Download - LAPORAN KOMPUTASI WAHYU
-
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI
PERCOBAAN IX
REAKSI RADIKAL BEBAS PADA ALKENA
Disusun oleh:
Nama : Wahyu Ratnaningsih
NIM : 12/331223/PA/14513
Kelompok : Sore
Hari/Tanggal : Jumat, 22 Mei 2015
Jurusan/Fakultas : Kimia / MIPA
Nama Asisten : Muhammad Saleh
LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2015
-
REAKSI RADIKAL BEBAS PADA ALKENA
I. TUJUAN
1. Mendapatkan informasi tentang regioselektifitas dari reaksi substitusi radikal
bebas dalam hal stabilisasi zat antara radikal bebas dengan menguji distribusi
kerapatan spin dari radikal bebas.
II. LATAR BELAKANG
Radikal bebas adalah suatu atom atau gugus atom yang mempunyai satu
atau lebih elektron tak berpasangan. Karena jumlah elektron ganjil, tidak semua
elektron dapt berpasangan. Meskipun suatu radikal bebas tidak bermuatan positif
atau negatif, spesinya akan sangat reaktif karena adanya elektron yang tak
berpasangan. Suatu radikal dijumpai sebagai zat antara yang sangat reakttif dan
energi tinggi.
(Stoker,2012)
Alkena dapat dihalogenasi langsung dalam posisi alilik, namun haruslah
digunakan temperatur yang sangat tinggi dan konsentrasi halogen yang rendah
untuk mencegah reaksi pada ikatan rangkap. Reagensia yang lebih spesifik
daripada Br2 untuk halogenasi alilik dan benzilik adalah N-bromosuksinimida
(NBS). Reaksi NBS dapat diawali oleh cahaya atau oleh sesuatu sumber radikal
bebas seperti peroksida (ROOR).
-
NBS bertindak sebagai suatu zat pembrominasi dengan menyajikan Br2 pada
konsentrasi rendah namun konstan; Br2 itu adalah zat penghalogennya; Br2
dihasilkan oleh reaksi HBr (suatu produk halogen) dan NBS , oleh karena itu dengan
bereaksinya Br2 ada lagi yang terbentuk.
(Fessenden&Fessenden, 1986)
Bila radikal menyerang ikatan C-H atau ikatan C-halogen, interaksi
adalah dengan dan orbital. Orbital yang akhir biasanya berenergi tinggi dan
kita dapat mengharapkan bahwa interaksi mayor oleh karenanya dengan HOMO,
yakni orbital. Radikal yang mengabstraksi atom hidrogen umumnya dipandang
sebagai elektrofilik. Reaksi bermacam-macam radikal dengan toluena yang
tersubstitusi p telah dipelajari dan dibuat denah Hammet. Harga p kecil
disebabkan reaksi radikal umumnya tidak tersubyek terhadap efek polar, tetapi
mereka kebanyakan negatif, menunjukkan bahwa penyerangan adalah oleh
spesies elektrofilik.
(Fleming, 1997)
-
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Percobaan
Radikal
bebas
Panas pembentukan
(kkal/mol)
Perkiraan energi
disosiasi ikatan
(kkal/mol)
1 45.4325 97.2747
2 45.4325 97.2747
3 40.7087 92.5509
4 19.1737 71.0159
5 33.1216 84.9638
Pembahasan
Pada percobaan kali ini dilakukan suatu percobaan Reaksi Radikal Bebas pada
Alkena untuk Mendapatkan informasi tentang regioselektifitas dari reaksi substitusi
radikal bebas dalam hal stabilisasi zat antara radikal bebas dengan menguji distribusi
kerapatan spin dari radikal bebas. Metode semiempiris di mana merupakan metode
kimia komputasi yang menggunakan data eksperimental atau perhitungan ab initio yang
akurat yang digunakan untuk menyederhanakan perhitungan berdasarkan kimia kuantum
ab initio. Metode semiempiris ini tersebut dapat dioptimasikan untuk keperluan yang
berbeda, dan pada percobaan ini digunakan perhitungan semiempiris AM1.
Pada reaksi radikal bebas alkena, dilakukan pengujian panas pembentukan
(kkal/mol) dari lima radikal bebas yang terbentuk. Hingga akhirnya terbentuklah lima
radikal bebas dan dari kelima radikal bebas yang terbentuk, spesies radikal bebas 1
dengan radikal bebas 2 ternyata dapat dipertukarkan. Hal tersebut tampak dari struktur
1-butena, di mana atom H1 yang dihilangkan untuk membentuk radikal 1, begitu pula
atom H2 yang dihilangkan untuk membentuk radikal 2, keduanya sama sama terikat
pada atom C yang sama dan sejajar dengan bidang. Oleh karenanya kedua spesies
tersebut dapat dipertukarkan. Selain itu dilihat dari panas pembentukan (kkal/mol),
kedua radikal tersebut mempunyai nilai yang sama yaitu sebesar 45.4325 kkal/mol.
