KIMIA ORGANIK (PENGANTAR)

Teori Vital force

Brazelius mengusulkan teori vital forceVitalism adalah keyakinan bahwa senyawa kimia

tertentu, yaitu SENYAWA ORGANIK, hanya didapat dari organisme hidup dan sama sekali tidak dapat disintesis oleh manusia.

SENYAWA ANORGANIK Kebanyakan ditemukan dalam tanah sebagai kandungan logam, tetapi juga dapat disintesis oleh manusia.

(ide yang berkembang sekitar th 1700’s)

Siklopentana-C5H10

PERKEMBANGAN KIMIA ORGANIK1770-an : senyawa organik hanya dapat berasal dan terdapat

pada makhluk hidup, yang dikenal dengan teori ”vital force”.

Pembatalan teori ”vital force” :

1816 : penemuan Michel Chevreul (Perancis) yang berhasil mengubah lemak hewan menjadi sabun dan gliserin, dan mengubah sabun menjadi asam lemak, tanpa bantuan makhluk hidup

NaOH

H2O

H3O+

Lemak hewan Sabun Gliserin

Sabun Asam lemak

PERKEMBANGAN KIMIA ORGANIK (lanjutan)

1826 : Friedrich Wohler (Jerman) mampu mengubah “bahan anorganik” yaitu garam amonium sianat menjadi urea (yang sebelumnya hanya terdapat dalam urine manusia, suatu bahan organik) dalam percobaan di laboratorium.

1800-an, tidak ada batas yang jelas antara bahan organik dan anorganik [William Brade (Inggeris)] ; satu-satunya perbedaan bahwa bahan organik mengandung unsur karbon.

NH4+ -OCN C

O

NH2H2N

panas

ureaamonium sianat

Keistimewaan Atom Karbon

karbon termasuk unsur golongan 4A,

karbon mempunyai empat elektron yang dapat membentuk empat ikatan kovalen.

karbon dapat berikatan dengan sesama atom karbon membentuk rantai panjang atau cincin.

Bersama atom lain, atau sesama atom karbon, dapat menjadi bermacam-macam senyawa

Mengapa belajar Kimia Organik ?

Semua organisme hidup tersusun dari bahan organik

Mempelajari tentang kehidupan dan makhluk hidup

Mempelajari perkembangan obat dan ilmu biologi

Some organic chemicals

DNA

Essential oils

Medicines• Active Pharmaceutical Ingredients• Excipients

Materials

Fuels

Pigments

Beberapa contoh struktur

senyawa obat

O

SCH3

O

O O

N

N

N

N

H

CH3

CH2CH2CH3

OC2H5

SN

O

O

ON

CH3

O

H3CO

O

HOH

N CH3

HO

CH3

CH3

H

H H

H

H

CH3

N

O

O

H

CH3

CO2-

Rofecoxib(Vioxx)

Sildenafil(Viagra)

Oxycodone(OxyContin)

Kholesterol Benzilpenisilin

IKATAN KIMIA

Ada dua macam ikatan kimia :1. Ikatan ionik : tarik menarik antara kation dan anion (e.g. Na+ Cl- )2. Ikatan kovalen : pemakaian bersama sepasang elektron oleh

dua buah atom

Dua cara sederhana menyatakan ikatan kovalen: struktur Lewis (electron-dot structure) dan struktur Kekule (line-bond structure).

Elektron valensi yang tidak dipakai membentuk ikatan disebut pasangan elektron bebas (= lone-pair electrons = non-bonding electrons).

3 Jenis Ikatan Ikatan Ionik Ikatan Kovalen

Gaya Intermolekular :

Salah satu contoh adalah

Ikatan Hidrogen

Keelektronegatifan (EN)

Keelektronegatifan (EN) adalah ukuran kemampuan atom menarik elektron dalam ikatan kovalen

EN meningkat dari kiri ke kanan dan dari bawah ke atas pada tabel periodik

Bila atom makin EN, makin besar kecenderungan untuk menarik elektron ikatan kovalen. Akibatnya muatan di sekitar atom menjadi sedikit lebih negatif (d-). Sebaliknya atom lain yang terlibat dalam ikatan kovalen menjadi sedikit lebih positif (d+).

