of 56/56
BAB 10. MOLEKUL-MOLEKUL ORGANIK 10.1 PENGIKATAN DAN STRUKTUR DALAM MOLEKUL-MOLEKUL ORGANIK 10.2 PENGILANGAN MINYAK BUMI DAN HIDROKARBON 10.3 SENYAWA HIDROKARBON 10.4 PENGGOLONGAN MOLEKUL ORGANIK MENURUT GUGUS FUNGSI DAN SINTESIS ORGANIK 10.5 REAKSI KHAS SENYAWA ORGANIK

BAB 10. MOLEKUL-MOLEKUL ORGANIK - IPB University

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of BAB 10. MOLEKUL-MOLEKUL ORGANIK - IPB University

Slide 110.2 PENGILANGAN MINYAK BUMI DAN HIDROKARBON
10.3 SENYAWA HIDROKARBON
10.4 PENGGOLONGAN MOLEKUL ORGANIK MENURUT GUGUS FUNGSI DAN SINTESIS ORGANIK
10.5 REAKSI KHAS SENYAWA ORGANIK
10.1 PENGIKATAN DAN STRUKTUR DALAM MOLEKUL-MOLEKUL ORGANIK
1. IKATAN DALAM MOLEKUL ORGANIK ETANA (C2H6)
H C
H
H
C
H
H
H
• JUMLAH ELEKTRON TERLIBAT = (2 x 4) + (6 x 1) = 14 • HIBRIDISASI sp3
• TETRAHEDRAL
⇒ HIDROKARBON JENUH
H
H
H
H
• JUMLAH ELEKTRON TERLIBAT = (2 x 4) + (4 x 1) = 12 • HIBRIDISASI sp2
• TRIGONAL PLANAR jumlah ikatan sigma (σ) = 5 jumlah ikatan pi (π) = 1
⇒ HIDROKARKON TAK JENUH
2. ISOMERISME
PROPILENA DAN SIKLOPROPANA MEMPUNYAI RUMUS MOLEKUL SAMA (C3H6) TETAPI STRUKTUR BERBEDA
Contoh 10.1 Tuliskan empat rumus struktur yang merupakan
isomer dari (C4H8)
Penyelesaian H3C CH CH CH3H2C CH CH2 CH3 cis atau trans
H2C C CH3 CH3
CH3
- enantiomer - atom C nomor 2 adalah atom kiral atau pusat kiral
3. MOLEKUL TERKONYUGASI
Hidrokarbon tak jenuh dengan ikatan rangkap dua sebanyak:
dua disebut diena tiga disebut triena banyak disebut poliena
Diena terkonyugasi : C=C–C=C misal benzena (C6H6)
setiap atom karbon terhibridisasi sp2
orbital p → orbital π
1. PROSES PEMBENTUKAN MINYAK BUMI
Hasil peluruhan tumbuhan, hewan, pelapukan kulit bumi, dan semua yang ada di atasnya yang dibawa oleh air laut dan kemudian mengendap.
Proses pembentukan minyak dan gas bumi membutuhkan waktu yang lama serta mencara dan megolahnya menjadi bahan bakarpun dibutuhkan biaya yang sangat mahal.
Komponen minyak bumi adalah hidrokarbon jenuh seperti alkana (n-heptana, isooktana), sikloalkana (metil siklo- pentana dan etil sikloheksana), hidrokarbon aromatik (benzena dan metil benzena) dan senyawaan lain seperti belerang, oksigen, organo logam serta hidrokarbon tak jenuh.
2. PENYULINGAN MINYAK BUMI
Destilasi bertingkat berdasarkan perbedaan titik didih
Minyak mentah dipanaskan sampai sekitar 400oC, dan uapnya naik ke Kolom fraksinasi yang tinggi.
