Tugas Organic Lanjut

TUGAS AKHIR

ORGANIK LANJUT

1) Konsep Dasar Sifat Molekul

a. Bandingkan bentuk molekul untuk molekul dengan empat pasangan elekton disekeliling atom pusat dan molekul dengan lima pasangan elektron disekeliling atom pusat. Berikan contoh.

Jawab :

Empat pasangan elektron disekeliling atom pusat

Contoh yang paling sederhana adalah metana CH₄

Karbon terletak pada golongan 4, dan karena itu memiliki 4 elekton terluar. Karbon membentuk 4 ikatan dengan hidrogen, penambahan 4 elektron lain seluruhnya 8, dalam 4 pasang. Karena membentuk 4 ikatan, semuanya harus menjadi pasangan ikatan. Empat pasangan elektron tertata dengan sendirinya pada jarak yang disebut susunan tetrahedral.

·ǀ· 109,5⁰

· · · · H

H H

Lima pasangan elektron disekeliling atom pusat

Contoh yang paling sederhana adalah fosfor (V) fluorida PF₅

Fosfor (terletak pada golongan 5) memberikan kontribusi 5 elektron, dan 5 fluor memberikan 5 lagi, memberikan 10 elektron dengan 5 pasang disekeliling atom pusat. Karena fosfor membentuk lima ikatan, tidak dapat membentuk pasangan mandiri. Lima pasangan elektron disususn dengan menggambarkan bentuk trigonal bipyramida. 3 fluor terletak pada bidang 120⁰ satu sama lain, 2 yang lainnya terletak pada sudut sebelah kanan bidang. Trigonal bipyramida karena itu memmiliki dua sudut yang berbeda 120⁰ dan 90⁰.

F 90⁰

P F

180⁰

b. Bandingkan pengaruh induksi positif (+ I) dan induksi negatif (- I) terhadap struktur dan reaktivitas suatu molekul. Berikan contoh.

Jawab :

Sifat induksi terjadi karena adanya perbedaan keelektronegatifan. Gejala elektrostatik diteruskan melalui rantai karbon. Efek induksi terdiri atas dua yaitu + I (pendorong elektron) dan –I (penarik elektron). Menurut konvensi gugus penarik elektron yang lebih besar dan hidrogen H merupakan efek induksi –I sedangkan gugus penarik elektron yang lebih lemah dari hidrogen H merupakan efek induksi +I. Sifat induksi yang dimiliki senyawa tersebut mempengaruhi reaktivitas molekul senyawa organik tersebut, mis. Senyawa asam karboksilat mempegaruhi sifat keasaman senyawa asam karboksilat dan pada senyawa alkyl halide akan mempengaruhi gugus lepas pada reaksi substitusi dan eliminasi sedangkan senyawa karbonil akan mempengaruhi jalannya reaksi adisi nukleofil dan sebagainya.

2) Stereokimia

a. Bandingkan cara penamaan senyawa secara cis, trans dan secara E dan Z. Berikan contoh.

Jawab :

Penamaan secara cis, trans

Dua gugus yang terletak pada satu sisi ikatan pi disebut cis (latin, “ pada sisi yang sama “). Gugus-gugus yang terletak pada sisi-sisi yang berlawanan disebut trans (latin, “ berseberangan).

Perlu diketahui bahwa persaratan isomer geometrik dalam alkena ialah bahwa tiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan , misalnya H dan Cl, atau CH₃ dan Cl.

Contoh :

Cl Cl Cl H

C C C C

H H H Cl

Cis-1,2-dikloroetena trans-1,2-dikloroetena

t.d.60⁰ t.d.48⁰

Sistem tata nama (E) dan (Z)

Sistem (E) dan (Z) ini didasarkan pada suatu pemberian prioritas kepada atom atau gugus yang terikat pada masing-masing atom karbon ikatan rangkap. Jika atom atau gugus yang berprioritas tinggi berada pada sisi yang berlawanan (dari) ikatan pi, maka isomer itu adalah (E). Jika gugus-gugus prioritas tinggi itu berada dalam satu sisi , maka isomer itu (Z). (huruf E berasal dari “entgegen”, kata Jerman untuk “berseberangan”, Z berasal dari “Zusammen” kata Jerman untuk “bersama-sama”). Jika kedua atom pada masing-masing karbon ikatan rangkap itu berbeda, prioritas didasarkan pada bobot atom (dari atom-atom yang langsung terikat pada karbon ikatan rangkap itu. Atom dengan bobot atom lebih tinggi memperoleh prioritas yang lebih tinggi.

