Tugas Terstruktur

1. Jelaskan mengapa suatu sikloheksana terdisubstitusi-cis-1,3 lebih stabil dari pada struktur-trans-padanan nya.

Cis dan trans termasuk ke dalam isomer geometri, pada molekul sikloheksana, yang isomernya dapat bersifat cis dan trans, apabila molekul tersebut terdistribusi oleh dua gugus atom. Tiap atom karbon dari sikloheksana mengikat dua atom hydrogen. Ikatan pada salah satu hydrogen terletak pada bidang cincin secara kasar, hydrogen ini disebut hydrogen ekuatorial. Ikatan hydrogen yang lain sejajar dengan sumbu tersebut hydrogen ini disebut hydrogen aksial.

Konformasi pada sikloheksana dapat beragam, yakni kursi, setengah kursi, biduk belit dan biduk. Namun konformasi yang paling stabil untuk sikloheksana adalah konformasi kursi. Tak satupun dari konformasi-konformasi lain, mempunyai struktur hydrogen goyang yang diinginkan, seperti konfirmasi kursi.

Apabila gugus metil dalam metil sikloheksana berda pada posisi aksial maka gugus metil itu dan hidrogen-hidrogen aksial pada satu cincin akan saling menolak. Pada 1,3–dimetilsikloheksana dengan konformasi cis berada pada ekuatorial,akuatorial (e,e) sedangkan 1,3–dimetilsikloheksana dengan konformasi trans berada pada aksial, ekuatorial (a,e) hal ini lah yang menyebabkan suatu sikloheksana terdisubstitusi-cis-1,3 lebih stabil dari pada struktur-trans-padanan nya.

2. Tuliskan Proyeksi Fischer untuk semua konfigurasi yang mungkin dari 2,3,4-pentanatriol. Tunjukkan pasangan-pasangan enantiomernya.

 

2. 

Konfigurasi Relatif dan Konfigurasi Mutlak

     Secara umum, kiralitas suatu objek paling nyata bila objek itu berinteraksi dengan objek kiral lainnya. Senyawa kiral itu sendiri berarti ketika karbon tertravalen mengikat empat gugus atau ligan yang berbeda. Kiral merupakan sifat ketanganan, dimana suatu objek disebut kiral jika tidak dapat ditumpangtindihkan dengan bayangan cerminnya.

     Entatiomer memiliki sifat kiral yang identik, seperti titik lelelh, titik didih, rapatan, dan berbagai jenis spektrum. Kelarutannya dalam pelarut biasa yang akiral juga identik. Namun, entationer memiliki sifat kiral yang berbeda, salah satunya ialah arah pemutaran cahaya terpolarisasi-bidang (searah atau berlawanan arah jarum jam).

     Meskipun entationer memutar cahaya terpolarisasi-bidang ke arah yang berlawanan, keduanya memiliki rotasi spesifik yang sama besarnya (tetapi dengan arah yang berlawanan), sebab besarnya derajat bukanlah sifat kiral. Hanya arah rotasi yang merupakan sifat kiral.

Konfigurasi Relatif (Ketentuan Fischer)

     Konfigurasi Relatif merupakan konfigurasi yang membandingkan atom-atom dalam ruang tiga dimensi dalam suatu senyawa dengan yang lain. Dalam menggamabarkan sturktur proyeksi fischer harus memperhatikan beberpa aturan, antara lain : gugus-gugus yang diletakkan horizontal adalah gugus-gugus yang mendekati pengamat. Gugus-gugus yang diletakkan vertikal adalah gugus-gugus yang menjauhi pengamat. Hetero atom (atom selain C dan H) diletakkan diatas. Contoh molekul Fischer untuk molekul metana (CH₄). Cara penggambaran metana dari bentuk 3 dimensi menjadi 2 dimensi ini didasarkan pada 4 point peraturan dalam menggambar proyeksi fischer.

     Pada gambar 3 dimensi atom H (hydrogen) nomor 1 dan 3 letaknya mendekati pengamat maka digambarkan dalam posisi horizontal. Dan H nomor 2 dan 4 menjauhi  pengamat maka digambarkan dalam posisi vertikal. Pada bentuk 3 dimensi sebenarnya besar sudut antara molekul hydrogen adalah 109,5° sedangkan pada bentuk 2 dimensi biasanya menggambarkan sudut antar molekul hydrogen 90°.

Konfigurasi mutlak (Ketentuan Cahn-Ingold-Prelog)

     Konfigurasi mutlak merupakan konfigurasi mutlak adalah konfigurasi yang penataan atom-atom dalam tiga dimensi dengan orientasi yang sudah pasti. Konfigurasi mutlak menggunakan arah orientasi R (rectus) dan S (sinister) untuk setiap pusat kiral dalma molekul dan merupakan pilihan untuk menentukan konfigurasi pusat kiral molekul obat . Penentuan pusat gugus yang melekat pada pusat kiral berdasarkan nomor atom yang bersangkutan. Arah orientasi R adalah searah jarum jam, sedangkan arah orientasi S adalah berlawanan jarum jam. Cara penentuan konfigurasi R dan S berdasarkan ketentuan Chan-Ingold-Prelog

• Urutkan prioritas keempat atom yang terikat pada pusat kiral berdasarkan nomor atomnya. Diketahui nomor atom Br = 35, Cl = 17, F = 9, H = 1, maka urutan prioritas keempat atom di atas adalah Br > Cl > F > H.
• Gambarkan proyeksi molekul sedemikian rupa hingga atom dengan prioritas terendah ada di belakang atau putar struktur (1) dan (2) sehingga atom H ada di belakang.
• Buat anak panah mulai dari atom/gugus berprioritas paling tinggi ke prioritas yang lebih rendah.
• Bila arah anak panah searah jarum jam, konfigurasinya adalah R. Bila arah anak panah berlawanan dengan arah jarum jam, konfigurasinya adalah S. Jadi konfigurasi struktur (1) adalah S, sedangkan konfigurasi struktur (2) adalah R.

