web viewpada senyawa alkana dan sikloalkana dapat terjadi konformasi susunan atom/gugus akibat...
Post on 01-Feb-2018
266 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PERCOBAAN VIII
Judul : Permodelan Molekul
Tujuan : 1. Untuk memvisualisasikan bentuk-bentuk molekul
2. Menghitung energi molekul tersebut beserta
konformasinya
Hari / Tanggal : Selasa / 21 Desember 2010
Tempat : Laboratorium FKIP Unlam Banjarmasin
I. DASAR TEORI
Molekul merupakan konsep dasar dalam kimia organik. Molekul ini
memiliki bentuk dan berada dalam ruang tiga dimensi dimana terjadi interaksi
ruang dari bagian lainnya. Hal ini sangat penting dalam menentukan sifat fisik dan
kimianya. Oleh sebab itu mahasiswa harus mampu membayangkan molekul
organik sebagai objek yang mempunyai bentuk tertentu. Hal ini memang sulit
dibayangkan orang, apalagi dengan molekul yang rumit atau kompleks.
Dalam konformasi senyawa asiklik atau senyawa rantai terbuka,
perputaran yang mengelilingi ikatan rangkap dua karbon-karbon menyebabkan
terjadinya isomer geometri dari banyak alkena. Rintangan yang nisbi besar
terhadap perputaran mengelilingi ikatan π taat asas dengan mudah terpisahnya
isomer konfigurasi tersebut dan perputaran mengelilingi sebagian besar ikatan
tunggal berlangsung nisbi cepat karena ikatan sigma memberikan kesan tidak
adanya dasar untuk perputaran yang terhalang.
Untuk memvisualisasikan struktur molekul agar mendekati keadaan
sebenarnya, dapat menggunakan model molekul sederhana (molymod), yang
kemudian dilukiskan dengan rumus baji (dimensional), rumus bola pasak, dan
proyeksi Newman. Perkembangan dewasa ini visualisasi melalui pemodelan
molekul menggunakan software Hyperchem agar mudah memahami antaraksi
antar molekul atom.
Pada senyawa alkana dan sikloalkana dapat terjadi konformasi susunan
atom/gugus akibat rotasi bebas pada ikatan sigma. Keadaan ini dapat dilukiskan
melalui proyeksi Newman. Jika ikatan karbon-hidrogen terdapat pada pendekatan
yang paling rapat dalam suatu susunan kerutaangan maka disebut sebagai
konformasi eklips, tetapi jika ikatan karbon-hidrogen pada suatu gugus metil
terdapat sejauh mungkin dari ikatan lain yang sejenis dengannya maka disebut
konformasi anti (staggered).
Butana dapat memiliki konformasi eklips dan goyang dalam butane
terdapat dua gugus metil yang relatif besar, terikay pada dua ikatan pusat.
Konformasi goyang dalam mana gugus metil terpisah sejauh mungkin disebut
konformasi anti . Konformasi goyang ini di mana gugus lebih berdekatan disebut
konformasi Gauche.
Adanya substituen yang terikat pada inti benzena ternyata mempengaruhi
orientasi dan kereaktifan dalam substitusi elektrofilik. Orientasi dan kereaktifan
tersebut dikendalikan oleh dua faktor, yaitu efek induksi dan efek resonansi.
Substituen yang berbeda menunjukkan reaksi yang berbeda tergantung pada
pengarahan dan kekuatan kedua faktor tersebut.
Efek substituen dalam reaksi substitusi elektrofilik pada senyawa aromatik
dapat diringkaskan sebagai berikut :
1. Gugus alkil, memberikan efek induksi penarik elektron sedang dan tidak ada
efek resonansi. Hasilnya, gugus-gugus alkil bersifat pengaktif dan pengarah
orto-para.
2. Gugus hidroksi dan gugus amino (dan turunannya), memberikan efek
resonansi pendorong elektron kuat, dan efek induksi penarik elektron sedang.
Hasilnya gugus-gugus ini bersifat pengaktif dan pengarah orto-para.
3. Halogen, memberikan efek induksi penarik elektron kuat dan efek resonansi
pendorong elektron sedang. Hasilnya halogen bersifat pendeaktif dan
pengarah orto-para.
4. Gugus-gugus nitro, siano, karbonil dan gugus-gugus serupa memberikan efek
resonansi penarik elektron kuat dan efek induksi juga penarik elektron kuat.
Hasilnya gugus-gugus tersebut bersifat pendeaktif dan pengarah meta.
