1 - (45) pengikatan dan isomerisme (baru)

1. Pengikatan dan Isomersime1. Pengikatan dan Isomersime

2. Alkana dan Sikloalkana2. Alkana dan Sikloalkana

3. Alkena dan Alkuna3. Alkena dan Alkuna

4. Benzena dan Aromatisitas4. Benzena dan Aromatisitas

5. Stereokimia5. Stereokimia

6. Senyawa Organohalogen6. Senyawa Organohalogen

7. Alkohol, Fenol, Eter, dan Epoksida7. Alkohol, Fenol, Eter, dan Epoksida

Materi UTSMateri UTS

KIMIA ORGANIK LAYANAN

Materi UASMateri UAS8. Aldehida, Keton, dan Asam 8. Aldehida, Keton, dan Asam

KarboksilatKarboksilat 9. Turunan Asam karboksilat dan 9. Turunan Asam karboksilat dan AminaAmina10. Karbohidrat10. Karbohidrat 11. Lipid11. Lipid 12. Asam amino, peptida, dan protein 12. Asam amino, peptida, dan protein

Buku ajar:

Hart H, Craine LE, Hart DJ. 2003. Kimia Organik: Suatu Kuliah Singkat. Ed ke-11. Achmadi SS, penerjemah. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Organic Chemistry: A Short Course.

PENGIKATAN DAN ISOMERISME

Bagian Kimia OrganikDepartemen Kimia FMIPA

IPB

Budi Arifin, SSi

IKATAN KIMIA

Sukrosa (gula pasir) meleleh pada 185 oC, tetapi NaCl (garam

dapur) baru meleleh pada 801 oC.

Metil butirat berbau seperti apel, sementara propil asetat, yang

atom-atomnya sama, beraroma-persik.

Kunci untuk memahami struktur

berbagai jenis bahan beserta

sifat fisis, dan perilaku kimianya.

IKATAN KIMIA

IKATAN KIMIA

+–

–

–

INTIATOM

KULITATOM

ELEKTRON VALENSI

ELEKTRON TERAS

Z = nomor atom

= proton (+) di dalam inti

= elektron (–) di sekitar inti pada atom netral.

A = nomor massa

= proton & neutron (netral) di dalam inti.

XAZ

IKATAN KIMIA

Dalam kulit atom, elektron terpusat pada beberapa orbital;

daya tampung maks. 2 e per orbital.

Jenis dan jumlah orbital pada setiap kulit berbeda-beda.

Nomor kulit

Jumlah orbital di setiap jenisJumlah elektron jika kulit penuhs p d

1

2

3

1

1

1

0

3

3

0

0

5

2

8

18

Nomor atom UnsurJumlah elektron di setiap orbital

1s 2s 2p 3s 3p

1

2

H

He

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

2

2

2

2

2

2

2

2

1

2

2

2

2

2

2

2

1

2

3

4

5

6

11

12

13

14

15

16

17

18

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

6

6

6

6

6

6

6

6

1

2

2

2

2

2

2

2

1

2

3

4

5

6

IKATAN KIMIA

Hanya elektron valensi yang berperan penting dalam ikatan.

H

Li B C NBe O F Ne

He

Na Al Si PMg S Cl Ar

G. N. Lewis (1916):

Atom-atom berikatan agar susunan elektronnya sangat stabil

seperti gas mulia (lembam):

IKATAN KIMIA

makin elektronegatif

mak

in e

lek

tro

ne

ga

tif

IKATAN KIMIA

1. Pengalihan satu atau lebih elektron valensi dari satu atom ke

atom lainnya: IKATAN IONIK (E > 1,7).

Cl + e- Clx

Contoh:

Na• → Na+ + e- kehilangan 1 elektron valensi

memperoleh 1 elektron valensi

Na + Cl NaCl (senyawa ionik biner)

[Atom elektropositif (umumnya logam)]

[Atom elektronegatif (umumnya nonlogam)]

IKATAN KIMIA

2. Penggunaan bersama pasangan elektron valensi (IKATAN

KOVALEN).

Cl + Cl Cl Cl

elektrontakberpasangan

elektronnonikatan

elektronberpasangan

atau Cl Cl

Ikatan kovalen biasa (E = 0)

IKATAN KIMIA

Latihan:

1. Tuliskan skema pembentukan molekul F2 dari dua atom F.

H Cl+ ClH H Cl+

atau H Cl

(2,2) (3,0) molekul polar( = muatan parsial)

Ikatan kovalen polar (0 < E < 1,7)

2. Nyatakan polarisasi ikatan pada struktur (a) CH3OH, (b) PCl3,

(c) CCl2F2, dan (d) HCN.