Pemisahan Campuran resemik

     Proses pemisahan campuran resemik menjadi entatiomernya dinamakan resolusi. Karena entatiomer memiliki sifat akiral yang identik, kita memisahkan dengan cara mengonversinya menjadi  diastereomer, pisahkan diastereomer, dan kemudia merekonversi diastereomer yang sekarang telah terpisah menjadi enantiomernya kembali.

     Untuk memisahkan dua enantiomer, pertama-tama kita reaksikan dengan reagen kiral. Produknya kan berupa sepasang diastereomer. Diastereomer ini diketahui berbeda dalam semua jenis dan sifatnya dan dapat dipisahkan melalui metode biasa. Sesudah diastereomer-diastereomer ini dipisahkan, kemmudian kita melaksanakan reaksi yang meregenerasi reagen kira itu dan memisahkan enantiomernya.

Stereokimia

     Membahas mengenai stereokimia tidak terlepas dari orientasinya itu sendiri. Stereokimia merupakan studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, yakni bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul ditata dalam ruangan satu relative terhadap yang lain. Jika dianalogikan perbedaan dari isomer struktur dan stereokimia ini seperti sistem duduk dalam perkuliahan, jika isomer struktur dianalogikan sebagai tempat duduk yang posisinya sama namun, dalam satu kelas itu berbeda-beda orang yang menempatinya setiap hari,  stereokimia dianalogikan perubahan dari arah atau orientasi tempat duduknya. Orientasi sendiri berarti arah kemana suatu atom menghadap secara geometris.

     Hidrokarbon terdiri dari hidrokarbon jenuh (yang berantai tunggal) dan hidrokarbon tak jenuh  (yang berantai rangkap baik itu rangkap dua maupun rangkap tiga).

Variasi struktur senyawa organic

• Variasi jenis & jumlah atom penyusun molekul.
• Variasi urutan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul.
• Variasi penataan atom penyusun molekul dalam ruang 3 dimensi yang dikarenakan ketegaran (rigidity) dalam molekul

Stereoisomer

     Stereoisomer adalah suatu molekul yang mempunyai pelekatan atom yang sama tetapi berbeda susunan atomnya diruangan 3 dimensi. Dalam stereoisomer, atom yang menghasilkan isomer berada pada posisi  yang sama namun memiliki pengaturan keruangan yang berbeda. Contoh: isomer geometrik

Isomer geometri

     Isomer geometri merupakan isomer yang jenis, jumlah & urutan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul sama, namun mempunyai perbedaan  variasi penataan atom penyusun molekul dalam ruang 3 dimensi yang dikarenakan ketegaran (rigidity) dalam molekul.

• Isomer geometri pada hidrokarbon tak jenuh rantai terbuka.
• Isomer geometri pada hidrokarbon jenuh rantai terbuka.
• Isomer geometri pada hidrokarbon siklik.
• Isomer geometri pada hidrokarbon yang mempunyai pusat kiral

Isomer geometri pada hidrokarbon tak jenuh rantai terbuka

     Terdapat keterbatasan perputaran atom – atom yang terikat pada masing – masing atom C pada ikatan rangkap yang dikarenakan adanya antaraksi antara orbital p membentuk ikatan p. Contohnya : etana.

     Dalam  setiap satu atom C pada etana terdapat 3 ikatan sigma dan 1 ikatan p, di ikatan p terdapat elektron bebas. Dengan adanya ikatan p pergerakan atom-atom disepanjang ikatan sigma tidak leluasa. Hal inilah yang menyebabkan ketegaran (rigidity).

Isomer geometri cis dan trans

Cis : gugus sejenis terletak pada sisi yang sama

Trans : gugus sejenis terletak pada sisi yang bersebrangan.

Isomer geometri E dan Z

• Gugus pada tiap atom C ikatan rangkap diberi prioritas tinggi (1) atau rendah (2) menurut aturan Chan-Ingold-Prelog
• Jika 1 dari kedua atom C ikatan rangkap berada pada satu sisi à isomer Z (zusammen = bersama)
• Jika 1 dari kedua atom C ikatan rangkap berada pada sisi yang berbeda à isomer E (entgegen = bersebrangan)

Chan-Ingold-Prelog

Atom dengan nomor atom lebih tinggi mempunyai prioritas lebih tinggi

Isomer geometri pada hidrokarbon jenuh rantai terbuka

    Keterbatasan perputaran atom – atom yang terikat pada masing – masing atom C. Rintangan perputaran atom – atom tidak sebesar rintangan atom – atom yang terikat pada atom C ikatan rangkap. Ikatan s masih memungkinkan atom – atom yang terikat pada atom C untuk berputar (molekul yang memiliki penataan dalam ruang secara berlainan) à konformasi struktur atom à conformational isomers (konfomer)

• Konfomer goyang (stagerred)
• Konfomer eklips.

