Kimia OrganikMODUL 1

Beberapa Konsep DasarSifat Molekul

1. PengantarKimia Organik Lanjut dapat dikatakan jauh lebih banyak menyentuh

kehidupan sehari-hari, karena hampir semua reaksi-reaksi yang menyangkutorganisme hidup melibatkan senyawa-senyawa organik. Ahli-ahli kimia telahdemikian tinggi kemampuannya sehingga telah dapat menciptakan zat-zat organikyang tak ditemukan di alam melalui proses sintesis di laboratorium. Sudah barangtentu dalam merencanakan pembuatan atau sintesis ini harus memerlukanpengetahuan tentang ikatan dan struktur dari senyawa-senyawa organik.

Perkembangan Ilmu Kimia Organik seiring dengan usaha pemisahan danpenyelidikan bahan alam. Hal ini antara lain disebabkan karena struktur molekul darisenyawa-senyawa yang dihasilkan oleh organisma mempunyai variasi yang sangatluas. Kenyataan ini dapat digunakan untuk mendalami pengetahuan mengenaireaksi-reaksi organik. Oleh karena itu ilmu kimia organik lanjut adalah salah satubidang yang mempelajari reaksi-reaksi kimia yang banyak digunakan oleh para ahlisintesis bahan alam yang banyak berhubungan dengan masyarakat.

Dalam modul ini akan dibahas mengenai,a. Teori ikatan kovalenb. Elektronegatifitas, momen dipol, dan efek induksi,c. Efek hiperkonyugasi, resonansi, kaedah sterik, ion karbonium,d. Reaksi-reaksi yang dapat membentuk ion karbonium,e. Karbanion,f. Reaksi-reaksi yang dapat membentuk karbanion,g. Karbena dan nitrena,h. Reagen elektrofilik dan reagen nukleofilik

Topik pertama ini diharapkan akan dapat menjadi titik tolak dalammenanamkan pengertian mengenai konsep-konsep dasar tentang sifat molekul yangmempunyai pola-pola tertentu yang dapat digunakan dalam memahami konsep-konsep reaksi kimia yang akan dibahas pada modul selanjutnya.

2. Tujuan Instruksional Umum :Setelah mempelajari modul pertama ini Anda diharapkan akan dapat

memahami konsep-konsep dasar tentang sifat molekul, resonansi, dan kearomatikan.

3. Tujuan Instruksional Khusus:Setelah mempelajari modul ini Anda diharapkan dapat mencapai kemampuan

sebagai berikut :a. Menjelaskan teori ikatan kimia;

1

b. Menerangkan hubungan antara elektronegatifitas, momen dipol dan efek induksiterhadap stabilitas ion molekul atau molekul

c. Menjelaskan tentang pengaruh efek hiperkonyugasi terhadap stabilitas ionmolekul atau molekul;

d. Menjelaskan tentang pengertian resonansi dan energi resonansi;e. Menerangkan beberapa aturan-aturan penulisan resonansi;f. Menerangkan hubungan antara pengaruh rosonansi terhadap stabilitas ion

molekul atau molekul;g. Menjelaskan pengaruh efek sterik terhadap stabilitas molekul.

Dalam setiap kegiatan belajar di atas, terdapat bagian-bagian uraian, soal-soallatihan beserta rambu-rambu jawabannya, rangkuman dan tes formatif. Agar andaberhasil dengan baik dalam mempelajari modul ini, ikutilah petunjuk belajar berikutini:a. Semua uraian yang tercantum dalam kegiatan belajar pelajarilah dengan baik dan

cermatb. Soal-soal latihan yang terdapat dalam setiap kegiatan belajar, kerjakanlah dengan

sungguh-sungguh tanpa melihat dahulu rambu-rambu jawabannya.c. Setelah anda selesai mengerjakan soal-soal latihan tersebut, cocokkanlah pekerjaan

anda dengan rambu-rambu jawaban yang tersedia. Tingkat pemahaman Andadapat tercermin dari tingkat kesesuaian pekerjaan anda dengan rambu-rambujawaban. Bila pekerjaan anda masih jauh menyimpang dari rambu-rambujawaban, hendaknya anda tidak berputus asa untuk mempelajarinya kembali.

d. Rangkuman yang merupakan ringkasan dari uraian yang telah disajikan padasetiap akhir dari kegiatan belajar dalam modul ini. Bacalah dengan seksama isirangkuman tersebut sehingga pengalaman belajar anda benar-benar mantap.

e. Kerjakan tes formatif yang ditempatkan setelah bagian rangkuman untukmengukur penguasaan anda dalam pokok bahasan yang telah dipaparkan dalamsetiap kegiatan belajar. Selamat Belajar !

4. Kegiatan Belajar4.1 Kegiatan Belajar 1

Beberapa Konsep Dasar Sifat Molekul

4.1.1 Uraian dan ContohA. Teori Ikatan Kovalen

Terjadinya ikatan kovalen adalah akibat terbentuknya pasangan elektron yangmengikat dua inti. Unsur-unsur yang bukan elektronegatif kuat atau bukanelektropositif kuat cenderung membentuk ikatan melalui penggunaan bersamapasangan elektron, dan bukan melalui pemindahan (serah terima) elektron sepertipada ikatan ion. Ikatan kovalen terjadi bila dua buah elektron yang berasal dari duabuah atom digunakan bersama untuk membentuk susunan elektron seperti gas mulia.Jika dua atom identik atau mempunyai keelektronegatifan yang sama, pasangan

2

elektron digunakan secara bersama.

Contohnya adalah molekul hidrogen yang sesuai dengan rumus Lewis, ikatantersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

H● + H● H : H + kalorAtom hidrogen molekul hidrogen

Setiap atom hidrogen dapat dianggap telah memenuhi kulit elektronnyamelalui proses penggunaan bersama. Dengan demikian, setiap atom dianggapmemiliki semua elektron yang digunakannya bersama dengan atom lain,sebagaimana ditunjukkan oleh lingkaran pada struktur di bawah ini.

HH : H : H

Seperti pada atom hidrogen, kita akan tinjau atom karbon dan ikatannya. Atomkarbon ditampilkan dengan lambang :

●● C ●

●

di mana huruf C adalah inti (inti dan kulit elektron pertama) dan titik menunjukkanelektron valensi. Karbon dengan empat elektron valensi, berarti kulit valensinyahanya setengahnya terisi (atau setengahnya kosong). Atom karbon tidak mempunyaikecenderungan kuat untuk melepaskan semua elektronnya (dan menjadi C4+) ataukecenderungan kuat untuk menerima empat elektron (dan menjadi C4-) . Dengankedudukannya ditengah tabel berkala karbon tidak bersifat elektropositif kuat atauelektronegatif kuat, melainkan ia biasa membentuk ikatan kovalen dengan atom lainmelalui penggunaan elektron bersama. Misalnya karbon berikatan dengan empatatom hidrogen (masing-masing menyumbang satu elektron valensi) denganmenggunakan bersama pasangan elektron.

H H● x |

H ● x C x ● H atau H― C― Hx ● |H H

Dengan menggunakan bersama pasangan elektron, kulit valensi setiap atomterisi sempurna dan cenderung membentuk konfigurasi atom Helium yang stabil.Pada contoh di atas karbon mempunyai delapan elektron yang mengelilinginya, danhidrogen menyempurnakan kulit valensinya dengan dua elektron, sehingga semuakulit valensi terisi penuh dan senyawa tersebut benar-benar mantap.

