TUGAS TERSTRUKTUR III & IV KIMIA ORGANIK 1

TUGAS TERSTRUKUR III & IV 

11.      Megapa reaksi bersaing antara subtitusi dan eliminasi bisa terjadi? Jelaskan! 

         jawab:

     

       Reaksi substitusi merupakan suatu reaksi dimana satu atom, ion atau gugus disubstitusikan (diganti) dengan atom, ion atau gugus lain. Reaksi substitusi terdiri dari reaksi substitusi nukleofil (SN) dan reaksi substitusi elektrofil (SE).

Jika suatu alkil halida dengan satu hidrogen yang melekat pada karbon bersebelahandengan karbon pembawa halogen bereaksi dengan nukleofili, dapat terjadi dua lintasan reaksi yang bersaing yaitu substitusi dan eliminasi. H | | Substitusi (S) −C – C – Nu + X- H | | |2 |1 −C–C–X + Nu: - | | Eliminasi (E) C=C + Nu – H + X- Dalam reaksi substitusi, nukleofili menggantikan halogen X. dalam reaksi eliminasi,nukleofili bertindak sebagai basa dan mengambil proton dari karbon-2, yakni karbon di sebelahatom karbon yang membawa halogen X. halogen X dan halogen hidrogen dari atom karbon darisebelahnya dieliminasikan, dan satu ikatan baru (ikatan pi) terbentuk diantara karbon-1 dan -2.Lambag E digunakan untuk menunjukan proses eliminasi. Oleh karena dalam hal ini hidrogenhalida dieliminasi, reaksinya disebut dehidrohalogenasi. Reaksi eliminasi merupakan cara yangberguna untuk membuat senyawa dengan ikatan rangkap atau rangkap tiga. Ada dua mekanisme utama untuk reaksi elminasi yang disebut sebagai E2 dan E1.Mekanime yang terjadi adalah:

 Mekanisme E2 Mekanisme E2 merupakan proses satu langkah. Nukleofili yang bertindak sebagai basa, mengambil proton (hydrogen) pada atom karbon di sebelah atom karbon pembawa gugus pergi. Pada waktu yang sama, gugus pergi meninggalkan tempat dan ikatan rangkap terbentuk. Pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan yang terjadi sewaktu berlangsungnya reaksi E2 ditunjukkan dengan panah lengkung berikut:Nu:- ikatan pi H Nu – H C−C E2 C C L L: - Konformasi yang disukai untuk substrat pada reaksi E2 juga pada reaksi di atas. Atom-atom H-C-C-L terletak pada satu bidang datar, dengan H dan L pada kedudukan anti.Kemudahan ini beralasan sebab ikatan C-H dan C-L berkedudukan sejajar pada konformasi ini.Kesejajaran ini diperlukan untuk membentuk ikatan pi yang baru sewaktu ikatan C-H dan C-Lputus.

 Mekanisme E1 Mekanisme E1 merupakan proses dua langkah dan lankah pertamanya sama seperti pada mekanisme SN1, yaitu ionisasi substrat yang menentukan laju (lambat) untuk menghasilkan karbokation. H H | | Lambat | | −C – C – L −C – C+ + : L- | | | | Substrat karbokation Dengan demikian ada dua reaksi yang mungkin untuk karbokation. Karbokation dapat bergabung dengan nukleofili (proses SN1), atau dapat kehilangan satu proton dari atom karbon di sebeleh karbon positif missal ditunjukkan oleh panah lengkung dan menghasilkan alkena (proses E1). H H Nu: - C – C – Nu SN1 | | −C – C+ – | | -H+ C=C + H+ E1 Karbokation.

