RESUM PERTEMUAN 5

Isomeri Struktur Senyawa Hidrokarbon dan Sistem Nomenklatur

a. Sistim Nomenklatur

           

Pada pertengahan abad 19, banyak senyawa organic yang tidak tahu strukturnya. Pada waktu itu nama-nama senyawa bersifat ilustratif, yakni menyiratkan asal-usul atau sifatnya. Beberapa senyawa dinamai menurut nama sahabat atau kerabat ahli kimia yang pertama-tama menemukan senyawa itu. misalnya nama asam barbiturat ( dari situ dikenal kelompok obat barbiturat ) berasal dari nama wanita Barbara.

IUPAC dibentuk pada 1919 oleh ahli kimia dari industri dan akademisi, yang mengakui kebutuhan untuk standardisasi internasional dalam kimia. Standardisasi timbangan, ukuran, nama dan simbol sangat penting untuk kesejahteraan dan kesuksesan dari perusahaan ilmiah dan pengembangan kelancaran dan pertumbuhan perdagangan internasional dan perdagangan.

Tatanama organik atau lengkapnya tatanama IUPAC untuk kimia organik adalah suatu cara sistematik untuk memberi nama senyawa organic yang direkomendasikan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Idealnya, setiap senyawa organik harus memiliki nama yang dari sana dapat digambarkan suatu formula structural dengan jelas.

Untuk komunikasi umum dan menghindari deskripsi yang panjang, rekomendasi penamaan resmi IUPAC tidak selalu diikuti dalam praktiknya kecuali jika diperlukan untuk memberikan definisi ringkas terhadap suatu senyawa atau jika nama IUPAC lebih sederhana (bandingkan etanol dengan etil alkohol). Jika tidak, maka nama umum atau nama trivial yang biasanya diturunkan dari sumber senyawa tersebutlah yang digunakan.

v  Tata Nama Alkana

            Tatanama semua senyawa organik terbagi menjadi tata nama sistematik dan tata nama umum. Tata nama sistematik diatur oleh badan internasional IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Sedangkan nama umum pemakaiannya sangat terbatas, karena hanya digunakan untuk senyawa-senyawa dengan rumus molekul sederhana atau senyawa-senyawa tertentu saja.

               Nama yang diberikan pada suatu senyawa organik harus memberikan gambaran yang jelas mengenai rumus strukturnya demikian pula sebaliknya dari struktur yang ada nama suatu senyawa organik dapat ditentukan. Nama-nama beberapa alkana tidak bercabang yang sering disebut sebagai deret homolog dapat dilihat pada gambar.

Aturan-aturan pemberian nama sistematik alkana bercabang menurut IUPAC :

1) Alkana tak bercabang pemberian nama sistematik sesuai gambar di atas sedangkan untuk nama umum ditambah n (normal) untuk alkana yang tidak bercabang.

CH₃–CH₂–CH₂–CH₃

n-butana

2) Untuk alkana yang rantainya bercabang, rantai utamanya adalah rantai dengan jumlah atom C terpanjang. Gugus yang terikat pada rantai utama disebut substituen. Susstituen yang diturunkan dari suatu alkana dengan mengurangi satu atom H disebut gugus alkil. Gugus alkil memiliki rumus umum -C_nH_2n+1 dan dilambangkan dengan –R. Pemberian nama gugus alkil sesuai dengan nama alkana, tetapi mengganti akhiran -ana pada alkana asalnya dengan akhiran –il. Nama dan rumus beberapa gugus alkil dapat dilihat pada ( gambar 1)

3) Rantai terpanjang nomori dari ujung yang paling dekat dengan substituen sehingga rantai cabang memberikan nomor yang sekecil mungkin. Pada pemberian nama, hanya nomor atom karbon rantai utama yang mengikat substituen dituliskan kemudian diikuti nama susbstituen. (gambar 2)

 4) Jika terdapat lebih dari satu subtituen yang sama, maka nomor masing-masing atom karbon rantai utama yang mengikat substituen semuanya harus dituliskan. Jumlah substituen ditunjukan dengan awalan di, tri, tetra, penta, heksa dan seterusnya, yang berturut-turut menyatakan jumlah substituen sebanyak dua, tiga, empat, lima dan seterusnya. Penomoran tetap dimulai dari ujung yang paling dekat dengan substituen. (gambar 3)

5) Jika terdapat dua atau lebih sustituen yang berbeda, maka dalam penulisan nama disusun berdasarkan urutan abjad huruf pertama dari nama substituen. Penomoran rantai utama dimulai dari ujung rantai yang nama substituen berdasarkan urutan abjad lebih awal. awalan di, tri, tetra, penta, heksa dan seterusnya tidak perlu diperhatikan dalam penentuan urutan abjad.