Struktur yang lebih mungkin ditinjau secara energi adalah struktur yang
mempunyai panas pembentukan paling rendah yaitu struktur radikal bebas nomor 4.
Pada struktur radikal bebas nomor 4, atom C3 pada 1-butena dihilangkan 1 atom H nya
-
sehingga menjadi radikal. Hal tersebut dijelaskan dimana pemutusan pada hidrogen
alilik yaitu hidrogen yang terikat pada C3 lebih disukai, karena radikal bebas alilik
tersebut menghasilkan resonansi yang terstabilisasi. Berikut data H yang dapat
dibandingkan
Perkiraan energi disosiasi ikatan C-H dapat dicari dengan persamaan (ER1 + ER2 )
ERIR2 ) Dengan menggunakan ER1 = H 1-butena sebesar 0.2499 kkal/mol dan ER2
yang telah dihitung = 52.0921 kkal/mol dan masing-masing panas pembentukan radikal,
dapat dihitung perkiraan energi disosiasi ikatan dengan tabel sebagai berikut :
Radikal
bebas
Panas pembentukan
(kkal/mol)
Perkiraan energi
disosiasi ikatan
(kkal/mol)
1 45.4325 97.2747
2 45.4325 97.2747
3 40.7087 92.5509
4 19.1737 71.0159
5 33.1216 84.9638
Kemudian menurut reaksi brominasi alilik didapatkan persamaan reaksi sebagai
berikut :
-
Dengan adanya NBS, Br akan masuk ke atom C3 dari 1 butena. Mekanisme yang
terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:
Radikal bromida menyerang pada karbon berkerapatan tinggi pada radikal 4 atau atom
C3 menghasilkan campuran isomerik seperti yang didapatkan pada data eksperimental.
Hal tersebut terjadi karena hidrogen yang direbut atau diserang itu adalah hidrogen
alilik.
Bentuk resonansi dari radikal bebas 4 adalah sebagai berikut :
Bentuk tersebut konsisten dengan peta kerapatan spin yang diperoleh sebagai berikut,
karena terstabilkan. :
-
IV. KESIMPULAN
Dengan menguji distribusi kerapatan spin dari radikal bebas diperoleh informasi tentang
regioselektifitas dari reaksi substitusi radikal bebas dalam hal stabilisasi zat antara
radikal bebas dimana diketahui radikal bebas 1 butene mempunyai kestabilan pada
radikal 4.
V. DAFTAR PUSTAKA
Fessenden R.J, Fessenden J.S, 1986, Kimia Organik, Edisi Ketiga, Gramedia, Jakarta.
Fleming, I., 1997, Orbital Frontier dan Reaksi Kimia Organik, Cetakan I, UGM Press,
Yogyakarta.
McMurry, J., 2012, Organic Chemistry, 8th
Edition, International Edition, Brooks/Cole
Cengage Learning, UK.
Stoker, H.S., 2012, General, Organic, and Biological Chemistry, Sixth Edition, Brooks/Cole
Cengage Learning, UK.
-
Lampiran
Radikal Gambar
1
2
-
3
4
5
-
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI
PERCOBAAN XIV
REAKSI SUBSTITUSI ELEKTROFILIK
Disusun oleh:
Nama : Wahyu Ratnaningsih
NIM : 12/331223/PA/14513
Kelompok : Sore
Hari/Tanggal : Jumat, 22 Mei 2015
Jurusan/Fakultas : Kimia / MIPA
Nama Asisten : Muhammad Saleh
LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS GADJAH MADA
-
YOGYAKARTA
2015
REAKSI SUBSTITUSI ELEKTROFILIK
VI. TUJUAN
2. Menentukan gugus pengarah orto, para dan meta berdasarkan muatan neto
atom karbon dalam cincin
VII. LATAR BELAKANG
Aromatisitas benzena menyajikan suatu kestabilan yang unik pada sistem
pi, dan benzena tidak menjalani kebanyakan reaksi yang khas bagi alkena.
