Ikatan Tunggal | 34

UNIT 3

IKATAN TUNGGAL

HASIL PEMBELAJARAN

Di akhir pembelajaran ini, anda diharap dapat:

1. Memberikan definisi untuk alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina.

2. Menamakan alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina mengikut sistem

IUPAC.

3. Menghuraikan cara penyediaan alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina.

4. Menghuraikan tindak balas alkana dan sikloalkana, alkil halida, alkohol, eter dan epoksida dan amina.

PETA KONSEP TAJUK

IKATAN TUNGGAL

Alkana & Sikloalkana Amina Alkohol Alkil Halida Eter & Epoksida

Penamaan IUPAC

Sintesis

Tindak Balas

Ikatan Tunggal | 35

3.1 Alkana dan Sikloalkana

3.1.1 Pendahuluan

Alkana adalah merupakan hidrokarbon di mana semua ikatan karbon-karbon adalah ikatan tunggal. Formula umum bagi alkana adalah CnH2n+2. Sikloalkana pula adalah alkana di mana semua atau sebahagian daripada atom-atom karbon disusun dalam gelang dengan formula umum: CnH2n. Jadual 3.1 menunjukkan beberapa sebatian alkana.

Formula Molekul Formula Struktur Nama

CH4 CH4 Metana

C2H6 CH3CH3 Etana C3H8 CH3CH2CH3 Propana C4H10 CH3CH2CH2CH3 Butana C5H12 CH3CH2CH2CH2CH3 Pentana C6H14 CH3CH2CH2CH2CH2CH3 Heksana C7H16 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Heptana C8H18 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Oktana

Jadual 3.1 Formula dan Nama Beberapa Sebatian Alkana

3.1.2 Kumpulan Alkil

Kumpulan alkil dengan formula umum CnH2n-1 yang biasanya disimbolkan sebagai R mempunyai nama dengan menggantikan a dalam penamaan alkana yang sepadan dengan il.

CH3 - CH3CH2 - CH3CH2CH2CH2CH2 Metil Etil Pentil

3.1.3 Sistem Penamaan IUPAC

Penamaan IUPAC sebatian alkana harus mengikut beberapa langkah dan aturan iaitu:

i. Tentukan bilangan karbon dalam rantai terpanjang dan rantai ini dikenali sebagai rantai induk. Karbon yang tidak termasuk di dalam rantai terpanjang ini dikenali sebagai penukarganti.

ii. Penomboran rantai karbon bermula daripada hujung rantai induk yang paling hampir dengan penukarganti. iii. Gunakan nombor yang diperolehi dalam langkah (ii) untuk menentukan lokasi kumpulan penukarganti.

Letakkan nama rantai induk di bahagian akhir dan didahului dengan penomboran yang diberi bagi kumpulan penukarganti. Nombor dan nama dipisahkan dengan tanda sempang (-).

iv. Jika wujud 2 atau lebih penukarganti, berikan nombor kepada setiap penukarganti bersesuaian dengan kedudukannya dalam rantai induk.

v. Jika terdapat 2 penukarganti pada atom karbon yang sama, gunakan nombor tersebut dua kali. vi. Jika 2 atau lebih penukarganti adalah sama (identical), tunjukkan dengan menggunakan prefiks di-, tri-,

tetra- dengan nombor dipisahkan oleh tanda koma (,). vii. Bagi pemilihan rantai induk yang mempunyai 2 rantai yang sama panjang, rantai yang mempunyai bilangan

kumpulan penukarganti terbanyak dipilih sebagai rantai induk.

Ikatan Tunggal | 36

3.1.4 Penamaan Sikloalkana

Penamaan IUPAC sebatian sikloalkana harus mengikut beberapa langkah dan aturan iaitu:

i. Sikloalkana dengan satu gelang diberi nama dengan meletakkan imbuhan siklo. ii. Jika hanya terdapat satu penukarganti, maka penamaan diberi secara terus tanpa melibatkan nombor

kedudukan penukarganti (alkilsikloalkana). iii. Jika terdapat 2 atau lebih penukarganti, mulakan penomboran dengan mengikut susunan abjad (jika boleh). iv. Jika sistem gelang tunggal terikat pada rantai tunggal yang besar, gelang tunggal menjadi penukarganti dan

sebatian tersebut diberi nama sikloalkilalkana.

3.1.5 Sifat Fizik Alkana Dan Sikloalkana

Setiap alkana berbeza daripada alkana berikutnya oleh satu kumpulan CH2. Siri sebatian di mana ahli berbeza dengan ahli berikutnya oleh unit yang tetap, dinamakan siri homolog. Takat didih alkana meningkat dengan pertambahan berat molekul. Manakala, takat didih bagi alkana bercabang adalah rendah berbanding dengan alkana lurus. Sebagai contoh, takat didih bagi 2-metilpentana adalah 60.3C, berbanding dengan heksana pada 68.7C. Ini disebabkan oleh luas permukaan bagi alkana lurus adalah besar berbanding alkana bercabang, maka dengan ini daya van der Waalnya meningkat; dengan ini tenaga yang diperlukan untuk memisahkan molekulnya adalah lebih tinggi.