Secara menyeluruh membentuk ikatan kovalen polar (pemakaian elektron yang tidak setara dalam ikatan kovalen)

Cara menulis struktur molekulAda tiga cara penulisan struktur molekul organik : struktur terkondensasi struktur kerangka struktur Kekule

CC

CC

H

C

H

H

H

H

HH H

CH2=C(CH3)CHCH2

C6H5OH

OHC

CC

C

CC

H

OH

H

H

H

H

Strukturterkondensasi

StrukturKekule

Strukturkerangka

2-metil-1,3-butadiena(C5H8)

fenol (C6H6O)

PenamaanRumus molekul

Latihan menggambar struktur Lewis

REAKSI ORGANIK

Substrat Pereaksi Produk+

Substrat Spesi mengandung atom karbon yang akan diserang oleh pereaksi. Atom C yang mengalami perubahan ikatan selama terjadi reaksi, disebut pusat reaksi

PereaksiSpesi yang menyerang atom C pusat reaksi.Bila tidak menyerang atom C, disebut katalis

ProdukSpesi yang merupakan hasil reaksi; berupa ≥ satu senyawa

Perubahan :Pemutusan ikatan kovalen lama dan membentuk ikatan kovalen baru

Mekanisme Reaksi

Contoh mekanisme reaksi

CH3CH2Br NaOH CH3CH2OH NaBr

Substrat Pereaksi Produk

Pusat reaksi

H

CH3C

H

BrOH-

H

C

H3C H

BrHO

H

CH

H3C

HOBr-

Mekanisme reaksi adalah deskripsi terinci tentang pemutusan dan pembentukan ikatan yang terjadi pada proses bahan awal berubah menjadi produkTahapan pada mekanisme reaksi melibatkan perpindahan elektron

Jenis panah dalam reaksi kimia

Panah reaksi Digambar antara bahan awal dan produk dalam sebuah persamaan

Panah reaksi ganda(panah kesetimbangan)

Digambar antara bahan awal dan produk dalam sebuah kesetimbangan persamaan

Panah ujung ganda Digambar antara bentuk resonansi

Panah lengkung ujung lengkap

Menunjukkan perpindahan sepasang elektron

Panah lengkung ujung separuh (ujung kail)

Menunjukkan perpindahan satu elektron

Jenis Pereaksi

Nukleofil (Nu:-)

Spesi yang ditarik menuju pusat positifSuatu basa Lewis

Kebanyakan berupa anion : OH-; CH3O-, Cl-; H-

Kadang-kadang berupa molekul : H2O; CH3OH; NH3

Elektrofil (E+)Spesi yang tertarik oleh pusat negatifSuatu asam Lewis

Berupa kation ( Br+; NO2+; C+ ) atau molekul (AlCl3; ZnCl2)

Radikal bebas (R.)Spesi yang mempunyai elektron tidak berpasangan

Pemutusan ikatan membentuk intermediat reaktif

Jenis Reaksi Organik

Reaksi Substitusiterjadi penggantian gugus oleh gugus lain

Reaksi Adisiterjadi penambahan gugus karena adanya pemutusan ikatan rangkap

Reaksi Eliminasiterjadi pengurangan gugus karena adanya pembentukan ikatan rangkap

Reaksi Oksidasiterjadi penambahan atom O atau pengurangan atom H

Reaksi Reduksiterjadi penambahan atom H atau pengurangan atom O

Reaksi SubstitusiReaksi penggantian satu atom/gugus oleh atom/gugus lain.Melibatkan ikatan s; satu ikatan s putus dan terbentuk ikatan s baru pada atom yang sama

Reaksi EliminasiReaksi dimana pada bahan awal terdapat unsur-unsur yang hilangTerjadi pemutusan dua ikatan s dan perbentukan satu ikatan p pada atom yang berurutan

Reaksi AdisiReaksi dimana pada bahan awal terdapat penambahan unsur-unsurTerjadi pemutusan satu ikatan p, dan terbentuk dua ikatan s

Soal Latihan

Ada 2 cara untuk membelah pasangan elektron yang dipakai bersama pada ikatan kovalen asimetri.

