pertemuan ke-5 ISOMERI STRUKTUR SENYAWA HIDROKARBON DAN SISTEM NOMENKLATUR

ISOMERI STRUKTUR SENYAWA HIDROKARBON DAN SISTEM NOMENKLATUR

1 . SISTEM NOMENKLATUR

Tatanama atau nomenklatur (bahasaInggris: 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.

            Pada pertengahan abad 19 , banyak senyawa organic yang tak diketahui 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 mengemukakan senyawa itu.misalnya nama asam barbiturate (dari situ dikenal kelompok obat barbiturate) beraal dari nama wanita Barbara.

           

         Bahkan sekarang ini direka-reka nama-nama trivial untuk senyawa baru,terutama senyawa dengan nama resmi yang bertele-tele.berikut tiga contoh nama senyawa organic yang mengerikanMenghadapi meledaknya jumlah senyawa oganik,masing masing dengan nama kuno dan aneh,pada akhir abaqd ke-19 ahli kimia organic memutuskan untuk mensistematikan tata nama organic untuk menghubungkan nama-nama senyawa dan strukturnya.sistem tata nama yang telah dikembangkan disebut Nama jenewa atau sistem IUPAC.konferensi  tatanama diadakan di jenwa.IUPAC ialah inisial dari international union of pure and applied chemistry.organisasi yang betanggung jawab meneruskan perkembangan tata nama kimia.sistem tata nama lain yang dihubungkan dengan nama iupac ,dewasa computer.namun semua sistem formal tata nama sangatlah mirip.

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.

Pada kebanyakan senyawa, penamaan dapat dimulai dengan menentukan rantai hidrokarbon Ingold Prelog jika ambiguitas masih saja ada pada struktur rantai hidrokarbon induk. Nama dari rantai induk dimodifikasi dengan akhiran gugus fungsi yang memiliki prioritas tertinggi, sedangkan gugus fungsi sisanya diindikasikan dengan awalan yang dinomori dan disusun secara alfabetis.

Dalam kebanyakan kasus, penamaan yang tidak mengikuti kaidah penamaan yang baik dan benar bisa menghasilkan nama yang masih bisa dimengerti strukturnya - tentu saja penamaan yang baik dan benar direkomendasikan untuk menghindari ambiguitas.

2.      ISOMER STRUKTURAL

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 isomer structural satu sama lain.

Sebagai contoh, ada dua isomer struktural dengan sama rumus kimia C₄H₁₀, CH₃CH₂CH₂CH₃ butana yaitu normal dan metilpropana (CH₃)₂CHCH₂CH₃. Sangat menarik untuk dicatat butana yang normal mendidih pada -0.5 derajat Celsius, sedangkan metilpropana mendidih pada suhu 28 derajat Celcius. Karena jumlah atom bertambah, jumlah isomer meningkat. Ada tiga isomer struktural dengan rumus kimia C₅H₁₂, lima dengan rumus C₆H₁₄ dan sembilan dengan rumus C₇H₁₆.

 Isomer struktural karbon tidak dibatasi hanya untuk karbon dan hidrogen, meskipun mereka adalah contoh paling terkenal dari isomer struktural.

Di lemari obat rumah tangga orang dapat menemukan C₃H₈O, atau isopropil alkohol, kadang-kadang diidentifikasi sebagai “alkohol.” Rumus struktur adalah CH₃CH (OH) CH₃. Selain itu, ada n-propil alkohol, CH₃CH₂CH₂ (OH) dan bahkan eter metiletil, CH₃OCH₂CH₃, meskipun tak satu pun dari kedua senyawa ini kemungkinan akan ditemukan di rumah. Juga ada isomer struktural senyawa karbon yang mengandung atom lain. Apa yang membuat kelimpahan bentuk seperti isomer yang mungkin adalah kemampuan atom dari beberapa unsur – terutama karbon – untuk bergabung satu sama lain.

Hal ini disebabkan sifat dari ikatan antara atom. Atom karbon yang berdekatan bergabung dengan ikatan kovalen, ikatan di mana atom yang berpartisipasi berbagi elektron yang sama, daripada memindahkannya dari satu atom ke yang lain. Sebagai gambaran, dalam garam meja biasa, NaCl, atom natrium ikut serta memberikan lebih dari satu elektron yang tersedia untuk atom klor, dan dua atom tertarik gaya elektrostatis. Hal seperti ini ada antara atom karbon yang bergabung dalam etana, C₂H₆.  

 Silikon dan boron memiliki kemampuan yang sama untuk mengikat satu sama lain tanpa transfer elektron. Isomer struktural silikon dan boron diilustrasikan dengan baik dalam silan – senyawa silikon dan hidrogen – dan boran – senyawa boron dan hidrogen. Senyawa karbon dan hidrogen mulai dengan molekul metana, CH₄. Analog dengan hal ini, senyawa silikon dan hidrogen dimulai dengan silan, SiH₄. Menariknya, senyawa boron dan hidrogen mulai berbeda dengan borana, BH₃ – senyawa yang dikenal hanya dalam bentuk gas yang cepat dimerizes untuk membentuk B₂H₆.