1.1 Ikatan Menurut Teori Orbital; Ikatan SigmaOrbital atom mempunyai bentuk tertentu. Orbital s berbentuk bola , dan orbital

3

p berbentuk gasing, dengan sumbu koordinat x, y, dan z.

z zx

y

zx

y

zx

y

x

y

2s 2px 2py 2pz

Gambar 1.1 Bentuk orbital s dan p yang digunakan oleh elektron pada karbon. Intiberada di pusat tiga sumbu koordinat

H HHH+

orbital atom 1s orbital molekul

Gambar 1.2 Bentuk orbital molekul pada pembentukan ikatan kovalen di antara duaatom hidrogen

+

orbital p orbital s ikatan sigma p-s

+

orbital p orbital p ikatan sigma p-p

Gambar 1.3 Orbital bertumpang tindih membentuk ikatan

1.2 Pembentukan Orbital Secara homolitikPembuatan gas H2 dengan elektrolisa larutan H2SO4 terjadi pada kutub negatif.

Mekanisme reaksinya adalah:

H+ + e- H↑ (1)H+ + e- H↑ (2)H↑ + H↑ H↑↓ H (3)

Persamaan (1) dan (2) dapat ditafsirkan sebagai masuknya elektron dalam orbitalkosong dapat digambarkan sebagai berikut:

He-

4

Persamaan (3), disebut pembentukan ikatan orbital secara homolitik. Proseskebalikannya disebut pemutusan ikatan secara homolitik. Berdasarkan pada teori“overlap” prosesnya digambarkan sebagai berikut:

HA HB

HBHA

Putus ikatanhomolitik

Terbentuknya ikatan homolitik

Gambar. 1.3 Terbentuknya ikatan homolitik

1.3 Terbentuknya Ikatan HeterolitikGas H2 juga dapat dibuat dengan mereaksikan LiH(Li-Hidrida) dengan

CH3OH (metanol). Mekanisme pembuatan H2 dari Li-H.

HA ↑↓ + H+B = H2

Notasi teori “overlap” orbital isi penuh + orbital kosong.

HA HB HBHA+ =

Gambar 1.4 Terbentuknya ikatan Heterolitik.

Orbital kosong ( ) dapat mengadakan “overlap” dengan orbital yang terisipenuh (↑↓) membentuk orbital lokal. Pembentukan ikatan seperti ini disebutpembentukan ikatan secara heterolitik. Proses kebalikannya disebut pemutusanikatan secara heterolitik.

1.4 HibridisasiHibridisasi adalah perkawinan atau mencampur satu atau lebih orbital

elektron dari suatu atom yang akan berikatan dengan atom lain. Dalam keadaanhibridisasi tingkat energi dari elektron tersebut adalah sama.

a) Hibridisasi sp3

Atom karbon yang membentuk empat ikatan tunggal (hibridisasi sp3) akanmenghasilkan 4 orbital yang tingkat energinya sama yang disebut orbital sp3. Orbitalhibrida ini dinamakan sp3 karena mereka terbentuk melalui pembauran satu orbital sdan 3 orbital p, dan mempunyai energi yang sama, maka keempat orbital harus

5

mempunyai bentuk dan besar yang sama, tetapi arahnya yang berbeda dalam kondisiini disebut orbital didegenarasikan. Orbital sp3 mempunyai energi sedikit lebih rendahdibandingkan dengan orbital 2p tetapi sedikit lebih tinggi dari pada orbital 2s.

6C: 1s2 2s 2p2

energi 2p2 2p3

Hibridisasi sp3

2s2 2s1

1s2 1s2 1s2

Atom C dalam Atom C tereksitasi Konfigurasi atom Ckeadaan dasar keadaan degenerasi sp3

(ground state)

Dalam kasus atom C tereksitasi semua orbital sp3 terisi satu elektron. Elektronmerupakan partikel yang bermuatan negatif, maka keempat orbital berusaha salingmenjauh. Untuk yang memenuhi persyaratan itu adalah bentuk tetrahedral sepertigambar di bawah ini.

1 0 9 ,5 0

Gambar 1.6 Bentuk orbital tetrahedral (hibridisasi sp3).

b) Hibridisasi sp2

Satu orbital s dan dua orbital p terletak pada satu tingkat energi yang samauntuk membentuk ikatan sigma yang disebut orbital didegenarasikan, sedangkan satuorbital p terletak pada tingkat energi yang lebih tinggi, sehingga penggambaranorbitalnya yang berdasarkan tingkat energi adalah sebagai berikut:

6C: 1s2 2s 2p2

2p2 2p3

energi Hibridisasi sp2

2s2 2s1

1s2

Atom C dalam Konfigurasi atom C Konfigurasi atom Ckeadaan dasar keadaan tereksitasi keadaan degenerasi sp2

(ground state)

Bentuk geometri yang memenuhi persyaratan adalah:

6

p

sp2

sp2

sp2sp2

sp2

sp2

psp2

sp2p

sp2

1200120o120o

pandangan pandangan samping pandangan atassamping dengan orbital sp2

dinyatakan dengan ikatan

Gambar 1.7 Bentuk orbital sp2. Ikatan σ sp2–sp2, π C=C, dengan sudut 120o diantaranya

c) Hibridisasi spBentuk orbital berdasarkan tingkat energinya adalah sebagai berikut:

6C: 1s2 2s 2p2

energi 2p2 2p3

Hibridisasi sp2s2 2s1

1s2

Atom C dalam Atom C tereksitasi Konfigurasi atom CKeadaan dasar keadaan degenerasi sp2

(ground state)

Bentuk geometri yang memenuhi persyaratan adalah:

p

spsp spsp

p o rb ita l p ya n g sa lin g te ga k lu ru ste rh a d a p o rb ita l

sa tu o rb ita l sp sa tu o rb ita l sp

k e d u a o rb ita l sp a d a la h lin e a r o rb ita l p p a d a su d u t te ga k lu ru s te rh a d a p b id a n g

Gambar 1.8 Bentuk orbital sp. Ikatan σ sp-sp, dan ikatan π C≡C

1.5 Teori bentuk atomCara menentukan (membayangkan ) bentuk atom atas dasar orbital hibridnya

dapat juga ditafsirkan sebagai hibridisasi. Atom–atom dari periode 2 dan 3 padaumumnya dapat dibayangkan dalam bentuk sp3, sp2 atau sp, sebab atom-atom padaperiode 2 tidak mempunyai orbital d.

1.6 Teori Bentuk molekulContoh senyawa etena (C2H4), apabila digambarkan berdasarkan bentuk

molekulnya adalah sebagai berikut:

7

H

F

H

F

s p 2

( a ) B e n t u k a t o m

C CH

F F

H

( b ) B e n t u k m o l e k u l

Gambar 1.9 Overlap orbital (sp2-sp2) membentuk orbital σ. Side overlap (p-p) orbitalmembentuk orbital π .

B. Elektronegatifitas, Momen dipol , dan Efek induksi1.1 Elektronegatifitas

Ukuran kemampuan atom untuk menarik elektron luarnya atau elektronvalensi atom lain sehingga dapat membentuk ion negatif disebut keelektronegatifan.

