Organic chemistry

A.   Reaksi Oksidasi pada Hidrokarbon

·        Reaksi Oksidasi pada Alkana

Alkana sukar dioksidasi oleh oksidator lemah atau agak kuat seperti KMNO₄, tetapi mudah dioksidasi oleh oksigen dari udara bila dibakar. Oksidasi yang cepat dengan oksigen yang akan mengeluarkan panas dan cahaya disebut pembakaran atau combustion.

Hasil oksidasi sempurna dari alkana adalah gas karbon dioksida dan sejumlah air. Sebelum terbentuknya produk akhir oksidasi berupa CO₂ dan H₂ O, terlebih dahulu terbentuk alkohol, aldehid dan karboksilat.

Alkana terbakar dalam keadaan oksigen berlebihan dan reaksi ini menghasilkan sejumlah kalor (eksoterm)

CH₄ + 2O₂ → CO­₂ + 2H₂ + 212,8 kkal/mol

C₄H₁₀ + 2O₂ → CO­₂ + H₂O + 688,0 kkal/mol

Reaksi pembakaran ini merupakan dasar penggunaan hidrokarbon sebagai penghasil kalor (gas alam dan minyak pemanas) dan tenaga (bensin), jika oksigen tidak mencukupi untuk berlangsungnya reaksi yang sempurna, maka pembakaran tidak sempurna terjadi. Dalam hal ini, karbon pada hidrokarbon teroksidasi hanya sampai pada tingkat karbon monoksida atau bahkan hanya sampai karbon saja.

2CH₄ + 3O₂ → 2CO­ + 4H₂O

CH₄ + O₂ → C + 2H₂O

Penumpukan karbon monoksida pada knalpot dan karbon pada piston mesin kendaraan bermotor adalah contoh dampak dari pembakaran yang tidak sempurna. Reaksi pembakaran tak sempurna kadang-kadang dilakukan, misalnya dalam pembuatan carbon black, misalnya jelaga untuk pewarna pada tinta.

·        Reaksi Oksidasi pada Alkena

Seperti halnya alkana, alkena suku rendah mudah terbakar. Jika dibakar di udara terbuka, alkena menghasilkan jelaga lebih banyak daripada alkana. Hal itu terjadi karena alkena mempunyai kadar karbon lebih tinggi daripada alkana, sehingga pembakarannya menuntut lebih banyak oksigen. Pembakaran sempurna alkena menghasilkan gas CO2 dan uap air.

CH₂=CH₂ + 2 O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

·        Reaksi Oksidasi pada Alkuna

Reaksi oksidasi alkuna, sama halnya dengan alkena dan alkana,yaitu akan menghasilkan CO₂ dan H₂O.

2CH≡CH + 5 O₂ → 4CO₂ + 2H₂O

B.   Reaksi Asam Basa dalam Senyawa Organik

 Sifat kebasaan merupakan ukuran yang menggambarkan kemampuan pereaksi dalam menerima suatu spesi positif (proton) dalam reaksi asam basa. Dengan demikian, tingkat kekuatan basa secara relative dapat ditentukan dari deret kebasaannya yaitu dengan membandingkan posisi relatifnya dalam kesetimbangan reaksi asam basa. 

• Asam Organik

Asam organik dicirikan oleh adanya atom hidrogen yang terpolarisasi positif. Terdapat dua macam asam organik, yang pertama adanya atom hidrogen yang terikat dengan atom oksigen, seperti pada metil alkohol dan asam asetat. Kedua, adanya atom hidrogen yang terikat pada atom karbon di mana atom karbon tersebut berikatan langsung dengan gugus karbonil (C=O), seperti pada aseton. Metil alkohol mengandung ikatan O-H dan karenanya bersifat asam lemah, asam asetat juga memiliki ikatan O-H yang bersifat asam lebih kuat. Asam asetat bersifat asam yang lebih kuat dari metil alkohol karena basa konjugat yang terbentuk dapat distabilkan melalui resonansi, sedangkan basa konjugat dari metil alkohol hanya distabilkan oleh keelektronegativitasan dari atom oksigen. Keasaman aseton diperlihatkan dengan basa konjugat yang terbentuk distabilkan dengan resonansi. Dan lagi, datu dari bentuk resonannya menyetabilkan muatan negatif dengan memindahkan muatan tersebut pada atom oksigen.Senyawa yang disebut dengan asam karboksilat, memiliki gugus –COOH, terdapat sangat banyak di dalam organisme hidup dan terlibat dalam jalur-jalur reaksi metabolik. Asam asetat, asam piruvat, dan asam sitrat adalah contohnya. Perlu dicatat bahwa pH fisiologis adalah sekitar 7.3, sehingga asam karboksilat sebagian besar terdapat sebagai anionnya, yaitu anion karboksilat, -COO-. 

