20130911130900 unit 3 ikatan tunggal
TRANSCRIPT
Ikatan Tunggal | 34
UNIT 3
IKATAN TUNGGAL
HASIL PEMBELAJARAN
Di akhir pembelajaran ini, anda diharap dapat:
1. Memberikan definisi untuk alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina.
2. Menamakan alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina mengikut sistem
IUPAC.
3. Menghuraikan cara penyediaan alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina.
4. Menghuraikan tindak balas alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina.
PETA KONSEP TAJUK
IKATAN TUNGGAL
Alkana & Sikloalkana Amina Alkohol Alkil Halida Eter & Epoksida
Penamaan IUPAC
Sintesis
Tindak Balas
Ikatan Tunggal | 35
3.1 Alkana dan Sikloalkana
3.1.1 Pendahuluan
Alkana adalah merupakan hidrokarbon di mana semua ikatan karbon-karbon adalah ikatan tunggal. Formula umum bagi alkana adalah CnH2n+2. Sikloalkana pula adalah alkana di mana semua atau sebahagian daripada atom-atom karbon disusun dalam gelang dengan formula umum: CnH2n. Jadual 3.1 menunjukkan beberapa sebatian alkana.
Formula Molekul Formula Struktur Nama
CH4 CH4 Metana
C2H6 CH3–CH3 Etana
C3H8 CH3–CH2–CH3 Propana
C4H10 CH3–CH2–CH2–CH3 Butana
C5H12 CH3–CH2–CH2–CH2–CH3 Pentana
C6H14 CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–CH3 Heksana
C7H16 CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH3 Heptana
C8H18 CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH3 Oktana
Jadual 3.1 Formula dan Nama Beberapa Sebatian Alkana
3.1.2 Kumpulan Alkil
Kumpulan alkil dengan formula umum CnH2n-1 yang biasanya disimbolkan sebagai R mempunyai nama dengan menggantikan –a dalam penamaan alkana yang sepadan dengan –il.
CH3 - CH3CH2 - CH3CH2CH2CH2CH2 – Metil Etil Pentil
3.1.3 Sistem Penamaan IUPAC
Penamaan IUPAC sebatian alkana harus mengikut beberapa langkah dan aturan iaitu:
i. Tentukan bilangan karbon dalam rantai terpanjang dan rantai ini dikenali sebagai rantai induk. Karbon yang tidak termasuk di dalam rantai terpanjang ini dikenali sebagai penukarganti.
ii. Penomboran rantai karbon bermula daripada hujung rantai induk yang paling hampir dengan penukarganti. iii. Gunakan nombor yang diperolehi dalam langkah (ii) untuk menentukan lokasi kumpulan penukarganti.
Letakkan nama rantai induk di bahagian akhir dan didahului dengan penomboran yang diberi bagi kumpulan penukarganti. Nombor dan nama dipisahkan dengan tanda sempang (-).
iv. Jika wujud 2 atau lebih penukarganti, berikan nombor kepada setiap penukarganti bersesuaian dengan kedudukannya dalam rantai induk.
v. Jika terdapat 2 penukarganti pada atom karbon yang sama, gunakan nombor tersebut dua kali. vi. Jika 2 atau lebih penukarganti adalah sama (identical), tunjukkan dengan menggunakan prefiks di-, tri-,
tetra- dengan nombor dipisahkan oleh tanda koma (,). vii. Bagi pemilihan rantai induk yang mempunyai 2 rantai yang sama panjang, rantai yang mempunyai bilangan
kumpulan penukarganti terbanyak dipilih sebagai rantai induk.
Ikatan Tunggal | 36
3.1.4 Penamaan Sikloalkana
Penamaan IUPAC sebatian sikloalkana harus mengikut beberapa langkah dan aturan iaitu:
i. Sikloalkana dengan satu gelang diberi nama dengan meletakkan imbuhan siklo. ii. Jika hanya terdapat satu penukarganti, maka penamaan diberi secara terus tanpa melibatkan nombor
kedudukan penukarganti (alkilsikloalkana). iii. Jika terdapat 2 atau lebih penukarganti, mulakan penomboran dengan mengikut susunan abjad (jika boleh). iv. Jika sistem gelang tunggal terikat pada rantai tunggal yang besar, gelang tunggal menjadi penukarganti dan
sebatian tersebut diberi nama sikloalkilalkana.
3.1.5 Sifat Fizik Alkana Dan Sikloalkana
Setiap alkana berbeza daripada alkana berikutnya oleh satu kumpulan CH2. Siri sebatian di mana ahli berbeza dengan ahli berikutnya oleh unit yang tetap, dinamakan siri homolog. Takat didih alkana meningkat dengan pertambahan berat molekul. Manakala, takat didih bagi alkana bercabang adalah rendah berbanding dengan alkana lurus. Sebagai contoh, takat didih bagi 2-metilpentana adalah 60.3°C, berbanding dengan heksana pada 68.7°C. Ini disebabkan oleh luas permukaan bagi alkana lurus adalah besar berbanding alkana bercabang, maka dengan ini daya van der Waalnya meningkat; dengan ini tenaga yang diperlukan untuk memisahkan molekulnya adalah lebih tinggi.