Dalam sistim periodik unsur, maka akan didapatkan kesimpulan bahwa :(a) pada jari-jari atom yang sama, maka semakin banyak proton semakin meningkat

keelektronegatifannya”. Atau dalam satu periode makin ke kanan makinmeningkat sifat keelektronegatifannya.

3Li < 4 Be < 5 B < 6 C < 7 N < 8 O < 9 F

keelektronegatifan bertambah

(b) “Suatu atom semakin mudah menarik elektron, karena semakin kecil jari-jari atommaka makin besar keelektronegatifannya”. Atau dalam satu golongan makin keatas sifat keelektronegatifannya makin meningkat 9 F > 17 Cl > 35 Br > 53 I

1.2 Momen dipolMomen dipol (μ) adalah jumlah vektor dari momen ikatan dalam molekul,

karena dalam hal ini menyangkut arah dan besaran momen ikatan, sehingga momendipol merupakan ukuran kepolaran molekul secara keseluruhan. Sebagai contohmomen dipol ikatan antara lain C-Cl dan C-O masing-masing sebesar 1,46 dan 0,74,tetapi berdasarkan hasil eksperimen ternyata momen dipol dari senyawa C-Cl adalah0, maka bentuk geometri kedua senyawa tersebut adalah:

Momen ikatan saling meniadakan

μ =0 μ =0

1.3 Efek InduksiDalam senyawa alkana (C-H), suatu atom karbon berikatan dengan atom

hidrogen membentuk ikatan sigma, maka distribusi elektron sepanjang sumbu antaraikatan kedua atom tersebut sama. Bila atom H pada senyawa CH4 diganti denganatom yang memiliki elektronegativitas yang lebih besar misalnya X, akan terjadipergeseran elektron dari atom C ke arah atom X, sehingga kerapatan elektron disekitar atom X lebih besar dari kerapatan elektron di sekitar atom karbon. Sebaliknya

8

bila atom H diganti dengan atom lain, Y misalnya yang memiliki sifatkeelektronegatifan lebih kecil dari C, maka kerapatan elektron lebih besar berada disekitar atom C, atau terjadi pergeseran elektron ikatan dari y ke atom karbon.

C - X C - Y--

Gambar 1.12 Pergeseran kerapatan elektron karena perbedaan keelektronegatifan

Molekul dapat bersifat polar atau nonpolar, akibat adanya perbedaan-perbedaan distribusi muatan dalam molekul. Sebagai hasil dari pergeseran elektronikatan, maka atom-atom yang berikatan memiliki fraksi muatan yang sangat kecil dandinyatakan seperti di bawah ini.

C : H atau C – H (standard)C : X atau Cσ + X σ - , X (induksi negatif)C : Y atau Cσ - X σ + , Y (induksi positif)

Polaritas yang terjadi pada atom karbon dan substituen yang terikat pada atomkarbon sebagai akibat dari perbedaan kerapatan elektron yang disebabkan olehperbedaan keelektronegatifan disebut efek induksi (I).

Efek induksi negatif (-I), terjadi bila substituen yang terikat pada atom karbonmempunyai kemampuan menarik elektron yang lebih besar (X), sehingga substituenmempunyai fraksi muatan negatif.

Efek induksi positif (+I), bila substituen yang terikat pada atom karbonmemberikan sumbangan elektron yang cukup besar, sehingga substituen mempunyaifraksi muatan positif.

Bila senyawa organik yang memiliki lebih dari satu atom karbon yangmembentuk rantai atom karbon, terikat substituen yang memiliki kemampuanmenarik elektron yang kuat (X) pada atom karbon terminal, maka efek induksi akanterjadi sampai pada atom karbon yang paling jauh dari substituen. Semakin jauh darisubstituen, semakin lemah efek induksi yang mempengaruhi yang dinyatakandengan :

C σ σ σ + C σ σ + C σ + X σ –

Sebaliknya bila substituen yang terikat adalah substituen pemberi elektronmaka efek induksi dinyatakan dengan :

Cσ σ σ - C σ σ - C σ + Y σ +

Beberapa substituen yang memiliki efek induksi positif dan negatif dapat dilihat padaTabel 1 di bawah ini.

Tabel 1. Substituen yang berinduksi (+) dan (-) dengan urutan kemampuan

9

1.4 Efek HiperkonyugasiHiperkonyugasi memerlukan ikatan karbon–hidrogen pada kedudukan alpha

terhadap ikatan rangkap.

C

H

C C CC

H

C

+

-

Terjadinya penggeseran elektron ikatan rangkap, akibat dari efekhiperkonyugasi maka akan. Nathan dan Baker menyatakan bahwa efek hiperkonyugasiterjadi karena interaksi elektron dari ikatan karbon-hidrogen dengan elektron π dari ikatanrangkap. Ketiga ikatan C–H dari gugus metil dalam molekul propilena dapatmengalami hiperkonyugasi.

C C C

+

- -+

H CC

H

C H2

HH H

H

H2C C H

H H

H2 HH H

H2C

H

C CH H C H2

H+ -

Hiperkonyugasi akan semakin banyak terjadi bila semakin banyak ikatan C–Hpada atom karbon alpha terhadap sistim tidak jenuh. Semakin banyak terjadihiperkonyugasi pada suatu senyawa maka semakin stabil senyawa tersebut. Proseshiperkonyugasi menyebabkan terjadi interaksi dalam molekul (intramolekul) yangmenyebabkan terjadinya penataan ulang dalam sistim molekul tersebut. Urutankestabilan suatu senyawa akibat pengaruh hiperkonyugasi adalah :t–butil > isopropil > etil >metil atau(CH3)3C+– >(CH3)2CH+– >CH3-CH2

+– > CH3+–

C. ResonansiBenzena adalah contoh suatu senyawa organik yang tak dapat digambarkan

secara teliti dengan rumus ikatan tunggal. Delokalisasi dari ikatan pi menghasilkansistem dalam mana elektron pi mencakup lebih dari pada dua atom. Untuk dapatmenggambarkan distribusi elektron pi dalam benzena dengan menggunakan rumusikatan valensi, harus digunakan dua rumus (menurut Kekule), seperti pada gambardi bawah ini.

Tanda merupakan lambang resonansiKedua struktur Kekule di atas dikatakan ada dalam resonansi yang satu

dengan yang lain, dengan kata lain struktur Kekule sebagai lambang resonansi atau

10

struktur resonansi. Lambang struktur resonansi bukan merupakan struktur nyata.Struktur nyata adalah gabungan dari struktur resonansi. Faktor yang mempengaruhiterjadinya resonansi adalah pergeseran elektron yang terdapat dalam senyawatersebut.

Contoh:

(1)

(2)

Beberapa aturan penulisan struktur resonansi :(a) Hanya elektron (bukan atom) yang boleh bergeser, dan mereka hanya dapat

bergeser ke atom yang berdekatan atau kedudukan ikatan(b) Struktur resonansi dalam mana atom membawa lebih dari jatah elektronnya

(delapan untuk unsur periode 3) bukan penyumbang terhadap strukturnya.(c) Struktur resonansi yang lebih penting menunjukkan masing-masing atom dengan

oktet sempurna dan seminimal mungkin pemisahan muatan.