Contoh :

Br F Br Cl

_{I berprioritas Cl berprioritas lebih}

_{lebih tinggi} C C _{lebih rendah} C C

_{daripada Br daripada F}

I Cl I F

(Z)-1-bromo-2-kloro-2-fluoro-1 (E)-1-bromo-2-kloro-2-fluoro-1

Iodoetena Iodoetenena

b. Bandingkan pengertian enentiomer dan diastereomer. Berikan contoh.

Jawab :

Enantiomer adalah bayangan cermin yang tak dapat saling diimpitkan.

Contoh :

CO₂H CO₂H

H C OH HO C H

HO C H H C OH

CO₂H CO₂H

(2R,3R) (2S,3S)

Diastereomer adalah stereoisomer yang bukan enantiomer.

Contoh :

CO₂H CO₂H

H C OH H C OH

HO C H H C OH

CO₂H CO₂H

(2R,3R) Meso

3) Reaksi Substitusi Nukleofilik Unimolekuler dan Mekanismenya

a. Bandingkan pengaruh kestabilan karbokation 3⁰dan karbokation 2⁰ dalam reaksi SN₁. berikan contoh.

Reaksi SN₁ merupakan reaksi pemutusan ikatan alkil halida menjadi ion karbonium dan ion halida, maka kestabilan karbokation 3⁰> 2⁰> 1⁰ [(R₃)₃C⁺> (R₂) CH⁺ > R CH₂⁺ > CH₃⁺ ). Suatu karbokaion (karbonium) adalah sebuah atom karbon C yang mengikat tiga gugus, maka ikatan gugus-gugus tersebut terleta dalam satu bidang dan sudutnya 120⁰. pengaruh kestabilan ion karbonium dipengaruhi oleh gugus alkil R, dimana semakin besar gugus alkil akan mengakibatkan semakin besarnya efek induksi (+I) sehingga atom C karbonium akan lebih bermuatan positif.

Contoh :

CH₃Cl CH₃

H₃C C CH CH₃ + CH₃OH CH₃ C C CH₃

_{Karbokation 2}⁰

CH₃ CH₃

₊

H₃C C C CH₃

CH₃CH₃

_{Karbokation 3}⁰

Pembentukan karbokation sekunder diikuti dengan pergeseran 1,2 gugus metil (1,2-shift methyl) membentuk suatu karbakatoin 3⁰ yang lebih stabil. Produk reaksi SN₁ yang terbebtuk, hasil karbokation 3⁰> 2⁰.

b. Tuliskan mekanisme reaksi SN₁ untuk senyawa t-butil bromida.

Jawab :

Tahap 1 :

δ⁺ δ^-

(CH₃)₃C – Br: [ (CH₃)₃C - - - Br: ] [(CH₃)₃C⁺) + Br:

Keadaan transisi 1 zat antara,tak stabil

Tahap 2 :

Penggabungan karbokation itu dengan nukleofil (H₂O) menghasilkan produk awal, suatu alkohol berproton.

H H

δ⁺ δ^-₊

[(CH₃)₃C⁺ ] + H₂O: (CH₃)₃C - - - OH (CH₃)₃C - OH

Nukleofil keadaan transisi 2 t-butil alkohl berproton

Tahap terakhir dalam deret ini ialah lepasnya H⁺ dari dalam alkohol berproton tadi, dalam suatu reaksi asam-basa yang cepat dan reversibel, dengan pelarut.

Tahap 3 :

₊

(CH₃)₃C – OH + H₂O: (CH₃)₃C ÖH + H₃O⁺:

Berlebihan t-butil alkohol

4) Reaksi Substitusi Nukleofilik Bimolekuler dan Mekanismenya

a. Jelaskan bagaimana pengaruh struktur alkil halida terhadap laju reaksi dalam SN₂.