Semua sebatian alkana adalah kurang tumpat berbanding air (< 1.00 gmL-1). Sebatian alkana juga tidak larut dalam

air (kekutuban rendah dan tidak boleh membentuk ikatan hidrogen) tetapi larut dalam pelarut yang rendah

kekutubannya.

3.1.6 Sintesis Alkana

Penghidrogenan Bermangkin Alkena dan alkuna

Alkena dan alkuna bertindak balas dengan H2 dengan kehadiran mangkin logam (Pd, Ni dan Pt) akan membentuk sebatian alkana. 1 mol H2 diperlukan bagi tindak balas alkena dan 2 mol H2 pula diperlukan untuk tindak balas dengan alkuna.

H

H

H

H

H2 C C

H

H

H

H

H

H

+Pt

alkena alkana

Ikatan Tunggal | 37

3.1.7 Tindak Balas Alkana

Tindak balas penghalogenan

Alkana merupakan sebatian tepu dan tidak reaktif terhadap kebanyakan tindak balas pada keadaan biasa. Tindak

balas memerlukan suhu dan tekanan yang tinggi atau memerlukan keadaan khas.

X2+H3C CH3H3C CH2X

hv

3.2 Alkil Halida

Alkil halida adalah sebatian yang mempunyai atom halogen (F, Cl, Br, I) yang terikat dengan karbon. Ikatan karbon-halogen bagi alkil halida adalah polar; di mana halogen adalah lebih elektronegatif daripada karbon. Alkil halida biasa digunakan sebagai pelarut untuk sebatian tidak berkutub.

3.2.1 Penamaan

Mengikut sistem IUPAC, alkana yang mempunyai penukarganti halogen dinamakan haloalkana. Jika rantai induk mempunyai kedua-dua kumpulan penukarganti alkil dan halogen, berikan nombor rantai daripada kumpulan penukarganti terdekat yang memberikan nombor terendah. Jika dua penukarganti berada pada jarak yang sama, berikan penomboran bermula daripada hujung penukarganti mengikut susunan abjad.

CH3CHCHCH2CH3

Cl

CH3

CH3CHCH2CHCH3

Cl

Br

2-kloro-3-metilpentana 2-bromo-4-kloropentana

3.2.2 Sifat Fizik Halida Organik

Keterlarutan alkil halida di dalam air adalah rendah. Diklorometana (metilena klorida, CH2Cl2), triklorometana (kloroform, CHCl3) dan tetraklorometana (karbon tetraklorida, CCl4) biasa digunakan sebagai pelarut sebatian tidak berkutub. Takat didih alkil halida akan bertambah dengan pertambahan berat atom F < Cl < Br < I. Bagi sebatian alkil halida yang mempunyai halogen yang sama, pertambahan bilangan atom halogen dalam rantai akan meningkatkan takat didih.

Ikatan Tunggal | 38

3.2.3 Sintesis Alkil Halida

3.2.3.1 Penghalogenan Alkena

Tindak balas antara alkena dan halogen akan menghasilkan alkil halida visinal.

H2C CH CH3 + Br2 H2C CH CH3

Br Br

3.2.3.2 Penghidrohalogenan Alkena

Tindak balas penghidrohalogenan alkena dikawal oleh aturan Markonikov sebagai hasil utama.

H2C CH CH3 + HBr H3C CH CH3

Br

+ H2C CH2 CH3

Br

hasil utama hasil minor

Aturan Markonikov menyatakan bahawa dalam penambahan hydrogen halida (HX) kepada suatu alkena, atom

hidrogen ditambah kepada atom karbon yang mempunyai bilangan atom hidrogen yang lebih banyak

3.2.3.3 Penghalogenan Alilik

Alkena boleh dihalogenkan secara langsung dalam kedudukan alilik dengan menggunakan suhu yang tinggi dan kepekatan halogen yang rendah untuk mencegah tindak balas berlaku pada ikatan ganda dua.

+ Cl2

Cl

400oC

Karl Zieglar (1942) memperkenalkan satu reagen yang lebih spesifik daripada Br2 untuk alilik dan penghalogenan benzilik iaitu N-bromosuksinimida (NBS).

+ NBS

Br

Ikatan Tunggal | 39

3.2.3.4 Penukaran Alkohol Kepada Alkil Halida

Alkohol bertindak balas dengan pelbagai reagen untuk menghasilkan alkil halida. Reagen yang paling kerap digunakan adalah: I. Hidrogen Halida (HCl, HBr, HI)

Hanya alkohol tertier bertindak balas secara aktif dengan hidrogen halida membentuk alkil halida. Kereaktifan adalah sebagai berikut: Alkohol tertier > alkohol sekunder > alkohol primer.