Mekanisme E2 juga memerlukan basa. Akan tetapi, pergantian posisi basa dan eliminasi gugus lepas berlangsung secara serentak dan tidak menghasilkan zat antara ionik. Berbeda dengan eliminasi E1, konfigurasi stereokimia yang berbeda dapat dihasilkan dalam reaksi yang memiliki mekanisme E2 karena basa akan lebih memfavoritkan eleminasi proton yang berada pada posisi-anti terhadap gugus lepas. Oleh karena kondisi dan reagen reaksi yang mirip, eliminasi E2 selalu bersaing dengan substitusi S_N2. Kebalikan dari reaksi eliminasi adalah reaksi adisi. Pada reaksi adisi, ikatan rangkap dua atau rangkap tiga diubah menjadi ikatan rangkap tunggal. Mirip dengan reaksi substitusi, ada beberapa tipe dari adisi yang dibedakan dari partikel yang mengadisi. Contohnya, pada adisi elektrofilik hidrogen bromida, sebuah elektrofil (proton) akan mengganti ikatan rangkap ganda dan membentuk karbokation, lalu kemudian bereaksi dengan nukleofil (bromin). Karbokation dapat terbentuk di salah satu ikatan rangkap tergantung dari gugus yang melekat di akhir. Konfigurasi yang lebih tepat dapat diprediksikan dengan aturan Markovnikov. Aturan Markovnikov mengatakan: "Pada adisi heterolitik dari sebuuah molekul polar pada alkena atau alkuna, atom yang mempunyai keelektronegatifan yang besar, maka akan terikat pada atom karbon yang mengikat atom hidrogen yang lebih sedikit."

 Gugus alkil bersifat pendonor electron dibandingkan hidrogen. Maka gugus alkil cenderung menetralkan muatan positif parsial pada karbon karbonil, lalu menurunkan reaktivitasnyaterhadap nukleofili. Keton memiliki dua gugus alkil sedangkan aldehida hanya memiliki satu gugus alkil.

Reaksi substitusi nukleofilik dan substitusi elektrofil dapat terjadi pada senyawa alifatis dan senyawa aromatis. Elektrofil merupakan sesuatu yang tertarik pada elektron. Dan karena tertarik oleh daerah negatif, elektrofil harus merupakan sesuatu yang membawa muatan positif penuh atau memiliki sedikit muatan positif disuatu daerah padanya.Eten dan alkena yang lain diserang oleh elektrofil. Elektrofilik H∞+  Br∞-, biasanya ujung yang sedikit lebih positif (∞+) dari sebuah molekul seperti hidrogen bromida (HBr). Reaksi substitusi nukleofil merupakan suatu reaksi dimana satu atom, ion atau gugus molekul organik disubstitusikan (digantikan) dengan suatu nukleofil. Adapun faktor  –  faktor yang mempengaruhi reaksi substitusi sama halnya dengan reaksi eliminasi antara lain struktur alkil halide, leaving group X- ,dan nukleofilik atau basa. Alkil halida adalah turunan hidrokarbon di mana satu atau lebih hidrogennya diganti dengan halogen. Tiap-tiap hidrogen dalam hidrokarbon potensil digantikan dengan halogen, bahkan ada senyawa hidrokarbon yang semua hidrogennya dapat diganti. Senyawa terfluorinasi sempurna yang dikenal sebagai fluorokarbon, cukup menarik karena kestabilannya pada suhu tinggi. Pada reaksi substitusi, atom atau gugus atom yang terdapat dalam suatu molekul digantikan oleh atom atau gugus atom lain. Reaksi substitusi umumnya terjadi pada senyawa yang jenuh (semua ikatan karbon-karbon merupakan ikatan tunggal), tetapi dengan kondisi tertentu dapat juga terjadi pada senyawa tak jenuh.

Contoh:

Halogenasi hidrokarbon (penggantian atom H oleh halogen)