++2CH3 N

O

OO

O

NCH3

-

-

-lebih penting karena kurang penting karenamasing-masing atom N hanya mempunyaimempunyai oktet 6 elektron

1) Stabilitas ResonansiBila suatu struktur merupakan hibrida resonansi dari dua atau lebih struktur

resonansi maka energi struktur yang nyata adalah lebih rendah dari setiap strukturresonansi tunggal. Struktur nyata dikatakan distabilkan resonansi. Semakin banyakkemungkinan membentuk struktur resonansi, maka semakin stabil struktur nyatasenyawa tersebut.

2) Kaidah rintanganKaidah rintangan disebut juga dengan istilah steric hidrance. Bila dibayangkan

ada dua aton hidrogen yang saling mendekat hingga jarak atom-atom tersebutdigambarkan sebagai berikut:

11

CH3 N+

O

O

CH3 N+

O

O O

O

N+CH3bukan

CO

O O

OC

O

OO O

CO _

_

__ _ _

intie inti

e

Berdasarkan teori overlap, jika jarak kedua atom di atas didekatkan lebih dekatlagi maka ke dua elektron dapat melakukan interaksi ikatan yang dapat digambarkansebagai berikut:

Gugus tetangga dari suatu senyawa yang diikat oleh suatu gugus atom dapatmenyebabkan terjadinya rintangan sterik. Rintangan sterik dapat menyebabkanterjadinya kestabilan pada senyawa tersebut karena dapat menghalangi gugus lainyang akan masuk. Contoh lain dari pengaruh efek sterik adalah pada analisiskonformasi pada senyawaan etana C2H5 dan butana C4H10.

a. Analisis konformasi etana (C2H5)

H H

H

H

H

HHH

12kkal/mol

HH

H

H

HH

0o 60o 120o 180o 240o 300o 360o

Gambar 1.16 Tingkat energi pada analisis konformasi etana

b. Analisis konformasi senyawa CH3 – CH2 – CH2 – CH3energi

CH3CH3

5 kkal/mol

H CH3

CH3

CH3

CH3

3,5 kkall

C H 3

C H 3

0,9 kkal/molA B C D E F A

180o 120o 60o 0o 60o 120o 180o

angle between methyl groups

12

Gambar 1.17 Tingkat energi pada analisis konformasi butana4.1.2 Latihan 1

Untuk lebih memantapkan pemahaman anda terhadap materi kegiatan belajar1, cobalah kerjakan latihan berikut ini!

1) Tuliskan rumus Lewis untuk senyawa berikut:a. C3H6 b. C2H3Cl c. C2H5Br d. (CH3)3N e. C2HF f. (CH3)2CH-CH2Cl

2) Gambarkan rumus struktur untuk semua isomer dari:a. C3H4 b. CH5N c. CH4O d. C4H10O

3) Jelaskan hibridisasi yang terjadi pada atom C dalam molekul:a. C2H6 b. C3H6 c. C2H2

4) Berapakah prosentase karakter s dalam orbital hibrida sp3, sp2, sp5) Berikan rumus struktur lengkap untuk masing-masing senyawa berikut ini, dan

nyatakan jenis orbital yang digunakan untuk membentuk masing-masing ikatan.a. CH2 = C(CH3)2 b. CH2 = CHCH =CH2 c. CH≡CHd. CH3-CH2-O-CH3

6) Tunjukkan ikatan sigma () dan ikatan pi () dalam struktur senyawa berikut:a. BrCH2-CH=CH2 b. CH≡C-CH2-CH=CH2 c. CH≡CH

7) Buatlah diagram energi dari atom :a. C (z = 6) b. N (z = 7) c. Cl ( Z = 17) d. F (z = 9) e. Ne (z= 10) f. O (z= 8)

4.1.3 Petunjuk Jawaban Latihan :

H H H H H H: : : : : :

1. a. H : C : C : H b. H:C::C::C:H c. H:C::C:Br: : : :H H H H

H|

2. a. H-C=C=C-H H-C≡C-C-H| ‌‌‌| |H H H

H CH3| |

b. H3C-CH2-CH2-C-O-H H3C-CH-CH2-CH3 H3C-C-CH3| | |H OH OH

3. a. Hibridisasi atom C pada C2H6 adalah sp3

b. Hibridisasi atom C pada C3H6 adalah sp2

c. Hibridisasi atom C pada C2H2 adalah sp

4. Prosentase karakter s pada sp3 adalah 25%

13

Prosentase karakter s pada sp2 adalah 33,3%Prosentase karakter s pada sp adalah 50%

5. a. CH2 = C(CH3)21 C - H sp2 - s

H H 2 C = C sp2 – sp2

1 | 2 3 | 4 3 C - C sp2 – sp3

H ─ C ═ C ─ C─ H 4 C -H sp3 - s5 | | 5 C - C sp2 – sp3

H- C-H H 6 C - H sp3 - s6 |

H

b. CH2 = CHCH =CH21 C - H sp2 - s

H H 2 dan 4 C=C sp2 – sp2

1 | 2 3 4 | 5 3 C - C sp2 – sp2

H ─ C = C ─ C = C ─ H 5 C - H sp2 - s6 | 7| 6 dan 7 C - H sp2 – s

H H

c. CH≡CH1 2 3 1 dan 3 C-H sp - s

H – C ≡ C – H 2 C ≡ C sp2 – s

d. CH3-CH2-O-CH31 C-H sp3 - s

H H H 2 C-C sp3 – sp3

1 | 2 | 3 | 4 3 C-O sp3 – sp3

H ─ C ─ C ─ O─ C─ H 4 C-H sp3 - s| 5 | | 5 C-H sp3 – sH H H

2 26. a. Br – CH2 – CH = CH2 b. CH = C – CH2 – CH = CH2 c. CH = CH

7. a. Diagram energi dari 6C (z= 6) adalah

energi 2p2

2s2

1s2

b. Diagram energi dari 7N (z = 7) adalah

14

energi 2p3

2s2

1s2

c. Diagram energi dari 17Cl (z= 17) adalah :

3p5

3s2

energi 2p6

2s2

1s2

4.1.4 RangkumanIkatan kimia terdiri atas dua jenis yaitu ikatan ion terjadi karena pemindahan

elektron dan ikatan kovalen yaitu penggunaan bersama elektron. Banyaknya ikatanyang dapat dibentuk oleh atom ditentukan oleh banyaknya elektron valensi. Karbonmempunyai empat elektron valensi dan membentuk empat ikatan kovalen.

Ikatan kovalen adalah hasil tumpang tindih dua orbital atom untukmembentuk orbital molekul ikatan berenergi rendah dalam mana dua elektronberpasangan. Keempat orbital dari atom C mengalami hibridisasi dalampembentukan ikatan. Hibridisasi sp3: empat ikatan tunggal ekuivalen (tetrahedral),hibridisasi sp2 adalah tiga ikatan tunggal yang ekuivalen dengan satu orbital p yangtak berhibridisasi (trigonal) dan hibridisasi sp: dua ikatan tunggal yang ekuivalen(linear) ditambah dua orbital p yang tak berhibridisasi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kestabilan suatu ion molekul atau molekulsuatu senyawa organik adalah elektronegatifitas, momen dipol, efek induksi, efekhiperkonyugasi, resonansi dan sterik.