Jawab :

Reaksi SN₂ suatu alkil halida menunjukkan bahwa alkil halida 1⁰ > 2⁰ > 3⁰dari reaksi berlangsung tanpa melalui pembentukan karbokation. Laju reaksi CH₃X > RX1⁰ > RX2⁰ > RX3⁰. Hal ini disebabkan oleh faktor sterik, dimana alkil halida 3⁰ faktor halangan ruang lebih besar dari RX⁰. untuk alkil halida 2⁰ tergantung pada nukleofil/basanya. Jika nukleofil kuat maka reaksi substitusi SN₂ seagan nukleofil?basa lemah akan mengikat reaksi SN₁.

b. Tuliskan mekanisme reaksi substitusi SN₂ dari senyawa (R)-2-bromobutana direaksikan dengan KOH dalam DMSO.

Jawab :

H H OH

Br K⁺OH^-

C CH₂CH₃ C CH₂CH₃

DMSO

H₃C _OH^- H₃C

(R)-2-bromobutana (S)-2-butanol

5) Reaksi Substitusi Elektrofilik Unimolekuler dan Mekanismenya

a) Bagaimana pengaruh struktur alkil halida dalam reaksi substitusi elektrofilik unimolekuler (SE₁).

Jawab :

Reaktivitas alkil halida dalam dalam reaksi substitusi dapat mempengaruhi mekanisme reaksi. Reaksi substitusi SE₁, laju reaksi alkil halida 3⁰ > 2⁰ > 1⁰. jadi alkil halida yang dapat melakukan eaksi SE₁ adalah alkil halida tersier dan sekunder. Alkil halida primer dapat melakukan reaksi SE₁dalam bentuk alilik dan benzilik.

(R₃)₃CX > (R₂) CH X > RC H₂X > CH₃X

Reaksi substitusi SE₂laju reaksi alkil halida 1⁰ > 2⁰ > 3⁰. jadi alkil halida primer lebih cenderung pada reaksi SE₂, laju reaksi CH₃Cl > CH₃CH₂Cl.

b) Bagaimana pengaruh pelarut dalam reaksi substitusi elektrofilik (SE₁).

Jawab :

Pengaruh pelarut dalam reaksi substitusi dan eliminasi terletak pada kemampuan atau ketidakmampuan pelarut mensolvasi ion-ion : karbokation, nukleofil/basa, dangugus lepas/pergi, kemampuan pelarut mensolvasi ditentukan oleh kepolaran pelarut tersebut. Pelarut polar membantu menstabilkan karbokation dengan jalan solvasi. Jadi pelart yang polar reaksi SE₁ sedangkan pelarut yang kurang polar atau non polar lebih cenderung ke SE₂.

6) Reaksi Substitusi Elektrofilik Bimolekuler dan Mekanismenya

a. Tuliskan persamaan reaksi umum untuk reaksi substitusi elektrofil bimolekuler (SE₂) beserta keterangannya.

Jawab :

Persamaan reaksi umum untuk reaksi SE₂ :

R – H + E⁺ R E + H⁺

Dimana :

R-H : substrat

E⁺ : elektrofil

H⁺ : ion hidrogen

RE : produk reaksi

Reaksi substitusi elektrofilik dapat terjadi pada senyawa alifatis dan senyawa aromatis.

b. Bagaimanakah mekanisme reaksi substitusi elektrofil (SE₂) untuk senyawa n-propana yang direaksikan dengan suatu elektrofil.

Jawab :

H₃C - CH₂ - CH₂ + E⁺ H₃C - CH₂ - CH₂ + H⁺

H E

7) Reaksi Substitusi Elektrofilik Senyawa Aromatik dan Mekanismenya

a) Jelaskan bagaimana pengaruh gugus penarik elektron (EWG) dalam reaksi substitusi senyawa aromatik.

Jawab :

Senyawa derivate halide benzena dapat bereaksi dengan nukleofil jika pada posisi orto dan para ada gugus deaktivasi (adanya substituen yang menarik elektron pada cincin). Substituen penarik elektron menyebabkan cincin miskin elektron dan menjadi lebih menarik bagi nukleofil yang menyerang.