H3C OH

HCl (gas)

eter

H3C Cl

II. Fosforus Tribromida (PBr3) atau Tionil klorida (SOCl2) Alkil halida sekunder dan primer boleh disintesis dengan menggunakan PBr3 atau SOCl2.

CH3CH2CHCH3

OH

CH3CH2CHCH3

Br

CH3CH2CHCH3

OH

CH3CH2CHCH3

Cl

3 3PBr3

SOCl2

3.2.3.5 Tindak Balas Alkil Halida

Tindak Balas alkil halida boleh dikategorikan kepada 3 tindak balas utama:

i. Tindak balas penukargantian nukleofilik, SN ii. Tindak balas penyingkiran, E

i. Tindak Balas Penukargantian Nukleofilik

Nukleofil, satu spesies yang mempunyai pasangan elektron yang tidak dikongsi, bertindak balas dengan alkil halida dengan menggantikan halogen. Tindak balas penukargantian berlaku dan halogen yang merupakan kumpulan keluar

Ikatan Tunggal | 40

yang baik terpisah sebagai ion halida. Ikatan karbon-halogen mengalami heterolisis, dan pasangan elektron yang tidak dikongsi bagi nukleofil digunakan untuk membentuk ikatan baru kepada atom karbon.

R X + Nu R Nu + X

Tindak balas penukargantian nukleofilik boleh dikelaskan kepada 2 jenis tindak balas iaitu: A. Tindak Balas Penggantian Nukleofilik Bimolekul (SN2) B. Tindak Balas Penggantian Nukleofilik Unimolekul (SN1)

A. Tindak Balas Penukargantian Nukleofilik Bimolekul (SN2)

Mekanisme tindak balas SN2 melibatkan langkah tunggal tanpa perantaraan. Nukleofil bertindak balas dengan alkil halida daripada arah berlawanan dengan kumpulan keluar. Contoh:

Nukleofil OH- menggunakan pasangan elektron tunggalnya untuk menyerang karbon alkil halida 180 daripada halogen yang keluar. Ini menyebabkan keadaan peralihan dengan pembentukan sebahagian ikatan C-OH dan sebahagian lagi memutuskan ikatan C-Br.

Stereokimia pada karbon adalah terbalik apabila ikatan C-OH terbentuk dengan lengkap.

Tindak balas menunjukkan kinetik tertib-kedua, dengan hukum kadar: Kadar = k[RX][Nu:-], di mana; k = pemalar [RX] = kepekatan RX [Nu:-] = kepekatan nukleofil

C Br

H3C

H3CH2C

HOH

HO

CH3

CH2CH3

H+ Br

B. Tindak Balas Penukargantian Nukleofilik Unimolekul (SN1)

(CH3)3C BrCH3OH

CH3ONa (CH3)3C OCH3 + NaBr

Tindak balas di atas adalah lebih cepat daripada pembentukan tindak balas metil bromida, CH3Br sebagai bahan untuk menghasilkan dimetileter.Tindak balas ini tidak boleh berlaku secara mekanisme SN2. Mekanisme alternatif dinamakan tindak balas SN1. Tindakbalas menunjukkan kinetik tertib-pertama, dengan hukum kadar, Kadar = k[RX]

(CH3)3C Br

langkah penentu kadar - lambat

(CH3)3C CH3O (CH3)3C OCH3laju

+

Ikatan Tunggal | 41

Perbandingan Antara Tindak Balas SN1 DAN SN2

Parameter SN1 SN2

Kinetik Tertib pertama

k[RX]

Tertib kedua

k[RX][Nu:-]

Alkil halida 3 > 2 > 1 CH3X > 1 > 2

Kumpulan peninggal Memerlukan kumpulan keluar

yang baik

Memerlukan kumpulan keluar

yang baik

Nukleofil Nukleofil lemah Nukleofil kuat

ii. Tindak balas Penyingkiran, E

Tindak balas penyingkiran (Elimination reaction) boleh dikategori kepada 2 jenis:

A. Tindak Balas Penyingkiran Bimolekul, E2. B. Tindak Balas Penyingkiran Unimolekul, E1.

A. Tindak Balas Penyingkiran Bimolekul, E2 Alkil halida ditindak balaskan dengan bes kuat (OH- atau RO-) bagi menghasilkan sebatian alkena.