Adanya gugus pengaktif akan meningkatkan laju reaksi substitusi
elektrofilik dan sebaliknya gugus pendeaktif menurunkan laju reaksi.
Reaksi – reaksi dasar
Nitrasi aromatik yang membentuk senyawa nitro terjadi dengan
pembentukan ion nitronium dari asam nitrat and asam sulfat.
Sulfonasi aromatik benzena dengan uap asam sulfat yang menghasilkan
asam benzenasulfonik .
Halogenasi aromatik benzena dengan bromin, klorine atau iodine
membentuk senyawa halogen aril yang dikatalisasi besi trihalida yang sepadan.
Katalis yang paling sering dipakai adalah aluminium thriklorida, tetapi
hampir semua asam lewis kuat dapat dipakai. Pada asilasi Fridel-Crafts,
aluminium triklorida dengan jumlah sepenuhnya dapat dipakai, bukan jumlah
kecil katalis
II. ALAT DAN BAHAN
1. Laptop
2. Layar
3. LCD
4. Kertas
5. Printer
III. PROSEDUR KERJA
1. Membuka program HyperChem
2. Memilih menu “Display”, memilih “Rendering”, memilih “stick and
cylinder”.
3. Memilih menu “Build”, memilih “Deafault Element”,memilih atom C
dan membuat struktur benzen.
4. Memilih menu “Build”, memilih menu “Add Hydrogen” untuk
menambahkan atom hydrogen.
5. Mengganti salah satu atom hidrogen dengan gugus metil (CH3)
dengan menggunakan prosedur kerja yang sama dengan no 3.
6. Menghitung energi anilin dengan cara memilih menu “Set up”,
memilih “Semi-Empirical” lalu memilih “AMI” kemudian memilih
OK.
7. Memilih “Compute” pada menu dan memilih “ Geomtry
Optimization”,memilih OK.
8. Memilih menu “File” setelah perhitungan selesai,memilih “Start Log”
untuk menghitung energi.
9. Mengganti salah satu atom H dengan atom NO2 baik pada posisi
orto,meta,para.
10. Menghitung masing-masing energi toluen tersubtitusi,atom NO2 pada
posisi orto, meta, para.
11. Mengulang prosedur no 6-8.
12. Mencatat dan membandingkan energi dari kompleks sigma orto, meta
dan para.
13. Lakukan pula untuk molekul, nitrobenzena, anilin, klorobenzena,
fluorobenzena, bromobenzena, iodobenzena, benzaldehid, asetofenon,
fenol, dan asam benzoat.
IV. HASIL PENGAMATAN
No Nama Molekul Bentuk Molekul Tingkat Energi (kkal/mol)
1 Benzena -1316,0846555
2 Anilin -1481,7411898
o- Anilin -1662,5274451
m- Anilin -1659,2409487
p- Anilin -1661,7101909
3 Nitrobenzena -1492,8403069
o- Nitrobenzena -1659,5580802
m- Nitrobenzena -1665,0332779
p- Nitrobenzena -1664,8756238
4 Fenol -4185,8047
o- Fenol -4956,2974
m- Fenol -4954,5464
p- Fenol -4956,5845
5 Toluena -1598,8241765
o- Toluena -1774,3257509
m- Toluena -1775.6568164
p- Toluena -1776,0162619
6 Asam benzoat -5737,1133
o- Asam benzoat -2121,0415
m- Asam benzoat -2127,8761
p- Asam benzoat -2108,7473
7 Benzaldehid -928,70
o-Benzaldehid -1677,7
m-Benzaldehid -1752,31
p-Benzaldehid -1752,10
8 Aseton -1858.7207
o-Aseton -2067.4775
m-Aseton -1924.7487
p-Aseton -2072.0176
9 Bromobenzena - 1285,9926
o-Bromobenzena -1453,7266
m-Bromobenzena - 1461,0168
p-Bromobenzena - 1461,1790
10 Flourobenzena -1328.1924
o-Flourobenzena -1488.7040
m-Flourobenzena -1502.7601
p-Flourobenzena -1504.0172
11
C6H5CO2C2H5-2165,5618
o- C6H5CO2C2H5-2334,5879
m- C6H5CO2C2H5-2338,6335
p- C6H5CO2C2H5
-2338,9724
12
C6H5NHCOCH3
-2022,1774
o- C6H5NHCOCH3-2196,4399
m- C6H5NHCOCH3-2197,1057
p- C6H5NHCOCH3-2199,2791
13
Iodobenzena -1273,4015
o- Iodobenzena-1440,3035
m- Iodobenzena-1448,6290
p- Iodobenzena-1448,5441
14
-CN -1516,5242
o- -1687,0969
m- -1690,7692
p- -1690,7275
V. ANALISIS DATA
Suatu benzena yang tersubstitusi oleh substituen amino, NH2, menghasilkan
energi yang lebih rendah daripada benzena itu sendiri. Energi turun, dikarenakan
gugus NH2 dapat menambah penstabilan dengan cara ikut mengemban muatan
positif pada atom nitrogen, sehingga energi untuk penstabilan ikatan yang
diperlukan menjadi kecil.