EWG EWG

EWG

Semakin banyak EWG yang terikat pada aril halida semakin mudah untuk melakukan reaksi substitusi, terutama gugus EWG yang terikat pada gugus orto dan para.

b) Bandingkan pengaruh gugus aktivasi dan gugus deaktivasi dalam reaksi substitusi elektrofil senyawa aromatik.

Jawab :

Benzena tersubstitusi yang mempunyai gugus aktivasi dapat melakukan reaksi SE lebih cepat daripada benzena yang mempunyai gugus deaktivasi akan lebih lambat dalam melakukan reaksi SE. Gugus aktivasi akan mengakibatkan energi aktivasi menjadi lebih rendah sehingga laju reaksi lebih tinggi. Benzena tersubstitusi dengangugus aktivasi merupakan pengarah orto dan para, sedangkan gugus deaktvasi merupakan pengarah beta.

8) Reaksi Substitusi Radikal Bebas dan Mekanismenya

a) Bandingkan antara konsep reaksi radikal bebas dan konsep reaksi substitusi radikal bebas. Berikan contoh.

Jawab :

Reaksi radikal bebas

Radikal bebas merupakan atom atau grup atom yang memiliki sebuah elektron tidak berpasangan/bebas. Radikal bebas dibentuk jika ikatan terbelah menjadi dua yang sama dan setiap atom mendapat satu dari dua elektron yang dipakai untuk berikatan.

Contoh :

Radikal klorin Cl·

Reaksi substitusi radikal bebas

Reaksi substitusi radikal bebas merupakan reaksi yang berhubungan dengan radukal bebas. Mekanismenya menyangkut reaksi berantai. Pada reaksi berantai untuk setiap penonaktifan yang terjadi pada suatu bagian, bagian lain menjadi aktif sehingga proses terus berlangsung.

Contoh :

CH₃ + Cl· CH₂· + HCl

CH₂ + Cl₂ CH₂Cl + Cl·

b) Bandingkan antara konsep inisiasi rantai dan konsep propagasi rantai, dengan menggunakan contoh.

Jawab :

Inisiasi Rantai

Rantai terinisiasi oleh sinar ultraviolet yang memutuskan molekul klorin menjadi radikal.

Cl₂ 2Cl·

Reaksi propagasi rantai

Berikut ini merupakan reaksi yang membuat reaksi terus berjalan

CH₃ + Cl· CH₂· + HCl

CH₂ + Cl₂ CH₂Cl + Cl·

9) Reaksi Adisi Elektrofilik dan Mekanismenya

a) Bandingkan pengaruh kestabilan karbokation (C⁺) dan hyperkonjugasi terhadap produk rekasi dalam reaksi adisi elektrofil HX. Berikan contoh.

Jawab :

Kestabilan karbokation (C⁺)

Produk reaksi dalam reaksi adisi elektrofil HX dipengaruhi oleh kestabilan karbokation (C⁺) dimana karbokation 3⁰ > 2⁰ > 1⁰.

R R H

R – C – R R – C – H R – C – H

^{+ + +}

3⁰2⁰ 1⁰

Hyperkonyugasi

Produk reaksi dipengaruhi oleh banyaknya hyperkonyugasi, semakin banyak hyperkonyugasi semakin stabil produknya. Kadang-kadang diikuti dengan reaksi penataan ulang terutama untuk kestabilan produk reaksi.

CH₃ CH₃

H₃C– C – H H₃C – C – CH₃

^{+ +}

6 hyperkonyugasi 9 hyperkonyugasi

Bandingkan antara konsep reaksi adisi elektrofil X₂ dengan konsep reaksi adisi elektrofil H₂O.

Jawab :

Reaksi adisi elektrofil X₂

Cl₂ dan Br₂ merupakan adisi halogen yang sering digunakan pada senyawa ikatan rangkap tak jenuh.senyawa X₂ diatas sering digunakan untuk uji kualitatif senyawa alkena dan alkuna di laboratorium.

F₂ dan I₂ bukan pereaksi yang berguna dalam reaksi adisi ikatan rangkap tak jenuh. Fluor mudah meledak dalam senyawa organik sedangkan I₂ memang dapat mengadisi ikatan rangkap, tetapi produk1,2-diiodoalkana tidak stabil mudah melepaskan I₂ dan membentuk kembali senyawa alkena.