 6) Awalan-awalan sek-, ters- yang diikuti tanda hubung tidak perlu diperhatikan dalam penentuan urutan abjad. Sedangkan awalan iso dan neo tidak perlu dipisahkan dengan tanda hubung dan diperhatikan dalam penentuan urutan abjad. Awalam iso menunjukan adanya gugus –CH(CH₃)₂ dan awalan neo- menunjukan adanya gugus –C(CH₃)₃.

v  Tata Nama Alkena

                  Pemberian nama untuk senyawa-senyawa alkena berdasarkan sistem IUPAC mirip pemberian nama pada alkana. Rantai utama alkena merupakan rantai dengan jumlah atom C terpanjang yang melewati gugus ikatan rangkap dan atom C yang mengandung ikatan rangkap ditunjukan dengan nomor.

               Ikatan rangkap yang dinomori diusahakan memperoleh nomor serendah mungkin. Pemberian nama pada alkena yaitu mengganti akhiran –ana pada alkana dengan akhiran –ena dengan jumlah atom C sama dengan alkana. Pemberian nama untuk alkena bercabang seperti pemberian nama pada alkana.

Alkena-alkena suku rendah nama umum lebih sering digunakan dibanding nama sistematik. Misalnya

v  Tatanama Alkuna

Sistem IUPAC

1) Pemberian nama pada alkuna menyerupai tata nama elkana yakni mengganti akhiran –ana pada alkana terkait dengan akhiran –una.

2) Rantai atom karbon terpanjang adalah rantai atom karbon yang mengandung ikatan ganda tiga

3) Penomoran dimulai dari salah satu ujung rantai yang memungkinkan ikatan ganda tiga mempunyai nomor serendah mungkin.

4) Pada penulisan nama, atom C yang mengandung atom ikatan ganda tiga ditunjukan dengan nomor.

Contoh

Nama Umum

                Nama umum digunakan untuk alkuna-alkuna sederhana. Dalam pemberian nama umum alkuna dianggap sebagai turunan asetilena (C₂H₂) yang satu atom hidrogennya diganti oleh gugus akil.

Contoh:

b. Isomer Struktural

           

Variasi dalam structural senyawa organic dapat disebabkan oleh jumlah atom dan jenis atom dalam molekul. Tetapi variasi dalam struktur ini dapat juga terjadi karena urutan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul. Misalnya untuk rumus molekul C2H6O dapat ditulis dua rumus bangun yang berlainan. Kedua rumus bangun ini menyatakan dua senyawa yang berlainan:

·        Dimetil eter (t.d – 23,6 C ) suatau gas yang pernah digunakan sebagai refrigerant ( gas dalam lemari es ) dan sebagai suatu gas dorong aerosol. Dalm bidang kimia dimeti eter bersifat non polar.

·        Etanol (t.d 78,5 C ) suatu cairan yang digunakan sebagai pelarut ( solvent) dan dalam minuman beralkohol, dan bersifat polar.

Dua senyawa atau lebih yang memiliki rumus molekul yang sama disebut isomer satu terhadap yang lain.Jika senyawa-senyawa dengan rumus molekul yang sama itu memiliki urutan atom yang berlainan, maka mereka mempunyai struktur bangun yang berlainan dan disebut isomer structural satu terhadap yang lain ( kelak akan dijumpai, macam isometric lain ). Dimetil eter dan etanol tadi merupakan contoh sepasang isomer structura, termasuk isomer gugus fungsi.

Isomer struktur terbagi menjadi tiga:

1. Isomeri Rangka

Isomeri rangka adalah isomeri yang terjadi karena perbedaan rangkanya, biasanya terjadi antara senyawa rantai lurus dengan senyawa yang memiliki cabang, bisa pula antar senyawa yang memiliki cabang, namun berbeda pada posisi dan jumlah cabang.

Contoh : butana memiliki dua isomer yaitu, normal butana (n-butana) dan isobutana (2-metilpropana)

 

2. Isomeri Posisi

Isomeri posisi adalah isomeri yang terjadi karena perbedaan posisi ikatan rangkap. Isomeri ini hanya terjadi pada senyawa hidrokarbon tak jenuh (alkena dan alkuna).