IKATAN KOVALEN ATOM KARBON

CAtom karbon ( ) sangat sukar kehilangan semua elektronnya

(menjadi C4+) atau mengambil 4 elektron (menjadi C4–).

Atom C lazim berikatan kovalen dengan atom lain.

C HH

HH atau CH

H

H

H C ClCl

ClCl atau CCl

Cl

Cl

Cl

Garis = ikatan tunggal; Titik = elektron bebas

(rumus titik-elektron Lewis).


Ikatan kovalen dapat pula terjadi dengan atom C lain dalam

jumlah hampir tak terbatas katenasi.

CH

HH C H

H

H

atau H C

H

H

C

H

H

H Cl C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

Cl

Jejari atom C > H

Panjang ikatan C–C (1,54 Å) > C–H (1,09 Å) > H–H (0,74 Å)

Ikatan C–C lebih mudah diputus (energi ikatan = 88 kkal mol-1).


Atom karbon juga dapat berikatan kovalen majemuk (rangkap-

dua atau -tiga).

O C O H C N C CH

H

H

HH C C H

Latihan:

1. Gambarkan rumus titik-elektron untuk

(a) diklorometana (CH2Cl2) (b) formaldehida (H2CO)

2. Panjang ikatan Cl–Cl ialah 1,98 Å. Mana yang lebih panjang,

ikatan C–C atau C–Cl?

VALENSI

Jumlah ikatan yang dapat dibentuk oleh atom unsur, biasanya

= e yang diperlukan untuk melengkapi kulit valensi.

Misalnya, atom O (6 elektron valensi) memiliki valensi 2.

Latihan:

1. Gambarkan struktur C3H4 yang memiliki valensi 1 untuk setiap

hidrogen dan 4 untuk setiap karbon.

2. Berdasarkan valensi setiap atom, tuliskan struktur untuk

(a) CH5N (b) CH4O

ISOMERISME

Isomer:

Dua atau lebih senyawa dengan rumus molekul yang sama

(jumlah & jenis atom serta BM-nya sama)

1. Isomer struktural (konstitusional):

urutan atom-atom yang diikat (rumus struktur)

berbeda.

2. Isomer ruang (stereoisomer):

strukturnya sama, tetapi berbeda konfigurasi di dalam ruang.

ISOMER

ISOMER STRUKTURAL

STEREOISOMER(ISOMER RUANG)

pola ikatanberbeda

pola ikatansama

susunan dalamruang berbeda

ISOMER KERANGKA

ISOMER POSISI

ISOMER FUNGSIONAL(METAMER)

TAUTOMER

berdasarkanstruktur

berdasarkan

kemudahahuntuk saling

dipertukarkan

ENANTIOMER

DIASTEREOMER

KONFORMER(ROTAMER)

ISOMER KONFIGURASI(ISOMER GEOMETRI)

ISOMER

ISOMER STRUKTURAL

STEREOISOMER(ISOMER RUANG)

pola ikatanberbeda

pola ikatansama

susunan dalamruang berbeda

ISOMER KERANGKA

ISOMER POSISI

ISOMER FUNGSIONAL(METAMER)

TAUTOMER

berdasarkanstruktur

berdasarkan

kemudahahuntuk saling

dipertukarkan

ENANTIOMER

DIASTEREOMER

KONFORMER(ROTAMER)

ISOMER KONFIGURASI(ISOMER GEOMETRI)

ISOMERISME

ISOMERISME

(a) Isomer kerangka:

CH3CH2

CH2CH2

CH3 CH3CH

CH2CH3

CH3

CH3 C

CH3

CH3

CH3

(b) Isomer posisi (kedudukan):

CH3CH

CH2CH3

Cl

CH3CH2

CH2CH2Cl CH3

CH2NH

CH2CH3

CH3NH

CH2CH2

CH3

(c) Isomer fungsional (metamer):

CnH2n: alkena dan sikloalkana

CH2CH

CH3 H2C CH2

H2C

HC C CH3

CnH2n–2: alkuna, sikloalkena, diena

HC CH

H2C H2C C CH2

ISOMERISME

CnH2n+2O: alkohol, eter

ISOMERISME

Isomer Sifat fisik Sifat kimia

CH3CH2OHCairan tak berwarna

(td 78,5 oC)

Reaksi dengan logam Na

menghasilkan gas H2

CH3OCH3

Gas tak berwarna

(td –23,6 oC)

Tidak bereaksi dengan

logam Na

CnH2nO2: asam karboksilat, ester

COH

O

CH3CH2 CH3 C

O

OCH3 H C

O

OCH2CH3

(d) Tautomer:

berbeda hanya pada posisi proton dan ikatan rangkap,

misalnya bentuk keto dan enol (Bab IX).