Semua sebatian alkana adalah kurang tumpat berbanding air (< 1.00 gmL-1). Sebatian alkana juga tidak larut dalam
air (kekutuban rendah dan tidak boleh membentuk ikatan hidrogen) tetapi larut dalam pelarut yang rendah
kekutubannya.
3.1.6 Sintesis Alkana
Penghidrogenan Bermangkin Alkena dan alkuna
Alkena dan alkuna bertindak balas dengan H2 dengan kehadiran mangkin logam (Pd, Ni dan Pt) akan membentuk sebatian alkana. 1 mol H2 diperlukan bagi tindak balas alkena dan 2 mol H2 pula diperlukan untuk tindak balas dengan alkuna.
H
H
H
H
H2 C C
H
H
H
H
H
H
+Pt
alkena alkana
Ikatan Tunggal | 37
3.1.7 Tindak Balas Alkana
Tindak balas penghalogenan
Alkana merupakan sebatian tepu dan tidak reaktif terhadap kebanyakan tindak balas pada keadaan biasa. Tindak
balas memerlukan suhu dan tekanan yang tinggi atau memerlukan keadaan khas.
X2+H3C CH3H3C CH2X
hv
3.2 Alkil Halida
Alkil halida adalah sebatian yang mempunyai atom halogen (F, Cl, Br, I) yang terikat dengan karbon. Ikatan karbon-halogen bagi alkil halida adalah polar; di mana halogen adalah lebih elektronegatif daripada karbon. Alkil halida biasa digunakan sebagai pelarut untuk sebatian tidak berkutub.
3.2.1 Penamaan
Mengikut sistem IUPAC, alkana yang mempunyai penukarganti halogen dinamakan haloalkana. Jika rantai induk mempunyai kedua-dua kumpulan penukarganti alkil dan halogen, berikan nombor rantai daripada kumpulan penukarganti terdekat yang memberikan nombor terendah. Jika dua penukarganti berada pada jarak yang sama, berikan penomboran bermula daripada hujung penukarganti mengikut susunan abjad.
CH3CHCHCH2CH3
Cl
CH3
CH3CHCH2CHCH3
Cl
Br
2-kloro-3-metilpentana 2-bromo-4-kloropentana
3.2.2 Sifat Fizik Halida Organik
Keterlarutan alkil halida di dalam air adalah rendah. Diklorometana (metilena klorida, CH2Cl2), triklorometana (kloroform, CHCl3) dan tetraklorometana (karbon tetraklorida, CCl4) biasa digunakan sebagai pelarut sebatian tidak berkutub. Takat didih alkil halida akan bertambah dengan pertambahan berat atom F < Cl < Br < I. Bagi sebatian alkil halida yang mempunyai halogen yang sama, pertambahan bilangan atom halogen dalam rantai akan meningkatkan takat didih.
Ikatan Tunggal | 38
3.2.3 Sintesis Alkil Halida
3.2.3.1 Penghalogenan Alkena
Tindak balas antara alkena dan halogen akan menghasilkan alkil halida visinal.
H2C CH CH3 + Br2 H2C CH CH3
Br Br
3.2.3.2 Penghidrohalogenan Alkena
Tindak balas penghidrohalogenan alkena dikawal oleh aturan Markonikov sebagai hasil utama.
H2C CH CH3 + HBr H3C CH CH3
Br
+ H2C CH2 CH3
Br
hasil utama hasil minor
“Aturan Markonikov menyatakan bahawa dalam penambahan hydrogen halida (HX) kepada suatu alkena, atom
hidrogen ditambah kepada atom karbon yang mempunyai bilangan atom hidrogen yang lebih banyak”
3.2.3.3 Penghalogenan Alilik
Alkena boleh dihalogenkan secara langsung dalam kedudukan alilik dengan menggunakan suhu yang tinggi dan kepekatan halogen yang rendah untuk mencegah tindak balas berlaku pada ikatan ganda dua.
+ Cl2
Cl
400oC
Karl Zieglar (1942) memperkenalkan satu reagen yang lebih spesifik daripada Br2 untuk alilik dan penghalogenan benzilik iaitu N-bromosuksinimida (NBS).
+ NBS
Br
Ikatan Tunggal | 39
3.2.3.4 Penukaran Alkohol Kepada Alkil Halida
Alkohol bertindak balas dengan pelbagai reagen untuk menghasilkan alkil halida. Reagen yang paling kerap digunakan adalah: I. Hidrogen Halida (HCl, HBr, HI)
Hanya alkohol tertier bertindak balas secara aktif dengan hidrogen halida membentuk alkil halida. Kereaktifan adalah sebagai berikut: Alkohol tertier > alkohol sekunder > alkohol primer.