Contoh : butena memilki dua isomer posisi yaitu, 1-butena dan 2-butena

3. Isomer fungsional

Dalam berbagai ini isomer struktural, isomer mengandung gugus fungsional yang berbeda – yaitu, mereka milik keluarga yang berbeda dari senyawa (seri homolog yang berbeda).
Sebagai contoh, rumus molekul C₃H₆O dapat berupa propanal (aldehid) atau propanon (keton).
Ada kemungkinan lain juga untuk formula ini molekul yang sama – misalnya, Kita bisa memiliki ikatan karbon-karbon gkita (alkena) dan -OH (alkohol) dalam molekul yang sama.
Contoh lainnya digambarkan dengan rumus C₃H₆O₂ molekul. Di antara beberapa isomer struktural ini asam propanoat (asam karboksilat) dan metil etanoat (ester).

C. Isomer pada Alkana

Setiap atom karbon mempunyai empat elektron valensi yang digunakan untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lainnya, yang digambarkan sebagai tangan ikatan. Jadi, atom karbon pada senyawa karbon selalu mempunyai empat tanga ikatan. Pada alkane, keempat tangan tersebut bila tidak digunakan untuk mengikat atom karbon yang lain akan digunakan untuk mengikat atom hidrogen.

Penggantian (subsitusi) sebuah atom H yang mana pun pada gambar model molekul di atas dengan atom klorin, akan menghasilkan senyawa yang lain. Hal ini menunjukan bahwa semua atom H di dalam senyawa CH₄ mempunyai kedudukan yang identik. Jika dua model molekul metana digabungkan, akan didapat molekul hidrokarbon dengan dua atom karbon didalamnya, seperti tampak pada gambar berikut.

Rumus Alkana

Gambar tersebut menunjukan bahwa alkane yang terbentuk dari dua atom karbon akan mengikat enam atom hidrogen sehingga mempunyai rumus molekul C₂H₆. Jika penggantian atom hidrogen dengan atom karbon dilakukan terus menerus, akan didapat struktur seperti pada gambar di bawah.

Jumlah atom C	Rumus struktur	Rumus Molekul
1	CH4	CH4
2	CH3– CH3	C2H6
3	CH3– CH2– CH3	C3H8
4	CH3– CH2– CH2– CH3	C4H10
8	CH3-CH2– CH2– CH2– CH2– CH2– CH2– CH3 atau CH3(CH2)6CH3	C8H18
N	Rumus Alkana (rumus umum alkane)	CnH2n+2

Jadi, rumus alkana atau rumus umum molekul alkane adalahC_nH_2n+2

Deret Homolog Alkana

Deretan rumus molekul alkane (tabel di bawah) menunjukan bahwa pada setiap anggota yang satu ke anggota yang berikutnya bertambah sebanyak CH₂. Deret senyawa karbon yang demikian ini disebut deret homolog (deret homolog alkana). Deret homolog alkana mempunyai sifat – sifat berikut:

• Mempunyai rumus umum, untuk deret homolog alkana adalah C_nH_2n+2.
• Antara satu anggota ke anggota berikutnya mempunyai pembeda CH₂.
• Selisih massa rumus antara satu anggota ke anggota berikutnya  adalah 14.
• Semakin panjang rantai atom karbonnya, semakin tinggi titik didihnya.

Tabel yang menunjukan sebagian anggota deret homolog alkana dengan beberapa sifatnya.

Jumlah atom C	Rumus Molekul	Nama	Titik lebur (oC)	Titik Didih (oC)	Massa jenis (g/cm3)	Wujud (suhu kamar)
1	CH4	Metana	-181,9	-163,9	0,466	Gas
2	C2H6	Etana	-183,2	-88,5	0,572	Gas
3	C3H8	Propana	-189,6	-42,0	0,585	Gas
4	C4H10	Butana	-138,3	-0.4	0.601	Gas
5	C5H12	Pentana	-129,9	36,2	0,626	Cair
6	C6H14	Heksana	-94,9	69,1	0,660	Cair
7	C7H16	Heptana	-90,5	98,5	0,684	Cair
8	C8H18	Oktana	-56,7	125,8	0,703	Cair
9	C9H20	Nonana	-50,9	150,9	0,728	Cair
10	C10H22	Dekana	-29.6	174,2	0.730	Cair
11	C11H24	Undekana	-25,5	196,1	0,740	Cair
12	C12H26	Dodekana	-14,5	216,4	0,749	Cair
18	C18H38	Oktadekana	28	313,9	0,789	Padat
20	C20H42	Eikosana	36,9	343,9	0,789	Padat

