Ujian Akhir Semester

Nama             : Sri Febriani    (F1C111021)
Mata Kuliah    : Kimia Organik Fisik

SKS                 : 3 SKS

Dosen              : Dr. Syamsurizal

Waktu                         : Kamis Jam 09.00 WIB sd Jum’at Jam 16.00 WIB

 

Nama Anggota Kelompok :

Sri febriani (F1C111021)
Supriyati (F1C111018)
Voni sukawati (F1C111023)

2.   

Soal :

1.      Sebagai seorang kimia, anda tentu mengenal TNT, yaitu bom yang banyak digunakan dalam medan perang. Kalau senyawa ini dibuat jelaskan bagaimana cara mengontrol laju reaksi dan sekaligus mengontrol termodinamikanya? Kemukakan pula pendekatan kimia untuk mengendalikan kemungkinan terjadinya ledakan!

Jawab :

Dalam pembuatan senyawa TNT dipersiapkan dengan nitrasi toluene C_6H5CH3 : rumus kimianya C₆H₂(NO₂)₃CH₃, dan nama IUPAC 2,4,6-trinitrotoluene.

Gambar 1. Sintesis Trinitrotoluena

Di bidang laboratorium, 2,4,6-trinitrotoluene dihasilkan oleh proses dua langkah. Campuran penitrasi dari nitrat pekat dan asam sulfat digunakan untuk nitrat toluena untuk campuran mono- dan di-nitrotoluene isomer, dengan pendinginan untuk mempertahankan kontrol suhu. Nitrasi toluena kemudian dipisahkan, dicuci dengan natrium bikarbonat encer untuk menghilangkan nitrogen oksida, dan kemudian dengan hati-hati nitrasi dengan campuran asam nitrat berasap dan asam sulfat. Menjelang akhir nitrasi, campuran dipanaskan pada dengan uap. Trinitrotoluene dipisahkan, dicuci dengan larutan encer natrium sulfit dan kemudian direkristalisasi dari alkohol.

Dalam pembuatan senyawa TNT ini perlu dikontrol laju reaksi dan control termodinamikanya. Pada pembuatan diatas factor yang harus dikontrol adalah suhu.  Suhu dikontrol dengan pendinginan karena pada suhu tinggi senyawa TNT akan mudah meledak secara spontan. Hal ini dikarenakan pada suhu tinggi tumbukan antar molekul-molekulnya akan semakin besar (kuat) sehingga tekanannya pun akan semakin besar dan menyebabkan terjadi ledakan.

2.      Reaksi-reaksi radikal bebas lazimnya sukar dikontrol untuk mendapatkan suatu produk tunggal dalam jumlah banyak. Kemukakan apa saja upaya yang dapat anda lakukan untuk mengendalikan laju propagasi reaksi, berikan contoh reaksinya!

Jawab :

Laju reaksi propagasi overall dapat dinyatakan dengan:

R_p = k_p [M] [M^•]

Dimana:

[M]  = Konsentrasi monomer

            [M^•] = Konsentrasi radikal rantai dengan ukuran RM^• dan yang lebih besar.

Dari persamaan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa, laju reaksi (k_p) berbanding terbalik dengan [M] dan [M^•], semakin besar laju reaksi (k_p), maka [M] [M^•] akan semakin kecil. Jadi cara mengendalikan laju reaksi propagasi adalah jika [M] [M^•] diperbesar maka laju reaksi akan semakin kecil dan begitu juga sebaliknya.

Dalam reaksi propagasi, radikal akan bertumbukan dengan molekul lain menghasilkan produk dan radikal lain.

Contoh reaksi propagasi adalah

Br + H₂ → HBr + H

dan

Br₂ + H → HBr + Br*

Reaksi propagasi akan terus berlangsung hingga jumlah reaktan menjadi kecil.

4.      Buatlah senyawa 3-metil heksanol dengan menggunakan senyawa etana sebagai bahan dasar!

Jawab :

Senyawa alkana adalah senyawa yang tidak mudah (sukar) bereaksi dengan senyawa lainnya, karena alkana merupakan hidrokarbon jenuh yang bersifat kurang reaktif, yang hanya memiliki ikatan tunggal antara C-C dan C-H. Seperti yang diketahui pada alkana ini terdapat ikatan antara C-H yang sangat sukar bereaksi. Alkana ini memiliki rumus umum C_nH_2n+2, maka semakin panjang rantai alkana akan semakin semakin sukar untuk bereaksi dikarenakan pada alkana tersebut semakin jenuh sehingga senyawa alkana harus diubah menjadi alkena terlebih dahulu dengan Reaksi eliminasi pada alkana. Reaksi eliminasi  adalah reaksi penghilangan beberapa atom/ gugus atom untuk membentuk senyawa baru ( kebalikan senyawa adisi).