PEMBELAHAN TAK-SETARA menghasilkan ION (kation & anion)dikenal sebagai HETEROLiSIS atauPEMUTUSAN HETEROLiTIK

PEMBELAHAN SETARA

menghasilkan RADIKAL

dikenal sebagai HOMOLiSIS atauPEMUTUSAN HOMOLITIK

• Bila terdapat beberapa ikatan maka ikatan terlemah akan pecah paling awal • Energi pemecah ikatan dapat berasal dari berbagai sumber energi - panas / cahaya • Pada reaksi antara metana dan klorin kedua sumber energi dapat dipakai, tetapi. • Dalam laboratorium sumber dari sinar UV (atau cahaya matahari) lebih disukai.

PEMECAHAN IKATAN KOVALEN

SIFAT-SIFAT KHUSUS

• species (atom atau gugus) reaktif yang mempunyai satu elektron tak-berpasangan

• penyebab kereaktifan : Melengkapi elektron tunggal menjadi berpasangan

• terbentuk oleh pemecahan homolitik (homolysis) ikatan kovalen • terbentuk selama reaksi antara klorin dan metana • terbentuk selama terjadinya pemecahan oleh panas • terlibat pada reaksi yang berlangsung dalam lapisan ozon

RADIKAL BEBAS

Reaktan klorin dan metana

Kondisi sinar UV atau matahari - panas adalah sumber energi alternatif

Persamaan CH4(g) + Cl2(g) ——> HCl(g) + CH3Cl(g) klorometana

CH3Cl(g) + Cl2(g) ——> HCl(g) + CH2Cl2(l) dickorometana

CH2Cl2(l) + Cl2(g) ——> HCl(g) + CHCl3(l) triklorometana

CHCl3(l) + Cl2(g) ——> HCl(g) + CCl4(l) tetraklorometana

Campuran radial bebas sangat reaktif- berusaha menjadikan pasangan elektron. Dengan jumlah lorin yang cukup, setiap hidrogen pada akhirnya akan disubstitusi.

Mekanisme Mekanisme menggambarkan apa yang terpikir oleh kimiawan hal-hal yang terjadi selama reaksi, sedangkan persamaan reaksi menjelaskan rasio produk dan reaktan.

Klorinasi metana berlangsung melalui SUBSTITUSI RADIKAL BEBAS karena metana diserang oleh radikal bebas sehingga menyebabkan atom hidrogen disubstitusi oleh atom klorin.

Proses ini merupakan reaksi rantai.Pada tahap propagasi, satu radikal dibuat untuk satu pemakaian

KLORINASI METANA

KLORINASI METANA

Inisiasi Cl2 ——> 2Cl• PEMBENTUKAN RADIKAL

Tanda titik tunggal menyatakan ELEKTRON TAK-BERPASANGAN

Selama inisiasi, IKATAN TERLEMAH PUTUS sebab perlu energi lebih sedikit.Dalam campuran alkana dan klorin ada tiga ikatan yang mungkin terbentuk.

412 348 242

Rerata entalpi ikatan kJ mol-1

Ikatan Cl-Cl lebih mudah putus dibanding ikatan yang lain karena ikatannya paling lemah dan perlu energi lebih sedikit untuk memisahkan atom-atomnya.

KLORINASI METANA

Propagasi Cl• + CH4 ——> CH3• + HCl PEMAKAIAN dan

REGENERASI RADIKAL

Cl2 + CH3• ——> CH3Cl + Cl•

Radikal bebas sangat reaktif karena berusaha mencarikan pasangan untuk elektron tunggalnya. Hal itu dilakukan dengan cara menarik atom hidrogen dari metana; terbentuk radikal metil. Radikal metil juga sangat reaktif dan menyerang molekul klorin. Terbentuk satu radikal klorin dan keseluruhan proses akan terulang lagi.