NH2 merupakan substituen gugus aktivasi. Adanya gugus ini menyebabkan
cincin benzena lebih terbuka terhadap substitusi lebih lanjut. Gugus NH2
merupakan pengarah –o dan –p, hal ini bisa dilihat dari struktur resonansi anilin
sebagai berikut :
Dengan mekanisme substitusi NO2 ke dalam benzena sebagai berikut :
Dalam zat antara untuk substitusi –m, nitrogen dari gugus amino tak dapat
membantu mengemban muatan positif, dapat dilihat pada struktur resonansi
berikut :
Dikarenakan dalam zat antara untuk substitusi –m nitrogen dari gugus amino
tak dapat membantu mengemban muatan positif, sehingga zat antara untuk
substitusi –m berenergi lebih tinggi dibandingkan dengan zat antara yang
menghasilkan produk –o dan –p.
Sama halnya dengan NH2, gugus –OH juga merupakan gugus pengarah –o dan
–p. gugus amino dan gugus –OH mengaktifkan cincin benzena terhadap subtitusi
elektrofilik dengan cara menyumbangkan sepasang elektron kepada cincin lewat
resonansi. Substitusi terjadi pada posisi –o dan –p, karena gugus itu membantu
mengemban muatan positif dalam zat-zat antara (-o dan –p) ini. Struktur resonansi
untuk fenol adalah sebagai berikut :
Sama juga halnya anilin, muatan positif fenol pada posisi –m tidak dapat
diemban oleh atom O pada gugus –OH sehingga energinya besar.
Pada toluena, gugus aktivasinya berupa alkil yaitu CH3. Suatu gugus alkil
tidak memiliki pasangan elektron menyendiri untuk disumbangkan bagi
penstabilan secara resonansi. Namun, gugus alkil bersifat melepas elektron
dengan cara efek induktif. Karena gugus alkil melepaskan elektron ke cincin
benzena, cincin ini memperoleh rapatan elektron tambahan dan menjadi menarik
bagi elektrofil yang masuk.
Adapun struktur resonansi dari toluena adalah sebagai berikut.
Zat antara untuk substitusi –o atau –p keduanya mempunyai struktur resonansi
dalam mana muatan positif berada di dekat gugus R. Struktur-struktur ini
merupakan penyumbang yang penting untuk penstabilan resonansi, karena gugus
R dapat membantu mendelokalisasikan muatan positif dengan cara melepaskan
proton dan menurunkan energi keadaan transisi yang menuju ke zat-zat setara ini.
Pada zat antara substitusi –m tidak ada stabilitas tambahan karena muatan positif
tidak ada yang terletak di dekat gugus alkil (CH3), sehingga zat antara –m akan
berenergi lebih tinggi daripada zat-zat antara –o dan –p.
Sama halnya dengan NH2, gugus –I2 juga merupakan gugus pengarah –o dan –
p, gugus amino dan gugus –I2 mengaktifkan cincin benzena terhadap subtitusi
elektrofilik dengan cara menyumbangkan sepasang elektron kepada cincin lewat
resonansi. Substitusi terjadi pada posisi –o dan –p, karena gugus itu membantu
mengemban muatan positif dalam zat-zat antara (-o dan –p) ini. Struktur resonansi
untuk iodobenzena adalah sebagai berikut :
Sama halnya dengan -I, gugus –F dan –Br juga merupakan gugus pengarah –o
dan –p. gugus -I, -F dan -Br mengaktifkan cincin benzena terhadap subtitusi
elektrofilik dengan cara menyumbangkan sepasang elektron kepada cincin lewat
resonansi. Substitusi terjadi pada posisi –o dan –p, karena gugus itu membantu
mengemban muatan positif dalam zat-zat antara (-o dan –p) ini.
Struktur resonansi untuk fluorobenzena adalah sebagai berikut :
Struktur resonansi untuk bromobenzena adalah sebagai berikut :
Pada gugus iodo dan fluoro merupakan golongan halogen dan pengarah -o, -p
tetapi mendeaktivasi cincin terhadap substitusi elektrofilik. Substituen halogen
pada cincin benzena mengarahkan sebuah gugus masuk ke posisi -o atau –p.