5.      Jelaskan peran Kimia Organik Fisik dalam menjelaskan kemudahan suatu senyawa organik mengalami sublimasi. Berikan contoh senyawa organiknya!

Jawab :

Materi di alam pada umumnya merupakan campuran, maka untuk mendapatkan suatu zat tertentu yang murni perlu dilakukan pemisahan dengan berbagai cara yaitu filtrasi (penyaringan), kristalisasi (pengkristalan), destilasi (penyulingan), ekstraksi (penyaringan), absropsi (penyerapan) kromatografi (pemisahan zat-zat berwarna) dan sublimasi. 

Banyak senyawa organik yang sebenarnya tak dapat larut dalam air, yang semuanya mempunyai kelarutan yang terhingga betapapun kecilnya. Tetapi hasil kali kelarutan, Ksp merupakan suatu ukuran kelarutan dari senyawa yang sedikit dapat larut seperti itu.

Sublimasi merupakan pemisahan senyawa organik (zat padat) berdasarkan perbedaan tingginya tekanan uap masing-masing zat padat dibawah temperatur titik leburnya.

Peran kimia organik fisik dalam pemurnian senyawa organik adalah memurnikan senyawa organik yang berbentuk padat berdasarkan perbedaan sifat fisiknya yaitu senyawa yang memiliki tekanan uap lebih rendah akan menguap lebih dulu dibandingkan senyawa yang memiliki tekanan uap yang tinggi.

Contoh senyawa organik yang dimurnikan secara sublimasi adalah naftalen.

IKATAN TUNGGAL C-C

Sifat-sifat zat sebagian ditentukan oleh ikatan kimia antara atom-atom pembentukya. Suatu ikatan kimia adalah gaya tarik menarik  yang kaut antara atom-atom tertentu di dalam suatu zat. Perubahan kimia atau reaksi kimia terjadi karena penggabungan atau pemisahan atom-atom dengan cara tertentu sehingga terbentuk zat yang lebih stabil. Hasil reaksi kimia dapat mempunyai bentuk molekul tertentu atau dapat pula menghasilkan kristal dengan bentuk tertentu yang akan menentukan sifat-sifat zat hasil tersebut

Ikatan karbon-karbon adalah ikatan kovalen antara dua atom karbon. Bentuk yang paling umum adalah ikatan tunggal: ikatan yang tersusun atas dua elektron, satu dari masing-masing dua atom. Ikatan tunggal karbon-karbon adalah ikatan sigma dan dikatakan terbentuk dari satu orbital hibrid dari masing-masing atom karbon. Dalam etana, orbital sp³ adalah orbital hibrid, tetapi ikatan tunggal terbentuk antara atom karbon dengan hibridisasi lain memang terjadi (misalnya sp² ke sp²). Bahkan, atom karbon dalam ikatan tunggal tidak perlu dari hibridisasi yang sama.

Reaksi ikatan pembentukan karbon-karbon adalah reaksi organik di mana ikatan karbon-karbon baru terbentuk. Mereka penting dalam produksi bahan kimia buatan manusia seperti obat-obatan dan plastik.

Pembentukan Ikatan C-C

1 .     Melalui reaksi radikal bebas

Tidak stabil, dan dapat melakukan reaksi berantai  itu artinya tidak dapat digunakan dalam sintesis.

2 .    Melalui reaksi antara C⁺ dengan C^-

Stabil, dan Lebih terkendali sehingga dapat digunakan dalam sintesis.

Atom karbon memiliki massa 12 dengan nomor atom 12. Konfigurasi elektronnya adalah 1s², 2s², 3p², dan mengalami hibridisasi dimana 1 elektron dari orbital 2s berpindah ke orbital 2pz, sehingga memiliki konfigurasi stabil 1s², 2s¹, 2p³, dengan membentuk orbital hybrid sp³. Sehingga atom karbon memiliki kesempatan untuk membentuk empat ikatan dengan atom lainnya, kestabilan struktur ini ditunjukan dengan sudut yang sama 109,50 dengan bentuk tetrahedral.

                                        

Ikatan karbon dengan karbon ada tiga yaitu ikatan tunggal, ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga.

Dibawah merupakan contoh bentuk-bentuk dari ikatan tersebut:

Pertanyaan:

Ikatan karbon dengan karbon ada tiga yaitu ikatan tunggal, ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga. Lalu bagaimana dengan tingakatn energy pada ketiga jenis ikatan tersebut,berbeda atau sama? Jika berbeda mana tingakatan energy yang lebih tinggi, dan mengapa demikian?