4.1.5 Tes FormatifLingkari a,b,c, atau d pada jawaban yang anda anggap benar1. Jelaskan ikatan dan tumpang tindih orbital apakah yang terjadi:

a. antara C dan O pada etanol ( CH3CH2OH)b. antara C dan Br pada senyawa BrCH2- CH2-CH2-CH=CH2c. antara C dan O pada ikatan senyawa C2H5CHO

4. Berapakah persentase karakter s pada hibridisasi sp3

5. Dinamakan apakah ikatan yang terbentuk dari pemakaian bersama elektron yang

15

berasal dari dua atom

6. Diantara senyawa – senyawa di bawah ini manakah yang bersifat kovalen polar:a. CH4 b. Br2 c. CHCl4 d. H2O

7. Berapakah jumlah hiperkonyugasi pada ion CH3CH2CH2CH+ CH2CH3

4.1.6 Umpan Balik dan Tindak LanjutSetelah Anda mengerjakan Tes Formatif di atas, cocokkanlah jawaban Anda

dengan Kunci Jawaban Tes Formatif yang terdapat di bagian akhir modul ini.Hitunglah jawaban anda yang benar, kemudian gunakan rumus di bawah ini untukmengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.

Rumus:Jumlah jawaban Anda yang benar

Tingkat penguasaan = ----------------------------------------------- X 100%7

Arti tingkat penguasaan yang Anda capai:90 – 100 % = baik sekali80 – 89 % = baik70 – 70 % = cukup

– 69 % = kurangApabila tingkat penguasaan Anda mencapai 80 % ke atas, bagus! Anda cukup

memahami Kegiatan Belajar 1, Anda dapat meneruskan Kegiatan Belajar 2. Tetapi bilatingkat penguasaan Anda masih di bawah 80 %, Anda harus mengulangi KegiatanBelajar 1, terutama bagian yang belum Anda kuasai.

4. 2 Kegiatan Belajar 2

Ion Karbonium4.2.1 Uraian dan Contoh

Ikatan C-X dalam molekul organik, jika mengadakan pemutusan ikatan secaraheterolitik, bila atom X mempunyai elektronegatifitas yang lebih besar dari atomkarbon; maka pasangan elektron akan terbawa ke daerah X, sehingga terjadi ionpositif dan ion negatif.

R C XH

H

pemutusan ikatansecara heterolitik

H

HXCR + +

_

Ion karboniumIon positif yang terbentuk disebut ion karbonium. Nama dari ion karboniumditurunkan dari nama gugus alkil ditambah akhiran ium, yakni alkilium.

Contoh:

16

H H CH3 CH3| | | |

H – C + CH3 – C + CH3 – C + CH3 – C +

| | | |H H H CH3

metilium atau etilium atau isopropilium atau t- butilium ataukation metil kation etil (primer) kation isopropil kation t-butil

(sekunder) (tertier)

Atom karbon yang bermuatan positif (ion karbonium) dihasilkan sebagaiintermediet dalam reaksi organik. Ion karbonium ini sangat reaktif karena atomkarbon yang bermuatan positif (orbital kosong) hanya memiliki enam elektron padakulit terluar, dan cenderung untuk mempunyai susunan oktet, yaitu delapan elektrondikulit terluar. Sehingga ion karbonium bereaksi cepat dengan setiap substrat yangmemiliki pasangan elektron bebas (orbital isi). Ion karbonium kekurangan elektronsehingga sangat tidak stabil. Tetapi, jika ada gugus pemberi elektron terikat padakarbon bermuatan positif, maka muatan positif akan terstabilkan, sehingga ionkarbonium menjadi stabil.Urutan stabilitas dari ion karbonium:a. (CH3)3C+ > (CH3)2CH+ > CH3-CH2

+ > CH3+

b. Kation sikloheptatrienil > kation trifenilkarbonium > kation benzil(tropilium) (tritil)

Ion sikloheptatrienil mempunyai tujuh bentuk struktur yang sama sepertistruktur Kekule, dan mempunyai energi konyugasi sangat besar, sehingga ionsikloheptatrienil sangat stabil.

Jika trifenilmetil bromida dimasukkan dalam pelarut seperti alkohol, makaakan terionisasi dengan cepat, dan ion trifenilmetilium yang dihasilkan bereaksidengan pelarut. Tetapi jika trifenilmetilbromida dimasukkan dalam pelarut yangsekaligus mensolvatasi, seperti SO2 cair, maka trifenilmetilbromida akan terionisasimenjadi trifenil metilium dan Br-

SO2 cairPh3C – Br -------------> Ph3C+ + Br-

Ion trifenilmetilium dengan muatan positif berada dalam cincin mempunyai strukturresonansi sebanyak sembilan.

+= C - Ph

Ph Ph

= C - Ph

+ = C - Ph

Ph+

......dst

Muatan positif berada pada atom karbon pusat mempunyai struktur Kekulesebanyak delapan sehingga pada ion trifenilmetilium juga terjadi delokalisasi muatan,akibatnya ion trifenilmetilium sangat stabil.

Kation benzil dapat diperoleh dari benzil klorida dilarutkan dalam sulfurdioksida.

17

CH 2 C l

S O 2

C H 2+

+ C l -

Stabilitas dari kation benzil disebabkan oleh struktur resonansi dan delokalisasi.Karena struktur resonansi dan delokalisasi muatan sedikit dibanding kationtrifenilmetil maka stabilitas kation benzil kurang dibanding kation trifenilmetil.

CH2+

+

CH2 CH2

+

CH2

+

CH2+

Di antara ion alkil karbonium yang paling stabil adalah kation t-butil, hampirsama dengan kation alil. Stabilitas dari ion alkil karbonium dapat diterangkan denganefek hiperkonyugasi dan efek induksi.

C +

H

H

H H

C H 3

H

+C

Karbon yang bermuatan positif dari ion karbonium mengalami hibridisasi sp2. Padakation metil ketiga orbital sp2 tumpang tindih dengan orbital s dari hidrogen. Padakation etil satu orbital sp2 tumpang tindih dengan orbital sp3 dari karbon –CH3.Adanya gugus –CH3, maka kation etil distabilkan, karena gugus –CH3 merupakangugus yang dapat memberikan elektron lewat efek induksi.

Efek hiperkonyugasi juga dapat menstabilkan ion karbonium. Contoh, propenadapat distabilkan oleh resonansi.

H - C - CH = CH2

H

H H

H

H - C = CH - CH2

+- -

H

H

H+ C = CH - CH2 H - C = CH - CH2

H

H-

+

Tipe resonansi di atas untuk propena disebut sacrificial hyperconjugation ,karena pada resonansi tersebut terjadi pengorbanan atau penghilangan (sacrificing)ikatan kovalen. Kation alkil tersubstitusi, bentuk-bentuk resonansi hiperkonyugasidapat di tulis dengan jumlah ikatan kovalen sama, sebagai berikut:

Tipe resonansi ini dinyatakan sebagai isovalente hyperkonjugation, dan ini lebih penting dari sacrificial hyperconjugation. Dari uraian diatas dapat dinyatakan bahwa stabilitas ion karbonium dipengaruhi oleh efek induksi dan efek resonansi dari suatu gugus metil. Energi stabilisasi yang dihasilkan dari substituen yang terikat pada karbon bermuatan positif dari suatu ion karbonium adalah seperti pada Tabel 2.1

Tabel2.1.Energi

18

+

H

H

H - C = CH2H+ C = CH2

H

H+

H - C = CH2

H

HH

H

H - C - C+H2

stabilisasi dari ion karbonium tersubstitusiIon Energi stabilisasi (kkal/mol)

CH3+

CH3CH2+

(CH3)2CH+

(CH3)3 C+

CH2 =CHCH2+

036668458

Reaksi ion karbonium.a. Pembebasan proton.