• Basa Organik

Basa organik dicirikan dengan  adanya atom dengan pasangan elektron bebas yang dapat mengikat proton. Senyawa-senyawa yang mengandung atom nitrogen adalah  salah satu contoh basa organik, tetapi senyawa yang mengandung oksigen dapat pula bertindak sebagai basa ketika direaksikan dengan asam yang cukup kuat. Perlu
dicatat bahwa senyawa yang mengandung atom oksigen dapat bertindak sebagai asam maupun  basa, tergantung lingkungannya. Misalnya aseton dan metil alkohol dapat bertindak sebagai asam ketika menyumbangkan proton, tetapi sebagai basa ketika atom
oksigennya menerima proton.

REAKSI-REAKSI ALKANA, ALKENA, ALKUNA

1. Reaksi dalam Alkana

Alkana merupakan keluarga hidrokarbon yang mengandung hanya ikatan tunggal antar atom-atom karbonnya.

Ikatan pada alkana berciri tunggal, kovalen dan nonpolar. Oleh karenanya alkana relatif stabil (tidak reaktif) terhadap kebanyakan asam, basa, pengoksidasi atau pereduksi yang dapat dengan mudah bereaksi dengan kelompok hidrokarbon lainnya. Karena sifatnya yang tidak reaktif tersebut, maka alkana dapat digunakan sebagai pelarut.

Walaupun alkana tergolong sebagai senyawaan yang stabil, namun pada kondisi dan pereaksi tertentu alkana dapat bereaksi dengan asam sulfat dan asam nitrat, sekalipun dalam temperatur kamar. Hal tersebut dimungkinkan karena senyawa kerosin dan gasoline mengandung banyak rantai cabang dan memiliki atom karbon tersier yang menjadi activator berlangsungnya reaksi tersebut. Berikut ini adalah beberapa reaksi alkana :

A.    Oksidasi

Alkana sukar dioksidasi oleh oksidator lemah atau agak kuat seperti KMNO₄, tetapi mudah dioksidasi oleh oksigen dari udara bila dibakar. Oksidasi yang cepat dengan oksigen yang akan mengeluarkan panas dan cahaya disebut pembakaran atau combustion.

Hasil oksidasi sempurna dari alkana adalah gas karbon dioksida dan sejumlah air. Sebelum terbentuknya produk akhir oksidasi berupa CO₂ dan H₂ O, terlebih dahulu terbentuk alkohol, aldehid dan karboksilat.

Alkana terbakar dalam keadaan oksigen berlebihan dan reaksi ini menghasilkan sejumlah kalor (eksoterm)

CH₄ + 2O₂ → CO­₂ + 2H₂ + 212,8 kkal/mol

C₄H₁₀ + 2O₂ → CO­₂ + H₂O + 688,0 kkal/mol

Reaksi pembakaran ini merupakan dasar penggunaan hidrokarbon sebagai penghasil kalor (gas alam dan minyak pemanas) dan tenaga (bensin), jika oksigen tidak mencukupi untuk berlangsungnya reaksi yang sempurna, maka pembakaran tidak sempurna terjadi. Dalam hal ini, karbon pada hidrokarbon teroksidasi hanya sampai pada tingkat karbon monoksida atau bahkan hanya sampai karbon saja.