Substitusi Reaksi substitusi nukleofilik etil bromida bereaksi dengan ion hidroksida menghasilkanetil alkohol dan ion bromida. HO- + CH3CH2 – Br H O 2 CH3CH2 – OH + Br – Etil bromida etanol Ion hidroksida adalah nukleofili yang bereaksi dengan substrat (etil bromida) danmenggantikan ion bromida. Ion bromida dinamakan gugus pergi (leaving group). Dalam reaksijenis ini, satu ikatan kovalen terputus, dan satu ikatan kovalen baru terbentuk. Dalam contoh ini,ikatan karbon-bromin putus dan ikatan karbon-oksigen terbentuk. Gugus pergi (bromida)mengambil kedua elektron dari ikatan-ikatan bromin dan nukleofili (ion hidroksida) memasokkedua electron untuk ikatan karbon-oksigen yang baru. Gagasan ini merupakan generalisasi dari persamaan di bawah ini untuk reaksi substitusinukleofilik: Nu: + R : L R : Nu+ + : L- (a) Nukleofili netral substrat produk gugus pergi Nu: - + R : L R : Nu + : L- (b) Nukleofili (anion) substrat produk gugus pergi Bila nuklleofili dan substrat bersifat netral (a), produk akan bermuatan positif. Bilanukleofili berupa ion negatif dan substratnya netral (b), maka produknya akan netral. Hal iniberarti pasangan elektron bebas pada nukleofili memasok elektron untuk ikatan kovalen yangbaru. Reaksi ini dapat reversible karena gugus pergi juga memiliki pasangan elektron bebas yangdapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Nukleofili dapat digolongkan berdasarkan jenis atom yang membentuk ikatan kovalenbaru. Nukleofili yang sering dijumpai adalah oksigen, nitrogen, sulfur, halogen, dan karbon.Contohnya:

Pada reaksi eliminasi, molekul senyawa berikatan tunggal berubah menjadi senyawa berikatan rangkap dengan melepas molekul kecil. Jadi, eliminasi merupakan kebalikan dari adisi. Reaksi E2 (eliminasi bimolekular) ialah reaksi eliminasi alkil halida yang paling berguna. Reaksi E2 alkil halida cenderung dominan bila digunakan basa kuat, seperti –OH dan –OR, dan temperatur tinggi. Secara khas reaksi E2 dilaksanakan dengan memanaskan alkil halida dengan K+ -OH / Na+ -OCH2CH3 dalam etanol.

Reaksi E2 berjalan tidak lewat suatu karbokation sebagai zat-antara, melainkan berupa reaksi serempak (concerted reaction) yakni terjadi pada satu tahap, sama seperti reaksi SN2.Basa membentuk ikatan dengan hidrogen Elektron-elektron C-H membentuk ikatan pi Brom bersama sepasang elektronnya meninggalkan ikatan sigma C-Br.

    Struktur keadaan transisi dalam reaksi satu tahap ini adalah : Dalam reaksi E2, seperti dalam reaksi E1, alkil halida tersier bereaksi paling cepat dan alkil halida primer paling lambat. (Bila diolah dengan suatu basa, alkil halide primer biasanya begitu mudah bereaksi substitusi, sehingga sedikit alkena terbentuk).

Efek isotop kinetik Sekelumit bukti eksperimen yang membantu orang memahami mekanisme E2 ialah perbedaan dalam laju eliminasi antara alkil halide berdeuterium dan tak berdeuterium. Perbedaan dalam laju reaksi antara senyawa yang mengandung isotop yang berbeda disebut efek isotop kinetik.

Contoh:

Eliminasi air (dehidrasi) dari alkohol. Apabila dipanaskan dengan asam sulfat pekat pada suhu sekitar 1800C, alkohol dapat mengalami dehidrasi membentuk alkena.

 

Untuk membedakan ketiga jenis reaski di atas dapat dilakukan dengan melihat ciri2nya yang dengan mudah akan teramati :

·         Pada reaksi subtitusi ruas kanan dan ruas kiri tidak terdapat ikatan rangkap atau bila di ruas kiri ada ikatan rangkap maka ruas sebelah kanan masih ada ikatan rangkap tersebut.

·         sedangkan pada reaksi adisi mempunyai ciri ruas sebelah kanan (sebelum reaksi) terdapat ikatan rangkap sedangkan di ruas sebelah kiri (setelah reaksi) ikatan rangkap tersebut hilang atau berkurang dari rangkap 3 menjadi rangkap 2. 

·         kemudian pada reaksi eliminasi mempunyai ciri2 kebalikan dari reaksi adisi, yakni di ruas sebelah kiri tidak ada ikatan rangkap kemudian di ruas sebelah kanan menjadi ada ikatan rangkapnya.

2. Alkohol dapat diubah menjadi eter atau sebaliknya. Jelaskan mengapa sifat kedua senyawa tersebut berbeda kontras? berikan contohnya.

Jawab:

Sifat fisik alkohol dan eter

a.       Titik didih Telah disebut sebelumnya bahwa alkohol dan eter dianggap sebagai air.