Meskipun demikian benzena tidaklah sekali kali lamban atau inert. Pada kondisi
yang tepat benzena mudah bereaksi substitusi aromatik elektrofilik: reaksi dalam
mana suatu elektrofil disubstitusikan untuk satu atom hidrogen pada cincin
aromatik. (Fessenden & Fessenden, 1986)
Substitusi elektrofilik termasuk dalam golongan reaksi senyawa aromatik.
Karakteristik substitusi aromatik elektrofilik diantaranya, banyak substituen
seperti Cl Br I COR OH dapat diikutkan pada suatu cincin aromatis, cincin
aromatis kurang reaktif dari alkena dengan ikatan rangkap dua, reaksi terjadi
dengan cenderung substitusi, daripada adisi untuk menjaga aromatisitas dari
cincin aromatis.
(McMurry,2007)
-
Berikut adalah klasifikasi dari pengaruh subtituen dalan substitusi aromatik elektrofilik.
Semua gugus pengaktivasi adalah pengarah orto dan para dan gugus pendeaktivasi selain
halogen adalah pengarah meta. Halogen adalah pendeaktivasi unik karena merupakan
pengarah orto para.
(McMurry,2012)
VIII. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Percobaan
Gugus Muatan netto
C2 C3 C4 C5 C6
-H -0.102 -0.102 -0.102 -0.102 -0.102
-CH3 -0.105 -0.097 -0.109 -0.098 -0.103
-OH -0.144 -0.063 -0.145 -0.058 -0.197
-OCH3 -0.141 -0.068 -0.141 -0.064 -0.183
-NO2 -0.007 -0.124 -0.039 -0.124 -0.007
-
-COOH -0.042 -0.121 -0.066 -0.119 -0.043
-COOCH3 -0.044 -0.121 -0.068 -0.119 -0.045
Pembahasan
Pada percobaan kali ini dilakukan suatu percobaan Reaksi Substitusi Elektrofilik
untuk menentukan gugus pengarah orto, para dan meta berdasarkan muatan netto atom
karbon dalam cincin. Metode semiempiris di mana merupakan metode kimia komputasi
yang menggunakan data eksperimental atau perhitungan ab initio yang akurat yang
digunakan untuk menyederhanakan perhitungan berdasarkan kimia kuantum ab initio.
Metode semiempiris ini tersebut dapat dioptimasikan untuk keperluan yang berbeda, dan
pada percobaan ini digunakan perhitungan semiempiris PM3.
Pada reaksi substitusi elektrofilik, dilakukan penentuan muatan atom neto dari
benzena yang telah tersubtitusi oleh subtituen yang telah ditentukan. Dari muatan atom
netto yang diperoleh tersebut, terdapat kaitan antara muatan atom netto dan masing-
masing atom pada cincin benzena dengan kecenderungan arah serangan elektrofil pada
reaksi substitusi elektrofilik aromatis. Karena jika di dalam cincin benzena terdapat
subtituen tertentu, gugus tersebut dapat memberikan pengaruh terhadap arah serangan
elektrofil kedua yang akan melakukan reaksi substitusi elektrofilik. Substitusi kedua
tersebut terjadi oleh benzena tersubtitusi. Dilihat dari muatan atom netto masing-masing
atom pada cincin benzena, terdapat dua kecenderungan nilai muatan atom netto yaitu
cenderung besar dan cenderung kecil. Muatan atom netto menunjukkan suatu kepadatan
elektron, sehingga apabila muatan atom netto yang dihasilkan besar makan kepadatan
elektron akan tinggi dan hal tersebut menunjukkan atom karbon pada benzena dapat
segera mengikat elektrofil, begitu pula sebaliknya
Pada benzena substituen CH3, -OH dan -OCH3 diketahui mempunyai muatan
netto yang besar pada atom C2, sehingga C2 pada benzena siap untuk mengikat suatu
elektrofil. Pada gugus OH yang mempunyai dua pasang elektron bebas berperan
sebagai gugus aktivasi karena struktur resonansinya menunjukkan bahwa gugus tersebut
bersifat melepas elektron secara resonansi dimana antara -CH3 dengan OCH3, dan
dengan OH, sifat aktivasinya semakin bertambah. Sehingga nilai muatan nettonya akan
semakin besar. Hal itu sesuai dengan praktikum yang dilakukan dimana muatan netto
pada C2 dari CH3, -OCH3, -OH berturut-turut sebesar 0.105; 0.141 dan 0.144. Hal-hal
tersebut juga berkaitan dengan jenis-jenis gugus pengarah dan dengan muatan atom
netto pada atom karbon cincin benzena. Sedangkan pada C3 muatan nettonya kecil,
sehingga kepadatan elektron akan turun dan posisi C3 tersebut tidak siap untuk mengikat
-
elektrofil ketika ada subtituen CH3, -OH dan -OCH3 pada C1. Berikut contoh
resonansi untuk golongan ketiga subtituen di atas :
Dengan stabilisasi dari resonansi fenol, cincin menjadi sebagian negatif dan sangat
menarik bagi elektrofil yang masuk. Sehingga dilihat dari muatan atom netto karbon,
pada posisi orto dan para lebih teraktifkan daripada posisi meta. Struktur resonansi
tersebut juga menunjukkan bahwa posisi-posisi orto dan para mempunyai muatan parsial
negatif, sedangkan pada posisi meta tidak ada muatan parsial negatif, hal tersebut
menunjukkan bahwa ketiga subtituen tersebut merupakan pengarah orto,para.