ISOMERISME

CnH2nO: aldehida, keton, alkenol, sikloalkohol, sikloeter

CH

O

CH3CH2

CH3 C

O

CH3

CH2 CHCH2OH

CH3CH CHOH

H2C CH

H2C

OHH2C

CH2

CH2

O

H2C CH

O

CH3

PENULISAN RUMUS STRUKTUR

Contoh 1: Gambarkan struktur semua isomer dari C5H12.

(1) Rumus struktur lengkap: semua ikatan digambarkan

H C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H C

H

H

C

H

H

C

H

C

C

H

H

H

H

H

H

H

C C

C

C

C

H HH

H HH

H

H

H

H

H

H

(2) Rumus struktur singkat: ikatan C–H tidak digambarkan

CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3

CH3

CH3 C

CH3

CH3

CH3

CH3(CH2)3CH3 (CH3)2CHCH2CH3 (CH3)4C

(3) Rumus garis: ikatan C–C digambarkan sebagai garis


Contoh 2:

H C

H

H

C

Cl

Cl

C

H

H

H CH3CCH3

Cl

Cl Cl

Cl

CH3CCl2CH3

Contoh 3:

CH3C

CH2

CH2CH3 C C

H

H

H

CH H

C

H

H

C

H

H

H

atau


MUATAN FORMAL

Atom manakah pada H3O+ yang bermuatan positif?

Langkah 1: Gambarkan rumus struktur lengkapnya:

(a) Atom pusat ialah yang valensinya terbesar.

(b) Setiap atom memiliki 2 atau 8 e val (oktet). H O

H

H

+

Langkah 2: Hitung muatan formal setiap atom:

Muatan formal = V – (M + ½ I)

V = e val pada atom netral

M = e bebas I = e ikatan

Setiap atom H:

V = 1, M = 0, dan I = 2 MF = 1 – (0 + ½ 2) = 0

Atom O:

V = 6, M = 2, dan I = 6 MF = 6 – (2 + ½ 6) = +1

Jadi, atom O yang mengemban muatan positif pada H3O+.

Contoh lain:

(1) OH: O H MF O = 6 – (6 + ½ 2) = –1

MF H = 1 – (0 + ½ 2) = 0

Jadi, atom O yang bermuatan negatif.

MUATAN FORMAL

(2) NH4+: MF N = 5 – (0 + ½ 8) = +1

MF setiap H = 1 – (0 + ½ 2) = 0

Jadi, atom N yang bermuatan positif.

H N

H

H

H

+

H N H

(3) NH2: MF N = 5 – (4 + ½ 4) = –1

MF setiap H = 1 – (0 + ½ 2) = 0

Jadi, atom N yang bermuatan negatif.

MUATAN FORMAL

Struktur dengan muatan formal yang lebih kecil dan dengan

pemisahan muatan lebih sedikit akan lebih stabil.

Struktur ion karbonat, CO32, akan mengandung 2 ikatan C–O

dan 1 ikatan C=O:

RESONANSI

C OO

O

2 MF C = 4 – (0 + ½ 8) = 0

MF O = 6 – (4 + ½ 4) = 0 (untuk C=O)

MF O = 6 – (6 + ½ 2) = –1 (untuk C–O)

Jadi, muatan negatif terbagi di antara kedua atom O yang

berikatan tunggal akan terdapat 3 struktur yang susunan

atomnya sama, tetapi berbeda susunan elektronnya.

RESONANSI

C OO

OC O

O

OC O

O

O

Struktur kanonik resonansi (lambang panah dua-mata):

Perpindahan pasangan elektron:

panah lengkung dari posisi awal elektron ke kedudukan akhirnya:

C OO

OC O

O

OC O

O

O

Struktur yang benar ialah rerata dari ketiganya:

struktur hibrida resonansi

C OO

O

2Panjang ikatan karbon-oksigen identik: 1,31 Å

orde ikatan 1⅓ (pertengahan antara panjang

ikatan C=O (1,20 Å) dan C–O (1,41 Å)

Dua muatan formal negatif tersebar secara merata pada ketiga

atom oksigen muatan setiap atom O –⅔.