Ion karbonium dapat membentuk alkena dengan membebaskan proton darikarbon alfa.

- H+

CH3–CH – +CH2 CH3 - CH = CH2‌‌‌‌|H

Ion karbonium propil propilena

b. Bereaksi dengan nukleofil.Ion karbonium dapat menerima pasangan elektron dari nukleofil sehingga

terbentuk ikatan baru.C H 3 - CH 2 + B r

-+CH 3 - C H2 - B r

ion k arbonium eti l e ti l brom ida

c. Adisi dengan suatu alkenaIon karbonium bereaksi dengan suatu alkena menghasilkan ion karbonium

yang lebih besar.

CH3CH3 C = CH2 + C- CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

C- CH3CCH3

CH3+ CH2

+

d. Penyusunan kembali.Ion karbonium akan mengalami penyusunan kembali sehingga dihasilkan ion

karbonium yang lebih stabil. Kestabilan dari ion karbonium adalah: tersier >sekunder > primer > CH3.Contoh:

CH3 - CH2 - CH2 - CH2+ CH3 - CH2 - CH2 - CH3+

ion karbonium primer ion karbonium sekunder

19

+CH3 - CH2 - C - CH3CH3 - CH2 - CH - CH2+

CH3 CH3

ion karbonium primer ion karbonium tersier

ion karbonium tersierion karbonium primer

CH3 - C -CH2+ CH3 - C - CH2 - CH3

CH3

CH3 CH3

+

Untuk memperoleh ion karbonium yang lebih stabil terjadi perpindahan atomhidrogen atau gugus alkil bersama pasangan elektron ikatannya. Penyusunankembali dapat dipakai untuk menjelaskan terbentuknya produk yang dominan dalamhasil reaksi.Mekanisme perpindahannya adalah sebagai berikut:

H

C - C+- - C C -

H

+- C - C -

H

- C - C +

R

- C C -

R

+R

- C - C -+

+

KarbanionIon organik yang memiliki pasangan elektron dan muatan negatif pada atom

karbon sentral disebut karbanion. Karbanion berbeda dengan karbonium dimanakarbanion mempunyai pasangan elektron tidak berikatan pada atom karbon pusatsedangkan ion karbonium mengalami defisiensi elektron. Karbanion dihasilkan dariproses heterolisis dari ikatan C-X yang terdapat dalam molekul organik. Jika atomkarbon keelektronegatifannya lebih besar dari atom X maka pasangan elektronikatannya akan dibawa oleh karbon dan dihasilkan ion negatif sedangkan X menjadiion positif.

R - C - X

H

H

R - C-

H

H

+ X-

karbanion

Karbanion mempunyai geometri yang membentuk piramidal (bukantetrahedral) sama seperti amoniak. Atom karbon pusat mengalami hibridisasi sp3 dansalah satu orbital hibrid sp3 terisi dua elektron yang tidak berikatan.

20

Geometri karbanion :

C

berisi pasangan elektron bebas

Nama dari karbanion diturunkan dari nama alkil dan ditambah dengan katakarbanion.

:CH3― ─ :CH2 – CH3 CH3 – CH:─

‌‌‌‌|karbanion metil karbanion etil CH3 karbanion isopropil

Umumnya karbanion tidak stabil karena memiliki muatan negatif. Bilakarbanion terikat dengan gugus yang menarik elektron seperti –C≡N atau =C=Omaka karbanion itu akan distabilkan. Tetapi bila terdapat gugus yang dapatmemberikan elektron terikat pada karbanion maka karbanion akan semakin tidakstabil. Urutan kestabilan dari karbanion berlawanan dengan ion karbanium, yaitu:CH3:- > primer > sekunder > tersier. Karbanion juga dapat distabilkan oleh ikatanrangkap atau cincin aromatik yang berdekatan dengan karbon bermuatan negatif(atom karbon pusat), karena adanya resonansi.

CH2 -lebih stabil dari CH3 - CH2

-

kation benzil karbanion etil

Karbanion dapat distabilkan oleh resonansi, sebab adanya delokalisasi muatannegatif yang mana terdistribusi pada atom karbonnya dalam struktur hibrid. Strukturhibrid resonansi dari karbanion benzil adalah:

CH2CH2CH2CH2CH2

Reaksi –reaksi karbanion.Karbanion dapat mengalami reaksi adisi dan reaksi subtitusi, karena karbanion

kaya akan elektron, maka karbanion bersifat sebagai nukleofil.

a. Reaksi adisi.Karbanion dapat beraksi dengan gugus karbonil dari aldehida dan keton.

21

H - C - CH2 : + C = O

O

-

O

H - C - CH2 - C = O : -

karbanion gugus karbonil

b. Reaksi substitusi.Karbanion dapat diperoleh dari garam natrium dan dapat bereaksi dengan

alkil halida, dalam reaksi ini terjadi penggantian atom halogen oleh karbanion. Tidakseperti ion karbonium, karbanion tidak mengalami reaksi penyusunan kembali.

OOCC 2H5 OOCC2H3

| | +NaH–C:- + CH3 – I HC – CH3 + NaI | | OOCC 2H5 OOCC2H3

Radikal bebas.Radikal bebas adalah spesies yang mempunyai satu atau lebih elektron tidak

berpasangan, terbentuk sebagai hasil antara (intermediet) dalam suatu reaksi organikmelalui proses homolisis dari ikatan kovalen. Geometri dari radikal dapatmempunyai bentuk piramida sama seperti karbanion dan planar sama seperti ionkarbonium atau diantaranya keduanya. Bentuk planar dapat diterangkan dariklorinasi terhadap 1- kloro-2-metil butana yang optis aktif akan menghasilkan produkrasemik (tidak optis aktif).

C

CH3

ClCH2

H

CH3CH2C2H5

Cl ClCH2 CCH3

+ HCl

Cl2

C2H5

Cl

ClCH2CH3

C C2H5

Cl

ClCH2

CH3

C

rasemik+

Tetapi bebeda dengan klorinasi, brominasi dari (+)-1-brom-2-metil butanamemberikan (-)-1,2-dibromo-2-metil butana bersifat optis aktif, ini menunjukkanbahwa radikal yang terbentuk mempunyai geometri berbentuk piramida.

22

C2 H 5

CH 3- CB rC H2

-B r2C2 H 5CH 3

B rC H2

H

CB r

(+ )-1 - b ro m o -2 -m e ti l bu t a n a ( -)- 1 ,2 -d ib ro m o -2 -m e t il b u ta n a

Urutan kestabilan dari radikal alkil adalah: (CH3)3C● > (CH3)2CH● > CH3-CH2● >CH3● Urutan kestabilan dari radikal alkil di atas dapat diterangkan dengan efekinduksi dan hiperkonyugasi.

H - C - C - C H 3

H

H

.

CH 3 CH 3

.

H

H

H - C = C - C H 3 H C = C - C H3

H

H C H3

ds t

Radikal benzil dan allil adalah lebih stabil dari radikal alkil sederhana,kestabilan dari radikal fenil dan alil karena adanya delokalisasi elektron.