Tabel 1. Fraksi Minyak Bumi
Kisaran Td oC
Manfaat
< 20 Gas C1 sampai C4 pemanas, memasak, bahan baku petrokimia
20-200 nafta; bensin langsung
C5 sampai C12 bahan bakar; fraksi ringan (seperti petroleum eter, td 30-60oC) yang juga digunakan sebagai pelarut di laboratorium
200-300 kerosene (minyak tanah)
C12 sampai C15 bahan bakar
300-400 minyak bakar C15 sampai C18 minyak pemanas di perumahan, minyak diesel
>400 > C18 minyak lumas, gemuk, malam paraffin, aspal
Metode cracked: fraksi dengan titik didih lebih tinggi dikertak oleh kalor dan katalis (silika dan alumina) menghasilkan produk dengan rantai karbon yang lebih pendek dan karenanya titik didihnya lebih rendah.
Metode alkilasi: mengkonversi hidrokarbon berbobot molekul rendah menjadi hidrokarbon yang sedikit lebih besar yang mendidih dalam kisaran bensin.
Bensin atau premium kualitasnya ditentukan oleh bilangan oktan Bilangan oktan adalah efisiensi pembakaran yang tinggi. Zat tambahan (aditif) juga diperlukan ke dalam bensin untuk mengurangi ketukan atau knocking mesin dan menaikkan bilangan Isooktannya, misalnya: tetraetil timbal. Bahan aditif lainnya: benzena, etanol, t-butilalkohol, dan t-butilmetil eter.
10.3 SENYAWA HIDROKARBON
senyawa karbon yang hanya terdiri atas atom-atom karbon dan hidrogen
jenuh (alkana)
Hidrokarbon siklik
Perbedaan utama : ikatan kimia yang terjadi pada strukturnya
Perbedaan lain No Paramater Alkana Alkena Alkuna 1. Rumus umum *) CnH2n+2 CnH2n CnH2n-2
2. Ikatan Tunggal C-C Rangkap dua C=C Rangkap tiga C≡C
Jumlah atom yang melekat pada atom C
4 (tetrahedral) 3 (trigonal planar) 2 (linear)
rotasi Bebas Terbatas Terbatas Sudut ikatan 109,5o 120o 180o
Panjang ikatan 1,54 A 1,34 A 1,20 A 3. Sifat kimia Tak reaktif Agak reaktif Reaktif
4. Sifat fisik Tak larut air Sedikit larut air Agak larut air Wujud zat Jumlah C<5 gas Jumlah C<5 gas Gas
Jumlah C≥5 cair Jumlah C≥5 cair Cair Titik didih untuk BM ≈ sama
Rendah, dalam deret homolog bertambahnya CH2 naik 30oC
Agak tinggi, dalam deret homolog bertambah-nya CH2 naik 30oC
Tinggi, dalam deret homo-log bertam- bahnya CH2 naik 30oC
5. Isomeri (struktur dengan rumus molekul sama tetapi kerangka berbeda)
Kerangka Kerangka, geometri (cis dan trans)
Kerangka
2. HIDROKARBON AROMATIK poliena yang berbeda dari alkena, dan digolongkan sebagai arena. senyawa aromatik di dalam minyak bumi : toluena dan xilena.
CH3
CH3
CH3
Kumpulan senyawa benzena, toluena, xilena BTX, dlm minyak bumi untuk sintesis polimer. Kemajuan penting dalam pengilangan minyak bumi ialah pengembangan reaksi reformasi atau reaksi pembentukan kembali yang memproduksi aromatik BTX dari alkana berantai lurus yang mengandung jumlah atom karbon yang sama.
10.4 PENGGOLONGAN MOLEKUL ORGANIK MENURUT GUGUS FUNGSI DAN SINTESIS ORGANIK
Gugus fungsi : tempat terjadinya reaksi kimia
Struktur Golongan senyawa
alkena etilena, digunakan untuk membuat polietilena
alkuna asetilena, digunakan dalam pengelasan
arena benzena, bahan baku untuk polistirena dan fenol
alkohol CH3CH2OH etil alkohol, terdapat di dalam bir, anggur, dan minuman beralkohol
C C
C C
H3C CH3
H2C CH2
Struktur Golongan senyawa
eter CH3CH2OCH2CH3 dietil eter, dulu sering digunakan sebagai anestetik
aldehida formaldehida, digunakan untuk mengawetkan spesimen biologis
keton aseton, pelarut untuk vernis dan semen karet
asam karboksilat
asam asetat, salah satu komponen cuka
ester etil asetat, pelarut untuk cat kuku dan lem model pesawat mainan
amina primer CH3CH2NH2 etilamina, berbau seperti amonia
nitril akrilonitril, bahan baku untuk membuat orion
C O
amida primer
tiol (juga disebut merkaptan)
tioeter (juga disebut sulfida)
1. ALKOHOL, FENOL, DAN TIOL
Etil alkohol (C2H5OH) - hasil fermentasi anaerob darii karbohidrat tumbuhan - digunakan secara luas dalam rumah tangga sebagai pelarut berbagai obat- obatan dan kosmetika, merupakan ‘alkohol’nya minuman beralkohol. Di industri, pembuatan etanol melalui reaksi hidrasi langsung pada etilena pada suhu 300-400o dan tekanan 60-70 atm dan katalis asam fosfat.