H3C CH2Br + OHH2C CH2

Tindak balas E2 menunjukkan kinetik tertib-kedua:

Kadar = k [RX][Bes]

Tindak balas E2 berlaku dengan geometri periplanar (4 atom bertindak balas hidrogen, 2 atom karbon dan kumpulan keluar) terletak pada satah yang sama. 2 geometri yang mungkin:

1. geometri sin-periplanar (H dan X pada sisi yang sama) 2. geometri anti-periplanar (H dan X pada sisi berlawanan)

HX

B:

H

B:X

anti-periplanar sin-periplanar

B. Tindak Balas Penyingkiran Unimolekul, E1

Ikatan Tunggal | 42

Tindak balas E1 bermula dengan penguraian (dissociation) unimolekul yang sama seperti dalam tindak balas SN1, tetapi ia diikuti dengan kehilangan H+ daripada perantara karbon bercas positif, bukan sebagai penukarganti. Tindak balas SN1 dan E1 biasanya berlaku secara bersama. Contoh: Pemanasan 2-kloro-2-metilpropana pada suhu 65C dalam larutan berair etanol menghasilkan campuran 64:36

2-metil-2-propanol (SN1) dan 2-metilpropena (E1):

H2O, EtOH

65O

C+

2-kloro-2-metilpropana 2-metil-2-propanol64%

2-metilpropena36%

CH3

CH3C Cl

CH3

CH3

CH3C OH

CH3

H3C

H3C

H

H

Tindak balas E1 menunjukkan kinetik tertib-pertama: Kadar = k[RX]

di mana; k = pemalar [RX] = kepekatan RX

3.3 Alkohol

Alkohol merupakan sebatian yang mempunyai kumpulan hidroksil (OH) yang terikat kepada atom karbon tepu manakala fenol pula adalah sebatian yang mempunyai kumpulan hidroksil terikat kepada gelang aromatik.

3.3.1 Pengelasan Alkohol

Alkohol boleh diklasifikasikan sebagai primer (1), sekunder (2) dan tertier (3) melalui bilangan kumpulan alkil yang terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.

Alkohol 1: mempunyai satu kumpulan alkil terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.

Alkohol 2: mempunyai dua kumpulan alkil terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.

Alkohol 3: mempunyai tiga kumpulan alkil terikat kepada karbon yang bersebelahan karbon yang terikat kepada OH.

R C OH

H

H

R C OH

R'

H

R C OH

R'

R''

Alkohol 1 Alkohol 2 Alkohol 3

Ikatan Tunggal | 43

3.3.2 Penamaan IUPAC Alkohol Penamaan IUPAC sebatian alkohol harus mengikut langkah dan aturan berikut iaitu: i. Pilih rantai karbon terpanjang yang mengandungi kumpulan hidroksil (OH) dan terbitkan nama induk dengan

cara menggantikan akhiran -a bagi alkana yang berkaitan dengan -ol. ii. Berikan penomboran rantai bermula dari hujung yang memberikan kumpulan hidroksil nombor yang terendah. iii. Berikan nombor penukarganti mengikut kedudukan pada rantai, dan tulis nama penukarganti dengan mengikut

abjad. OH

CH3

CH3

OH

CH2CH3

3-metil-2-pentanol 4-etil-2-metil-3-heksanol

3.3.3 Sifat Fizik Alkohol

Takat didih Takat didih alkohol adalah tinggi berbanding dengan sebatian hidrokarbon lain yang lebih kurang sama jisim molekul (Jadual 3.2). Ini disebabkan oleh pembentukan ikatan hidrogen antara molekul alkohol. Apabila dipanaskan, tarikan antara molekul ini perlu diatasi menyebabkan takat didih adalah tinggi. Takat didih alkohol rendah apabila cabang alkil bertambah kerana pertambahan cabang alkil akan mengurangkan luas permukaan.

R

O

H

H

O

R

ikatan hidrogen

Jadual 3.2 Perbandingan Takat Didih Alkohol dan Hidrokarbon Yang Lain

Sebatian Jisim Molekul Takat Didih pada 1 atm

Metanol

Metana

32.04

30.07

65

-88.6

Etanol

Etana

46.07

44.09

78.5

-44.5

Fenol

Toluena

94.11

92.13

182

110.6

Ikatan Tunggal | 44

Keterlarutan alkohol Sebatian alkohol boleh dibahagikan kepada 2 bahagian iaitu:

Kumpulan hidroksil (OH-) hidrofilik (suka kepada air) Hidrokarbon hidrofobik (benci kepada air)

Keterlarutan alkohol berkurang dengan penambahan kumpulan karbon (sangat hidrofobik) manakala keterlarutan alkohol bercabang adalah lebih tinggi berbanding dengan alkohol tidak bercabang kerana alkohol bercabang akan memadatkan kumpulan hidrofobik. 3.3.4 Penyediaan Alkohol

3.3.4.1 Penghidratan Alkena Alkena bertindak balas dengan air dengan kehadiran asid sebagai mangkin menghasilkan sebatian alkohol. Hasil utama adalah mengikut aturan Markonikov.

H2C CH

CH3H2O, H

+

H3C CH CH3

OH

+ H2C CH2 CH3

OH

Hasil utama Hasil minor

3.3.4.2 Penghidroboranan Pengoksidaan alkena

Tindak balas penghidroboranan dan diikuti dengan pengoksidaan ke atas alkena akan menghasilkan sebatian alkohol yang mengikut aturan anti-Markonikov.