RESONANSI

Contoh lain:

(1) Ion nitrat, NO3:

N OO

ON O

O

ON O

O

O

(2) Ion asetat, CH3CO2:

RESONANSI

CH3 CO

OCH3 C

O

O

TEORI ORBITAL MOLEKUL

Teori Lewis memiliki beberapa keterbatasan, terutama dalam

menjelaskan geometri molekul secara tiga dimensi

teori orbital molekul

Ikatan terbentuk dari tumpang-tindih orbital atom menjadi

orbital molekul.


Tumpang-tindih n orbital atom menghasilkan n orbital molekul.

Dua orbital atom orbital molekul ikatan dan antiikatan.

Setiap orbital molekul maksimum berisi 2 elektron.

Dalam orbital molekul ikatan, kedua elektron ini menempati

ruangan di antara kedua inti.


Orbital s bersifat multiarah (multidirectional), sedangkan orbital

p bersifat ekaarah (unidirectional):

Tumpang-tindih 2 orbital s selalu muka-ke-muka, menghasilkan

orbital sigma () ikatan

Orbital p bisa bertumpang tindih muka-ke-muka, menghasilkan

orbital , atau sisi-ke-sisi, membentuk orbital pi () ikatan

Tumpang-tindih yang melibatkan orbital p bisa juga terlarang

(forbidden) secara simetri, jika terjadi pada titik simpul.

+


+


Konfigurasi elektron 6C: 1s2 2s2 2px1 2py

1

Atom C membentuk 2 ikatan (untuk memenuhi orbital

2p yang setengah terisi) atau barangkali 3 ikatan (jika 2

elektron lagi disumbangkan ke orbital 2p yang kosong).

Fakta:

Atom C biasanya membentuk 4 ikatan tunggal (CH4 atau CCl4).

Promosi 1 elektron 1s2 2s1 2px1 2py

1 2pz1

Fakta:

Keempat ikatan tunggal yang dibentuk atom C sama panjang.

2p

2s

Promosi

elektron

Hibridisasi

(1 orbital s + 3 orbital p)

Keadaan dasar(ground state)

Keadaan tereksitasi

Energi

4 orbital hibrida sp3

Hibridisasi 1 orbital s dan 3 orbital p 4 orbital hibrida sp3,

masing-masing mengandung 1 elektron valensi.

Energinya identik: 2s < sp3 < 2p.



Bentuk orbital sp3 seperti orbital p, tetapi cupingnya tak simetris.

Elektron cenderung ditemukan pada cuping yang lebih panjang.

Keempat orbital hibrida sp3 dari 1 atom C mengarah ke sudut-

sudut tetrahedron beraturan (109,5o).


Tumpang-tindih antarorbital hibrida atau antara orbital hibrida

dan orbital atom yang tak terhibridisasi, membentuk ikatan .


Pada molekul metana (CH4), misalnya, atom karbon diikatkan ke

setiap atom hidrogen melalui ikatan sp3-s:

PENGGOLONGAN SENYAWA ORGANIK

Senyawa asiklik: tidak mempunyai cincin.

OH

Senyawa karbosiklik:

memiliki cincin dari sejumlah atom karbon.

HO

H

H3C

CH3

H

H H

HH3C

H

kolesterol

O

NH2


Senyawa heterosiklik: (golongan senyawa organik terbesar)

Di dalamnya sekurang-kurangnya 1 atom penyusun cincin

merupakan heteroatom, yaitu atom yang bukan karbon.

N

N

CH3

nikotin

O O

kumarin

N

N NH

N

NH2

adenin


Struktur Golongan Senyawa

Contoh spesifik

Alkana

Alkena

Alkuna

Arena(aromatik)

Alkil halida (organohalogen)

CH2Cl2, CHCl3

CH3-CH3C C

C C

C C

C X

H2C CH2

HC CH



Contoh spesifik

Alkohol CH3CH2OH

Fenol

Tiol

(Merkaptan)CH3SH

Eter CH3CH2OCH2CH3

Epoksida

(Oksirana)

C O C

OH

O

C OH

OH

C SH

O


C C

O

C

C

O

H

C

O

OH

C S C

C

O

X

CH3 C

O

OH

CH3 C

O

CH3

CH3 C

O

Cl


Contoh spesifik

Sulfida

(Tioeter)(CH2=CHCH2)2S

Aldehida H2C=O

Keton

Asam karboksilat

Asil halida

(Halida asam)


C

O

O CCH3 C

O

OCH2CH3

C N

C

O

NH2

C

O

O C

O

C NH2

H C

O

NH2

CH3 C

O

O C

O

CH3

CH

C NCH2


Contoh spesifik

Anhidrida asam

Ester

Amida primer

Nitril (sianida)

Amina primer CH3CH3NH2

1 - (45) pengikatan dan isomerisme (baru)

Documents