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:

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

Jumlah atom C	4	5	6	7	8	9	10	15	20
Rumus molekul	C4H10	C5H12	C6H14	C7H16	C8H18	C9H20	C10H22	C15H32	C20H42
Jumlah isomer	2	3	5	9	18	35	75	4.347	366.319

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

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

Struktur	Nama	Titik didih (oC)	Titik lebur (oC)
CH3-CH2-CH­2– CH2-CH­2-CH3	n-heksana	69	-95
	2-metil pentana	60	-154
	3-metil pentana	63	-118
	2,2-dimetil butana	50	-98
	2,2-dimetil butana	58	-129

 

SIFAT ALKANA

A. Sifat Kimia Alkana

Alkana merupakan senyawa kovalen yang mempunyai titik didih dan titik lebur realtif rendah. Titik didih dan titik lebur alkana ditentukan oleh banyaknya atom karbon dan struktur rantai atom karbonnya.

secara umum titik didih dan titik lebur alkana mempunyai pola sebagai berikut.

1. Semakin banyak atom karbon atau semakin panjang rantai karbon suatu alkana, semakin tinggi titik didih dan titik leburnya.
2. Untuk jumlah atom karbon yang sama, isomer dengan rantai karbon tidak bercabang (rantai karbon yang lurus) mempunyai titik didih dan titik lebur yang lebih tinggi daripada isomer dengan rantai karbon bercabang.
3. Semakin banyak cabang pada rantai karbonnya, semakin rendah titik didih dan titik leburnya.

B. Sifat Fisika Alkana

Alkana merupakan hidrokarbon jenuh dan semua ikatan yang ada merupakan ikatan kovalen yang sempurna. Akibatnya, hidrokarbon merupakan senyawa yang kurang reaktif sehingga disebut “parafin” yang berarti daya gabung atau daya reaksinya rendah. Semakin panjang rantai karbon, semakin berkurang kereaktifannya. Reaksi pada alkana umumnya merupakan reaksi substitusi, yaitu reaksi penggantian gugus atom hidrogen pada suatu alkana. Simak beberapa contoh reaksi pada alkana berikut.

1. Dengan gas klorin dapat bereaksi jika ada sinar matahari atau bantuan cahaya.

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

                   Metilklorida

                (klorometana)

2. Pada pembakaran sempurna alkana, akan dihasilkan gas CO₂ dan H₂O.

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Mengapa sudut ikatan H-C-H 117 derajat lebih kecil dibandingkan sudut H-C-C 121 derajat ?

Karena Sudut ikatan HCH pada eten adalah 117 derajat dan sudut HCC adalah 121,5 derajat. Ada dua alasan yang menggabungkan untuk menjelaskan deformasi  ini pada eten.

·        Pertama, dari sudut ikatan dan Teorema Coulson ini kita dapat menentukan bahwa ikatan sigma CH adalah hibridisasi sp2 dan ikatan CC sigma adalah hibridisasi sp. Dari indeks hibridisasi ini, kita melihat bahwa ikatan CC sigma memiliki konten yang lebih tinggi s-karakter (1 bagian s 1,7 bagian p - 37% s) dari obligasi CH (1 bagian s 2,2 bagian p - 31% s).  Karena ada lebih s karakter dalam ikatan CC, lebih rendah energi dan elektron karbon sigma akan cenderung mengalir ke arah energi ikatan CC ini lebih rendah. Akibatnya, CC ikatan sigma akan berisi kerapatan lebih elektron dari ikatan CH. Oleh karena itu, tolakan elektron antara obligasi sigma CC dan obligasi sigma CH akan lebih besar dari tolakan elektron antara dua ikatan CH. Maka sudut ikatan HCC akan terbuka sedikit dari ideal 120 derajat dan sudut HCH akan menutup sedikit untuk meminimalkan tolakan elektrostatik ikatan-ikatan.

·        Kedua, faktor sterik (yang juga benar-benar hanya cara lain untuk menjelaskan tolakan elektron-elektron) juga ikut bermain. Sejauh apa pun cis HC-CH hidrogen-hidrogen tolakan lebih stabil daripada geminal HCH hidrogen-hidrogen tolakan, itu juga akan berfungsi untuk meningkatkan sudut ikatan CCH dan mengecilkan sudut ikatan HCH.