CH2 CH2

dst . CH2 = CH - CH2 CH2 = CH - CH2

Radikal bebas dapat mengalami penyusunan kembali sehingga diperolehradikal yang lebih stabil.

R - C - C H 2

R

R R

R - C - C H 2 -R

Karbena dan Nitrena1) Karbena

Karbena adalah turunan dari metilena (:CH2), dengan karbon divalen danmelalui dua elektron yang tidak berikatan, dan atom karbonnya dapat mengalamihibridisasi sp2 atau sp.

C sp2

R

R

elektrofil

nukleofil dan R' - C - R

sp

biradikal

Kedua elektron yang tidak berikatan dapat memiliki spin berpasangan (singlet) atautidak berpasangan (triplet). Karbena sangat reaktif, dapat diperoleh dari eliminasi

23

alpha dan disintegrasi senyawa yang mengandung ikatan rangkap.

C

H

Cl

R

R R

R

ClCRH

RC

Cl+ -

Contoh senyawaan karbena adalah :H2C: = metilena; Cl2C: = diklorokarbena; F2C: = difluorokarbena

2) NitrenaNitrena adalah turunan nitrogen univalen, N-H, dan mempunyai muatan

listrik netral. Nitrena isoelektronik dengan karbena dan mempunyai keadaanelektronik singlet dan triplet. Nitrena singlet adalah elektrofilik sedangkan nitrenatriplet sebagai radikal.

R - N da n R - N

s in g le t tr ip l e t

Nitrena sangat reaktif dapat diperoleh dengan cara yang sama seperti karbena.

basaR – N – OSO2Ar R – N + B – H + ArSO3

-

‌|H

.. .. hvR – N = N+ = N- R – N + N2

..

Reagen elektrofilReagen elektrofilik adalah spesies yang suka terhadap elektron. Sesuai dengan

namanya (electro= elektron; phillic= suka). Reagen elektrofilik ada dua macam yaituelektrofil positip (E+) dan elektrofil netral (E). Elektrofil positif ( E+) adalah elektrofilyang kekurangan dua elektron dan membawa muatan positif, contoh ion karboniumdan ion bromonium.

C +R

H

HB r +

Kedua spesies ini mempunyai enam elektron di kulit terluar dan kekurangandua elektron untuk mencapai keadaan oktet. Contoh lain dari elektrofil positif adalah:ion nitronium, +NO2; ion nitrosonium, +NO; ion diazonium , C6H5N2

+, ion

bisulfonium , +SO3H ; dan proton, H+ atau ion hidronium, H3O+.Elektrofil netral (E) adalah elektrofil yang mempunyai enam elektron di kulit

terluar dan kekurangan dua elektron untuk mencapai keadaan oktet tetapi tidak

24

bermuatan, contohnya: boron trifluorida, BF3 dan aluminium klorida, AlCl3,mempunyai enam elektron pusat tetapi tidak bermuatan.

F Cl| |B- F Al - Cl‌‌‌‌| |F Cl

Boron trifluorida Aluminium klorida

Contoh elektrofil netral lainnya adalah karbena dan nitrena.

:N – COOC2H5 : C - Cl|

nitrena Cl karbena

Kedua macam elektrofil dapat menyerang ion substrat atau molekul yang kaya akanelektron yang dapat memberikan pasangan elektronnya pada reagen untukmembentuk ikatan baru.

| | |– C :- + E+ → – C : E atau – C - E

‌‌‌‌| | |

karbanion (substrat) produk

| | .. | ..– C :- + : E : → – C : E : atau – C - E :

‌‌‌‌| .. | .. | ..

karbanion (substrat) produk

Tabel 2.2 Beberapa elektrofilElektrofil positif (E+) Elektrofil netral (E)

Proton H+

Hidronium H3O+

Nitronium NO2Nitrosonium NO+

Sulfonium +SO2 – OHBromonium Br+

Ion diazonium C6H5N2+

Ion karbonium |- C+

|

Belerang trioksida SO3Boron trifluorida BF3Aluminium triklorida AlCl3Feriklorida FeCl3Asam klorida RCOClGugus karbonil -C=O

Reagen NukleofilSesuai dengan namanya (nukleo = inti; phylic = suka), reagen nukleofil adalah

spesies yang suka akan inti. Karena inti bermuatan positif, berarti nukleofil adalahsuatu substrat yang bermuatan negatif atau kaya elektron. Ada dua jenis nukleofil

25

yaitu nukleofil negatif ( Nu:- ) dan nukleofil netral (NU:). Nukleofil negatif (NU:- )adalah nukleofil yang mempunyai pasangan elektron tidak berikatan dan bermuatannegatif, contohnya ion klorida dan karbanion.

H.. |

:Cl:- R – C:-.. |

HIon klorida karbanion

Contoh lain nukleofil negatif adalah: ion hidroksil,OH-; ion hidrida, H:- ; dan ionhalida, :X: - .

Nukleofil netral (NU:) adalah suatu molekul yang memiliki pasangan elektrontidak berikatan tetapi tidak bermuatan , contohnya amoniak dan air.

H| ..

H– N: H – O - H| ..H

Contoh lain dari nukleofil netral adalah : alkohol, R – O – H ; tioalkohol, R – S – H ;eter, R – O – R ; atau setiap senyawa lainnya yang mengandung heteroatom (yaitu: O,S, N, dan lain-lain) yang mempunyai pasangan elektron tidak berikatan. Nukleofilnegatif dan nukleofil netral dapat menyerang suatu substrat yang kekuranganelektron dan memberikan pasangan elektronnya untuk membentuk ikatan barudengan substrat, sehingga dihasilkan suatu produk.

| . | |– C+ + : Nu- – C : Nu atau – C -Nu

| | |karbonium Nukleofil(substrat) negatif produk

| . | |– C+ + : Nu –C : Nu+ atau – C - Nu+

| | |karbonium Nukleofil(substrat) netral produk

4.2.2 Latihan 2 :Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan belajar-

2 kerjakanlah latihan berikut ini!1. Jelaskan perbedaan teori ikatan delokal dan lokalisasi2. Ion nitrat, NO3

-, mengandung tiga ikatan N-O yang ekuivalen. Tuliskanlahstruktur resonansi untuk ion nitrat .

26

3. Buatlah struktur resonansi dari fenol dan alkohol. Jelaskan mana yang lebih stabil.

4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan hiperkonyugasi.

5. Jelaskan mengapa atom C tersier lebih stabil dari atom C sekunder, dan atom Csekunder lebih stabil dari atom C primer.

6. Bubuhkan panah pergeseran elektron untuk struktur resonansi dari senyawa (a)pirimidina dan (b) ion asetat

N

N N

N

(a) (b) CH3C - 0

O

-

-O

CH3C - 0

4.2.3 Petunjuk Jawaban Latihan1. Ikatan delokal adalah ikatan yang menggambarkan bahwa elektron pi pada ikatan

rangkap dapat bergerak bebas di dalam molekul, sehingga ikatan rangkapnyaterkonyugasi, contohnya pada cincin benzena (C6H6). Ikatan lokal adalah ikatanpada elektron pi tidak bebas bergerak, dimana ikatan rangkapnya terisolasi(karena ada hibridisasi C sp3 diantara ikatan rangkap).

2. NO3-

+

O

O

NO O N

O

O

+

-

-- -

-

-+

O

O

NO

3. Fenol lebih stabil dari alkohol, karena pada gugus fenol terjadi resonansi. Semakinbanyak struktur resonansi suatu gugus molekul semakin stabil molekul tersebut.