H3C OH
HCl (gas)
eter
H3C Cl
II. Fosforus Tribromida (PBr3) atau Tionil klorida (SOCl2) Alkil halida sekunder dan primer boleh disintesis dengan menggunakan PBr3 atau SOCl2.
CH3CH2CHCH3
OH
CH3CH2CHCH3
Br
CH3CH2CHCH3
OH
CH3CH2CHCH3
Cl
3 3PBr3
SOCl2
3.2.3.5 Tindak Balas Alkil Halida
Tindak Balas alkil halida boleh dikategorikan kepada 3 tindak balas utama:
i. Tindak balas penukargantian nukleofilik, SN ii. Tindak balas penyingkiran, E
i. Tindak Balas Penukargantian Nukleofilik
Nukleofil, satu spesies yang mempunyai pasangan elektron yang tidak dikongsi, bertindak balas dengan alkil halida dengan menggantikan halogen. Tindak balas penukargantian berlaku dan halogen yang merupakan kumpulan keluar
Ikatan Tunggal | 40
yang baik terpisah sebagai ion halida. Ikatan karbon-halogen mengalami heterolisis, dan pasangan elektron yang tidak dikongsi bagi nukleofil digunakan untuk membentuk ikatan baru kepada atom karbon.
R X + Nu R Nu + X
Tindak balas penukargantian nukleofilik boleh dikelaskan kepada 2 jenis tindak balas iaitu: A. Tindak Balas Penggantian Nukleofilik Bimolekul (SN2) B. Tindak Balas Penggantian Nukleofilik Unimolekul (SN1)
A. Tindak Balas Penukargantian Nukleofilik Bimolekul (SN2)
Mekanisme tindak balas SN2 melibatkan langkah tunggal tanpa perantaraan. Nukleofil bertindak balas dengan alkil halida daripada arah berlawanan dengan kumpulan keluar. Contoh:
Nukleofil OH- menggunakan pasangan elektron tunggalnya untuk menyerang karbon alkil halida 180° daripada halogen yang keluar. Ini menyebabkan keadaan peralihan dengan pembentukan sebahagian ikatan C-OH dan sebahagian lagi memutuskan ikatan C-Br.
Stereokimia pada karbon adalah terbalik apabila ikatan C-OH terbentuk dengan lengkap.
Tindak balas menunjukkan kinetik tertib-kedua, dengan hukum kadar: Kadar = k[RX][Nu:-], di mana; k = pemalar [RX] = kepekatan RX [Nu:-] = kepekatan nukleofil
C Br
H3C
H3CH2C
HOH
HO
CH3
CH2CH3
H+ Br
B. Tindak Balas Penukargantian Nukleofilik Unimolekul (SN1)
(CH3)3C BrCH3OH
CH3ONa(CH3)3C OCH3 + NaBr
Tindak balas di atas adalah lebih cepat daripada pembentukan tindak balas metil bromida, CH3Br sebagai bahan untuk menghasilkan dimetileter.Tindak balas ini tidak boleh berlaku secara mekanisme SN2. Mekanisme alternatif dinamakan tindak balas SN1. Tindakbalas menunjukkan kinetik tertib-pertama, dengan hukum kadar, Kadar = k[RX]
(CH3)3C Br
langkah penentu kadar - lambat
(CH3)3C CH3O (CH3)3C OCH3
laju+
Ikatan Tunggal | 41
Perbandingan Antara Tindak Balas SN1 DAN SN2
Parameter SN1 SN2
Kinetik Tertib pertama
k[RX]
Tertib kedua
k[RX][Nu:-]
Alkil halida 3° > 2° > 1° CH3X > 1° > 2°
Kumpulan peninggal Memerlukan kumpulan keluar
yang baik
Memerlukan kumpulan keluar
yang baik
Nukleofil Nukleofil lemah Nukleofil kuat
ii. Tindak balas Penyingkiran, E
Tindak balas penyingkiran (Elimination reaction) boleh dikategori kepada 2 jenis:
A. Tindak Balas Penyingkiran Bimolekul, E2. B. Tindak Balas Penyingkiran Unimolekul, E1.
A. Tindak Balas Penyingkiran Bimolekul, E2 Alkil halida ditindak balaskan dengan bes kuat (OH- atau RO-) bagi menghasilkan sebatian alkena.