Hubungan ini menjadi jelas, terutama pada homolog yang lebih rendah, jika kita membicarakan tentang sifat-sifat fisik dan kimia alkohol. Ingat bahwa semua alkana –metana, etana, dan propana- merupakan gas dan tidak larut dalam air. Sebaliknya alkohol –metanol, etanol, dan propanol merupakan cairan dan larut dalam air. Penggantian satu atom hidrogen dengan gugus hidroksil menyebabkan perubahan besar pada kelarutan dan keadaan fisik. Perbedaan tersebut merupakan akibat dari kemampuan mengikat hidrogen pada alkohol. Pengikatan hidrogen yang menyebabkan daya tarik menarik intermolekular antar molekul-molekul alkohol. Bahkan homolog yang teringan merupakan cairan pada suhu ruang. Alkohol dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, sehingga homolog yang lebih rendah larut dalam air. Titik didih alkohol yang relatif tinggi merupakan akibat langsung dari daya tarik intermolekular yang kuat. Ingat bahwa titik didih adalah ukuran kasar dari jumlah energi yang diperlukan untuk memisahkan suatu molekul cair dari molekul terdekatnya. Jika molekul terdekatnya melekat pada molekul tersebut sebagai ikatan hidrogen, dibutuhkan energi yang cukup besar untuk memisahkan ikatan tersebut. Barulah kemudian molekul tersebut dapat terlepas dari cairan menjadi gas.

 pada alkohol Pada alkohol gugus alkil tidak membentuk ikatan hidrogen sehingga satu molekul terikat hanya dengan dua molekul alkohol yang lain.

Energi yang dibutuhkan untuk memisahkan tiga atau empat ikatan molekular lebih besar daripada dua ikatan molekular, oleh sebab itu energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air lebih besar. Sedangkan pada eter kedua alkil yang terikat pada oksigen tidak dapat membentuk ikatan hidrogen sehingga eter mempunyai titik didih yang lebih kecil dibanding alkohol.

Kelarutan Untuk lebih memahami kelarutan alkohol dan eter dalam air, lakukan percobaan kelarutan alkohol dan eter. Polaritas dan ikatan hidrogen merupakan faktor yang menentukan besarnya kelarutan alkohol dan eter dalam air. Dalam membahas kelarutan, kita menggunakan prinsip “like dissolves like” yang berarti pelarut molar melarutkan zat terlarut polar dan pelarut non polar melarutkan zat terlarut non polar. Tetapi prinsip tersebut tidak berlaku untuk semua kasus. Semua alkohol adalah polar tetapi tidak semua alkohol dapat larut dalam air. Alkohol dengan massa molekul rendah dapat larut dalam air dengan baik. Kelarutan dalam air ini lebih disebakan oleh ikatan hidrogen antara alkohol dan air. Semakin panjang rantai karbon semakin kecil kelarutannya dalam air. Eter tidak dapat membentuk ikatan hidrogen antara molekul- molekulnya, karena tidak ada hidrogen yang terikat pada oksigen. Tetapi jika dicampur dengan air eter dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air. karena ikatan hidrogen dengan H2O inilah maka kelarutan dietil eter hampir sama dengan 1-butanol. Kelarutan alkohol dan eter dalam air Nama Rumus kelarutan (g/100 mL) Metanol Etanol 1-propanol 1-butanol dietil eter CH3OH CH3CH2OH CH3CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2OCH2CH3 Tak terhingga Tak terhingga Tak terhingga 8,3 8,0.

Dehidrasi alkohol (pelepasan air) biasanya terjadi apabila asam sulfat pekat berlebih dicampurkan dalam alkohol dan memanaskan campuran tersebut hingga 180oC. Gugus hidroksil akan terlepas dan atom hidrogen dari carbon terdekatnya juga terlepas, membentuk alkena. C C H H H OH H H C C H H H H + HOHH2SO4pekat, 180o C Asam berlebih Pada kondisi lain, yaitu penambahan sedikit asam sulfat pekat dan pemanasan dilakukan pada suhu 140oC, maka akan terbentuk eter.  Pada reaksi ini melibatkan dua molekul alkohol. Alkohol pertama melepaskan gugus hidroksil dan alkohol kedua melepaskan atom hidrogen. C C H H H H OH H C C H H O H H H C C H H H H O H H C H H C H H H HOH H2SO4pekat,140 o C Alkohol berlebih + + b. Oksidasi alkohol Oksidasi alkohol telah anda pelajari pada saat membedakan alkohol primer, sekunder dan tersier.

