak jenuh: Senyawa hidrokarbon siklik adalah senyawa karbon yang rantai C nya melingkar dan lingkaran itu mungkin juga mengikat rantai samping. Golongan ini terbagi lagi menjadi senyawa alisiklik dan aromatik.

Sifat Senyawa alifatik:

      Jenuh – Bergabung dengan ikatan tunggal (alkana)

      Tak jenuh – Bergabung dengan ikatan ganda (alkena) atau ikatan rangkap tiga (alkuna)

Senyawa alifatik ditemukan pada:

      Zat Kimia

      Cat dan pernis

      Tekstil

      Karet

      Plastik

      Pewarna

      Farmasi

      Pembersih

B.     Senyawa Rantai Tertutup

            Pada senyawa hidrokarbon rantai tertutup (asiklik), adalah senyawa hidrokarbon yang memiliki rantai tertutup. Dibagi menjadi dua golongan, yaitu:

      Senyawa hidrokarbon asiklik, yaitu senyawa hidrokarbon dengan rantai tertutup yang mengandung ikatan jenuh atau tidak jenuh. atau dapat ditulis.

      Senyawaa hidrokarbon aromatik, yaitu senyawa hidrokarbon dengan rantai tertutup yang membentuk cincin benzena atau terdapat ikatan rangkap dan tunggal yang bergantian. atau dapat ditulis.

C.    Senyawa Homosiklik

            Pada senyawa hidrokarbon siklik adalah senyawa karbon yang rantai C nya melingkar dan lingkaran itu mungkin juga mengikat rantai samping. Golongan ini terbagi lagi menjadi senyawa alisiklik dan aromatik. senyawa alisiklik yaitu senyawa karbon alifatik yang membentuk rantai tertutup.

D.    Senyawa Heterosiklik

            Pada senyawa heterosiklik atau heterolingkar adalah sejenis senyawa kimia yang mempunyai struktur cincin yang mengandung atom selain karbon, seperti belerang, oksigen, ataupun nitrogen yang merupakan bagian dari cincin tersebut.[1] Senyawa-senyawa heterosiklik dapat berupa cincin aromatik sederhana ataupun cincin non-aromatik. Beberapa contohnya adalah piridina (C5H5N), pirimidina (C4H4N2) dan dioksana (C4H8O2). Perlu diperhatikan pula senyawa-senyawa seperti siklopropana dan sikloheksana bukanlah senyawa heterosiklik.

            Selanjutnya, senyawa tersebut hanyalah sikloalkana. Prefiks 'siklik' merujuk pada struktur cincin, sedangkan 'hetero' merujuk pada atom selain karbon. Banyak senyawa heterosiklik yang merupakan zat karsinogenik. Kimia heterosiklik adalah cabang ilmu kimia yang berkutat secara eksklusif terhadap sintesis, sifat-sifat, dan aplikasi heterolingkar.

            Contoh-contoh senyawa tersebut tergolong senyawa heterosiklik.Dalam kerangka cincin, selain atom karbon, juga terdapat atom nitrogen. Ketiga struktur tersebut berbeda karena posisi gugus metil (teobromin dan teofilin berisomer struktural). Perbedaan struktur ini menimbulkan perbedaan sifat fisika dan kimia. Kafein terdapat dalam kopi yang bersifat candu. Teobromin terdapat dalam cokelat (chocolate) yang juga bersifat candu. Teofilin tergolong obat-obatan broncodilator (sesak napas).

KIMIA ORGANIK: HIBRIDISASI NITROGEN DAN OKSIGEN

Hibridisasi Nitrogen dan Oksigen

            Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus Pauling dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana (CH4). Secara historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur senyawa organik. Sangatlah penting untuk dicatat bahwa orbital adalah sebuah model representasi dari tingkah laku elektron-elektron dalam molekul. Dalam kasus hibridisasi yang sederhana, pendekatan ini didasarkan pada orbital-orbital atom hidrogen.

Ø  Nitrogen

            Nitrogen mempunyai konfigurasi elektron keadaan dasar dari N adalah [He] 2s²2p³. tiga dari lima elektron valensi yang digunakan untuk membentuk tiga Ikatan tunggal N―H, meninggalkan satu pasangan elektron bebas.

            Struktur piramidal trigonal, berasal dari tetrahedral susunan pasangan elektron . N atom memiliki empat valensi orbital atom: 2s, 2px, 2py dan 2pz. Skema  sp3  hibridisasi  memberikan tetrahedral pengaturan orbital hibrida, sesuai untuk menampung  empat  pasang  elektron. Pada atom nitrogen, oksigen dan klor dalam struktur organik juga dapat membentuk hibridisasi sp³. Nitrogen memiliki lima elektron valensi di lapisan kedua. Setelah hibridisasi, akan memiliki tiga setengah penuh orbital sp³ dan dapat membentuk tiga ikatan.

Ø  Oksigen

            Oksigen memiliki enam elektron valensi. Setelah hibridisasi, akan memiliki dua setengah penuh orbital sp³ dan akan membentuk dua ikatan. Klor memiliki tujuh elektron valensi. Setelah hibridisasi, akan memiliki satu setengah penuh orbital sp³ dan akan membentuk satu ikatan. Dengan melihat konfigurasi elektronnya, dapat diprediksi bahwa oksigen mampu membentuk dua ikatan sigma karena pada kulit terluarnya terdapat dua elektron tak berpasangan (2py dan 2pz). Oksigen juga dapat terhibridisasi sp2, yaitu dengan mempromosikan satu elektronnya ke orbital p.