H2C CH CH3 B2H6+H2O2, OH

-

H2C CH2 CH3

OH

3.3.4.3 Penghidrosilasi alkena

Alkena bertindak balas dengan kalium permanganat (KMnO4) dalam keadaan berbes akan menghasilkan sebatian

diol

H2C CH CH3 + H2C CH CH3

OH

KMnO4OH

-

OH

1,2-propandiol

Ikatan Tunggal | 45

3.3.4.4 Penurunan Sebatian Karbonil

I. Penghidrogenan bermangkin aldehid dan keton

Tindak balas penghidrogenan bermangkin ke atas sebatian aldehid atau keton akan menghasilkan sebatian alkohol. Penurunan sebatian aldehid menghasilkan alkohol primer manakala penurunan sebatian keton pula akan menghasilkan alkohol sekunder. Selain daripada kumpulan karbonil, penghidrogenan bermangkin juga akan menurunkan ikatan ganda dua atau ikatan ganda tiga dalam sebatian (jika ada).

H2C CH C + H3C CH2 CH2Ni

O

H

OH

H

H

H2C CH C + H3C CH2 CH2

Ni

O

CH3

OH

CH3

H

alkohol 1o

alkohol 2o

II. Penurunan sebatian aldehid, keton atau asid karboksilik dan terbitan

Selain daripada tindak balas penghidrogenan bermangkin, agen penurunan hidrida seperti litium aluminium hidrida

(LiAlH4) atau natrium borohidrida (NaBH4) juga boleh digunakan untuk menghasilkan sebatian alkohol. Kedua-dua

agen penurunan ini bersifat selektif dengan tidak menurunkan ikatan ganda dua atau ikatan ganda tiga. Litium

aluminium hidrida (LiAlH4) yang merupakan agen penurunan yang kuat boleh menurunkan kumpulan karbonil

sebatian aldehid, keton atau asid karboksilik dan terbitan kepada alcohol. Manakala natrium borohidrida (NaBH4)

yang merupakan agen penurunan sederhana kuat hanya boleh menurunkan kumpulan karbonil sebatian aldehid dan

keton sahaja.

CH CH C

O

OHC

O

H3C CH CH C

H

OHC

OH

H3C

H H

CH CH C

O

OHC

O

H CH CH C

O

OHC

OH

H

H

NaBH4

LiAlH4

Ikatan Tunggal | 46

3.3.4.5 Tindak Balas Sebatian Karbonil dengan Reagen Grignard

Tindak balas sebatian karbonil dengan reagen Grignard (RMgX) akan menghasilkan penambahan satu kumpulan alkil dalam alkohol yang dihasilkan. Contoh: reagen Grignard bertindak balas dengan formaldehid menghasilkan alkohol primer, bertindak balas dengan aldehid menghasilkan alkohol sekunder dan keton menghasilkan alkohol tertier.

R C

O

R' + R'' MgX R C

OH

R'

R"

eter

H3O+

3.3.5 Tindak Balas Alkohol

3.3.5.1 Pengoksidaan Alkohol

Pengoksidaan alkohol 1 dan alkohol 2 dengan menggunakan Reagen Collins (Cr3O dalam piridina) atau logam kuprum (Cu) yang merupakan agen pengoksidaan yang sederhana kuat akan menghasilkan masing-masing aldehid dan keton. Tiada tindak balas pengoksidaan berlaku ke atas alkohol 3.

OH Cr3O dalam piridina

OH

H

O O

Sekiranya asid kromik (H2Cr2O7) atau kalium permanganat (agen pengoksidaan kuat) digunakan dalam tindak balas pengoksidaan alkohol 1 dan 2, hasil yang diperoleh masing-masing adalah asid karboksilik (bukan aldehid) dan keton.

OH

OH

OH

O O

H2Cr2O7

Ikatan Tunggal | 47

3.3.5.2 Penukaran alkohol kepada alkil halida

Alkohol bertindak balas dengan asid hidroklorik (reagen Lucas) untuk menghasilkan sebatian alkil klorida

R OH + HCl/H2OZnCl2

R Cl

Selain daripada reagen Lucas, alkil klorida boleh diperoleh melalui tindak balas alkohol dan tionil klorida (SOCl2).

Tindak balas ini lebih efektif dalam penyediaan alkil klorida kerana hasil sampingan yang terhasil adalah dalam

bentuk gas.

R OH + R Cl +(c) SO2 (g) + HCl (g)SOCl2

Alkil halida boleh juga diperoleh melalui tindak balas antara alkohol dan fosforus trihalida (PX3)

R OH + R X + H3PO33 3PX3

3.3.5.3 Dehidrasi alkohol kepada alkena

Proses dehidrasi sebatian alkohol akan menghasilkan sebatian alkena. Tindak balas ini mengikut aturan Saytzeff

dalam menghasilkan hasil utama.

