LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI

STABILITAS KARBOKATION DAN HIPERKONJUGASI

SERTA STABILITAS DAN STRUKTUR BENZIL DAN ALIL

KARBOKATION

Oleh :

Nama : Zulvana Anggraeni Harvian

NIM : 12/327756/PA/14373

Hari, Tanggal : Jumat, 8 Mei 2015

LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI

FAKULTAS METEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015

I. TUJUAN

1. Menyelidiki stabilitas beberapa karbokation dan pengaruh hiperkonjugasi

terhadap panjang ikatan dan kerapatan muatan menggunakan perhitungan

semiempiris AM1.

2. Menyelidiki stabilitas karbokation benzyl dan alil menggunakan

perhitungan semiempiris AM1.

3. DASAR TEORI

Karbokation menunjukkan satu dari sangat penting dan sering dijumpai dari jenis

zat antara yang terlibat dalam reaksi senyawa organic. Stabilitas relative karbokation

dapat dijadikkan indikasi untuk keberadaannya dalam reaksi yang sedang berlangsung.

Banyak cara untuk menjelaskan kestabilan karbokation, salah satunya hiperkonjugasi.

Hiperkonjugasi melibatkan tumpang tindih antara suatu ikatan (orbital ikatan)

dengan orbital p yang terdapat pada atom karbon bermuatan positif. Walaupun gugus

alkil yang terikat pada atom karbon positif tersebut dapat berputar, satu dari ikatan

sigma selalu sebidang dengan orbital p kosong pada karbokation. Pasangan electron

pada ikatan sigma ini disebarkan ke orbital p kosong sehingga menstabilkan atom

karbon yang kekurangan elekton.

Karbokation alil dan benzyl merupakan zat antara yang khusus karena

mempunyai kestabilan yang sangat tinggi. Mereka sering kali dilihat sebagai

thermodynamic sinks dalam kenampakan frakmentasi spectra massa. Karbokation ini

dan turunan mereka telah dikarakterisasi secara luas dengan spektroskopi NMR dalam

kondisi superasam. Stabilitas yang tinggi dari karbokation ini dicirikan pada

pemberian electron ke dalam orbital p kosong pada pusat karbokation yaitu melalui

stabilisasi resonansi. Ketika membahas tentang karbokation sekunder yang lebih stabil

dari karbokation primer, kestabilan dalam hal apa yang sebenarnya dimaksudkan?

Kestabilan yang dimaksud adalah kestabilan dari segi energi karbokation sekunder

berada pada tingkat yang lebih rendah dalam tangga energi dibanding karbokation

primer. Ini berarti bahwa akan diperlukan lebih banyak energi untuk membuat sebuah

karbokation primer dibanding karbokation sekunder. Jika ada pilihan antara membuat

ion sekunder atau ion primer, maka jauh lebih mudah membuat ion sekunder.

Demikian juga, jika ada pilihan antara membuat ion tersier atau ion sekunder, maka

jauh lebih mudah membuat ion tersier.

Hal ini memberikan akibat bahwa semua electron dari kation alil dan benzyl

terdelokal secara signifikan. Dalam rangka mendapatkan kondisi tersebut, kation harus

berada pada geometri planar untuk dapat memungkinkan tumpang tindih orbital p dengan

system electron terkonjugasi.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

III.1 Hasil Percobaan

Data Panjang ikatan

karbokati

on

panjang ikatan

C-C (A)

panjang ikatan

Csp3-H (A)

sudut terhadap

Csp2 (0)

t-butil C2-C1= 1.45 C1-H= 1.12 CCC= 119.994

C2-C3= 1.45 C1-H= 1.13

C2-C4= 1.45 C1-H= 1.12

sek-

butil

C1-C2= 1.43 C1-H= 1.13 CCC= 123.277

C2-C3= 1.44 C1-H= 1.12 CCH= 118.306

C3-C4= 1.50 C1-H= 1.13

n-butil C1-C2= 1.42 C2-H= 1.13 CCH= 113.029

C2-C3= 1.57 C2-H= 1.13 HCH= 109.303

C3-C4= 1.50

Data kerapatan muatan setiap karbokation

t-butil sek-butil n-butil

C1-H= 0.169 C1-H= 0.211 C2-H= 0.183

C1-H= 0.201 C1-H= 0.210 C2-H= 0.183

C1-H= 0.169 C1-H= 0.159

C3-H= 0.209

C3-H= 0.209

Data Pembentukan panas

karbokati

on

panas

pembentukan

(kcal/m

ol)

t-butil 174.619

sek-

butil

183.792

n-butil 199.788

Data panjang ikatan pada Benzyl dan allil

Karbokation panjang ikatan

C-C

(

A

)

muatan atom

C

alil tegak lurus C2-C1= 1.4 C1= 0.391

C2-C3= 1.33 C2= -0.395

C3= 0.003

alil planar C1-C2= 1.37 C1= 0.184

C2-C3= 1.37 C2= -0.295

C3= 0.184

Data Pembentukan Panas

karbokation panas pembentukan

(kkal/mol)