            Pada elektron pada ground-state atom oksigen memiliki konfigurasi:1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1, dan oksigen merupakan atom divalen. sudut ikatan yang terbentuk sebesar 104.5 derajat diperkirakan bahwa orbital dengan pasangan elektron bebas menekan sudut ikatan H-O-H, sehingga sudut yang terbentuk lebih kecil dari sudut ideal (109.5derajat ), seperti halnya pasangan elektron bebas dalam ammonia menekan sudut ikatan H-N-H. Dengan melihat konfigurasi elektronnya, dapat diprediksi bahwa oksigen mampu membentuk dua ikatan sigma karena pada kulit terluarnya terdapat dua elektron tak berpasangan (2py dan 2pz). Air adalah contoh senyawa yang mengandung oksigen sp3. 

KIMIA ORGANIK: TUGAS TERSTRUKTUR 1

1.       Menurut Louis de Broglie bahwa elektron mempunyai sifat gelombang sekaligus juga partikel. Jelaskan keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum  dan Teori Orbital Molekul?

Ø  Jawaban:

            Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.

            Menurut “Louis de Broglie”, elektron bersifat gelombang dan partikel. Ia menyatakan bahwa hipotesis adalah gelombang materi dinyatakan pada tahun 1924. Secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

            Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak ada penjelasan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama. Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in Light of Modern Physics (Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern). Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.

Louis de Broglie : menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang, yaitu:

·         Orbital molekul ikatan memiliki energi yang lebih rendah dan kestabilan yang lebih rendah dibandingkan orbital-orbital atom pembentuknya.

·         Orbital molekul antiikatan memiliki energi yg lebih tinggi dan kestabilan yang lebih rendah dibandingkan orbital-orbital atom pembentuknya.

            Selanjutnya, misalkan didalam OM menunjukkan permukaan dengan kerapatan elektron tetap/konstan sehingga elektron memiliki kemungkinan untuk berada didalamnya. Sehingga sebuah elektron dalam sebuah OM seperti dalam gambar akan berada dalam dalam daerah ikatan. Sebuah  elektron dalam orbital ikatan cenderung untuk bersama dalam inti positif, sehingga mengikatnya bersama secara elektrostatik dan meningkatkan kestabilan molekul.

            Meningkatnya kestabilan berhubungan dengan rendahnya energi, sehingga energi ikatan lebih rendah dibanding energi orbital atom awal.Sebuah elektron pada antiikatan sebagian besar waktunya diluar inti.

2.      Bila absorbsi  sinar UV  oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi lebih tinggi. Transisi elektron manakah memerlukan energi terkecil bila sikloheksena berpindah ke tingkat tereksitasi?

Ø  Jawaban:

         Sinar UV  (Ultraviolet) jauh memiliki rentang panjang gelombang ± 10 – 200 nm, sedangkan ultraviolet dekat memiliki rentang panjang gelombang ± 200-400 nm. Cahaya UV tidak bisa dilihat oleh manusia, namun beberapa hewan, termasuk burung, reptil dan serangga seperti lebah dapat melihat sinar pada panjang gelombang UV. Pada spektrofotometer UV biasanya menggunakan lampu deuterium atau disebut juga heavi hidrogen sebagai sumber cahaya. Deuterium merupakan salah satu isotop hidrogen yang memiliki 1 proton dan 1 neutron pada intinya. Deuterium berbeda dengan hidrogen yang hanya memiliki 1 neutron tanpa proton. Air yang atom hidrogennya merupakan isotop deuterium dinamakan air berat (D₂O).

            Pada air berat digunakan sebagai moderator neutron dan pendingin pada reaktor nuklir. Deuterium juga berpotensi sebagai bahan bakar fusi nuklir komersial. Perlu diketahui air berat yang dibekukan (es) dapat tenggelam dalam air karena massa jenisnya lebih besar dari massa jenis air. Hal ini, tentu berbeda dengan es yang dibuat dari air (H₂O) yang mengapung bila dimasukan dalam air karena massa jenisnya lebih kecil dari air.

            Zat yang dapat dianalisis menggunakan spektrofotometri UV adalah zat dalam bentuk larutan dan zat tersebut tidak tampak berwarna. Jika zat tersebut berwarna maka perlu direaksikan dengan reagen tertentu sehingga dihasilkan suatu larutan tidak berwarna. Namun biasanya zat yang berwarna lebih banyak dianalisis menggunakan spektrofotometri sinar tampak. Senyawa-senyawa organik sebagian besar tidak tidak berwarna sehingga spektrofotometer UV lebih banyak digunakan dalam analisis senyawa organik khususnya dalam penentuan struktur senyawa organik.

            Pada absorpsi radiasi UV-visibel mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah keorbital keadaan tereksitasi yang berenergi lebih tinggi. Transisi ini memerlukan energi 40 – 150 kkal/mol. Molekul-molekul yang bertanggung jawab terhadap absorpsi cahaya disebut dengan kromofor. Kromofor ini merupakan suatu gugusan yang memiliki ikatan rangkap.

            Bila molekul-molekul organik didalam larutan dilewati oleh radiasi cahaya didalam daerah spektrum UV dan visible, molekul-molekul akan mengabsorpsi cahaya, karena semua molekul mempunyai elektron baik pasangan elektron maupun elektron sunyi. Panjang gelombang dimana absorpsi itu terjadi bergantung pada kekuatan elektron itu terikat dalam molekul. Elektron dalam suatu ikatan kovalen tunggal terikat dengan kuat sehingga diperlukan radiasi berenergi tinggi atau panjang gelombang pendek untuk eksitasinya, sedangkan elektron dalam ikatan rangkap dan ganda tiga lebih mudah dieksitasikan keorbital yang lebih tinggi sehingga memerlukan radiasi berenergi lebih rendah.