Reaksi alkohol dengan Na atau K Alkohol kering (tidak mengandung air) dapat bereaksi dengan logam Na atau K sehingga atom H dari gugus OH digantikan dengan logam tersebut sehingga terbentuk Na-alkoholat. R OH2 + 2 Na 2 R ONa + H2 Alkohol Na-alkoholat C2H5 OH2 + 2 Na 2C2H5 ONa + H2 etanol Natrium etanolat Jika terdapat air maka alkoholat terurai kembali menjadi alkohol + NaOH. C2H5 OH +C2H5 ONa + H2O NaOH d. Esterifikasi Alkohol dengan asam alkanoat dapat membentuk ester.  Reaksi ini disebut dengan reaksi esterifikasi. HOHCH3 C O OCH2 CH3HO+ CH2CH3 +CH3 C O OH Asam etanoat etanol etil asetat (suatu ester) e. Sifat kimia eter Eter bersifat inert seperti halnya alkana, eter tidak bereaksi dengan aksidator, reduktor maupun basa. Karena sifat inilah eter banyak digunakan sebagai pelarut organik.

Alkohol yang mempunyai dua gugus hidroksil disebut alkohol dihidrat, dan yang mempunyai tiga gugus hidroksil disebut alkohol trihidrat.

Alkohol dihidrat sering disebut glikol. Yang paling penting dari jenis ini adalah etilen glikol. Nama IUPAC dari etilen glikol adalah 1,2-etanadiol. Senyawa ini merupakan bahan utama pada campuran antibeku permanen untuk radiator kendaraan bermotor. Etilen glikol adalah cairan yang manis, tak berwarna dan agak lengket. Karena keberadaan dua gugus hidroksil, maka ikatan intermolekul hidrogen menjadi lebih besar. Oleh sebab itu etilen glikol mempunyai titik didih yang tinggi (198oC) dan tidak menguap jika dipakai sebagai anti beku. Etilen gikol juga mudah bercampur dengan air. Suatu larutan 60% etilen glikol dalam air tidak membeku sampai suhunya turun hingga -49oC . Etilen glikol juga digunakan pada pembuatan fiber poliester (dacron) dan film magnetik (mylar) yang digunakan untuk pita pada kaset dan komputer, Etilen glikol agak beracun. Seperti halnya metanol, tingkat keracunannya dikarenakan proses metabolisme dalam tubuh. Enzim hati mengoksidasi etilen glikol menjadi asam oksalat: CH2 OH CH2 OH Enzim hati CHO C O OH O etilen glikol asam oksalat.  Sifat-sifat fisik ester , Molekul-molekul ester bersifat polar namun tidak mampu membentuk ikatan hidrogen intermolekuler satu dengan yang lain. Karenanya ester mempunyai titik didih yang lebih rendah daripada asam karboksilat isomernya. Seperti yang dapat diduga titik didih ester terletak antara keton dan eter dengan massa molar yang sebanding. Karena molekul-molekul ester dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul-molekul air, ester dengan massa molar rendah larut dalam air. Ester yang memiliki tiga hingga lima atom karbon larut dengan baik dalam air. Tabel 3 menunjukkan sifat-sfifat fisik beberapa ester yang umum dijumpai. Sifat kimia Larutan asam karboksilat dalam air bersifat asam. larutan tersebut dapat mengubah lakmus biru menjadi merah.Semua asam karboksilat dapat bereaksi dengan larutan NaOH, Na2CO3 dan NaHCO3.