KLORINASI METANA

Propagasi Cl• + CH4 ——> CH3• + HCl PEMAKAIAN dan

REGENERASI RADIKAL

Cl2 + CH3• ——> CH3Cl + Cl•

Radikal bebas sangat reaktif karena berusaha mencarikan pasangan untuk elektron tunggalnya. Hal itu dilakukan dengan cara menarik atom hidrogen dari metana; terbentuk radikal metil. Radikal metil juga sangat reaktif dan menyerang molekul klorin. Terbentuk satu radikal klorin dan keseluruhan proses akan terulang lagi.

KLORINASI METANA

Propagasi Cl• + CH4 ——> CH3• + HCl PEMAKAIAN dan

REGENERASI RADIKAL

Cl2 + CH3• ——> CH3Cl + Cl•

Radikal bebas sangat reaktif karena berusaha mencarikan pasangan untuk elektron tunggalnya. Hal itu dilakukan dengan cara menarik atom hidrogen dari metana; terbentuk radikal metil. Radikal metil juga sangat reaktif dan menyerang molekul klorin. Terbentuk satu radikal klorin dan keseluruhan proses akan terulang lagi.

KLORINASI METANA

Terminasi Cl• + Cl• ——> Cl2 PELENYAPAN RADIKAL

Cl• + CH3• ——> CH3Cl

CH3• + CH3• ——> C2H6

Hilangnya radikal bebas yang reaktif mengakibatkan reaksi berakhir.

Hal ini tidak persis sama dengan awal reaksi karena konsentrasi klorin sangat rendah.

KLORINASI METANA

Terminasi Cl• + Cl• ——> Cl2 PELENYAPAN RADIKAL

Cl• + CH3• ——> CH3Cl

CH3• + CH3• ——> C2H6

Hilangnya radikal bebas yang reaktif mengakibatkan reaksi berakhir.

Hal ini tidak persis sama dengan awal reaksi karena konsentrasi klorin sangat rendah.

KLORINASI METANA

Inisiasi Cl2 ——> 2Cl• pembentukan radikal

Propagasi Cl• + CH4 ——> CH3• + HCl pemakaian radikal

kemudian Cl2 + CH3• ——> CH3Cl + Cl• pembentukan ulang

Terminasi Cl• + Cl• ——> Cl2 radikal dihilangkan

Cl• + CH3• ——> CH3Cl

CH3• + CH3• ——> C2H6

RANGKUMAN

RingkasanKarena kereaktivan alkana yang rendah, maka perku kondisi yang sangat reaktif agar alkana dapat bereaksi. ,Radikal bebas terbentuk oleh pemecahan homolitik dari ikatan kovalen.Hal ini dilakukan dengan sinar UV pada campuran (panas juga dapat digunakan)Radikal Klor terbentuk karena ikatan Cl-Cl adalah ikatan paling lemahAnda hanya memerlukan satu klorin radikal untuk memulai reaksiAdanya kelebihan klorin mengakibatkan substitusi lebih lanjut dan terbentuk campuran produk klorinasi

Inisiasi

Propagasi

Terminasi

KLORINASI METANA

PEMBENTUKANRADIKAL

PEMAKAIAN DAN REGENERASI RADIKAL

PELENYAPAN RADIKAL

Propagasilanjutan Bila klorin berlebih, terjadi substitusi lanjutan

Persamaan berikut menunjukkan tahap propagasi pada pembentukan :

diklorometana Cl• + CH3Cl ——> CH2Cl• + HCl

Cl2 + CH2Cl• ——> CH2Cl2 + Cl•

triklorometana Cl• + CH2Cl2 ——> CHCl2• + HCl

Cl2 + CHCl2• ——> CHCl3 + Cl•

tetraklorometana Cl• + CHCl3 ——> CCl3• + HCl

Cl2 + CCl3• ——> CCl4 + Cl•

Campuran Karena banyak kemungkinan reaksi maka akan terbentuk

campuran produk.

Masing-masing haloalkana dapat dipisah secara distilasi fraksi.

KLORINASI METANA