Isomer geometri pada hidrokarbon yang mempunyai pusat kiral

• Kiralitas adalah suatu keadaan yang menyebabkan dua molekul dengan struktur yang sama tetapi berbeda susunan ruang dan konfigurasinya.
• Atom yang menjadi pusat kiralitas dikenal dengan istilah atom kiral.
• Atom kiral adalah atom yang mengikat gugus yang semuanya berbeda.
• Bila dalam suatu molekul terdapat satu pusat kiral maka akan terdapat dua stereoisomer dari senyawa tersebut yang dikenal dengan istilah enantiomer. (Sepasang enantiomer merupakan bayangan cermin satu terhadap yang lainnya, kedua enantiomer tidak bisa ditumpangtindihkan setelah dilakukan operasi simetri apapun.)

• Bila dalam satu molekul terdapat lebih dari satu pusat kiral maka akan terdapat lebih dari satu pasang enantiomer à diastereoisomer/diastereomer

Alkana : Sistem Nomenklatur dan Keisomeran

Alkana yang paling sederhana adalah metana. Alakana merupakan hidrokarbon yang terdiri atas ikatan tunggal, alkana juga bisa disebut paraffin yang berarti sesuatu yang sukar bereaksi. Rumus umum alkana adalah C₂H_2n+2, dengan n ialah banyak atom karbon. Penggantian atom H oleh atom C yang lain akan menghasilkan suatu deret homolog (sepancaran), yaitu suatu seri susunan hidrokarbon yang setiap anggota berbeda sebanyak –CH₂– dari anggota berikutnya.

Sistem Nomenklatur

Setiap molekul dalam penamaannya terbagi atas tiga bagian, yakni :

1. Parent (rantai induk)
2. Prefix (cabang)
3. Suffix (gugus fungsi)

Sistem nomenklatur alkana ditulis dengan mengikuti system UIPAC (the International Unoin of Pure and Applied Chemistry).  Berikut aturan IUPAC untuk penamaan alkana, secara ringkas :

1. Cari rantai karbon lurus terpanjang. Ini menghasilkan nama hidrokarbon induk (parent). Contohnya :

C—C                                                   C—C

C—C—C—C             bukan              C—C—C—C

 

2. Nomori rantai terpanjang mulai dari ujung yang terdekat dengan cabang pertama. Contohnya :

_{1      2        3      4       5       6                                                                           6       5       4       3       2       1}

C—C—C—C—C—C                               bukan              C—C—C—C—C—C

C                                                                                        C

 

Jika ada dua rantai lurus terpanjang yang sama, pilihlah rantai yang palig banyak cabangnya. Contohnya :

 

3         4            5          6

1          2         3         4            5          6

C                                                                           C

C—C—C—C—C—C                 bukan                C—C—C—C—C—C

1          2

C—C                                                                    C—C

 

3. Tulislah namanya sebagai satu kata, letakan subtituen dalam urutan abjad dan gunakan tanda baca dengan benar.

 

RUMUS MOLEKUL	NAMA
CH4	Metana
C2H6	Etana
C3H8	Propana
C4H10	Butana
C5H12	Pentana
C6H14	Heksana
C7H16	Heptana
C8H18	Oktana
C9H20	Nonana
C10H22	Dekana
C11H24	Undekana
C12H24	Dodekana
C13H26	Tridekana
C14H30	Tetradekana
C15H32	Pentadekana
C16H34	Heksadekana
C17H36	Heptadekana
C18H38	Oktadekana
C19H40	Nonadekana
C20H42	Eiksona

 

Isomer Struktural

      Isomer adalah senyawa-senyawa yang mempunyai rumus molekul sama. Keisomeran dapat terjadi karena perbedaan stuktur, perbedaan konfigurasi, dan sifatnya. Struktur menggambarkan bagaimana atom-atom saling berkaitan dalam satu molekul, yaitu menggambarkan apa mengikat apa, sedangkan konfigurasi menggambarkan susunan runag atom-atom dalam satu molekul.

      Isomer Struktural merupakan isomer yang mempunyai rumus molekul yang sama, namun memiliki bentuk yang berbeda dan pastikan bahwa menunjukkan sifat kimia dan sifat fisika yang berbeda pula. Isomer struktur terdiri atas :

 

1. Isomer Rantai

Isomer ini muncul karena percabangan rantai karbon. Isomer rantai merupakan isomer yang disebabkan oleh perbedaan susunan rantai karbon. Sebagai contoh C₄H₁₀ yakni antara n-butana dengan isobutana

                                                                               C

C—C—C—C    dengan                                  C—C—C

Selain perbedaan stuktur rantainya yang terliht jelas, isomer ini dibedakan dengan salah satu sifat fsikanya yakni n-butana memiliki titik didik -0,4°C sedangkan isobutana memiliki titik didih -10°C , dari sifat kimianya n-butana lebih stabil jika dibandingkan dengan isobutana karena isobutana memiliki halangan sterik yang tinggi sehingga memiliki energi yang tinggi pula.

2. Isomer Posisi

Isomer ini muncul jika cabang gugus fungsi yang berpindah-pindah tempat. Dalam isomer posisi, isomer ini memiliki kerangka karbon induk yang tetap, namun kelompok-kelompok penting yang berpindah-pindah pada kerangka itu. Isomer yang disebabkan oleh perbedaan letak gugus fungsi. Sebagai contoh 1-propanol dengan 2-propanol.