Reaksi adisi elektrofil H₂O

Reaksi adisi elektrofil senyawa hidrokarbon tak jenuh dengan air menggunakan katalis asam sebaiknya tidak menggunakan asam HX karena selain menghasilkan senyawa alkohol (senyawa target) juga menghasilkan senyawa alkil halida. Untuk menghindari hal diatas sebaiknya menggunakan asam sulfat H₂SO₄. reaksi adisi elektrofil ini mengikuti aturan markownikoff.

10) Reaksi Adisi Nukleofilik dan Mekanismenya

a) Bandingkan antara konsep adisi heteroatom nokleofilik dengan konsep adisi karbon nukleofil.

Jawab :

Adisi heteroatom nukleofil

Titik pusat senyawa karbonil terletas pada ikatan phi gugus karbonilnya.

Reaksi adisi heteroatom nukleofil :

⁺E E E

O O O

⁺

Adisi karbon nukleofil

Senyawa karbonil dengan asam sianida mementuk suatu sianohidrin, reaksi adisi ini dikenal dengan reaksi adisinukleofil. Pada prinsipnya reaksi adisi karbon nukleofil identik dengan reaksi adisi heteroatom nukleofil.

O OH⁺ OH

HCN C

CN^- CN

Senyawa karbonil dengan senyawa organo logam (mis. Pereaksi Grignard RMgX) menghasilkan senyawa alkohol 1⁰ untuk senyawa formaldehida, alkohol 2⁰ untuk senyawa aldehida sedangkan alkohol 3⁰ untuk senyawa keton dan turunan asam karboksilat.

b) Senyawa dienon atau senyawa karbonil α-β-tak jenuh dapat diserang oleh suatu nuleofilik menghasilkan reaksi adisi 1,2 nukleofilik dan reaksi adisi 1,4 nukleofilik. Tuliskan mekanisme reaksinya.

Jawab :

Reaksi adisi 1,2

O O^-

H H HCN

H₂C = C – C – CH₃ + CN^- H₂C = C – C – CH₃

H₂C = C – C – CH₃

Reaksi adisi 1,4

O O^-

H H HCN

H₂C = C – C – CH₃ H₂C – C = C – CH₃ H₂C – C = C – CH₃

CN CN

Suatu enol

H₂

H₂C – C – C – CH₃

11) Reaksi Adisi Radikal Bebas dan Mekanismenya

12) Reaksi Eliminasi Karbokation dan Mekanismenya

a) Bandingkan mekanisme reaksi E₁ dan mekanisme reaksi E₂ serta berikan contoh.

Jawab :

Reaksi E₁

Reaksi ini berlangsung melalui zat antara yaitu ion karbonium sama halnya seperti reaksi SN₁ dimana terlebih dahulu dngan lepasnya leaving group. Faktor-faktor yang mempengaruhi jalannya reaksi tergantung dari kestabilan, nukleofil dan pelarut yang digunakan.

Contoh :

Tahan 1 :

CH₃ CH₃

CH₃ – C – Br CH₃– C⁺ + Br^-

CH₃ CH₃

Tahap 2 :

CH₃ CH₃

CH₃– C⁺ + H₂Ö C = CH

H₂C – H CH₃

Reaksi E₂

Reaksi ini berlangsung tanpa pembentukan karbokation sama halnya seperti reaksi SN₂. Reaksi berlangsung serempak dimana leaving group dan atam H lepasnya bersamaan.

Contoh :

CH₃ CH₃

H₃C – C – Br + H₂Ö H₃C – C + H₃O⁺ + Br^-

H₂C – H CH₂

b) Bandingkan produk saytzeff dengan produk hofmann dalam reaksi E₂ serta berikan contoh.

Jawab :

Perbedaan basa yang digunakan Saytzeff dan Hofmann tergantung ari ukuran basa yang digunakan. Saytzeff menggunakan basa yang ion metoksi alkilnya kecil (mis NaOE_t dalam etanol) sedangkan Hofmann sebaliknya (mis, natrium tert-butuksi (CH₃)₃CONa) dalam tert-BuOH). Roduk alkena yang terbentuk menurut Saytzeff: alkil yang paling banyak (substituen) yang terikat pada gugus alkena merupakan poduk E₂ yang dominan. Produk alkena yang terbentuk menurut Hofmann adalah kebalikan dari Saytzeff.