1. Hiperkonyugasi adalah tumpang tindih parsial antara orbital sp3– s (ikatan C– H)dengan orbital kosong dari karbon yang bermuatan positip.

2. Karbokation tersier lebih stabil dari sekunder dan primer karena dipengaruhi olehbeberapa hal yaitu (a) efek induksi, (b) bantuan sterik, dan (c) hiperkonyugasi.

5.

N

N N

N

(a) 12

3

]

27

(b ) CH3C 0

O

-

-O

CH3C 0

1 2

4.2.4 RangkumanIkatan kovalen adalah hasil tumpang tindih dua orbital atom untuk

membentuk orbital molekul ikatan berenergi rendah dalam mana dua elektronberpasangan.

Kelektronegatifan adalah ukuran kemampuan atom untuk menarik elektronluarnya atau elektron valensi atom lain sehingga dapat membentuk ion negatif.

Momen dipol adalah jumlah vektor dari momen ikatan dalam molekul,karena dalam hal ini menyangkut arah dan besaran momen ikatan, sehinggamomen dipol merupakan ukuran kepolaran molekul secara keseluruhan. Momendipol dapat digunakan untuk membantu menentukan bentuk geometri molekul.

Efek hiperkonyugasi terjadi karena interaksi elektron dari ikatan karbon-hidrogen dengan elektron dari ikatan rangkap atau karbokation C+.

Ion karbonium merupakan ion karbon yang bermuatan positif (C+), faktoryang mempengaruhi kestabilan ion karbonium adalah halangan sterik,hiperkonyugasi, efek induksi dan resonansi.

Reaksi yang dapat terjadi pada ion karbonium ialah pembebasan proton,adisi, pembebasan halida. Kestabilan ion karbonium adalah: tersier > sekunder >primer > CH3

+.

4.2.5 Tes Formatif 2Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan singkat tapi jelas1. Karbokation mana yang paling stabil di antara karbokation di bawah ini?

a. (CH3)3C+ b. CH3CH2+ c. (CH3)2CH+ d. (CH3 CH2)2CH+

2. Gambarkan struktur resonansi dari :a. ion fenoksida C6H5O–b. kation benzil C6H5–

3. Tuliskan bentuk penataan ulang daria. (CH3)3CH2

+

b. (CH3 )2 CH2 CH+ CH3

4. Tuliskan persamaan reaksi untuk menunjukkan pemisahan heterolitik untukmolekul berikut:

a. (CH3)3CHBr b. CH3CH2 Li c. CH2 - CH2 d. (CH3 )3CH – O – CH(CH3)2\ /

O5. Piperazina adalah suatu obat cacing, sedangkan Piperazina suatu senyawa

aromatik yang digunakan sebagai pelarut

28

a.

N

NHHN b.

Piperazina Piridina

(1) Gambarkan rumus strukturnya secara lengkap berdasarkan Lewis(2) Apakah hibridisasi dari masing-masing atom dalam cincin

6. Apakah yang menyebabkan karbokation tersier lebih stabil bila dibandingkandengan sekunder

7. Ion manakah pada pasangan berikut yang lebih stabil. Jelaskan jawaban Andadengan struktur!

CH - CH3 +

a) dan+

CH2 - CH2

b) CH3- CH2 - +CH – CH3 dan CH2 = CH +CHCH3

8. Jelaskan mengapa momen dipol CCl4 μ = 0, sedangkan ikatan antara C-Clμ =1,46 D!

5. Kunci Jawaban Tes Formatif5.1 Tes Formatif 11). Ikatan sp3 – sp3 (simak kembali uraian materi)2). Ikatan sp2 – p3). Ikatan sp2 – sp2

4) Persentase sifat s pada sp3 adalah 25%5) Ikatan kovalen (simak kembali mengenai materi ikatan kimia)6) H2O7) Jumlah hiperkonyugasinya hanya satu8) Stabil ( Jawaban sudah cukup jelas)

5.2 Tes Formatif 21). (CH3)2CH+

2). Untuk menjawab soal nomor 2a dan 2b silahkan simak kembali uraian materi,3a) (CH3)3CH+ CH2 3b) (CH3)3C+ CH2CH34). Momen dipol C-Cl = 1,4 D, karena antara atom C dan Cl memiliki perbedaan

elektronegatifitas yang cukup tinggi (En. Cl > En C), sehingga elektron Ccenderung ditarik ke arah Cl; C-Cl. Sedangkan μ CCl4 = O, karena momenikatannya saling meniadakan.

C

Cl

Cl

Cl

Cl

Σ μ = 0

29

..5 a) (CH3)2CHBr (CH3) +CH + :Br: -

..

b) CH3CH2Li CH3CH2 : - + Li+

c) O/ \

CH2 – CH2+ CH2 – CH2

..d) (CH3)2CH–O–CH(CH3)2 (CH3)2CH–O: + +CH (CH3)2

..6.

C C

N

CC

N

H

H

H

H

H

H H

H H

H

sp3 -sp3 sp3- s

sp3

sp3sp3- s

--sp2 sp2

sp2

- ssp2sp2-sp2

HH

H

H

H

C C

N

C

sp2-

C

C

Piperizina Piridina

7. Karbokation tersier lebih stabil dibandingkan sekunder

H CH3| |

CH3 – C + CH3 – C +

| |CH3 CH3

sekunder tersier

Alasan:●tersier memiliki 9 hiperkonyugasi sedangkan sekunder 6●halangan sterik tersier lebih besar dari pada sekunder

8. a) Bentuk lebih stabil, karena muatan positip dapat distabilkandengan delokalisasi dengan cincin (resonansi).

+CH - CH3

+

CH - CH3 + CH - CH3CH - CH3

+- -- --

--

a) Bentuk CH2 = CH - +CH – CH3 lebih stabil, karena muatan positip mengalami

30

delokalisasi (resonansi) dengan ikatan rangkap.+ +

CH2=CH – CH–CH3 CH2=CH – CH–CH3

Daftar Pustaka1. Allinger, N. L. et. al, 1976., Organic Chemistry, 2nd edition, Worth Printing, Inc.,

New York2. Eliel, E. I., 1981., Stereochemistry of Carbon Compounds, Tata Mc Graw-Hill

Publishing Company Ltd., New Delhi3. H. Hart/Suminar Achmad; (1987), Kimia Organik, Suatu Kuliah Singkat. Jakatra:

Penerbit Erlangga.4. Morrison & Boyd, 1970., Organic Chemistry, 2nd. Ed., Worth Publishers, Inc.5. R. J. Fessenden, J. S. Fessenden/A. Hadyana Pudjaatmaka (1986). Kimia Organik,

terjemahan dari Organic Chemistry, 3rd Edition), Erlangga, Jakarta6. Sykes, Peter., (1989)., Penuntun Mekanisme Reaksi Kimia Organik, Gramedia, Jakarta7. Solomons, T. W., 1982., Fundamentals of Organic Chemistry., John Willey & Sons. Inc.,

Canada.8. Wahyudi/Ismono., (2000)., Kimia Organik 3, Depdikbud, Jakarta9. Warren, Stuart., ( 1994), Sintesis Organik Pendekatan Diskoneksi, Gadjah Mada

University Press, Jokyakarta.

31