H2C CH2 H3PO4
Isopropil alkohol [(CH3)2CHOH)] - alkohol gosok yang umum, digunakan sebagai larutan 70% dalam air
karena sifat antibakterinya. Sintesis melalui reaksi hidrasi antara propilena dengan air (H2O) dan katalis asam sulfat.
H3C CH CH2 H2SO4
+ H2O
Metil alkohol (CH3OH) dibuat dari gas sintesis yang menggunakan suhu rendah 300oC dan tekanan tinggii 250-300 atm, merupakan pelarut yang digunakan secara luas dalam industri. Reaksi gas sintesis: CO(g) + 2 H2(g) → CH3OH (g)
Dalam tatanama IUPAC, alkohol ditunjukkan dengan akhiran –ol
H3C CH CH2 OH OH
H3C CH2 CH2 CH2 CH3
2-pentanol 1-butanol
Penggolongan alkohol
H3C CH2 CH2 OH H3C CH CH3
OH H3C C CH3
1-propanol 2-propanol 2-metil-2-propanol
Titik didih etanol yang tinggi (79o) bila dibandingkan dengan propana (-42o), kecenderungan molekul alkohol untuk bergabung satu sama lain melalui ikatan hidrogen.
C O H
ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen sangat lemah (kira-kira 5 kkal/mol, atau 20 kj/mol) bila dibandingkan dengan ikatan kovalen
Tabel 2. Sifat Fisik Alkohol
Nama Rumus tl, oC td, oC Kerapatan, g/ml 20o
Kelarutan g/100g
1-butanol CH3(CH2)3OH -90 117 0,810 7,9
1-pentanol CH3(CH2)3CH2OH -79 138 0,817 2,3
1-heksanol CH3(CH2)4CH2OH -52 157 0,819 0,6
1-dekanol CH3(CH2)8CH2OH 6 228 0,829
Ket: - ikatan hidrogen - makin tinggi BM → titik didih ↑
Nama Rumus tl, oC td, oC Kerapatan, g/ml 20o
Kelarutan g/100g
2-propanol (isopropil alkohol
2-metil-propanol (isobutil alkohol)
2-butanol (sek- butil alkohol)
2-metil-2-propanol (tert-butil alkohol
(CH3)3COH 26 82 0,789 ∞
Gugus hidroksil pada atom karbon dari lingkar benzena, dikenal sebagai fenol. Fenol ditinjau secara terpisah dari alkohol karena sifat kimianya agak berbeda.
Perbedaan: keasaman. Fenol memiliki nilai Ka 1 x 10-10, jauh lebih besar Ka alkohol 10-16 sampai 10-18.
Sintesis fenol sangat berbeda dengan sintesis alkohol.
C
H
fenol aseton
Sintesis fenol merupakan zat cair bertitik didih tinggi atau zat padat dengan bau khas yang menusuk. Fenol dan kresol (hidroksitoluena) berasal dari ter arang, dan digunakan dalam obat-obatan.
OH OH OH
OH
OH
OH
CH3
Tiol : alkohol yang atom O diganti S. CH3SH CH3CH2SH Metanatiol Etanatiol (td 6o) (td 35o)
Tiol mempunyai titik didih hampir sama dengan titik didih hidrokarbon Sifat tiol yang menyolok adalah bau tidak enak.