Halogen dapat menyumbangkan elektron-elektronnya dan membantu mengemban
muatan positif dalam zat-antara. Pada Fluorobenzen dan Iodobenzen mengandung
cincin yang terdeaktivasi, karena penarikan elektron oleh substituen-substituen ini
relatif lebih efektif. Dapat disimpulkan bahwa gugus –Fluoro dan -Iodo
merupakan pengarah –orto dan -para dengan sifat mendeaktivasi sehingga pada
struktur tersebut Fluorobenzena dan Iodobenzen pada posisi -o dan -p lebih
stabil daripada posisi –m.
Berikut adalah perbandingan energi kompleks sigma orto, meta, dan para dari
anilin, fenol, dan toluena :
SenyawaKompleks sigma (kkal/mol)
Orto Meta Para
Anilin -1662,527 -1659,2409 -1661,7102
Fenol -4956,2974 -4954,5464 -4956,5845Toluena -1774,326 -1775,6568 -1776,0163
Florobenzena -1488.7040 -1502.7601 -1504.0172Iodobenzena -1440,3035 -1448,6290 -1448,5441
Bromobenzena -1453,7266 - 1461,0168 - 1461,1790
Dari data di atas terlihat bahwa yang tidak sesuai dengan teori adalah anilin
dan fenol. Kemungkinan telah terjadi kesalahan dalam pembuatan struktur
molekul sehingga telah terjadi kesalahan dalam perhitungan energi.
Untuk gugus -NO2, -COOH, -CO2C2H5, -NHCOCH3 dan COCH3 merupakan
gugus pendeaktivasi dan pengarah meta. Dalam benzena yang tersubstitusi dengan
pengarah meta, atom substituen yang terikat pada cincin benzena tidak
mempunyai pasangan elektron menyendiri dan mengemban muatan positif atau
positif parsial. Akan nampak dengan mudah bahwa pengarah –m bersifat
mendeaktivasi. Masing-masing bersifat penarik elektron dan tak dapat
menyumbangkan elektron secara resonansi. Masing-masing mengurangi rapatan
elektron cincin dan membuatnya kurang menarik bagi elektrofil yang masuk.
Energi keadaan trasisi tahap I lebih tinggi daripada energi untuk benzena tak
tersubstitusi.
Suatu pengarah meta tidak mengaktifkan posisi –m terhadap substitusi
elektrofilik. Pengarah –m mendeaktivasi semua posisi dalam cincin, hanya saja
deaktivasi posisi –m lebih kecil daripada posisi-posisi lain. Struktur resonansi zat
–zat antara yang dihasilkan oleh serangan pada berbagai posisi menunjukkan
bahwa zat-zat antara –o dan –p didestabilkan oleh dekatnya dua muatan positif.
Zat antara –m tidak mempunyai struktur resonansi yang terdestabilkan semacam
itu.
Adapun struktur resonansi untuk zat antara substitusi NO2 ke dalam
nitrobenzen adalah sebagai berikut :
Untuk posisi –o dan –p terdapat salah satu struktur resonansinya yang muatan
positifnya terletak berdampingan dengan muatan positif N dari NO2, sehingga
terjadi gaya tolak-menolak dan energi yang diperlukan untuk penstabilan besar.
Adapun struktur resonansi untuk zat antara substitusi -COCH3 ke dalam
asetofenon adalah sebagai berikut :
Adapun struktur resonansi untuk zat antara substitusi -CN kedalam C6H5CN
adalah sebagai berikut :
Adapun struktur resonansi untuk zat antara substitusi -NHCOCH3 kedalam
C6H5NHCOCH3 adalah sebagai berikut :
Adapun struktur resonansi untuk zat antara substitusi -CO2C2H5 kedalam
C6H5CO2C2H5 adalah sebagai berikut :
Adapun struktur resonansi untuk zat antara substitusi –COH kedalam
benzaldehid adalah sebagai berikut :
Pada data di atas, gugus -NHCOCH3, -CO2C2H5, –CN, -COCH3, -NO2, -
COOH dan -COOH merupakan pengarah -meta (bertambahnya deaktivasi) dan
bersifat mendeaktifasi. Adanya gugus ini menyebabkan cincin lebih tertutup
terhadap substitusi. Atom substituen yang terikat pada cincin benzena tidak
mempunyai pasangan elektron menyendiri dan mengemban muatan positif atau
positif parsial. Masing-masing bersifat penarik-elektron dan tidak dapat
menyumbangkan elektron secara resonansi. Masing-masing mengurangi rapatan
elektron cincin dan membuatnya kurang menarik bagi elektrofil yang masuk.