2CH₄ + 3O₂ → 2CO­ + 4H₂O

CH₄ + O₂ → C + 2H₂O

Penumpukan karbon monoksida pada knalpot dan karbon pada piston mesin kendaraan bermotor adalah contoh dampak dari pembakaran yang tidak sempurna. Reaksi pembakaran tak sempurna kadang-kadang dilakukan, misalnya dalam pembuatan carbon black, misalnya jelaga untuk pewarna pada tinta.

B.     Halogenasi

Reaksi dari alkana dengan unsur-unsur halogen disebut reaksi halogenasi. Reaksi ini akan menghasilkan senyawa alkil halida, dimana atom hidrogen dari alkana akan disubstitusi oleh halogen sehingga reaksi ini bisa disebut reaksi substitusi.

Halogenasi biasanya menggunakan klor dan brom sehingga disebut juga klorinasi dan brominasi. Halongen lain, fluor bereaksi secara eksplosif dengan senyawa organik sedangkan iodium tak cukup reaktif untuk dapat bereaksi dengan alkana.

Laju pergantian atom H sebagai berikut H₃ > H₂ > H₁. Kereaktifan halogen dalam mensubtitusi H yakni fluorin > klorin > brom > iodin.

Reaksi antara alkana dengan fluorin menimbulkan ledakan (eksplosif) bahkan pada suhu dingin dan ruang gelap.

Jika campuran alkana dan gas klor disimpan pada suhu rendah dalam keadaan gelap, reaksi tidak berlangsung. Jika campuran tersebut dalam kondisi suhu tinggi atau di bawah sinar UV, maka akan terjadi reaksi yang eksoterm. Reaksi kimia dengan bantuan cahaya disebut reaksi fitokimia.

Dalam reaksi klorinasi, satu atau lebih bahkan semua atom hidrogen diganti oleh atom halogen. Contoh reaksi halogen dan klorinasi secara umum digambarkan sebagai berikut:

Untuk menjelaskan keadaan ini, kita harus membicarakan mekanisme reaksinya. Gambaran yang rinci bagaimana ikatan dipecah dan dibuat menjadi reaktan dan berubah menjadi hasil reaksi.

Langkah pertama dalam halogenasi adalah terbelahnya molekul halogen menjadi dua partikel netral yang dinamakan radikal bebas atau radikal. Suatu radikal adalah sebuah atom atau kumpulan atom yang mengandung satu atau lebih elektron yang tidak mempunyai pasangan. Radikal klor adalah atom yang klor yang netral, berarti atom klor yang tidak mempunyai muatan positif atau negatif.

Pembelahan dari molekul Cl₂ atau Br₂ menjadi radikal memerlukan energi sebesar 58 Kcal/mol untuk Cl₂ dan 46 kcal/mol untuk Br₂. Energi yang didapat dari cahaya atau panas ini, diserap oleh halongen dan akan merupakan reaksi permulaan yang disebut langkah permulaan.

Tahap kedua langkah penggadaan dimana radikal klor bertumbukan dengan molekul metan, radikal ini akan memindahkan atom atom hidrongen (H ) kemudian menghasilkan H-Cl dan sebuah radikal baru, radikal metil ( CH₃).

Langkah I dari siklus penggadaan

Radikal bebas metil sebaliknya dapat bertumbukan dengan molekul (Cl₂) untuk membedakan atom khlor dalam langkah penggandaan lainnya.

Langkah 2 dari siklus penggadaan

Langka ketiga Reaksi Penggabungan Akhir. Reaksi rantai radikal bebas berjalan terus sampai semua reaktan terpakai atau sampai radikalnya dimusnahkan. Reaksi dimana radikal dimusnahkan disebut langkah akhir. Langkah akhir akan memutuskan rantai dengan jalan mengambil sebuah radikal setelah rantai putus. Siklus penggandaan akan berhenti dan tak berbentuk lagi reaksi.

Suatu cara untuk memusnahkan radikal adalah dengan menggabungkan dua buah radikal untuk membentuk non radikal yang stabil dengan reaksi yang disebut reaksi penggabungan (coupling reaction). Reaksi penggabungan dapat terjadi bila dua buah radikal bertumbukan

Radikal lainnya juga dapat bergabung untuk mengakhiri rangkaian reaksi tersebut. Misalnya CH₃dapat bergabung dengan Cl menghasilkan CH₃Cl

Suatu masalah dengan radikal bebas adalah terbentuknya hasil campuran. Contohnya ketika reaksi khlorinasi metana berlangsung, konsentrasi dari metana akan berkurang sedangkan klorometan bertambah. Sehingga ada kemungkinan besar bahwa radikal klor akan bertumbukkan dengan molekul klormetan, bukannya dengan molekul metan.

