Isomeri Struktur Senyawa Hidrokarbon dan Sistim Nomenklatur

Isomeri Struktur Senyawa Hidrokarbon dan

Sistim Nomenklatur

A.    Sistim Nomenklatur

Sistem berasal dari bahasa Latin (systēma) dan bahasa Yunani (sustēma) adalah suatu kesatuan yang terdiri komponen atau elemen yang dihubungkan bersama untuk memudahkan aliran informasi, materi atau energi untuk mencapai suatu tujuan. 

Tata nama atau nomenklatur (bahasa Inggris: nomenclature) berasal dari bahasa Latin : nomen untuk penamaan atau calare bagi sebuah penyebutan dalam bahasa Yunani: ονοματοκλήτωρ yang berasal dari kata όνομα atau onoma yang sama berarti dengan bahasa Inggris kuno :nama dan bahasa Jerman kuno : namo adalah merujuk pada persyaratan, sistem prinsip-prinsip dasar, prosedur dan persyaratan yang berkaitan dengan penamaan yang dapat merupakan pembakuan kata atau frasa penugasan untuk objek tertentu. 

System Nomenklatur adalah suatu penamaan bagi penyebutan senyawa hidrokarbon yang telah ditetapkan secara internasional  oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).

Ada 3 proses penamaan pada senyawa hidrokarbon:

1.       Parent (Induk) adalah senyawa induk yang diidentifikasikan dengan rantai terpanjang

2.       Prefix adalah Cabang suatu gugus fungsi atau alkil.

Contohnya, alkohol

3.       Sufix adalah suatu gugus fungsi

Penamaan alkana bercabang dapat dilakukan dengan mengikuti tiga langkah berikut:

1)      Memilih rantai induk, yaitu rantai terpanjang yang mempunyai cabangterbanyak.

2)      Penomoran, dimulai dari salah satu ujung, sehingga cabang mendapat nomor terkecil.

3)      Penulisan nama, dimulai dengan nama cabang (cabang-cabang) sesuai dengan urutan abjad, kemudian diakhiri dengan nama rantai induk. Posisi cabang dinyatakan dengan awalan angka. Antara angka dengan angka dipisahkan dengan tanta koma(,), sedangkan antara angka dengan huruf dipisahkan tanda jeda (-)

B.    Isomer Struktural

Isomer Struktur adalah rumus molekul sama tetapi rumus strukturnya berbeda. Ini berarti sifat kimia dan sifat fisikanya juga berbeda.

1.       Isomer Posisi

Isomer Posisi adalah isomer yang disebabkan letak gugus fungsinya berbeda tetapi kerangka dan gugus fungsinya sama.

Contoh:

2.       Isomer Rantai

Isomer Rantai adalah senyawa yang mempunyai rumus molekul dan gugus fungsi sama tetapi rantai induknya berbeda. Ini berarti, penamaan ulang rantai karbon.

Contoh:

3.       Isomer Gugus Fungsi

Isomer gugus fungsi adalah dua senyawa yang mempunyai rumus kimia yang sama tetapi gugus fungsinya yang berbeda.

Contoh:

C.     Isomer pada Alkana

Isomer adalah peristiwa di mana suatu senyawa karbon mempunyai  rumus molekul sama tetapi struktur berbeda.

Contoh

Senyawa dengan rumus molekul C₄H₁₀ mempunyai dua struktur yang berbeda, yaitu:

Atau jika diungkapkan dalam bentuk model molekul

Perbedaan antara senyawa n-butana (baca: normal butana) dengan metil propana adalah pada kerangka rantai karbonnya. Rantai n-butana tidak bercabang, sedangkan metil propana rantainya bercabang pada atom C-2. Perbedaan struktur kedua senyawa tersebut mengakibatkan kedua sifat, di mana titik didih n-butana adalah -0,4^oC sedangkan titik didih metil propana adalah -11,6^oC.