2. ETER DAN TIOETER
H3C CH2 CH2 CH2 CH3O 1 2 3 4 5 6
H3C CH CH3O 1234
Eter penting adalah dietil eter (CH3CH2-O-CH2CH3) pelarut yang berguna untuk reaksi organik seperti dalam pembuatan reagen Grignard (R-Mg-X) digunakan sebagai anestesi.
H3C CH2 OH HO CH2 CH3 H2SO4 H3C CH2 CH2 CH3O+ + H2O
Sintesis eter komersial metode Williamson
H3C Cl + H3C O CH3 CH3O + Cl
Apabila oksigen merupakan atom dalam lingkar segitiga, eter siklik ialah oksirana atau oksasiklopropana
H2C CH2 O2 H2C CH2
O
O
O
Metoksimetana (Dimetileter)
Zat dengan satu atau lebih atom halogen terikat pada C
H3C Cl Br
Cl Cl
bromobenzena 2,4-dikloropentana
jarang ditemukan di alam. Sintesis → reaksi antara alkana dengan halogen (kecuali iodin) yang dipanaskan atau dipaparkan pada cahaya.
CH4 + Cl2 (250-400)oC atau cahaya
CH3Cl + HCl metana klorin klorometana hidrogen
klorida
Propagasi :
Terminasi :
Nama Rumus tl, oC td, oC Kerapatan, g/ml 20o
Klorometana (Metil klorida)
Klorometana (Metil klorida)
CH3NH2 (CH3)2NH (CH3)3N (CH3)4N+I-
metanaamina (1o) (dimetilamina) trimetilamina tetrametil (metil amina) (2o) (3) amonium iodida
Sebagian besar amina berbobot molekul rendah berupa gas atau zat cair mudah menguap
Tabel 5. Sifat Fisik Amina
Nama Rumus tl, oC td, oC
Metanamia (Metilamina) CH3NH2 -94 -7
Etanamina (Etilamina) CH3CH2NH2 -81 17
1-Propanamina (Propilamina) CH3CH2CH2NH2 -83 49
1-Butanamina (Butilamina) CH3CH2CH2CH2NH2 -50 78
BM ↑ → td ↑
Etanamina (Etilamina) CH3CH2NH2 -81 17
N-Etiletanamina (Dietilamina) (CH3CH2)2NH -50 56
N,N-Dietiletanamina (Trietilamina)
Amina yang gugus aminonya dirangkaikan pada atom karbon lingkar benzena: aniline. Sintesis aniline:
NO2 Fe HCl
H3C CH2 C CH2
O CH3 C CH2
H3C C O
Antaraksi molekul yang berkaitan dengan kepolaran gugus karbonil mengakibatkan titik didih aldehida dan keton > titik didih hidrokarbon berbobot molekul yang sebanding.
etanol (asetaldehida)
Oksidasi akohol primer →aldehida oksidasi alkohol sekunder → keton.
N N HCrO3ClCrO3 + HCl +
Nama Rumus tl, oC td, oC Kerapatan, g/ml 20o
Metanal (Formaldehida) CH2O -92 -21 0,815
Etanal (asetaldehida) CH3CHO -121 21 0,783
Propanal (Propionaldehida)
2-Propenal (Akrolein) CH2=CHCHO -87 53 0,841
Benzenakarbaldehida (Benzaldehida)
2-Butanon (Metil etil keton)
CH3COCH2CH3 -86 80 0,805
H
OH
Imbuhan kata asam di depan dan akhiran –oat (Tatanama IUPAC)
(CH3)2CHCH2CH2C OH
O COOH
asam 4-metilpentanoat asam benzena karboksilat (asam benzoat)
Asam karboksilat merupakan zat cair atau zat padat dengan titik didih yang jauh lebih tinggi daripada hidrokarbon berbobot molekul yang sebanding.
