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