Jika halogen berlebihan, reaksi berlanjut dan memberikan hasil-hasil yang mengandung banyak halogen berupa diklorometana, trikloroetana dan tetraklorometana

Keadaan reaksi dan perbandingan antara klor dan metana dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang diinginkan.

Pada alkana rantai panjang, hasil reaksinya menjadi semakin rumit karena campuran dari hasil reaksi berupa isomer-isomer semakin banyak. Misalnya pada klorinasi propana

Bila alkana lebih tinggi dihalogenasi, campuran hasil reaksi menjadi rumit, pemurnian atau pemisahan dari isomer-isomer sulit dilakukan. Dengan demikian halogenasi tidak bermanfaat lagi dalam sintesis alkil halida. Akan tetapi pada sikloalkana tak bersubtitusi dimana semua atom hidrogennya setara, hasil murni dapat diperoleh. Karena sifatnya yang berulang terus reaksi semacam ini disebut reaksi rantai radikal bebas.

C.     Sulfonasi Alkana

Sulfonasi merupakan reaksi antara suatu senyawa dengan asam sulfat. Reaksi antara alkana dengan asam sulfat berasap (oleum) menghasilkan asam alkana sulfonat. dalam reaksi terjadi pergantian satu atom H oleh gugus –SO₃H. Laju reaksi sulfonasi H₃ > H₂ > H₁.

Contoh :

D.    Nitrasi

Reaksi nitrasi analog dengan sulfonasi, berjalan dengan mudah jika terdapat karbon tertier, jika alkananya rantai lurus reaksinya sangat lambat.

E.     Pirolisis (Cracking)

Proses pirolisis atau cracking adalah proses pemecahan alkana dengan jalan pemanasan pada temperatur tinggi, sekitar 1000⁰ C tanpa oksigen, akan dihasilkan alkana dengan rantai karbon lebih pendek

Proses pirolisis dari metana secara industri dipergunakan dalam pembuatan karbon-black. Proses pirolisa juga dipergunakan untuk memperbaiki struktur bahan bakar minyak, yaitu, berfungsi untuk menaikkan bilangan oktannya dan mendapatkan senyawa alkena yang dipergunakan sebagai pembuatan plastik. Cracking biasanya dilakukan pada tekanan tinggi dengan penambahan suatu katalis (tanah liat aluminium silikat).

    2.  Reaksi dalam Alkena

          Sifat khas dari alkena adalah terdapatnya ikatan rangkap dua antara dua buah atom karbon.     Ikatan rangkap dua ini merupakan gugus fungsional dari alkena sehingga menentukan adanya reaksi-reaksi yang khusus bagi alkena, yaitu adisi, polimerisasi dan pembakaran.

A.    Adisi

Alkena dapat mengalami adisi Adisi adalah pengubahan ikatan rangkap (tak jenuh) menjadi ikatan tunggal (jenuh) dengan cara menangkap atom/gugus lain.

Pada adisi alkena 2 atom/gugus atom ditambahkan pada ikatan rangkap C=C sehingga diperoleh ikatan tunggal C-C.  Beberapa contoh reaksi adisi pada alkena:

·      Halogenasi

Halogenasi adalah adisi alkena dengan unsur halogen, X₂ membentuk Halo alkana, RX_n. 

Contoh :

·      Hidrogenasi

Reaksi adisi alkena dengan hidrogen sering dikenal sebagai hidrogenasi. Reaksi ini akan menghasilkan alkana. 

Contoh :

CH₂ = CH₂ + H₂ → CH₃ – CH₃

CH₂=CH-CH₃ + H₂ → CH₃CH₂CH₃

·      Hidrohalogenasi

Hidrohalogenasi adalah reaksi alkena dengan hidrogen halida. Hasil reaksi antara alkena dengan hidrogen halida dipengaruhi oleh struktur alkena, apakah alkena simetris atau alkena asimetris. 