C—C—C—OH           dengan                        C—C—C

OH

 

3. Isomer Fungsional

Isomer ini muncul jika memiliki gugus fungsional yang berbeda. Keisomeran fungsional terjadi antara senyawa dengan rumus molekul sama, tetapi berbeda gugus fungsinya. Sebagai contoh dimetil eter dengan etanol

 

CH₃—O—CH₃            dengan            CH3—CH2—OH

Ditinjau dari sifat fisisnya etanol memiliki titik didih yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan dimetil eter. Jika ditinjau dari sifat kimianya etanol lebih reaktif dibandingkan dengan dimetil eter.

 

Penyebab sudut ikatan H—C—C lebih besar dibandingkan sudut ikatan H—C—H.

Bentuk molekul menggambarkan kedudukan atom-atom di dalam suatu molekul, yaitu kedudukan atom-atom dalam ruang tiga dimensi dan besarnya sudut-sudut ikatan yang dibentuk dalam suatu molekul, serta ikatan yang terjadi pada molekul tersebut yang dibentuk oleh pasangan-pasangan elektron. Teori Domain Elekton menjelaskan susunan elektron dalam suatu atom yang berikatan. Posisi elektron ini akan mempengaruhi bentuk geometri molekulnya dan bentuk geometri ini akan dijelaskan melalui teori VSEPR. Menurut teori ini, meskipun kedudukan pasangan elektron dapat tersebar diantara atom-atom tersebut, tetapi secara umum terdapat pola dasar kedudukan pasangan-pasangan elektron akibat adanya gaya tolak-menolak yang terjadi antara pasangan elektron.

Bentuk molekul H—C—C adalah pola linear yakni atom-atomnya tertata dalam satu garis lurus. Sudut yang dibentuk oleh dua ikatan ke arah atom pusat akan saling membentuk sudut 180°. Sedangkan Bentuk molekul H—C—H adalah pola segitiga planar yakni atom-atom dalam molekul berbentuk segitiga tertata dalam bidang datar,tiga aton akan berada pada titik sudut segitiga sama sisi dan dipusat segitiga terdapat atom pusat. Sudut ikatan antara atom yang mengelilingi atom pusat membentuk sudut 120°. Hal inilah yang menyebabkan sudut ikatan H—C—C lebih besar dibandingkan sudut ikatan H—C—H.

Klasifikasi Senyawa Organik

     Salah satu sifat utama senyawa organik alami maupun senyawa organik buatan adalah senyawa organik selalu mengandung unsur karbon. Oleh karena itulah, istilah “senyawa organik” disempurnakan menjadi senyawa karbon; dan Ilmu Kimia yang mempelajarinya disebut sebagai Kimia Karbon. Namun demikian, istilah senyawa organic sampai kini masih digunakan terutama untuk membedakannya dari senyawa anorganik. Senyawa organik dapat didefinisikan sebagai senyawa yang terdiri dari unsur C dan unsur H sebagai unsur utama, dan beberapa unsur lain seperti O, N, P atau S. Sedangkan  jika senyawa itu hanya mengandung unsur C dan H saja, maka senyawa itu dikatankan senyawa hidrokarbon.

Hidrokarbon

     Hidrokarbon merupakan senyawa organik yang tak larut dalam air; mudah terbakar dengan membebaskan kalor yang tinggi. Pada pembakaran sempurna menghasilkan air, H2O dan gas karbon dioksida, CO2; dan bila tak-sempurna, selain H2O dan CO2 juga dihasilkan gas karbon monoksida, CO dan kadang-kadang jelaga, C. Jika dilihat dari struktur atom C, senyawa hidrokarbon dapat dibedakan atas hidrokarbon alifatik (rantai terbuka) dan hidrokarbon siklik (rantai ligkar).

Hidrokarbon alifatik dibedakan menjadi alifatik jenuh dan alifatik tak jenuh. Senyawa alifatik tak jenuh yang ikatannya antar atom karbon merupakan ikatan tunggal, baik bercabang maupun tidak yakni alkana. Senyawa alifatik tak jenuh merupakan senyawa alifatik yang ikatan antar atom karbon merupakan ikatan rangkap baik bercabang maupun tidak yakni alkena dan alkuna.

     Hidrokarbon siklik dibedakan menjadi karbosiklik dan heterosiklik. Karbosiklik dibedakan menjadi aromatik dan alisiklik. Senyawa aromatik merupakan senyawa karbosiklik yang rantai lingkarnya mengandung enam atom karbon.

Alkana

     Alkana merupakan hidrokarbon alifatik jenuh. Kelompok senyawa ini sering disebut parafin karena sifatnya yang kurang reaktif. (Parafin berasal dari kata “parum” berarti sedikit, dan “affinis” berarti gabung; atau “parum affinis” yang berarti “berdaya gabung kecil”.) Semua senyawa alkana memiliki rumus umum C_nH_2n+2  dimana n adalah jumlah atom karbon. Senyawa alkane yang paling sederhana adalah metana (CH₄). Seluruh atom H membentuk 4 ikatan sigma pada satu atom karbon, mengalami hibridisasi sp³ dengan bangun molekul tetrahedral.