Gugus -NHCOCH3, -CO2C2H5, –CN dan –COCH3, -NO2, -COOH dan -COOH
merupakan pengarah -meta yang tidak mengaktifkan posisi -m terhadap substitusi
elektrofilik. Pengarah -m mendeaktivasi semua posisi dalam cincin, hanya saja
deaktivasi posisi –m lebih kecil daripada posisi-posisi lain. Dapat disimpulkan
bahwa gugus gugus -NHCOCH3, -CO2C2H5, –CN dan –COCH3, -NO2, -COOH
dan -COOH merupakan gugus deaktivasi dan pengarah –meta sehingga pada
struktur tersebut gugus -NHCOCH3, -CO2C2H5, –CN dan -COCH3 pada posisi –
meta lebih stabil daripada posisi orto ataupun –para.
Pada gambar tersebut kita dapat mengetahui bahwa meta mempunyai
energi yang terendah dibandingkan dengan orto dan para, dan dapat kita ketahui
juga dari data tersebut bahwa energi yang paling rendah maka itulah senyawa
yang paling stabil.
Kestabilan ini berhubungan dengan delokalisasi. Sebagai prinsip yang
umum, semakin menyebarnya elektron disekitar dalam kata lain semakin
terdekalosasi molekul maka menjadi makin stabil. Kestabilan elektron ini sering
dihubungkan dengan kata genergi dari dekalosasi (delocalisation energy). Suatu
kestabilan zat-antara yang meningkat berarti bahwa energi transisi akan lebih
rendah dan karena itu reaksi akan lebih cepat.
Dalam zat antara untuk subsitusi-m, nitrogen dari gugus nitro tak dapat
membantu mengemban muatan positif (periksalah kebenaran pernyataan ini
dengan menggambar struktur kekule untuk zat antara tersubtitusi -m). Oleh karena
itu, zat-antara untuk substitusi-m berenergi lebih tinggi dibandingkan dengan zat-
antara yang menghasilkan produk -o atau –p. Karena zat antara itu berenergi lebih
tinggi, maka keadaan tansisinya pun berenergi lebih tinggi, dan laju reaksi pada
posisi-m akan lebih rendah.
Struktur resonansi asam benzoat sama dengan struktur resonansi nitrobenzena.
Adapun perbandingan energi kompleks sigma orto, meta, dan para adalah sebagai
berikut :
SenyawaKompleks sigma (kkal/mol)
Orto Meta Para
Nitrobenzena -1659,558 -1665,033 -1664,8756
Asam benzoat -1865,681 -1870,698 -1870,1509
C6H5CN -1687,0969 -1690,7692 -1690,7275
C6H5NHCOCH3 -2196,4399 -2197,1057 -2199,2791C6H5CO2C2H5 -2334,5879 -2338,6335 -2338,9724Asetofenon -2067.4775 -1924.7487 -2072.0176Benzaldehid -1677,7 -1752,31 -1752,10
Dilihat dari data di atas maka energi yang dihasilkan sesuai dengan teori,
yaitu energi pada posisi –o dan –p lebih tinggi daripada energi kompleks meta,
pada gugus pengarah meta yaitu asetofenon.
VI. KESIMPULAN
1. Semakin besar energi suatu konformasi maka molekul tersebut
semakin tidak stabil.
2. Energi pada kompleks sigma meta akan jauh lebih besar pada gugus
pengarah –o dan –p (gugus pengaktivasi).
3. Energi pada kompleks sigma meta akan jauh lebih kecil pada gugus
pengarah –m (gugus pendeaktivasi).
4. Dari percobaan ini, yang termasuk dalam pengarah orto, para adalah
anilin, fenol, toluena, iodobenzena, fluorobenzena, bromobenzena.
Sedangkan yang termasuk pengarah meta adalah nitrobenzena,
asetofenon, C6H5CN, C6H5NHCOCH3, C6H5CO2C2H5, benzaldehid dan
asam benzoat.
VII. DAFTAR PUSTAKA
Anwar, Chairil. 1995. Pengantar Praktikum Kimia Organik. Yogyakarta :
UI-Press.
Fessenden dan Fessenden. 1982. Kimia Organik Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Tim Dosen Kimia Organik 1. 2008. Panduan Praktikum Kimia Organik 1.
Banjarmasin : FKIP UNLAM.
top related