H3C CH2Br + OH H2C CH2 Tindak balas E2 menunjukkan kinetik tertib-kedua:
Kadar = k [RX][Bes]
Tindak balas E2 berlaku dengan geometri periplanar (4 atom bertindak balas – hidrogen, 2 atom karbon dan kumpulan keluar) terletak pada satah yang sama. 2 geometri yang mungkin:
1. geometri sin-periplanar (H dan X pada sisi yang sama) 2. geometri anti-periplanar (H dan X pada sisi berlawanan)
HX
B:
H
B:X
anti-periplanar sin-periplanar
B. Tindak Balas Penyingkiran Unimolekul, E1
Ikatan Tunggal | 42
Tindak balas E1 bermula dengan penguraian (dissociation) unimolekul yang sama seperti dalam tindak balas SN1, tetapi ia diikuti dengan kehilangan H+ daripada perantara karbon bercas positif, bukan sebagai penukarganti. Tindak balas SN1 dan E1 biasanya berlaku secara bersama. Contoh: Pemanasan 2-kloro-2-metilpropana pada suhu 65°C dalam larutan berair etanol menghasilkan campuran 64:36
2-metil-2-propanol (SN1) dan 2-metilpropena (E1):
H2O, EtOH
65O
C+
2-kloro-2-metilpropana 2-metil-2-propanol64%
2-metilpropena36%
CH3
CH3C Cl
CH3
CH3
CH3C OH
CH3
H3C
H3C
H
H
Tindak balas E1 menunjukkan kinetik tertib-pertama: Kadar = k[RX]
di mana; k = pemalar [RX] = kepekatan RX
3.3 Alkohol
Alkohol merupakan sebatian yang mempunyai kumpulan hidroksil (OH) yang terikat kepada atom karbon tepu manakala fenol pula adalah sebatian yang mempunyai kumpulan hidroksil terikat kepada gelang aromatik.
3.3.1 Pengelasan Alkohol
Alkohol boleh diklasifikasikan sebagai primer (1°), sekunder (2°) dan tertier (3°) melalui bilangan kumpulan alkil yang terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.
Alkohol 1°: mempunyai satu kumpulan alkil terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.
Alkohol 2°: mempunyai dua kumpulan alkil terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.
Alkohol 3°: mempunyai tiga kumpulan alkil terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.
R C OH
H
H
R C OH
R'
H
R C OH
R'
R''
Alkohol 1° Alkohol 2° Alkohol 3°
Ikatan Tunggal | 43
3.3.2 Penamaan IUPAC Alkohol Penamaan IUPAC sebatian alkohol harus mengikut langkah dan aturan berikut iaitu: i. Pilih rantai karbon terpanjang yang mengandungi kumpulan hidroksil (OH) dan terbitkan nama induk dengan
cara menggantikan akhiran -a bagi alkana yang berkaitan dengan -ol. ii. Berikan penomboran rantai bermula dari hujung yang memberikan kumpulan hidroksil nombor yang terendah. iii. Berikan nombor penukarganti mengikut kedudukan pada rantai, dan tulis nama penukarganti dengan mengikut
abjad. OH
CH3
CH3
OH
CH2CH3
3-metil-2-pentanol 4-etil-2-metil-3-heksanol
3.3.3 Sifat Fizik Alkohol
Takat didih Takat didih alkohol adalah tinggi berbanding dengan sebatian hidrokarbon lain yang lebih kurang sama jisim molekul (Jadual 3.2). Ini disebabkan oleh pembentukan ikatan hidrogen antara molekul alkohol. Apabila dipanaskan, tarikan antara molekul ini perlu diatasi menyebabkan takat didih adalah tinggi. Takat didih alkohol rendah apabila cabang alkil bertambah kerana pertambahan cabang alkil akan mengurangkan luas permukaan.
R
O
H
H
O
R
ikatan hidrogen
Jadual 3.2 Perbandingan Takat Didih Alkohol dan Hidrokarbon Yang Lain
Sebatian Jisim Molekul Takat Didih pada 1 atm
Metanol
Metana
32.04
30.07
65
-88.6
Etanol
Etana
46.07
44.09
78.5
-44.5
Fenol
Toluena
94.11
92.13
182
110.6
Ikatan Tunggal | 44
Keterlarutan alkohol Sebatian alkohol boleh dibahagikan kepada 2 bahagian iaitu:
Kumpulan hidroksil (OH-) – hidrofilik (suka kepada air)
Hidrokarbon – hidrofobik (benci kepada air) Keterlarutan alkohol berkurang dengan penambahan kumpulan karbon (sangat hidrofobik) manakala keterlarutan alkohol bercabang adalah lebih tinggi berbanding dengan alkohol tidak bercabang kerana alkohol bercabang akan memadatkan kumpulan hidrofobik. 3.3.4 Penyediaan Alkohol
3.3.4.1 Penghidratan Alkena Alkena bertindak balas dengan air dengan kehadiran asid sebagai mangkin menghasilkan sebatian alkohol. Hasil utama adalah mengikut aturan Markonikov.
H2C CH
CH3
H2O, H+
H3C CH CH3
OH
+ H2C CH2 CH3
OH
Hasil utama Hasil minor
3.3.4.2 Penghidroboranan – Pengoksidaan alkena
Tindak balas penghidroboranan dan diikuti dengan pengoksidaan ke atas alkena akan menghasilkan sebatian alkohol yang mengikut aturan anti-Markonikov.