13) Reaksi Eliminasi Karbonion dan Mekanismenya

a) Bagaimanakah pembentukan ion karbonion dari reaksi atom H dan posisi α gugus karbonil.

Jawab :

Ion karboniun terbentuk dari reaksi atm dari posisi α dari gugus karbonil. Pada umumnya reaksi E_CBterjadi pada senyawa karbonil yang mempunyai leaving group pada posisi β terhadap gugus karbonil membentuk senyawa α-β- karbonil tak jenuh. Senyawa karbonil pada H_β bersifat asam dan bereaksi dengan basa membentuk ion karbonion.

b) Bagaimanakah mekanisme reaksi eliminasi (E) dan mekanisme reaksi substitusi SN serta berikan contoh.

Jawab :

Reaksi eliminasi E dan substitusi SN merupakan reaksi antara senyawa yang mempunyai gugus lepas/pergi dengan suatu nukleofil/basa menghasilkan suatu olefin dan R-Nu. Reaksi dibawah ini bahwa reaksi 1-bromoetana dengan ion hidroksida OH^- menghasilkan etena dan alkohol.

Contoh :

CH₃CH₂Br + OH^- CH₂ = CH₂ + CH₂OH

Reaksi E₁ dan SN₁ tergantung pada kestabilan ion karbonion dimana 3⁰ > 2⁰ > 1⁰, nukleofil/basa, konsentrasi substrat dan pelarut. Rasio E₁/SN₁ tergantung pada gugus alkil R substrat, dimana semakin besar gugus alkil maka produk E₁>SN.

Contoh :

H H – Ö – H

CH₃ CH₂ CH₃

H₃CH₂C – C – Br H₃CHC – C⁺ + Br^- H₃CH₂C – C – OH SN₁

CH₃ H CH₃ CH₃

H – Ö – H

CH₃

H₃CHC = C H₃CH₂C – C – CH₂

CH₃

CH₂

14) Reaksi Penataan Ulang dan Mekanismenya

a) Bagaimanakah mekanisme terjadinya produk penataan ulang.

Jawab :

Produk penataan ulang terjadi dimana terbentuknya senyawa antara (intermediet) dari produk yang diharapkan mempunyai energi yang tinggi. Energi senyawa zat antara dapat diturunkan dengan adanya pergseran (shift) dari partisipasi substituen /gugus/atom tetangganya sehingga menghasilkan senyawa zat antara yang stabil maka penataan ulang dapat terjadi.

b) Bandingkan mekanisme penataan ulang antara curtius, schmidt, dan lossen. Serta berikan contoh.

Jawab :

Penataan ulang Curtius :

Reaksi penataan ulang mirip dengan penataan ulang Hofmann (menggunakan senyawa amida) tetapi reaksi penataan ulang Curtius menggunakan senyawa derivate asil amida menghasilkan suatu senyawa amida 1⁰.

Contoh :

H H₂O H H₂ O N₂

H₃C – C – C – C + Na⁺N₃^- H₃C – C – C – C

Cl N – N N

CH₃

H H₂ CHCL₃ H H₂

H₃C – C – C – N = C = O H₃C – C – C – NH₂ + CO₃^-

H₂O

CH₃ CH₃

Penataan ulang Schmidt :

Reaksi penataan ulang Schmidt menggunakan reaksi antara asam karboksilat direaksikan dengan asam hidrazoat (HN₃) dalam asam sulfat.

Contoh :

Ö OH

H₂H₂H₂ H₂ H₂ H₂ H₂ H₂

H₃C – C – C – C – C – C + H⁺ H₃C – C – C – C – C – C⁺ + HN₃

CH₃ OH OH

Penataan ulang Lossen :

Reaksi penataan ulang Lossen melibatkan reaksi N-asilamida dengan hidroksilamin (NH₂OH) dalam suasana basa menghasilkan amina 1⁰. reaksi ini mirip dengang degradasi Hofmann menghasilkan 1⁰ dalam suasana basa.

Contoh :

Galeri Tinangkung

Tugas Organic Lanjut

Written By Musrin Salila on Selasa, 27 April 2010 | 08.53

0 komentar:

Speak up your mind