H3C CH CH CH2

OH HH

H+

H3C CH CH CH2

H

H3C CH CH CH2

H

+

Hasil utama Hasil minor

Aturan Saytzeff menyatakan bahawa dalam pembentukan suatu alkena, alkena yang mempunyai lebih banyak

kumpulan alkil pada karbon ikatan ganda dua adalah hasil utama

3.3.5.4 Tindak balas Pengesteran

Alkohol bertindak balas dengan asid karboksilik untuk membentuk ester. Tindak balas ini adalah merupakan asas

kepada proses penyabunan.

H+

+R OH HO C

O

R' O C

O

R'R + H2O

Ikatan Tunggal | 48

3.4 ETER DAN EPOKSIDA

Eter adalah bahan yang mempunyai dua kumpulan alkil, aril atau vinil) disambungkan pada oksigen (ROR). Kebanyakan eter, kecuali epoksida merupakan sebatian yang tidak aktif. Contoh terbaik eter adalah bahan yang telah digunakan secara perubatan sebagai anestetik iaitu dietileter (CH3CH2-O-CH2CH3), dan juga di makmal sebagai pelarut. Walau bagaimanapun eter amat mudah terbakar. Eter boleh dianggap sebagai terbitan organik bagi air di mana kedua-dua hidrogen telah digantikan oleh kumpulan alkil.

Epoksida pula adalah merupakan eter siklik dengan gelang tiga ahli. Tegangan dari gelang tiga ahli ini membuat epoksida lebih reaktif daripada eter asiklik. Apabila bilangan atom dalam gelang itu menjadi lebih besar daripada empat, terdapat sedikit atau tiada keterikan dalam gelang dan sifat-sifat eter siklik menyerupai eter rantai lurus yang sepadan. Tetapi dengan gelang 3 atau 4 ahli, keterikan yang tinggi dalam gelang menyebabkan ikatan CO mudah putus dan hal ini menyebabkan eter siklik jauh lebih reaktif berbanding sebatian rantai lurus yang sepadan.

3.4.1 Penamaan

Berdasarkan sistem IUPAC, eter biasanya dinamakan sebagai penukarganti alkoksialkana di mana alkana adalah merupakan rantai lurus kumpulan alkil terpanjang sebagai induk manakala alkoksi adalah kumpulan alkil yang lebih kecil bersama-sama dengan oksigen.

(CH3 OCH2CH2CH3) CH3CH2 OCH2CH2CH2CH2Br Metoksipropana 1-bromo-3-etoksibutana

Manakala penamaan IUPAC bagi eter siklik atau lebih dikenali sebagai epoksida pula akan menggunakan awalan

epoksi dengan menyatakan nombor bagi kedudukan atom oksigen.

3.4.2 Sintesis Eter

Tindak Balas Williamson

Tindak balas Williamson adalah merupakan tindak balas yang sering digunakan dalam penyediaan eter. Dalam

tindak balas ini, alkoksida yang diperoleh melalui penambahan Na, K or NaH ke atas alkohol akan bertindak balas

dengan alkil halida (kecuali alkil halida tertier) bagi menghasilkan sebatian eter.

OH (i) NaH

(ii) CH3I

O

Oleh kerana alkoksida adalah merupakan bes kuat berbanding sebagai nukleofil, sekiranya alkil halida tertier (3)

digunakan, tindak balas penyingkiran akan berlaku dan menghasilkan sebatian alkena, bukan eter.

OH3C

CH3

CH3

Br+OH

+

Ikatan Tunggal | 49

Tindak Balas Pengalkoksimerkuri-Pendemerkuri

Tindak balas ini menggunakan merkuri asetat dan alkohol sebagai reagen di mana alkohol akan menyerang

perantara ion merkuri pada karbon yang mempunyai kumpulan alkil yang lebih banyak.

H3C

H

H

H

(i) Hg(OAc)2, ROH

(ii) NaBH4

H

H

H

CH3

H

RO

3.4.3 Sintesis epoksida

3.4.3.1 Pengepoksidaan Alkena

Epoksida lebih mudah dihasilkan daripada alkena dan melalui pelbagai tindak balas sintetik yang berguna. Oleh

sebab itu, epoksida merupakan perantara sintetik yang bernilai. Tindak balas antara alkena dan asid m-

kloroperoksibenzoik (mCPBA) adalah merupakan tindak balas yang sering digunakan dalam penyediaan sebatian

epoksida.

+ mCPBA

O

1,2-epoksibutana

3.4.4 Tindak Balas Eter

Tindak balas eter dengan fosforus pentaklorida

Fosforus pentaklorida (PCl5) merupakan sebatian tidak berwarna dan merupakan salah satu agen pengklorinan. PCl5 ini merupakan salah satu sebatian berbahaya kerana bertindak secara aktif dengan air bagi membentuk asid hidroklorik yang merupakan salah satu asid kuat. Eter dapat bertindak balas dengan fosforus pentaklorida tanpa membentuk asid hidroklorik.