   Senyawa-senyawa alkana merupakan komponen terbesar penyusun minyak bumi. Sedangkan senyawa alkana rendah (berwujud gas) banyak ditemukan sebagai gas alam (gas bumi). Alkana diperoleh dari proses penyulingan minyak bumi dan pengolahan gas alam. Alkana memiliki kegunaan yang luas. Alkana rendah (berwujud gas) sebagai bahan bakar gas, dan diperdagangkan dalam kemasan berwujud cair. Gas alam cair (LNG; liquefied natural gas) berasal dari gas alam (gas bumi) dengan kandungan utama alkana C1 50-99%. Sedangkan Elpiji (LPG, liquefied petroleum gas) merupakan campuran propana dan butana; sebagai hasil pemrosesan gas alam atau minyak bumi. Alkana cair seperti avtur, bensin, solar, minyak tanah, dan lain-lain digunakan sebagai bahan bakar dan pelarut. Sementara alkana tinggi seperti minyak pelumas, vaselin dan parafin digunakan untuk pelumas, kosmetik, lilin, dll.

Alkena

            Alkena merupakan hidrokarbon alifatik tak jenuh dengan ikatan rangkap dua. Rumus umum alkena adalah C_nH_2n. Alkena yang paling sederhana yakni adalah atena (C₂H₄). Membentuk 3 ikatan sigma dan 1 ikatan pi yang terjadi pada satu atom karbon dan memiliki hibridisasi sp². Beberapa senyawa alkena digunakan sebagai bahan mentah untuk pembuatan beberapa polimer (misalnya plastik, paralon, karet, dll.). Etena (atau etilena, C2H2) adalah gas yang tidak berwarna yang terjadi pada penyulingan kering batubara. Dapat diperoleh secara besar-besaran dari pengolahan terhadap hasil suling minyak bumi atau pengolahan gas alam.

Alkuna

            Alkuna merupakan hidrokarbon alifatik tak jenuh dengan ikatan rangkap dua. Rumus umum alkena adalah C_nH_2n-2. Alkuna yang paling sederhana adalah metuna (C2H2). Membentuk 2 ikatan sigma dan 2 ikatan pi dalam satu atom karbonnya dan memiliki hibridisasi sp. Etuna (dan juga beberapa alkuna lainnya) memiliki kegunaan luas sebagai bahan penting untuk industri kimia (pembuatan berbagai senyawa organik) seperti asam asetat (cuka), aseton, dan pembuatan beberapa polimer (seperti plastik, paralon, dsb.). Etuna adalah gas yang bila dibakar akan memberikan nyala api amat terang (untuk penerang); dan bila dibakar sempur-na bersama oksigen (berlebih) dapat memberikan kalor yang amat tinggi (mencapai 25000C). Karena itu etuna dipergunakan sebagai gas penerang dan untuk mengelas (menyambung/ memotong) berbagai logam dan baja.

Senyawa Aromatik

     Benzena (C₆H₆) merupakan hidrokarbon induk dari golongan zat yang sekarang kita sebut senyawa aromatic, bukan karena aromanya, tetapi karena sifat kimianya yang khusus, terutama kestabilannya. Membentuk 3 ikatan sigma dan 1 ikatan pi pada satu atom karbon dan memiliki hibridisasi sp2. Benzena bersifat polar dan tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik.

Orbital Hibridisasi Oksigen dan Nitrogen

Tugas Terstruktur Pertemuan 2 dan 3

Menurut Louis de Broglie bahwa elektron mempunyai sifat gelombang sekaligusjuga partikel. Jelaskan keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum dan Teori Orbital Molekul.

 

       Eksperimen dari Louis de Broglie merupakan eksperimen lajutan dari pencampuran teori kuantum Max Planck dan Einstein. Louis de Broglie meneliti sifat dualisme gelombang dan partikel, yakni keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. Louis de Broglie, menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel, kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu sehingga untuk menghitung panjang gelombang satu partikel diperoleh:

 

Louis de Broglie :

Dengan:  λ  : panjang gelombang (m)

m : massa partikel (kg)

v : kecepatan partikel (m/s)

 

h : tetapan Planck 6,62 x 10^-34 joule s

 

      Hipotesis de Broglie terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi seperti halnya sinar–X. Sebagai akibat dari dualisme sifat elektron sebagai materi dan sebagai gelombang, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dapat dibenarkan. Gelombang  tidak bergerak menurut suatu garis, melainkan menyebar pada suatu daerah tertentu. Dari hasil penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas. Pada prinsip ini Sifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, namun tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang, yang mendukung teori ini adalah fakta tentang kilat dan petir.

       Bila di hubungkan dengan teori Prinsip dualitas inilah menjadi titik pangkal berkembangnya mekanika kuantum oleh Erwin Schrodinger.Yang sebelumnya oleh Werner Heisenberg telah mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian. “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”. Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit.

 

Bila absorpsi sinar UV  oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi lebih tinggi. Transisi elektron manakah memerlukan energi terkecil bila sikloheksena berpindah ke tingkat tereksitasi

       Sinar UV merupakan sinar dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar tampak dengan panjang gelombang berkisar antara 400-200 nm. Absorsi sinar UV mengakibatkan eksitasi molekul dari energy dasar ke energy yang lebih tinggi. Transisi elektron adalah perpindahan elektron dari orbit yang satu ke orbit yang lain dengan memancarkan gelombang elektromagnetik. Ketika berpindah dari orbit yang luar ke orbit yang dalam, elektron akan memancarkan energy sebesar E=hf, dengan f adalah frekuensi gelombang yang dipancarkan. Pada transisi elektronik inti-inti atom dapat dianggap berada pada posisi yang tepat. Hal ini dikenal dengan prinsip Franck-Condon. Disamping itu dalam proses transisi ini tidak semua elektron ikatan terpromosikan ke orbital antiikatan.