Semakin banyak jumlah atom karbon penyusun alkana, semakin banyak jumlah isomer alkana -nya.

Tabel: Jumlah isomer alkana dari beberapa senyawa

Tabel berikut menunjukan perbedaan titik didih dan titik lebur dari isomer senyawa heksana.

Tabel: titik didih dan titik lebur isomer heksana (C₆H₁₄)

KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK OLEH AGUSTININGSIH AMIR

KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK

OLEH AGUSTININGSIH AMIR

1.      Senyawa Rantai Terbuka (Senyawa Alifatik)

Dalam senyawa rantai terbuka, gugus-gugus yang terikat pada ikatan sigma dapat berotasi mengitari ikatan tersebut. Oleh karena itu atom-atom tersebut pada molekul rantai terbuka dapat mengasumsikan berbagai macam posisi secara relatip gugus yang satu terhadap yang lain. Misalnya senyawa sederhana etana, dapat memiliki banyak isomer konformasi. Isomer konformasi adalah senyawa-senyawa yang memiliki rumus molekul, rumus bangun, sifat kimia, dan sifat fisika yang sama tetapi berbeda posisi gugusnya secara ruang akibat rotasi bebas melalui ikatan tunggal. Untuk menggambarkan konformasi dapat digunakab dua tipe formula yaitu tipe flying wedge drawing dan proyeksi Newman. 

Sebelumnya digambar secara proyeksi Fischer lebih dahulu. Gambar Metana dan Etana secara proyeksi Fischer.

Rumus molekul CH₄ dan C₂H₆

Garis mendatar berarti ikatan keluar bidang menuju si peninjau. Sedangkan garis ke atas berarti ikatan keluar  bidang menuju miring ke atas menjauhi si peninjau dan garis ke bawah berarti keluar bidang miring ke bawah menjauhi si peninjau.

Senyawa rantai terbuka disebut juga sebagai senyawa alifatik. Alifatik berasal dari bahasa Yunani aleiphar yang berarti lemak, sebagaimana senyawa ini sebelumnya diperoleh dari lemak hewani atau nabati, atau memiliki sifat seperti lemak.

Senyawa alifatik dibagi menjadi dua:

a.    Senyawa alifatik rantai lurus (tidak siklik)

Misal: Metana, Etana, Propana, Butana

Susunan atom-atom yang berbeda dalam suatu ruang yang diakibatkan rotasi bebas melalui ikatan tunggal dinamai Konformasi.

Adanya rotasi bebas melalui ikatan tunggal C-C peroleh konformasi  Etana dengan rumus bangun yang berbeda sebagai berikut:

Gambaran rumus bangun etana diubah kedalam proyeksi Newman menjadi sebagai berikut. Atom karbon yang mengikat atom hidrogen berwarna berada dekat dengan si peninjau. 

Gambaran proyeksi Newman Etana, dengan memutar kekiri 120⁰ atom hidrogen yang berwarna hijau kearah merah, merah ke biru , dan biru ke hijau, akan memeperoleh dua molekul konformer dimana kedua molekul tersebut sama persis atau sama lain hanya berbeda akibat rotasi bebas melalui ikatan tunggal C-C. Kedua molekul tersebut dikenal sebagai sepasang isomer konformasi. Konformasi tersebut juga disebut konformasi staggered. 

Konformasi staggered lebih stabil dibanding eclipsed, karena interaksi hidrogen-hidrogennya lebih kecil. 

b.    Senyawa alifatik siklik (alisiklik/sikloalkana)

Sikloalkan terdiri atas cincin dengan unit CH2 mempunyai rumus umum (CH₂) atau CnH₂n.

            

 Berturut dari lingkar tiga ke lingkar lima senyawa semakin  stabil, karena tegangan sudut makin mengecil. Pada lingkar 6 terdapat dua bentuk konformasi, yaitu bentuk kursi yang stabil (konformasi staggered) dan bentuk kapal (konformasi Eclips) yang tidak stabil.