H2C CH CH3 B2H6+H2O2, OH
-
H2C CH2 CH3
OH
3.3.4.3 Penghidrosilasi alkena
Alkena bertindak balas dengan kalium permanganat (KMnO4) dalam keadaan berbes akan menghasilkan sebatian
diol
H2C CH CH3 + H2C CH CH3
OH
KMnO4OH
-
OH
1,2-propandiol
Ikatan Tunggal | 45
3.3.4.4 Penurunan Sebatian Karbonil
I. Penghidrogenan bermangkin aldehid dan keton
Tindak balas penghidrogenan bermangkin ke atas sebatian aldehid atau keton akan menghasilkan sebatian alkohol. Penurunan sebatian aldehid menghasilkan alkohol primer manakala penurunan sebatian keton pula akan menghasilkan alkohol sekunder. Selain daripada kumpulan karbonil, penghidrogenan bermangkin juga akan menurunkan ikatan ganda dua atau ikatan ganda tiga dalam sebatian (jika ada).
H2C CH C + H3C CH2 CH2
Ni
O
H
OH
H
H
H2C CH C + H3C CH2 CH2
Ni
O
CH3
OH
CH3
H
alkohol 1o
alkohol 2o
II. Penurunan sebatian aldehid, keton atau asid karboksilik dan terbitan
Selain daripada tindak balas penghidrogenan bermangkin, agen penurunan hidrida seperti litium aluminium hidrida
(LiAlH4) atau natrium borohidrida (NaBH4) juga boleh digunakan untuk menghasilkan sebatian alkohol. Kedua-dua
agen penurunan ini bersifat selektif dengan tidak menurunkan ikatan ganda dua atau ikatan ganda tiga. Litium
aluminium hidrida (LiAlH4) yang merupakan agen penurunan yang kuat boleh menurunkan kumpulan karbonil
sebatian aldehid, keton atau asid karboksilik dan terbitan kepada alcohol. Manakala natrium borohidrida (NaBH4)
yang merupakan agen penurunan sederhana kuat hanya boleh menurunkan kumpulan karbonil sebatian aldehid dan
keton sahaja.
CH CH C
O
OHC
O
H3C CH CH C
H
OHC
OH
H3C
H H
CH CH C
O
OHC
O
H CH CH C
O
OHC
OH
H
H
NaBH4
LiAlH4
Ikatan Tunggal | 46
3.3.4.5 Tindak Balas Sebatian Karbonil dengan Reagen Grignard
Tindak balas sebatian karbonil dengan reagen Grignard (R–Mg–X) akan menghasilkan penambahan satu kumpulan alkil dalam alkohol yang dihasilkan. Contoh: reagen Grignard bertindak balas dengan formaldehid menghasilkan alkohol primer, bertindak balas dengan aldehid menghasilkan alkohol sekunder dan keton menghasilkan alkohol tertier.
R C
O
R' + R'' MgX R C
OH
R'
R"
eter
H3O+
3.3.5 Tindak Balas Alkohol
3.3.5.1 Pengoksidaan Alkohol
Pengoksidaan alkohol 1° dan alkohol 2° dengan menggunakan Reagen Collins (Cr3O dalam piridina) atau logam kuprum (Cu) yang merupakan agen pengoksidaan yang sederhana kuat akan menghasilkan masing-masing aldehid dan keton. Tiada tindak balas pengoksidaan berlaku ke atas alkohol 3°.
OH Cr3O dalam piridina
OH
H
O O
Sekiranya asid kromik (H2Cr2O7) atau kalium permanganat (agen pengoksidaan kuat) digunakan dalam tindak balas pengoksidaan alkohol 1° dan 2°, hasil yang diperoleh masing-masing adalah asid karboksilik (bukan aldehid) dan keton.
OH
OH
OH
O O
H2Cr2O7
Ikatan Tunggal | 47
3.3.5.2 Penukaran alkohol kepada alkil halida
Alkohol bertindak balas dengan asid hidroklorik (reagen Lucas) untuk menghasilkan sebatian alkil klorida
R OH + HCl/H2OZnCl2
R Cl
Selain daripada reagen Lucas, alkil klorida boleh diperoleh melalui tindak balas alkohol dan tionil klorida (SOCl2).
Tindak balas ini lebih efektif dalam penyediaan alkil klorida kerana hasil sampingan yang terhasil adalah dalam
bentuk gas.
R OH + R Cl +(c) SO2 (g) + HCl (g)SOCl2
Alkil halida boleh juga diperoleh melalui tindak balas antara alkohol dan fosforus trihalida (PX3)
R OH + R X + H3PO33 3PX3
3.3.5.3 Dehidrasi alkohol kepada alkena
Proses dehidrasi sebatian alkohol akan menghasilkan sebatian alkena. Tindak balas ini mengikut aturan Saytzeff
dalam menghasilkan hasil utama.