GUGUS PERGI DAN PENGARUH GUGUS TETANGGA

Nukleofilik adalah suatu kelompok dasar reaksi substitusi, dimana sebuah nukleofil yang "kaya" elektron, secara selektif berikatan dengan atau menyerang muatan positif dari sebuah gugus kimia atau atom yang disebut gugus lepas (leaving group).

Bentuk umum reaksi ini adalah

Nu: + R-X → R-Nu + X:

Dengan Nu menandakan nukleofil, : menandakan pasangan elektron, serta R-X menandakan substrat dengan gugus pergi X. Pada reaksi tersebut, pasangan elektron dari nukleofil menyerang substrat membentuk ikatan baru, sementara gugus pergi melepaskan diri bersama dengan sepasang elektron. Produk utamanya adalah R-Nu. Nukleofil dapat memiliki muatan listrik negatif ataupun netral, sedangkan substrat biasanya netral atau bermuatan positif.

Pada reaksi substitusi nukleofilik, efek gugus tetangga didefinisikan sebagai gugus yang memberikan suatu reaksi intermediate yang baru pada pusat reaksi. Untuk reaksi substitusi seperti dibawah, X sebagai gugus tetangga berperan dalam penyerangan nukleofilik intramolekul sehingga melepaskan Y sebagai gugus pergi, yang kemudian diikuti oleh substitusi intermolekul.

Hasil dari partisipasi ini ialah pembentukan produk substitusi dengan konfigurasi yang berlawanan dengan konfigurasi yang seharusnya terjadi pada SN2, dimana reaksi SN2 pada umumnya membentuk konfigurasi yang berlawanan dengan substrat. Dengan adanya partisipasi gugus tetangga, konfigurasi produk sama dengan substrat.
Partisipasi gugus tetangga ini juga dapat mempengaruhi kecepatan reaksi. Jika suatu gugus tetangga mempengaruhi reaksi melalui suatu jalan yang menyebabkan peningkatan kecepatan reaksi, maka gugus tetangga tersebut dikatakan sebagai “anchimeric assistance”. Peningkatan kecepatan reaksi dengan adanya partisipasi gugus tetangga diketahui dengan membandingkan laju reaksi suatu senyawa yang memiliki gugus tetangga dengan reaksi yang sama pada senyawa analog yang tidak memiliki gugus tetangga.
Gugus tetangga dapat menggunakan pasangan elektronnya untuk berinteraksi dengan sisi belakang atom karbon yang menjalani substitusi, sehingga mencegah serangan dari nukleofilik, sehingga nukleofilik hanya dapat bereaksi dengan atom karbon dari sisi depan, dan produknya mengikuti konfigurasi awal.
Atom atau gugus yang dapat meningkatkan laju SN2 melalui partisipasi gugus tetangga ialah nitrogen dalam bentuk amina, oksigen dalam bentuk karboksilat dan ion alkoksida, dan cincin aromatik. Partisipasi hanya efektif jika interaksinya membentuk cincin segitiga, lima dan enam. 

PARTISIPASI OKSIGEN SEBAGAI GUGUS TETANGGA

Contoh partisipasi oksigen ialah pada substitusi basa dari 1,2-klorohidrin menghasilkan 1,2-diol dengan konfigurasi yang tidak berubah.

 Serangan awal dilakukan oleh basa pada pembentukan anion alkoksida, dilanjutkan dengan serangan internal oleh RO- dan menghasilkan epoksida dengan inversi konfigurasi pada C*. Atom karbon ini selanjutnya menjalani reaksi SN2 oleh serangan OH-, dengan inversi konfigurasi yang kedua pada C*. Anion alkoksida yang kedua ini mengabstraksi proton dari pelarut untuk membentuk produk 1,2-diol dengan konfigurasi yang sama dengan substrat. 

Contoh lain dari partisipasi oksigen sebagai gugus tetangga ialah pada hidrolisis anion 2-bromopropanoat dengan konsentrasi OH- yang rendah, juga diperoleh hasil dengan konfigurasi yang tidak berubah. Kecepatan reaksi tidak bergantung dari konsentrasi OH-, dan mekanismenya ialah :

pertanyaan:

1.Pada reaksi substitusi nukleofilik, efek gugus tetangga didefinisikan sebagai gugus yang memberikan suatu reaksi intermediate yang baru pada pusat reaksi. bagaimana bentuk dari reaksi intermediate tersebut?

2.mengapa partisipasi gugus tetangga dapat mempengaruhi kecepatan reaksi?

3.bagaimana kriteria dari gugus pergi dan gugus tetangga yang baik?