Kegunaan dan dampak dari penggunaan Alkohol Dan Eter Metanol Dalam industri metanol diubah menjadi formaldehid atau digunakan untuk mensintesa bahan kimia lain. Metanol digunakan sebagai pelarut dan sebagai bahan bakar bersih. Metanol mungkin juga mempunyai kegunaan baru dalam bidang pertanian. Pada awal tahun 1990-an Arthur Nonomura, seorang ilmuan yang menjadi petani, menemukan bahwa dalam kondisi panas menyemprotkan larutan cairan metanol pada beberapa tumbuhan dapat menggandakan tingkat pertumbuhannya dan mengurangi kebutuhan air hingga separuhnya. Nonomura menyadari bahwa pada saat-saat panas dipertanian beberapa tumbuhan menjadi layu. Berdasarkan risetnya sebagai ilmuwan ia menyemprot beberapa tumbuhan dengan larutan metanol yang sangat encer. Tumbuhan yang disemprot tidak lagi layu dan tumbuh lebih besar pada tingkat yang lebih cepat daripada tumbuhan yang tidak disemprot. Akan tetapi metanol akan efektif dalam kondisi panas atau terkena sinar matahari dan untuk tumbuhan kapas, gandum, strawberi, melon dan mawar. Kegunaanya dapat terlihat jelas, hasil tanaman lebih banyak dan lebih cepat, penggunaan air lebih efisien, dan tidak diperlukannya pestisida. Tidak seperti alkohol pada minuman, metanol tetap beracun meskipun dalam jumlah kecil. Gejala keracunan metanol adalah kebutaan karena metanol menyerang syaraf penglihatan; juga dapat berakibat kematian. etanol Pada kebanyakan orang dewasa metabolisme tubuh dapat mencerna sejumlah kecil etanol dengan tingkat keracunan yang rendah. Etil alkohol pada umumnya disebut alkohol padi-padian atau alkohol minuman karena dapat dihasilkan dari fermentasi gula alam dan tepung yang dihidrolisa yang terdapat pada anggur dan padi-padian.

•          Sifat Eter

Sifat-sifat eter adalah sebagai berikut.
Pada suhu rendah mudah menguap dan uapnya mudah terbakar.
Sukar larut dalam air dan berbau khas.
Titik didihnya lebih rendah daripada alkohol yang jumlah atom C-nya sama.
Tidak bereaksi dengan logam Na / K.
Tidak bereaksi dengan PCl3 / PCl5.
Dapat diuraikan oleh asam halogenida (HX) menjadi alkil halogenida dan alkohol.
Eter dapat melarutkan lemak, minyak, resin, alkaloid, bahkan zat-zat anorganik seperti misalnya brom, iod, dan beberapajenis garam

•    Membedakan Alkohol dengan Eter

Alkohol dan eter merupakan isomer fungsi dengan rumus umum CnH2n+2O. Namun demikian, kedua homolog ini mempunyai sifat-sifat yang berbeda nyata, baik sifat fisis maupun sufat kimia. Alkohol mempunyai titik cair dan titik didih yang jauh lebih tinggi daripada eter yang sesuai. Hal itu terjadi karena gugus fungsi alkohol (-OH) bersifat polar dan menyebabkan adanya ikatan hidrogen antarmolekul alkohol, sedangkan eter bersifat kurang polar dan tidak terdapat ikatan hidrogen.
Perbedaan yang cukup nyata juga tampak pada kelarutannya dalam air. Kelarutan alkohol dalam air jauh lebih besar daripada eter. Hal ini juga berkaitan dengan gugus fungsi alkohol yang bersifat polar. Antara alkohol dan air dapat membentuk ikatan hidrogen.
Metanol dan etanol larut sempurna dalam air. Kelarutan alkohol berkurang seiring dengan bertambah panjangnya rantai karbon. Hal itu terjadi karena rantai alkil merupakan gugus yang nonpolar, sehingga interaksi dengan air makin lemah. Hal yang serupa terjadi pada eter, tetapi kelarutan eter jauh lebih kecil.
Secara kimia, alkohol dan eter dapat dibedakan berdasarkan reaksinya dengan logam natrium dan fosforus pentaklorida.
Alkohol bereaksi dengan logam natrium membebaskan hidrogen, sedangkan eter tidak bereaksi.
Alkohol bereaksi dengan PCl5 menghasilkan gas HCl, sedangkan eter bereaksi tetapi tidak menghasilkan HCl.