H3C CH CH CH2
OH HH
H+
H3C CH CH CH2
H
H3C CH CH CH2
H
+
Hasil utama Hasil minor
“Aturan Saytzeff menyatakan bahawa dalam pembentukan suatu alkena, alkena yang mempunyai lebih banyak
kumpulan alkil pada karbon ikatan ganda dua adalah hasil utama”
3.3.5.4 Tindak balas Pengesteran
Alkohol bertindak balas dengan asid karboksilik untuk membentuk ester. Tindak balas ini adalah merupakan asas
kepada proses “penyabunan’.
H+
+R OH HO C
O
R' O C
O
R'R + H2O
Ikatan Tunggal | 48
3.4 ETER DAN EPOKSIDA
Eter adalah bahan yang mempunyai dua kumpulan alkil, aril atau vinil) disambungkan pada oksigen (R–O–R’). Kebanyakan eter, kecuali epoksida merupakan sebatian yang tidak aktif. Contoh terbaik eter adalah bahan yang telah digunakan secara perubatan sebagai anestetik iaitu dietileter (CH3CH2-O-CH2CH3), dan juga di makmal sebagai pelarut. Walau bagaimanapun eter amat mudah terbakar. Eter boleh dianggap sebagai terbitan organik bagi air di mana kedua-dua hidrogen telah digantikan oleh kumpulan alkil.
Epoksida pula adalah merupakan eter siklik dengan gelang tiga ahli. Tegangan dari gelang tiga ahli ini membuat epoksida lebih reaktif daripada eter asiklik. Apabila bilangan atom dalam gelang itu menjadi lebih besar daripada empat, terdapat sedikit atau tiada keterikan dalam gelang dan sifat-sifat eter siklik menyerupai eter rantai lurus yang sepadan. Tetapi dengan gelang 3 atau 4 ahli, keterikan yang tinggi dalam gelang menyebabkan ikatan C―O mudah putus dan hal ini menyebabkan eter siklik jauh lebih reaktif berbanding sebatian rantai lurus yang sepadan.
3.4.1 Penamaan
Berdasarkan sistem IUPAC, eter biasanya dinamakan sebagai penukarganti alkoksialkana di mana alkana adalah merupakan rantai lurus kumpulan alkil terpanjang sebagai induk manakala alkoksi adalah kumpulan alkil yang lebih kecil bersama-sama dengan oksigen.
(CH3 –O–CH2CH2CH3) CH3CH2 –O–CH2CH2CH2CH2Br Metoksipropana 1-bromo-3-etoksibutana
Manakala penamaan IUPAC bagi eter siklik atau lebih dikenali sebagai epoksida pula akan menggunakan awalan
epoksi dengan menyatakan nombor bagi kedudukan atom oksigen.
3.4.2 Sintesis Eter
Tindak Balas Williamson
Tindak balas Williamson adalah merupakan tindak balas yang sering digunakan dalam penyediaan eter. Dalam
tindak balas ini, alkoksida yang diperoleh melalui penambahan Na, K or NaH ke atas alkohol akan bertindak balas
dengan alkil halida (kecuali alkil halida tertier) bagi menghasilkan sebatian eter.
OH (i) NaH
(ii) CH3I
O
Oleh kerana alkoksida adalah merupakan bes kuat berbanding sebagai nukleofil, sekiranya alkil halida tertier (3°)
digunakan, tindak balas penyingkiran akan berlaku dan menghasilkan sebatian alkena, bukan eter.
OH3C
CH3
CH3
Br+OH
+
Ikatan Tunggal | 49
Tindak Balas Pengalkoksimerkuri-Pendemerkuri
Tindak balas ini menggunakan merkuri asetat dan alkohol sebagai reagen di mana alkohol akan menyerang
perantara ion merkuri pada karbon yang mempunyai kumpulan alkil yang lebih banyak.
H3C
H
H
H
(i) Hg(OAc)2, ROH
(ii) NaBH4
H
H
H
CH3
H
RO
3.4.3 Sintesis epoksida
3.4.3.1 Pengepoksidaan Alkena
Epoksida lebih mudah dihasilkan daripada alkena dan melalui pelbagai tindak balas sintetik yang berguna. Oleh
sebab itu, epoksida merupakan perantara sintetik yang bernilai. Tindak balas antara alkena dan asid m-
kloroperoksibenzoik (mCPBA) adalah merupakan tindak balas yang sering digunakan dalam penyediaan sebatian
epoksida.
+ mCPBA
O
1,2-epoksibutana
3.4.4 Tindak Balas Eter
Tindak balas eter dengan fosforus pentaklorida
Fosforus pentaklorida (PCl5) merupakan sebatian tidak berwarna dan merupakan salah satu agen pengklorinan. PCl5 ini merupakan salah satu sebatian berbahaya kerana bertindak secara aktif dengan air bagi membentuk asid hidroklorik yang merupakan salah satu asid kuat. Eter dapat bertindak balas dengan fosforus pentaklorida tanpa membentuk asid hidroklorik.