       Berdasarkan jenis orbital tersebut maka, jenis-jenis transisi elektronik dibedakan menjadi empat macam, yakni:

1) Transisi σ → σ*

2) Transisi π → π*

3) Transisi n → π*

4) Transisi n → σ*

 

       Pada zat-zat pengabsorbsi ini berkaitan dengan tiga jenis transisi elektron, yaitu elektron-elektron π, σ, dan n, yang meliputi molekul atau ion organik dan sejumlah anorganik. Penyelidikan spektroskopi senyawa-senyawa organik dilakukan pada daerah UV yang panjang gelombangnya lebih besar dari 185nm. Dan bila 2 orbital atom bergabung maka salah satu orbital molekul bonding berenergi rendah atau orbital molekul anti bonding berenergi tinggi dihasilkan. Orbital molekul yang diasosiasikan dengan ikatan tunggal dalam molekul organik ditandai dengan orbital sigma dan elektron yang terlibat adalah elektron sigma.

 

Hibridisasi Orbital dan Ikatan Rangkap Terkonjugasi

Hibridisasi orbital

       Membahas mengenai orbital hibrida Nitrogen  dan oksigen, selaknya kita perlu tahu apa yang dimaksud dengan hibridisasi. Hibridisasi adalah konsep pencampuran orbital atom menjadi orbital hibrida yang sesuia dengan pasangan elektron untuk membentuk ikatan kimia. Orbital hibrida biasanya mempunyai perbedaan energi dan bentuk. Hibridisasi berguna untuk menjelaskan struktur molekuler ketika teori ikatan valensi gagal untuk menjelaskan.

Beberapa tipe hibridisasi :

Yang akan kita bahas hanya tiga tipe yakni hibridisasi sp,sp²,dan sp³.

Hibridisasi sp

       Hibridisasi sp dapat digunakan untuk menjelaskan molekul linier. Orbital 2s dan satu orbital 2p melakukan hibridisasi membentuk dua orbital sp, masing-masing terdiri dari 50% karakter p dan 50% karakter s. Misalnya alkuna yang mempunyai ikatan rangkap tiga.

Hibridisasi sp²

       Hibridisasi sp² digunakan untuk menjelaskan bentuk struktur molekul trigonal planar. Orbital 2s dan orbital 2p melakukan hibridisasi membentuk tiga orbital sp, masig-masing terdiri dari 67%  karakter p dan 33% karakter s . Cuping depan mensejajarkan diri membentuk trigonal planar, menghadap sudut segitiga untuk meminimalisasi penolakan electron. Misalnya etilena (C₂H₄) yang memiiki iktan rangkap dua.

Hibridisasi sp³

       Hibridisasi sp berguna untuk menjelaskan struktur tetrahedral, orbital 2s dan tiga orbital 2p melakukan hibridisasi untuk membentuk empat orbital sp. Masing-masing terdiri dari 75% karakter p dan 25% karakter s. cuping depan mnsejajarkan diri dan penolakan electron bersifat lemah. Contohya metana (CH₄)

Ikatan rangkap terkonjugasi

       Ikatan rangka terkonjugasi merupakan ikatan antar atom karbon atau yang terjadi pada senyawa organic yang secara kovale ikatan atar atomnya merupakan ikatan rangkap dua dan tunggal bergantian, dimana terjadinya delokalisasi electron agar tingakt energinya lebih stabil atau bias disebut dengan stabilisasi struktur.

       Jika dibandingkan kestabilan ikatan C-C dengan ikatan C-O, ikatan antar atom C-O lebih kuat dan stabil dikarenakan jumlah elektron atom O yang di sumbangkan lebih banyak dari pada atom C yang hanya berjumlah 4 elektron yang mengakibatkan keelektronegatifan dan afinitas elektron iktan atom C-O lebih dibandingkan ikatan antar atom C-C.

Isomer geometri Cis dan Trans

       Isomer geometri terbagi menjadi dua yakni Cis dan Trans. Bila subtituen terletak pada bidang yang sama maka disebut cis, sedangkan trans bila subtituen terletak pada bidang yang bersebrangan. Struktur trans lebih stabil dibandingkan dengan cis karena makin besar halangan sterik maka energinya makin besar inilah yang terjadi pada struktur cis.

Contohnya cis-2-butena dan trans-2-butena

       Cis-2-butena lebih labil dibandingkan dengan trans-2-butena, sifat fisisnya pun berbeda, titik didih pada struktur trans ini lebih rendah dibandingkan dengan struktur cis  karena kerapatan atau kebolehjadian menemukan elektron  cis-2-butena yang lebih tinggi dibandingkan trans-2-butena. Sedangkan titik lebur cis-2-butena lebih rendah dari pada trans-2-butena, sehingga cis-2-butena lebih cepat melebur karena halangan steriknya lebih besar.

Benzena dan resonansi

       Benzena termasuk senyawa aromatic yang merupakan senyawa siklik(rantai lingar) yang elektronya terkonjugasi. Jika satu atom H diambil atau dikurangi dari rumus molekul C₆H₆ akan menghasilkan suatu radikal fenil C₆H₅ yang disebut aril disingkat Ar. Benzena tidak dapat dibrominasi atau dilakukan pemutusan ikatan karena rantai sikliknya maka jika terjadi tanda-tanda pemutusan ikatan dapat distabilkan oleh ikatan pi (π) disebelahnya. Hal ini berhubungan dengan resonansi benzena.