Berkebalikan dengan ketiga subtituen di atas, subtituen NO2, COOH, dan
COOCH3 pada atom C2 justru muatan atom netto nya kecil, sedangkan pada atom C3
mempunyai muatan atom netto yang besar. Sehingga dengan adanya subtituen tersebut
suatu elektrofil akan diikat lebih siap oleh atom C3 atau posisi meta. Begitu pula pada
C4-C5 dimana muatan atom netto yang cenderung besar akan siap mengikat dalam
artian elektrofil akan masuk dan terikat pada atom C dengan muatan atom netto yang
besar yang berada pada atom C dengan posisi meta, sehingga ketiga subtituen NO2,
COOH, dan COOCH3 merupakan gugus pengarah meta.
Benzena dengan subtituen NO2, COOH, dan COOCH3 lebih siap mengikat
elektrofil di atom C3 karena subtituen tersebut merupakan pendeaktivasi, dan tidak
mempunyai pasangan elektron bebas. Substitusi kedua yang apabila terjadi dengan
adanya pengarah meta tersebut berbeda dengan benzena yang tersubtitusi pengarah orto
para karena pengaruh dari subtituen tersebut yang tidak mempunyai pasangan elektron
bebas sehingga bersifat sebagai penarik elektron dan tidak dapat menyumbangkan
lektron secara resonansi. Sifat dari pendeaktivasi tersebut akan muncul dengan
mengurangi rapatan elektron cincin sehingga elektrofil tidak tertarik atau terikat masuk.
Subtituen NO2, COOH, dan COOCH3 yang merupakan pengarah meta tersebut
mendeaktivasi semua posisi dalam cincin, hanya saja deaktivasi posisi meta nya lebih
kecil dari posisi yang lain, sehingga elektrofil dapat masuk. Deaktivasi semakin
berkurang mulai dari subtituen NO2, COOH, dan COOCH3. Berikut gambar benzena
dengan salah satu pengarah meta :
-
Berikut tabel posisi dalam cincin dengan subtituennya :
Gugus Muatan netto
C2 C3 C4 C5 C6
Posisi Orto Meta Para Meta Orto
-CH3 -0.105 -0.097 -0.109 -0.098 -0.103
-OH -0.144 -0.063 -0.145 -0.058 -0.197
-OCH3 -0.141 -0.068 -0.141 -0.064 -0.183
-NO2 -0.007 -0.124 -0.039 -0.124 -0.007
-COOH -0.042 -0.121 -0.066 -0.119 -0.043
-COOCH3 -0.044 -0.121 -0.068 -0.119 -0.045
IX. KESIMPULAN
Berdasarkan muatan netto atom karbon dalam cincin benzena,subtituen CH3, -
OH dan -OCH3 merupakan gugus pengarah orto, para sedangkan subtituen NO2, COOH,
dan COOCH3 merupakan gugus pengarah meta.
-
X. DAFTAR PUSTAKA
Fessenden R.J, Fessenden J.S, 1986, Kimia Organik, Edisi Ketiga, Gramedia, Jakarta.
McMurry, J., 2012, Organic Chemistry, 8th
Edition, International Edition, Brooks/Cole
Cengage Learning, UK.
McMurry, S., 2007, Study Guide and Solutions Manual for McMurrys Organic Chemistry : A
Biological Approach, Thomson Brooks/Cole, CA USA.
Pranowo, H. D., 2010, Pengantar Kimia Komputasi, Cetakan Pertama, Penerbit
Lubuk Agung, Bandung.
XI. Lampiran
Gugus Gambar
-H
-CH3
-
-OH
-OCH3
-NO2
-
-COOH
-COOCH3