            Senyawa alisiklik dengan berbagai macam ukuran lingkar ada di dalam alam. Contoh asam krisantemat, mengandung lingkar tiga siklopropan. Asam ini bersifat pembunuh insektisida, terdapat dalam bunga krisantemum.

Prostaglandin, misal PGE, mengandung cincin lingkar lima siklopentana. Prostaglandin merupakan hormonepoten yang mengontrol fungsi fisiologis dilatasi bronki, dan penghambatan sekresi asam lambung manusia, terdapat dalam platelet agregat. 

Kortison, mengandung 4 cincin yang bergabung bersama-sama, tiga darinya merupakan lingkar 6 (sikloheksana) dan sat lingkar lima (siklopentan).

2.      Senyawa Rantai Tertutup (Senyawa Aromatik)

Gugus-gugus fungsi dalam tabel 6 bila disubstitusikan pada senyawa aromatik akan memberikan sifat-sifat yang berbeda (misal benzena, benzaldehida, toluena) dll.

Senyawa hasil isolasi dari sumber alam di antaranya hormon estron, morfin mempunyai cincin aromatik. Contoh senyawa sintetik yang juga merupakan bagian dari aromatik adalah diazepam (valium) suatu obat penenang.

Syarat senyawa disebut aromatik :

·         Berbentuk plannar

·         Memiliki sistem ikatan rangkap terkonjugasi

·         Jumlah elektron pi sama dengan Hukum Huckel = 4n + 2

n  adalah bilangan bulat yaitu dari nol,1,2,3 dst. 

Dengan kata lain hanya molekul dengan elektron pi  = 2,6,10,14,18......... dapat disebut sebagai aromatik. Molekul dengan jumlah elektron pi = 4n (4,8,12,16.....) tidak dapat disebut aromatik, walaupun mereka lingkar dan terkonjugasi. Senyawa planar, yang terkonjugasi dengan 4 n elektron pi nya mengantarkan ke bentuk molekul yang tidak stabil.

 Contoh : penerapan Hukum Huckel 4n + 2

                                i.            Siklobutadiena mempunyai 4 elektron pi dan sebagai antiaromatik. Elektron pi tersebut lebih terlokalisir dalam ikatan rangkap dua daripada terdelokalisir sekeliling cincin, (terindikasi oleh peta potensial elektrostatik)

Siklobutadiena, sangat reaktif dan tidak menunjukkan sifat kearomatikan sama sekali. Siklobutadiena dibuat oleh Rowland Pettit dari Universitas Texas, tahun1965, pada temperatur rendah. Bahkan, pada suhu -78⁰C dapat  berdimerisasi sendiri sesama siklobutadiena secara reaksi Diels-Alder. Satu senyawa berperan sebagai dien dan satunya sebagai dienofil:

Benzena mempunyai 6 elektron pi (4n+2 =6, n=1), merupakan aromatik

                           








   ii.            Siklooktatetraena, mempunyai 8 elektron pi dan bukan aromatik. Elektron pi nya lebih terlokalisir dalam 4 ikatan rangkap dua daripada terdelokalisir mengitari cincin, dan molekul tersebut lebih cenderung ke bentuk-Tub daripada planar. 

Para ahli kimia pada awal tahun 1900 mempercayai bahwa persyaratan aromatisitas adalah hanyalah adanya sistem terkonjugasi siklik. Sehingga diharapkan bahwa siklooktatetraena sebagai analog akhir dari benzena dan tidak stabil. Akan tetapi faktanya terbukti lan.

Ketika siklooktatetraena pertama kali dinbuat tahun 1911 oleh Richard Willstatter, ahli kimia Jerman, ditemukan bahwa dia tidak berada pada kestabilan yang khas tetapi reaktivitasnya mirip dengan polien rantai terbuka.