R O R' + PCl5 R Cl + R' Cl + POCl3 Perpecahan asid eter
Apabila eter bertindak balas dengan asid kuat dengan kehadiran nukleofil, hasil yang terbentuk ialah sebatian alkohol dan alkil halida. Asid yang biasa digunakan untuk tujuan ini adalah H2SO4.
R O
R
R Nu + HOR
Eter
Asid
'Nu"(nukleofil) Alkohol
Ikatan Tunggal | 50
Tindak balas eter dengan halogen
Eter boleh bertindak balas dengan halogen untuk memberikan hasil penggantian. Penggantian halogen bergantung kepada keadaan tindak balas. Dalam keadaan gelap, dietil eter menghasilkan 1,1-diklorodietileter. Dengan kehadiran cahaya matahari semua hidrogen dalam atom eter digantikan oleh atom halogen.
C
H
H
O CCCH
H
H
H
H
H
H
H
Cl2
gelap
C
Cl
H
O CCCH
Cl
H
H
H
H
H
H
Dietil eter 1,1-diklorodietil eter
Tindak balas eter dengan asid sulfurik Apabila eter dipanaskan dalam larutan asid sulfurik (H2SO4) cair pada tekanan yang tinggi, eter akan terhidrolisis kepada alkohol.
C
H
H
O CCCH
H
H
H
H
H
H
H
larutan cair H2SO4 , tekanan tinggiC
H
H
H C OH
H
H
2
Tetapi jika asid sulfurik (H2SO4) pekat pula digunakan, maka hasil yang terbentuk adalah merupakan campuran alkohol dan alkil hidrogen sulfat
C
H
H
C H
H
H
OCH
H
H
larutan pekat H2SO4 , habaC
H
H
H C OH
H
H
+ S
O
O
O OH
CCH
H
H
H
H
etil hidrogen sulfatdietil eter etanol
Ikatan Tunggal | 51
Penyusunan Semula Claisen
Penyusunan semula Claisen adalah khusus untuk alil aril eter (Ar-O-CH2CH=CH2) dan alil vinil eter (H2C=CH-O-CH2CH=CH2). Tindak balas ion fenoksida dengan 3-bromopropena (alilbromida) akan membentuk alil fenil eter dan pemanasan pada suhu 200-250°C menyebabkan berlaku penyusunan semula Claisen membentuk o-alilfenol.
Fenol
+ NaH
OH
BrCH2CH=CH2
Natrium fenoksida
Penyusunan semula Claisen
250°C
o-Alil fenolAlil fenil eter
O
H2
C
CH
CH2
OH
CH2CH=CH2
O-
Na+
THF
3.4.5 Tindak Balas Epoksida
Pembukaan Gelang Bermangkin Asid
Dalam tindak balas pembukaan gelang epoksida bermangkinkan asid, oksigen epoksida akan diprotonkan dan seterusnya akan diserang oleh nukleofil seperti air, alkohol atau ion halida pada karbon yang lebih terhalang.
H2C CHCH3
O
H2C CHCH3
HOH CH3OH
HOCH2CH(OCH3)CH3
Pembukaan Gelang Bermangkin Bes
Tidak seperti tindak balas pembukaan gelang bermangkin asid, tindak balas pembukaan gelang bermangkin bes berlaku apabila nukleofil seperti ion hidroksida (NaOH atau KOH) dalam air atau ion metoksida (NaOCH3) dalam metanol akan menyerang karbon yang kurang terhalang.
H2C CHCH3
OCH3O
CH3OCH2CH(OH)CH3H2O
Ikatan Tunggal | 52
3.5 Amina 3.5.1 Klasifikasi Amina
Amina adalah merupakan sebatian yang mempunyai kumpulan berfungsi NR3 (R = H, alkil, aril) yang terikat pada rantai hidrokarbon. Amina adalah merupakan terbitan ammonia sebagaimana alkohol yang merupakan terbitan daripada air. Geometri di sekitar nitrogen adalah berbentuk piramid dan terdapat pasangan elektron tunggal pada nitrogen tersebut. Amina boleh diklasifikasikan sebagai – primer (1°), sekunder (2°), tertier (3°) dan kuartener (4°) melalui bilangan kumpulan alkil yang terikat kepada nitrogen.
Amina primer (1°) : mempunyai satu kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.
Amina sekunder (2°) : mempunyai dua kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.
Amina tertier (3°) : mempunyai tiga kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.
Amina kuartener (4°) : mempunyai empat kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.
H
N
H
H
N
H
H
R
N
R'
H
R
N
R'
R''
R
N
R' R
R''
R'''
Ammonia amina 1° amina 2° amina 3° amina 4° 3.5.2 Penamaan
Kebanyakan amina dinamakan dengan menggunakan nama biasa. Kumpulan alkil dinamakan mengikut urutan abjad dan diakhiri dengan amina dalam penamaan.