R O R' + PCl5 R Cl + R' Cl + POCl3 Perpecahan asid eter

Apabila eter bertindak balas dengan asid kuat dengan kehadiran nukleofil, hasil yang terbentuk ialah sebatian alkohol dan alkil halida. Asid yang biasa digunakan untuk tujuan ini adalah H2SO4.

R O

R

R Nu + HOR

Eter

Asid

'Nu"(nukleofil) Alkohol

Ikatan Tunggal | 50

Tindak balas eter dengan halogen

Eter boleh bertindak balas dengan halogen untuk memberikan hasil penggantian. Penggantian halogen bergantung kepada keadaan tindak balas. Dalam keadaan gelap, dietil eter menghasilkan 1,1-diklorodietileter. Dengan kehadiran cahaya matahari semua hidrogen dalam atom eter digantikan oleh atom halogen.

C

H

H

O CCCH

H

H

H

H

H

H

H

Cl2

gelap

C

Cl

H

O CCCH

Cl

H

H

H

H

H

H

Dietil eter 1,1-diklorodietil eter

Tindak balas eter dengan asid sulfurik Apabila eter dipanaskan dalam larutan asid sulfurik (H2SO4) cair pada tekanan yang tinggi, eter akan terhidrolisis kepada alkohol.

C

H

H

O CCCH

H

H

H

H

H

H

H

larutan cair H2SO4 , tekanan tinggiC

H

H

H C OH

H

H

2

Tetapi jika asid sulfurik (H2SO4) pekat pula digunakan, maka hasil yang terbentuk adalah merupakan campuran alkohol dan alkil hidrogen sulfat

C

H

H

C H

H

H

OCH

H

H

larutan pekat H2SO4 , habaC

H

H

H C OH

H

H

+ S

O

O

O OH

CCH

H

H

H

H

etil hidrogen sulfatdietil eter etanol

Ikatan Tunggal | 51

Penyusunan Semula Claisen

Penyusunan semula Claisen adalah khusus untuk alil aril eter (Ar-O-CH2CH=CH2) dan alil vinil eter (H2C=CH-O-CH2CH=CH2). Tindak balas ion fenoksida dengan 3-bromopropena (alilbromida) akan membentuk alil fenil eter dan pemanasan pada suhu 200-250C menyebabkan berlaku penyusunan semula Claisen membentuk o-alilfenol.

Fenol

+ NaH

OH

BrCH2CH=CH2

Natrium fenoksida

Penyusunan semula Claisen

250C

o-Alil fenolAlil fenil eter

O

H2C

CH

CH2

OH

CH2CH=CH2

O-

Na+

THF

3.4.5 Tindak Balas Epoksida

Pembukaan Gelang Bermangkin Asid

Dalam tindak balas pembukaan gelang epoksida bermangkinkan asid, oksigen epoksida akan diprotonkan dan seterusnya akan diserang oleh nukleofil seperti air, alkohol atau ion halida pada karbon yang lebih terhalang.

H2C CHCH3

O

H2C CHCH3

HOH CH3OH

HOCH2CH(OCH3)CH3

Pembukaan Gelang Bermangkin Bes

Tidak seperti tindak balas pembukaan gelang bermangkin asid, tindak balas pembukaan gelang bermangkin bes berlaku apabila nukleofil seperti ion hidroksida (NaOH atau KOH) dalam air atau ion metoksida (NaOCH3) dalam metanol akan menyerang karbon yang kurang terhalang.

H2C CHCH3

OCH3O

CH3OCH2CH(OH)CH3H2O

Ikatan Tunggal | 52

3.5 Amina 3.5.1 Klasifikasi Amina

Amina adalah merupakan sebatian yang mempunyai kumpulan berfungsi NR3 (R = H, alkil, aril) yang terikat pada rantai hidrokarbon. Amina adalah merupakan terbitan ammonia sebagaimana alkohol yang merupakan terbitan daripada air. Geometri di sekitar nitrogen adalah berbentuk piramid dan terdapat pasangan elektron tunggal pada nitrogen tersebut. Amina boleh diklasifikasikan sebagai primer (1), sekunder (2), tertier (3) dan kuartener (4) melalui bilangan kumpulan alkil yang terikat kepada nitrogen.

Amina primer (1) : mempunyai satu kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.

Amina sekunder (2) : mempunyai dua kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.

Amina tertier (3) : mempunyai tiga kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.

Amina kuartener (4) : mempunyai empat kumpulan alkil terikat pada atom nitrogen.

H

N

H

H

N

H

H

R

N

R'

H

R

N

R'

R''

R

N

R' R

R''

R'''

Ammonia amina 1 amina 2 amina 3 amina 4 3.5.2 Penamaan

Kebanyakan amina dinamakan dengan menggunakan nama biasa. Kumpulan alkil dinamakan mengikut urutan abjad dan diakhiri dengan amina dalam penamaan.