Siklooktatetraena bereaksi dengan mudah dengan Br2, KMnO4, dan HCL seperti senyawa alkena lain.

3.      Senyawa Heterosiklik

Ketika lebih dari satu jenis atom berada dalam satu senyawa cincin, mereka dikenal sebagai senyawa heterosiklik. Dalam senyawa ini umumnya satu atau lebih atom unsur seperti nitrogen 'N', oksigen 'O', atau sulfur 'S' ada di dalam cincin. Atom selain karbon yaitu N, O atau S yang ada dalam cincin disebut heteroatom. Senyawa heterosiklik dengan lima dan enam atom disebut sebagai heterosiklik beranggota lima dan enam. Contohnya adalah piridin, furan, tiofen, pirol.

Senyawa heterosiklik selanjutnya dapat diklasifikasikan sebagai monosiklik, bisiklik dan trisiklik tergantung pada jumlah atom penyusun cincin satu, dua atau tiga.

Hidrokarbon dapat lebih diklasifikasikan menjadi empat jenisberdasarkan struktur, yaitu:

Alkana

Hidrokarbon yang mengandung ikatan C-C tunggal dalam molekul mereka disebutalkana. Termasuk rantai terbuka serta tertutup (siklik). Sebagai contoh, etana, propana siklopentana.

Alkena

Alkenaadalah hidrokarbon yang mengandung setidaknya satu karbon-karbon ikatan rangkap. Misalnya, etena CH2=CH2AlkunaHidrokarbon golonganalkunamengandung setidaknya satu karbon-karbon ikatan rangkap tiga. Misalnya etuna CH≡CH

Arena

Arena adalah hidrokarbon yang mengandung setidaknya mempunyai satu cincin aromatik atau benzena. Misalnya, benzena, toluena, o-xilena. Mereka juga mengandung lebih dari satu cincin benzena. Misalnya, naftalena (2 cincin) dan antrasena (3 cincin).

4.      Senyawa Homosiklik

Senyawa-senyawa di mana cincin hanya terdiri dari atom karbon disebut senyawa homosiklik. Senyawa homosiklik atau senyawa karbosiklik dibagi lagi menjadi senyawa alisiklik dan senyawa aromatik.

Senyawa alisiklik

Sebuah cincin beranggota tiga atau lebih atom karbon menyerupai senyawa alifatik seperti dalam senyawa homosiklik disebut senyawa alisiklik. Hidrokarbon alisiklik jenuh memiliki rumus umum Cn H2n. Contoh senyawa alisiklik adalah siklopropana, siklobutana, sikloheksana.

Senyawa aromatik

Senyawa ini mengandung cincin benzena yaitu sebuah cincin dari enam atom karbon dengan ikatan ganda dan tunggal yang berselang-seling. Disebut senyawa aromatik karena banyak dari mereka yang memiliki bau yang harum.

Tugas Harian

Tugas Harian :

1.       Bagaimana mekanisme masuknya substituen atau  gugus fungsi  ke dalam cincin aromatik dengan pengarah meta, para dan orto?

Jawab :

                Benzena adalah senyawa siklik yang mempunyai rumus moleku C6H6. Benzena berwujud cair menyerupai minyak, tidak berwarna (jernih), memiliki bau yang khas dan dapat bercampur dengan berbagai zat cair organik, serta sangat mudah terbakar.

Benzena cenderung mengalami reaksi substitusi dari pada reaksi adisi. Dengan adanya katalis Besi(III) Klorida (FeCl₃) atau aluminium klorida, benzena dapat bereaksi dengan klorin ataupun bromine pada suhu kamar membentuk senyawa halobenzena .