1.       Alkena simetris : akan menghasilkan satu haloalkana. 

CH₂ = CH₂   + HBr → CH₃ – CH₂Br

2.       Alkena asimetris akan menghasilkan dua haloalkana. 

Produk utana reaksi dapat diramalkan menggunakan aturan Markonikov, yaitu: Jika suatu HX bereaksi dengan ikatan rangkap asimetris, maka produk utama reaksi adalah molekul dengan atom H yang ditambahkan ke atom C dalam ikatan rangkap yang terikat dengan lebih banyak atom H. 

B.     Polimerasi

Polimerisasi adalah penggabungan molekul-molekul sejenis menjadi molekul-molekul raksasa sehingga rantai karbon sangat panjang. Molekul yang bergabung disebut monomer, sedangkan molekul raksasa yang terbentuk disebut polimer. 

Polimerisasi alkena terjadi berdasarkan reaksi adisi. Prosesnya mula-mula ikatan rangkap terbuka, sehingga terbentuk gugus dengan dua elektron tak berpasangan. Elektron-elektron tak berpasangan tersebut kemudian membentuk ikatan antargugsus, sehingga membentuk rantai. 

C.     Pembakaran

Seperti halnya alkana, alkena suku rendah mudah terbakar. Jika dibakar di udara terbuka, alkena menghasilkan jelaga lebih banyak daripada alkana. Hal itu terjadi karena alkena mempunyai kadar karbon lebih tinggi daripada alkana, sehingga pembakarannya menuntut lebih banyak oksigen. Pembakaran sempurna alkena menghasilkan gas CO2 dan uap air.

CH₂=CH₂ + 2 O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

33.  Reaksi dalam Alkuna

Adanya ikatan rangkap tiga yang dimiliki alkuna memungkinkan terjadinya reaksi adisi, polimerisasi, substitusi dan pembakaran.

A.  Adisi

·      Adisi Hidrogen Halida

Adisi hidrogen halida (HX) pada senyawa alkuna berlangsung sama dengan yang terjadi pada senyawa alkena. 

Reaksi di atas mengikuti aturan markonikov, tetapi jika pada reaksi alkena dan alkuna ditambahkan peroksida maka akan berlaku aturan antimarkonikov. Perhatikan reaksi berikut:

·      Adisi Hidrogen

·      Halogenisasi

     Halogenisasi adalah reaksi alkana dengan halogen. Bromin and klorin dapat mengadisi pada alkuna seperti yang terjadi pada alkena. Jika 1 mol halogen mengadisi pada 1 mol alkuna, maka akan dihasilkan dihaloalkena.
     Contoh :

Perhatikan reaksi di atas, reaksi pada tahap 2 berlaku aturan markonikov

·      Adisi Halogen Halida

Hidrogen halida (HX) dapat mengadisi pada ikatan rankap 3 senyawa alkuna seperti yang terjadi pada adisi pada ikatan rangkap 2 senyawa alkena, dengan produk awal adalah vinyl halida.

Jika HX mengadisi pada alkuna ujung, maka akan dihasilkan produk dengan orientasi mengikuti aturan Markovnikov.

Molekul HX kedua mengadisi dengan orientasi seperti yang pertama.

      B.   Polimerisasi

Polimerisasi alkuna terjadi berdasarkan reaksi adisi. Prosesnya mula-mula ikatan rangkap terbuka, sehingga terbentuk gugus dengan dua elektron tak berpasangan. Elektron-elektron tak berpasangan tersebut kemudian membentuk ikatan antargugsus, sehingga membentuk rantai. 

     C.   Substitusi

 Substitusi alkuna Substitusi (pengantian) pada alkuna dilakukan dengan menggantikan satu atom H yang terikat pada C=C di ujung rantai dengan atom lain.

     D.  Pembakaran

Pembakaran alkuna Pembakaran alkuna (reaksi alkuna dengan oksigen) akan menghasilkan CO2 dan H2O.