     Resonansi adalah delokalisasi elektron pada molekul atau ion poli atomic tertentu dimana ikatannya tidak dapat dituliskan dalam satu truktur Lewis. Struktur molekul atau ion yang mempunyai delokalisasi elektron disebut dengan struktur resonan. Dan ini telah menjelaskan bahwa mengapa benzene sulit untuk di lakukan pemutusan ikatannya.

      Namun jika direaksikan dengan katalis asaw Lewis (acceptor proton) maka benzene dapat di brominasi. Adalah FeBr3 katalis dari teori asam Lewis yang dapat membantu Br masuk kedalam ikatan benzene . Hal ini dikarenakan Fe dapat menyerap elektron ikatan pada benzene. Subtittuen yang terdapat dalam rantai siklo benzene dapat digolongkan sebagai pengarah orto, para, dan meta.

Mekanisme Pengarah Orto, Para, Dan Meta

    Benzena yang mulanya telah tersubtitusi dapat mengalami subtitsi kedua dan menghasilkan disubtitusi benzene. Dari struktur subtitusi pertama ini dapat menentukan tempat dari subtitusi keduanya. Misalkan saja, dalam TNT (trinitrotoluene) pada cincin benzena terdapat suatu gugus metil yang mengarahkan subtitusi ke wilayah orto atau para. Sedangkan gugus nitro dapat mengarahkan subtitusi ke wilayah meta. Semua pengarah orto dan para merupakan pendonor elektron, yang dapat terjadi Karen resonansi maupun induksi. Pengarah meta mempunyai atom bermuatan positif atau sebagian positif yang terikat pada cincin benzena.

Teori atom modern dan orbital molekul

Teori atom modern

    Teori atom Max Planck pada tahun 1900 mengemukakan bahwa gelombang cahaya memiliki sifat partikel, dan transfer suatu radiasi elektromagnetik berlangsung dalam paket atau satuan energi yang disebut kuantum. Teori kuantum dari Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat. Radiasi inilah yang menunjukan sifat partikel dari gelombang. Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara tidak kontinyu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta (energi kuantum). Planck berpendapat bahwa kuanta yang berbanding lurus dengan frekuensi tertentu dari cahaya, semuanya harus berenergi sama, hal ini dapat dilihat dengan persamaan :

E = hV

E : Energi kuantum

h : Tetapan Planck (6,626 x 10 -34 J.s)

V : Frekuensi

        Louis de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. Dari hasil penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas. Prinsip dualitas inilah menjadi titik pangkal berkembangnya mekanika kuantum oleh Erwin Schrodinger. Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

         Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukanya elektron dalam tiga dimensi.

Persamaan Schrodinger :

x,y dan z Y m ђ E V

= Posisi dalam tiga dimensi = Fungsi gelombang = massa = h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14 = Energi total = Energi potensial

 

Model atom mekanika gelombang

      Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

Orbital S

• Bentuk gelombang dari orbital 1s adalah seperti senar gitar, kecuali bahwa bentuknya adalah tiga dimensi.
• Orbital dapat digambarkan dengan wave function, Ψ yang merupakan pernyataan matematis dari bentuk gelombang ketika bervibrasi.
• Semua gelombang memiliki tanda positif pada saat tertentu, sesaat kemudian menjadi negatif.
• Densitas elektron pada satu titik dinyatakan dengan Ψ²
• Orbital 1s berbentuk bola simetris, sering digambarkan dengan lingkaran atau bola dengan nukleus pada pusatnya dan dengan tanda positif atau negatif untuk menunjukkan tanda sesaat dari wave function.
• Untuk elektron dalam orbital 1s: kemungkinan > 90% elektron berada dalam ruangan yang berbentuk bola.
• Karena jarak rata-rata dari inti atom untuk orbital 2s lebih besar daripada untuk orbital 1s, maka orbital 2s digambarkan dengan bola yang lebih besar.
• Akibatnya, densitas elektron rata-rata dalam orbital 2s lebih kecil daripada densitas elektron rata-rata dalam orbital 1s.

Orbital P

• Jika kita letakkan jari kita di tengan senar gitar sementara kita memetiknya, maka jari-jari kita mencegah titik tengah tersebut untuk bergerak.
• Pergeseran (gerakan + atau – ) di titik tengah tersebut selalu nol; titik ini disebut node.
• Sekarang ada dua bagian senar yang bergetar dengan arah getaran yang saling berlawanan.
• Kedua bagian senar itu disebut out of phase (fasanya tidak sama); ketika yang satu bergerak ke atas, maka yang lain bergerak ke bawah.

Orbital Molekul

         Menurut teori ortbital molekul ikatan kovalen terbentuk akibat penggabungan orbital-orbital atom menjadi orbital molekul, yaitu orbital yang dimiliki oleh molekul bukan individu atom. Orbital molekul adalah daerah kebolehjadian (probabilitas) menemukan elektron di sekitar inti. Penggabungan dua atom menghasilkan orbital baru yang disebut orbital bonding (ikat) dan anti bonding (anti ikat). Orbital bonding adalah orbital yg terdapat antara kedua inti yang membuat kedua atom saling terikat. Orbital anti bonding adalah orbital yg berada di belakang kedua inti dan saling berjauhan -> dilambangkan dengan tanda bintang (*).