Persamaannya :

Reaksi dapat berlangsung jika reagen elektrofil E+ (suka elektron) menyerang cincin aromatis dengan mengganti salah satu atom hidrogen. Beberapa reaksi substitusi yang sering dijumpai pada cincin benzena adalah halogenasi, nitrasi, sulfonasi, alkilasi, alkilasi Friedel-Crafts dan asilasi Friedel-Crafts.

a.       Reaksi substitusi senyawa aromatik

Mekanisme reaksi substitusi aromatik dimulai dengan serangan elektrofil pada elektron π dari cincin benzena. Oleh karena itu, reaksi ini disebut reaksi substitusi elektrofil.

Semua reaksi substitusi aromatik elektrofil berjalan dengan mekanisme yang sama, biasanya ditulis dengan tanda E+ untuk menandakan elektrofil. Dalam mekanisme ini kita memakai rumus bangun kekule untuk benzena agar kita dapat menelusuri elektron π.

Pada tahap pertama, sepasang elektron π dari awan aromatik π diberikan untuk membentuk ikatan sigma dengan E+. Tahap ini menyebabkan atom karbon yang berdekatan dalam cincin dikelilingi oleh enam elektron, karbon ini membawa muatan positif.

Intermediet yang bermuatan positif ini kadang-kadang dinamakan ion benzenonium (dari benzen dan onium) hampir menyerupai alil kation. Seperti juga alil kation, intermediet karbokation ini distabilkan secara resonansi.

Tahap kedua dari reaksi karbokation memberikan sebuah proton (H⁺) kepada suatu basa yang berada dalam campuran reaksi. Pasangan elektron ikatan sigma dari ikatan C-H diubah menjadi elektron π, maka awan aromatik π timbul kembali sehingga suatu hasil substitusi terbentuk.

Subtituen tidak saja mempengaruhi posisi substitusi, tetapi juga mempengaruhi laju substitusi yaitu apakah akan berlangsung lebih cepat atau lebih lambat dibandingkan benzena. Suatu substituen dianggap sebagai pengaktif (aktivating) jika lajunya lebih cepat dan pendeaktif (deaktivating) jika lajunya lebih lambat.

b.      Mekanisme untuk Substitusi Orto-Para

Gugus pengarah orto-para pada umumnya memasok elektron ke cincin maka dengan begitu terjadilah pengaktifan cincin. Misalnya fenol mengandung pengarah orto oada gugus OH. Fenol dapat dibrominasi pada tempat orto dn para, hanya sedikit substitusi meta yang terbentuk.

Pada substitusi orto dan para, oksigen dari gugus OH membantu membagikan muatan positif, sehingga menstabilkan intermediet dengan jalan delokalisasi muatan.

Pada reaksi substitusi alkil benzena, sejumlah elektron diberikan pada cincin dengan cara efek induksi, untuk menolong menstabilkan intermediet orto-para.

c.       Mekanisme untuk Substitusi Meta

Dalam semua gugus pengarah meta, atom yang berhubungan dengan cincin membawa muatan positif penuh atau parsial dan dengan demikian akan menarik elektron dari cincin. Semua pengarah meta merupakan gugus pendeaktif cincin.

Pada reaksi substitusi nitrobenzena, gugus nitronya tidak menambah kestabilan pada intermedietnya. Malahan intermediet substitusi orto, atau para dan keadaan transisinya kurang stabil (karena energi yang tinggi), karena sebuah struktur resonansi mengandung muatan positif pada atom berdekatan. Oleh karena itu, substitusi terjadi lebih baik pada tempat meta, sebab keadaan transisi dan intermedietnya pada tempat yang berdekatan tidak mengandung muatan positif.

Pada jalan ini, terdapat muatan positif yang lebih sedikit dan intermedietnya mempunyai energi lebih sedikit dari pada tempat-tempat lain.  

 Akan tetapi lain halnya dengan golongan halogen (F, Cl, Br, dan I), kedua efek yang berlawanan ini, mengakibatkan pengecualian penting pada aturan tersebut. Karena bersifat sebagai penarik elektron kuat, halogen merupakan pendeaktif cincin, namun karena adanya pasangan elektron bebas, maka halogen adalah pengarah para-orto.