2CH=CH + 5 O2 → 4CO2 + 2H2O

Organic chemistry

ALDEHID

A.   Pengertian Aldehid

Aldehid adalah suatu senyawa yang mengandung gugus karbonil (C=O) yang terikat pada sebuah atau dua buah unsur hidrogen. Karbonil adalah suatu gugus polar,oleh karenanya aldehid mempunyai titik didih yang lebih tinggi daripada hidrokarbon yang berat molekulnya setara. Meskipun demikian, aldehid tidak dapat membentuk ikatan hydrogen yang kuat antara molekul-molekulnya sendiri,sehingga mereka mempunyai titik didih yang lebih rendah daripada alkohol yang beratnya setara pada molekulnya. Melalui gugus karbonil,aldehid dapat membentuk ikatan hydrogen dengan molekul air.

Beberapa senyawa aldehida dapat larut dalam air,namun ada pula yang tidak dapat larut dalam air.

Aldehid berasal dari “ alkohol dehidrogenatum “.

Struktur Aldehid : R – CHO. 

dengan R gugus alkil sehingga rumus umum senyawa aldehide juga dapat ditulis sebagai berikut : 

Contoh :
Pembentukan rumus molekul aldehida

          B.   Tata Nama Aldehid

·         Nama IUPAC

Untuk senyawa-senyawa aldehide dengan rumus struktur bercabang menurut IUPAC aturan penamaannya sebagai berikut :

1.      Nama aldehid sebagai turunan dari alkana diturunkan dari nama alkana dengan mengganti akhiran a dengan al.

2.      Tentukan rantai utama dengan cara : pilih deretan C yang paling panjang dan mengandung gugus fungsi kemudian beri nama.

3.      Penomoran rantai utama dimulai dari atom C yang mengikat gugus fungsi.

Contoh :

  

·         Nama Trivial

Contoh penamaan aldehid secara trivial adalah sebagai berikut :

             C.    Sifat-sifat Aldehid

1.      Sifat Fisik

·      Aldehid suku rendah berupa zat cair berbau tidak enak / tajam, misal bau formalin.

·      Aldehid suhu tinggi berupa zat kental berbau harum

2.      Sifat Kimia

·      Teroksidasi oleh oksidator ( Fehling, Tollens ) menjadi asam  karboksilat

·      Tereduksi oleh H₂ menjadi alkohol primer .

·      Bereaksi dengan PCl₅ menjadi R-CHCl₂ dan POCl₃

         D.   Reaksi spesifik sebagai identifikasi gugus aldehida

1.       Gugus aldehida mampu mereduksi larutan fehling (CUO) menghasilkan endapan merah bata dari Cu2O
R – CHO + 2 CuO -->R – COOH + Cu2O(s)

2.        Gugus aldehida mampu mereduksi larutan perak amoniak (larutan AgNO3 dalam larutan NH3 berlebih) yang biasa disebut reaksi Tollens (Ag2O), menghasilkan cermin perak, yaitu endapan perak yang membentuk cermin pada dinding tabung reaksi.
R – CHO + Ag2O --->R – COOH + 2 Ag(S)
Kedua reaksi spesifik ini yang biasanya digunakan sebagai identifikasi adanya senyawa aldehida dalam suatu zat. Sekaligus membedakan aldehida dari keton.

     E.   Kegunaan Aldehida

Senyawa aldehida yang paling banyak digunakan dalam kehidupan adalah Formaldehida dan Asetaldehida, antara lain sebagai berikut :

1.       Larutan formaldehida dalam air dengan kadar ±40% dikenal dengan nama formalin. Zat ini banyak digunakan untuk mengawetkan spesimen biologi dalam laboratorium museum.

2.        Formaldehida juga banyak digunakan sebagai :

·         Insektisida dan pembasmi kuman

·          Bahan baku pembuatan damar buatan

·          Bahan pembuatan plastik dan damar sintetik seperti Galatin dan Bakelit

3.       Asetaldehida dalam kehidupan sehari-hari antara lain digunakan sebagai :

·         Bahan untuk membuat karet dan damar buatan

·         Bahan untuk membuat asam asetat (As. Cuka)

·         Bahan untuk membuat alkohol