NH2
NH2
Etilamina Benzilamina
Bagi penamaan kumpulan amina yang rumit, perlulah mengikut beberapa peraturan daripada sistem IUPAC:
Cari rantaian karbon yang panjang dan bersambung dengan N, dan digantikan –e dalam penamaan alkana dengan amina.
Penomboran karbon dimulakan dengan karbon yang lebih dekat dengan N, dan perlu dinyatakan nombor bagi posisi N.
Awalan di, tri dan lain-lain digunakan bagi amina yang berganda.
Sekiranya terdapat penukarganti pada atom N, penukarganti tersebut mempunyai prefiks-N.
Ikatan Tunggal | 53
Cl
NH2
N
H3C CH3
N
H3C CH2CH3
3-kloro-2-pentanamina N,N-dimetil-3-heksanamina N-etil-N-metil-3-heksanmina
Apabila kumpulan amina bersama dengan kumpulan berfungsi yang lebih tinggi keutamaan, ia menjadi penukarganti amino.
H2N
O
H
3-aminopropanal
3.5.3 Sintesis Tindak Balas Pengasilan-Penurunan Tindak balas ini melibatkan dua proses iaitu bermula dengan tindak balas pengasilan antara asid klorida dan amina tertentu menghasilkan sebatian amida. Proses penurunan dengan LiAlH4 akan menghasilkan sebatian amina. Yang menariknya adalah penggunaan ammonia sebagai bahan pemula akan menghasilkan amina 1°, penggunaan amina 1° akan menghasilkan amina 2° dan seterusnya.
NH3+
R Cl
O
R NH2
O
R NH2
(i) LiAlH4
(ii) H2O
Asid klorida ammonia amida amina 1°
NH2+
R Cl
O
R NH
O
R NH
(i) LiAlH4
(ii) H2OR' R' R'
Asid klorida amina 1° amida amina 2°
Ikatan Tunggal | 54
Penurunan Nitril Tindak balas antara sianida dan alkil halida akan menghasilkan sebatian nitril dan seterusnya proses penurunan dengan H2 atau LiAlH4 kan menukarkan nitril tersebut kepada amina 1°.
R X N C R C N R CH2 NH2+LiAlH4
Penurunan Sebatian Nitro Kumpulan nitro boleh diturunkan kepada kumpulan amina dengan menggunakan tindak balas penghidrogenan
bermangkin atau tindak balas antara sebatian nitro dengan logam aktif dan H+. Tindak balas ini selalu digunakan
dalam penyediaan anilina.
CH3
NO2
H2, Ni
CH3
NH2
Ikatan Tunggal | 55
Latihan
1. Lukis dan namakan sebatian alkana dengan formula kimia C7H16.
2. Lukiskan struktur molekul yang mungkin bagi sebatian dengan formula C2H6O.
3. Apakah nama IUPAC bagi sebatian-sebatian berikut: a. CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 b. (CH3)3CCH2CH(CH2CH3)2 c. CH3CH(Cl)CH2CH2CH(Br)CH3 d. HOCH2CH2CH2CH(OH)CH3 e.
N
4. Susunkan sebatian di bawah mengikut kenaikan takat didih dan jelaskan.
OH
5. Ramalkan hasil yang terbentuk bagi tindak balas di bawah: a.
H2C CH
CH3
H2O, H+
b.
H2C CH CH3 + HBr
Ikatan Tunggal | 56
Jawapan
1. CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Heptana
2. CH3CH2–OH dan CH3–O–CH3
3. a. 3-metilpentana b. 4-etil-2,2-dimetilheksana c. 2-bromo-5-kloroheksana d. 1,4-pentandiol e. N-etil-N-metilpropanamina
4.
OH
Takat didih berkurang
Alkohol mempunyai takat didih tertinggi kerana membentuk ikatan hidrogen antara molekul menyebabkan
lebih tenaga diperlukan. Alkana rantai lurus lebih tinggi takat didih dari alkana bercabang disebabkan oleh luas permukaan bagi alkana lurus adalah besar berbanding alkana bercabang, maka dengan ini daya van der Waalnya meningkat; dengan ini tenaga yang diperlukan untuk memisahkan molekulnya adalah lebih tinggi.
5. a.
H3C CH
CH3
OH
+ H2C CH2
CH3
OH
Hasil utama Hasil minor
b.
H3C CH CH3
Br
+ H2C CH2 CH3
Br Hasil utama Hasil minor Rujukan
Smith, J. G. (2008). Organic Chemistry (2nd. ed.). New York: Mc Graw Hill.
Bruice, P. Y. (2011). Organic Chemistry (6th. ed.). New Jersey: Pearson Educational Hall.
Solomon, T. W. G. (2008). Organic Chemistry (9th. ed.). New York: John Wiley & Sons.
McMurry, J. (2006). Organic Chemistry (6th. ed.): USA: Brooks/Cole Publishing Company.