       Ikatan pi (ikatan π) adalah ikatan kimia kovalen yang dua cuping orbital atom yang berelektron tunggal bertumpang tindih dengan dua cuping orbital atom lainnya yang juga berlektron tunggal. Hanya terdapat satu bidang simpul dari orbital yang melewati dua inti atom.Ikatan pi (π) orbital p dengan orientasi tegak lurus garis penghubung kedua nukleus.

Orbital hibrida

Kombinasi dari dua atau lebih orbital atomic membentuk serangkaian orbital atomik baru, disebut orbital hibrida
Ada 3 tipe orbital hibrida :
sp3 (satu orbital s + tiga orbital p)
sp2 (satu orbital s + dua orbital p)
sp (satu orbital s + satu orbital p)

Tinjauan ulang tentang atom dan molekul dalam kimia organik

Struktur Atom

         Atom mengandung sebuah nucleus (inti)  kecil yang padat dan dikeliligi oleh elektron-elekton. Electron terletak di dalam orbital. Orbital dikelompokkan kedalam satu kulit. Satu orbital hanya mampu menampung dua elektron.  Setiap kulit elektron berhubungan dengan sejumlah energi tertentu. Elektron yang paling dekat dengan inti lebih tertarik oleh proton dalam inti daripada elektron yang lebih jauh kedudukannya. Karena itu, semakin dekat elektron terdapat ke inti, semakin rendah energinya, dan elektron ini sukar berpindah dalam reaksi kimia. Kulit elektron yang terdekat ke inti adalah kulit yang terendah energinya, dan elektron dalam kulit ini dikatakan berada pada tingkatan energi pertama, dan hal ini berhubungan dengan jari-jari atom.

           Jari-jari atom adalah jarak dari pusat inti sampai lintasan electron paling luar. Pada umumnya,  jari-jari atom unsur dalam table periodic unsur dari kiri kekanan makin kecil. Akan tetapi, pada unsur transisi tidak selalu demikian, misalnya jari-jari Cu (1,28 pm) dan Zn (1,33 pm). Padahal Cu dan Zn terletak dalam satu periode dan Zn terletak di sebelah kanan Cu. Hal ini dimungkinkan karena elektro-elektron pada sub kulit d dan electron valensinya saling tolak sehingga menjauh dari inti.

Afinitas elektron

        Afinitas elektron adalah besarnya energi yang dibebaskan satu atom netral dalam wujud gas pada waktu menerima satu elektron sehingga terbentuk ion negatif. Energi ionisasi selalu ditekankan pada pembentukan ion positif. Afinitas elektron ditekankan pada ion negatif, dan keduanya banyak dipakai untuk unsur-unsur pada golongan 6 dan 7 pada tabel periodik.

Keelektronegatifan

      Keelektronegatifan adalah kecenderungan suatu atom untuk bermuatan negatif atau untuk menangkap elektron dari atom lain. Besarnya keelektronegatifan dapat diukur dengan menggunakan skala Pauling. Harga skala Pauling berkisar antara 0,7 – 4,0. Skala Pauling adalah skala yang dikenalkan pertama sekali tahun 1932, dan merupakan skala yang paling sering digunakan dalam pengukuran elektronegativitas suatu unsur.  Fluor (unsur yang paling elektronegatif) diberikan skala Pauling dengan harga 4.0, dan harganya menurun sampai cesium dan fransium yang setidaknya hanya memiliki elektronegatifitas pada skala 0.7

Konsep Asam-Basa dalam Kimia Organik

        Sifat ke asaman dan kebasaan senyawa organik. Konsep asam basa terbagi menjadi tiga yakni konsep Archenius, konsep Brownstead Lowry dan konsep Lewis. Namun pada konsep yang paling berlaku dalam kimia organik adalah konsep Lewis.

Konsep Archennius

        Menurut Archennius, asam adalah senyawa yang apabila dilarutkan dalam air akan melepaskan ion H⁺, sedangkan basa adalah senyawa yang apabila dilarutkan dalam air akan melepaskan ion OH-. Konsep ini hanya dapat diterapkan pada senyawa yang larut dalam air sehingga dikembangkan lagi konsep yang dapat digunakan untuk senyawa yang tidak larut dalam air.

Konsep Brownstead Lowry

        Menurut Brownstead Lowry, asam adalah senyawa yang mendonorkan proton (H⁺) sedangkan basa adalah senyawa yang menerima donor proton (H⁺) dari asam. Konsep ini banyak digunakan dalam reaksi – reaksi senyawa organik karena cocok untuk senyawa yang tidak memiliki H+ dan OH- dan juga tidak larut dalam air.

Konsep Lewis

      Menurut Lewis, asam adalah senyawa yang menerima pasangan elektron dari basa, sedangkan basa adalah senyawa yang mendonorkan pasangan elektron kepada asam. Konsep ini dikembangkan oleh Lewis berdasarkan struktur ikatan kimia, dimana setiap atom dapat membentuk ikatan kimia berdasarkan valensi yang dimilikinya. Valensi adalah jumlah ikatan maksimum yang dapat dibentuk oleh suatu atom.Contoh asam menurut Lewis adalah AlCl₃ dan HCl sedangkan contoh basa menurut Lewis adalah NH3.