NH2

NH2

Etilamina Benzilamina

Bagi penamaan kumpulan amina yang rumit, perlulah mengikut beberapa peraturan daripada sistem IUPAC:

Cari rantaian karbon yang panjang dan bersambung dengan N, dan digantikan e dalam penamaan alkana dengan amina.

Penomboran karbon dimulakan dengan karbon yang lebih dekat dengan N, dan perlu dinyatakan nombor bagi posisi N.

Awalan di, tri dan lain-lain digunakan bagi amina yang berganda.

Sekiranya terdapat penukarganti pada atom N, penukarganti tersebut mempunyai prefiks-N.

Ikatan Tunggal | 53

Cl

NH2

N

H3C CH3

N

H3C CH2CH3

3-kloro-2-pentanamina N,N-dimetil-3-heksanamina N-etil-N-metil-3-heksanmina

Apabila kumpulan amina bersama dengan kumpulan berfungsi yang lebih tinggi keutamaan, ia menjadi penukarganti amino.

H2N

O

H

3-aminopropanal

3.5.3 Sintesis Tindak Balas Pengasilan-Penurunan Tindak balas ini melibatkan dua proses iaitu bermula dengan tindak balas pengasilan antara asid klorida dan amina tertentu menghasilkan sebatian amida. Proses penurunan dengan LiAlH4 akan menghasilkan sebatian amina. Yang menariknya adalah penggunaan ammonia sebagai bahan pemula akan menghasilkan amina 1, penggunaan amina 1 akan menghasilkan amina 2 dan seterusnya.

NH3+

R Cl

O

R NH2

O

R NH2

(i) LiAlH4

(ii) H2O

Asid klorida ammonia amida amina 1

NH2+

R Cl

O

R NH

O

R NH

(i) LiAlH4

(ii) H2OR' R' R'

Asid klorida amina 1 amida amina 2

Ikatan Tunggal | 54

Penurunan Nitril Tindak balas antara sianida dan alkil halida akan menghasilkan sebatian nitril dan seterusnya proses penurunan dengan H2 atau LiAlH4 kan menukarkan nitril tersebut kepada amina 1.

R X N C R C N R CH2 NH2+LiAlH4

Penurunan Sebatian Nitro Kumpulan nitro boleh diturunkan kepada kumpulan amina dengan menggunakan tindak balas penghidrogenan

bermangkin atau tindak balas antara sebatian nitro dengan logam aktif dan H+. Tindak balas ini selalu digunakan

dalam penyediaan anilina.

CH3

NO2

H2, Ni

CH3

NH2

Ikatan Tunggal | 55

Latihan

1. Lukis dan namakan sebatian alkana dengan formula kimia C7H16.

2. Lukiskan struktur molekul yang mungkin bagi sebatian dengan formula C2H6O.

3. Apakah nama IUPAC bagi sebatian-sebatian berikut: a. CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 b. (CH3)3CCH2CH(CH2CH3)2 c. CH3CH(Cl)CH2CH2CH(Br)CH3 d. HOCH2CH2CH2CH(OH)CH3 e.

N

4. Susunkan sebatian di bawah mengikut kenaikan takat didih dan jelaskan.

OH

5. Ramalkan hasil yang terbentuk bagi tindak balas di bawah: a.

H2C CH

CH3H2O, H

+

b.

H2C CH CH3 + HBr

Ikatan Tunggal | 56

Jawapan

1. CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Heptana

2. CH3CH2OH dan CH3OCH3

3. a. 3-metilpentana b. 4-etil-2,2-dimetilheksana c. 2-bromo-5-kloroheksana d. 1,4-pentandiol e. N-etil-N-metilpropanamina

4.

OH

Takat didih berkurang Alkohol mempunyai takat didih tertinggi kerana membentuk ikatan hidrogen antara molekul menyebabkan

lebih tenaga diperlukan. Alkana rantai lurus lebih tinggi takat didih dari alkana bercabang disebabkan oleh luas permukaan bagi alkana lurus adalah besar berbanding alkana bercabang, maka dengan ini daya van der Waalnya meningkat; dengan ini tenaga yang diperlukan untuk memisahkan molekulnya adalah lebih tinggi.

5. a.

H3C CH

CH3

OH

+ H2C CH2

CH3

OH

Hasil utama Hasil minor

b.

H3C CH CH3

Br

+ H2C CH2 CH3

Br Hasil utama Hasil minor Rujukan

Smith, J. G. (2008). Organic Chemistry (2nd. ed.). New York: Mc Graw Hill.

Bruice, P. Y. (2011). Organic Chemistry (6th. ed.). New Jersey: Pearson Educational Hall.

Solomon, T. W. G. (2008). Organic Chemistry (9th. ed.). New York: John Wiley & Sons.

McMurry, J. (2006). Organic Chemistry (6th. ed.): USA: Brooks/Cole Publishing Company.