alil planar 226.119

alil tegak lurus 244.69

benzil planar 221.94

benzil tegak

lurus

253.05

III.2 Pembahasan

Dari data panjang ikatan C-C untuk t-butil, dimana karbokation terletak pada C2,

terlihat bahwa panjang ikatan tidak berbeda secara signifikan. Hal ini menyebabkan

tidak dapat ditarik kesimpulan terhadap efek induksi pada ikatan dalam tersier-butil,

apakah akan memperpanjang ikatan (akibat electron tertarik ke carbocation sehingga

gaya Tarik dengan C lain lebih lemah dan ikatan memanjang), ataukah akan

memperpendek ikatan (akibat electron pada ikatan tersebut terpolarisas ke arah

carbocation dan menyebabkan atom C lain tertarik mendekat). Untuk panjang ikatan

pada sekunder butyl, dimana C+ terletak pada atom C2, maka dapat dibandingkan

apakah panjang ikatannya memendek atau memanjang (karena ada data untuk panjang

ikatan C3-C4). Terlihat bahwa panjang ikatan C2 dengan C tetangga lebih pendek

daripada C3-C4 yang tidak mempunyai muatan positif. Sehingga efek induksi dari

penarikan electron ikatan akan memperpendek panjang ikatan tersebut. Hal ini

disebabkan karena electron terpolarisasi ke arah C+ sehingga panjang ikatannya akan

memendek. Pada n-butil, dimana C+ merupakan atom C1, terlihat bahwa panjang

ikatan antara C3-C4 lebih pendek daripada ikatan C lainnya, sehingga efek induksi

memang berjalan dan menyebabkan ikatannya memendek.

Kemudian pada data Kerapatan muatan pada salah satu ikatan C-H mengalami

penurunan, hal ini disebabkan oleh adanya hiperkonjugasi, dimana orbital kosong

pada C+ menarik elektron pada ikatan sigma yang berdekatan atau sejajar. Pada sek-

butil juga terjadi hal yang sama, dimana salah satu ikatan C-H pada atom tetangga C+

mengalami penurunan kerapatan muatan. Hal ini dibuktikan pada atom tetangga yang

lain tidak mengalami penurunan kerapatan muatan karena ia telah mendapat

sumbangan hiperkonjugasi dari salah satu C-H yang berdekatan. Sedangkan pada n-

butil terjadi hal yang sama dengan keanehan saat panjang ikatan, dimana kedua ikatan

C-H mengalami penurunan yang sama. Hal ini mungkin disebabkan karena kedua

ikatannya mengalami hiperkonjugasi. Lalu dilanjutkan pada data panas pembentukan,

apabila semakin besar panas pembentukan maka makin tidak stabil senyawa tersebut,

karena energy yang dibutuhkan untuk membuat senyawa tersebut semakin besar. Hal

ini dapat terlihat bahwa t-butil mempunyai panas pembentukan yang paling kecil,

sehingga energy yang dibutuhkan untuk membuat senyawa ini paling kecil. Sesuai

dengan penjelasan pada landasan teori bahwa carbokation tersier merupakan spesi C+

yang paling stabil.

Pada alil tegak lurus, terjadi penyebaran electron yang kurang merata akibat

posisi orbital yang kurang sesuai untuk beroverlap dengan orbital . Hal ini

menyebabkan overlap tidak terjadi sehingga panjang ikatan C=C akan lebih pendek

daripada panjang ikatan C-C. Sedangkan pada alil planar, orbital kosong dari C+

berjajar dengan posisi ikatan yang ada pada atom tetangga, sehingga panjang

ikatannya merata karena terjadi penyebaran muatan positif. Sama halnya dengan

muatan atom C dimana untuk alil tegak lurus nilainya tidak berdekatan dan pada alil

planar nilainya sangat berdekatan.Terlihat bahwa benzyl planar mempunyai energy

pembentukan yang paling rendah, yang mengindikasikan bahwa ia mempunyai

struktur yang paling stabil. Hal ini disebabkan karena orbital kosong pada C+ berada

sejajar dengan orbital electron dari cincin aromatis yang ada. Ia mempunyai panas

pembentukan lebih rendah dari alil akibat resonansi electron dalam cincin dan ia lebih

kaya akan electron. Sedangkan benzyl tegak lurus mempunyi panas pembentukan

paling besar karena ketidak sesuaian dari orbital tersebut sehingga strutkturnya sangat

tidak stabil.

5. KESIMPULAN

Kestabilan dari suatu karbokation alkil, allyl dan benzyl sangat dipengaruhi oleh

adanya resonansi, induksi dan hiperkonjugasi. Dimana pada allyl dan benzyl

kestabilannya akan jauh lebih baik dari pada alkil karbokation karena adanya sumbangan

electron dari ikatan dan awan elektron.

6. DAFTAR PUSTAKA

Rouessac, F., Rouessac, A., 2007, CHeMICAL ANALYSiS: Modern Instrumentation Methods

and Technique 2nd Edition, John Wiley and Sons Inc., West Sussex

Tim Penyusun,Praktikum Kimia Komputasi, Pusat Kimia Komputasi Indonesia

Austria,Jurusan Kimia Fisika,Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

t-butyl

Sek-butyl

n-butyl