membentuk ikatan hidrogen, baik intra- maupun antar- molekul
Tabel 7. Sifat Fisik beberapa Asam Karboksilat
Nama Rumus tl, oC td, oC Kerapatan g/ml 20o
Metanoat (format) HCO2H 8 101 ∞
Etanoat (asetat) CH3CO2H 17 118 ∞
Propanoat (propionat) CH3CH2CO2H -21 141 ∞
Butanoat (butirat) CH3(CH2)2CO2H -4 164 ∞
2-metilpropanoat (isobutirat)
Sintesis asam karboksilat yang lazim di industri
H3C C O
OH+ 1/2 H2
asetaldehida asam asetat
I Rh CO
H3C C O
O C6H5
Reaksi pembuatan vinil asetat
O O CH CH2+ + 1/2 O2 + H2O
Tabel 8. Sifat Fisik Ester
Nama Rumus tl, oC td, oC
Metilmetanoat (metilformat) HCO3CH3 -99 32
Metil etanoat (Metil asetat) CH3CO2CH3 -98 57
Etil etanoat (etil asetat) CH3CO2CH2CH3 -84 77
Butil etanoat (Butil asetat) CH3CO2(CH2)3H3 -78 127
Metil propanoat (Metil propionat) CH3CH2CO2CH3 -88 78
Metil butanoat (Metil butirat) CH3(CH2)2CO2CH3 -85 103
Etil benzenakarboksilat C6H5CO2CH2CH3 -35 215
10.5 REAKSI KHAS SENYAWA ORGANIK PROSES PEMBENTUKAN DAN PEMUTUSAN IKATAN PADA ATOM KARBON REAKSI KHAS ORGANIK : ADISI, SUBSTITUSI, DAN ELIMINASI.
1. REAKSI ADISI terjadi pada senyawa tak jenuh, ikatan rangkap dua dan tiga karbon-karbon, dan rangkap dua karbon- oksigen
CH3C CH
CH3(CH2)5CH CH2
CH3C CH
Br2/CCl4
Adisi brom biasanya merupakan reaksi cepat dan sering digunakan sebagai uji kualitatif untuk mengidentifikasikan ikatan rangkap dua atau rangkap tiga.
CH3CH2CH CH2
CH3C O
C C
C C
C C R
asetal (aldehid) ketal (keton)
2. REAKSI SUBSTITUSI Suatu reaksi substitusi terjadi bila sebuah atom atau gugus yang berasal dari pereaksi menggantikan sebuah atom atau gugus dari molekul yang bereaksi.
CH3CH2 OH
+ Cl2 + HCl
(1) reaksi substitusi pada sebuah atom karbon jenuh. (2) dua atom hidrogen dari pereaksi diganti untuk memberikan campuran
produk isomer. (3) substitusi dari sebuah atom karbon tak jenuh. Substitusi juga terjadi pada
ikatan rangkap dua karbon-oksigen (karbonil) senyawa golongan asam karboksilat karena mengandung gugus pergi yang berkemampuan baik.
C O
Nu + L
C N
Substitusi Nukleofilik pada alkil halida (R-X) Substrat Nu- (anion) Produk R – X OH- R – OH alkohol
-OR’ R – O – R’ eter R C N nitril
Nu- (netral)
H
H
R OH alkohol
R OR' eter
R NH R'
R'OH
R C O O
R C OR' O
R C N O
1. Asam asetat dapat dibuat melalui oksidasi asetaldehida (CH3CHO). Gambarkan diagram Lewis untuk molekul asam asetat.
2. Tuliskan rumus struktur untuk senyawa di bawah ini: a. 2,3 dimetilpentana
b. 3,4-dimetil-2-heptuna
c. 5,6-dietil-3,3,7-trimetil-2-nonanol
3. Tuliskan rumus struktur untuk trans dan cis 3-heptena
4. Tuliskan nama yang benar untuk hidrokarbon berikut: a. CH2=C(CH3)C(CH3) =CH2 b. (CH3)2C=CH2 c. CH3CH=CH–CH=CH–CH3 d. (CH3)2C=CHC(Br)=CHCH=CHCHO e. CH3CH(OH)CH2CH2CH3
5. Tunjukkan struktur yang merupakan isomer satu dengan yang lainnya a. CH3CH2CH2CH2CH2CH3 b. (CH3)2CHCH2CH2CH2CH3 c. CH3CH2C(CH3)(CH2CH3)CH2CH3 d. 2,2-dimetilbutana