Kemampuan untuk membentuk isomer struktural sangat meningkatkan jumlah senyawa yang mungkin dengan berbagai sifat hampir tak berujung. Dalam kasus karbon, isomer struktural memungkinkan senyawa kehidupan. Untuk silikon dan boron, berbagai besar senyawa memberi dunia ilmiah dan manufaktur sejumlah besar reagen. Salah satu aplikasi dari turunan silan dalam lapisan yang memungkinkan bahan-bahan biologis berbahaya harus terpasang ke struktur implan titanium. Adapun boran, mereka dapat digunakan dalam sintesis organik khusus, dalam sel bahan bakar yang eksotis, dan bahkan untuk bahan bakar peroketan.

·                  Jenis-Jenis  Isomer Struktur

1.    Isomer rantai
Isomer ini muncul karena kemungkinan percabangan rantai karbon. Sebagai contoh, ada dua isomer dari butana, C₄H₁₀. Dalam salah satu dari mereka, atom karbon terletak pada “rantai lurus” sedangkan yang lain rantai bercabang.

2   2.    Isomer posisi
         Dalam isomer posisi , kerangka karbon dasar tetap tidak berubah, namun kelompok-kelompok penting yang berpindah-pindah pada kerangka itu.
Sebagai contoh, ada dua isomer struktural dengan rumus molekul C₃H₇Br. Dalam salah satu dari mereka atom bromin di ujung rantai, sedangkan yang lain itu melekat di tengah.

Jika Kita membuat model, tidak ada cara yang Kita bisa memutar satu molekul untuk mengubahnya menjadi yang lain. Kita harus memecahkan bromin di bagian akhir dan pasang kembali di tengah. Pada saat yang sama, Kita harus memindahkan hidrogen dari tengah sampai akhir.

Contoh lain yang serupa terjadi pada alkohol seperti C₄H₉OH

Ini adalah hanya dua kemungkinan asalkan Kita menjaga rantai empat karbon, tetapi tidak ada alasan mengapa Kita harus melakukan itu. Kita dapat dengan mudah memiliki campuran rantai Isomer dan posisi isomer – Kita tidak terbatas pada satu atau yang lain.

Kita juga bisa mendapatkan isomer posisi pada cincin benzena. Pertimbangkan rumus molekul C₇H₇Cl. Ada empat isomer berbeda Kita bisa membuat tergantung pada posisi atom klorin. Dalam satu kasus itu melekat pada atom karbon samping kelompok, dan kemudian ada tiga kemungkinan posisi lain bisa memiliki sekitar ring – samping grup CH3, next-tapi-satu untuk kelompok CH3, atau sebaliknya kelompok CH₃ .

3     3.  IsomerFungsional

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).

3 .ISOMER PADA ALKANA

Struktur alkana dapat berupa rantai lurus atau rantai bercabang. Alkana yang mengandung tiga atom karbon atau kurang tidak mempunyai isomer seperti CH₄, C₂H₆ dan C₃H₈ karena hanya memiliki satu cara untuk menata atom-atom dalam struktur ikatannya sehingga memilki rumus molekul dan rumus struktur molekul sama. Perhatikan gambar di bawah ini:

Dalam senyawa alkana juga ada yang rumus molekulnya sama, tetapi rumus struktur molekulnya berbeda. Mulai dari alkana dengan rumus molekul C₄H₁₀mempunyai dua kemungkina struktur ikatan untuk menata atom-atom karbonnya seperti di bawah ini:

Untuk senyawa-senyawa tersebut disebut isomer. Oleh karena perbedaan hanya pada kerangka struktur maka isomernya disebut isomer kerangka.

Untuk pentana (C₅H₁₂) memiliki tiga kemungkinan struktur ikatan untuk menata atom-atom karbonnya yaitu:

Kita dapat menyimpulkan dari 2 contoh di atas bahwa semakin bertambah jumlah atom C pada rumus molekul suatu alkana maka semakin banyak isomernya seperti yang tertera ditabel bawah ini:

Jumlah atom C	C4	C5	C6	C7	C8	C9	C10
Rumus molekul	C4H10	C5H12	C6H14	C7H16	C8H18	C9H20	C10H22
Jumlah isomer	2	3	5	9	18	35	75

TUGAS TAMBAHAN

Soal :  mengapa sudut ikatan H-C-H lebih kecil dari H-C-C?

jawab:
Pada posisi tereksitasi,atom  karbon memiliki empat elektron tak berpasangan dan dapat membentuk empat ikatan dengan hidrogen  Meskipun membutuhkan energi sebesar 96 kkal/mol untuk mengeksitasi satu elektronnya terlebih dahulu, ikatan yang terbentuk dengan H (pada CH4) jauh lebih stabil dibandingkan ikatan C-H pada molekul CH2. Ikatan C-H pada metana memiliki kekuatan ikatan 104 kkal/mol dengan panjang ikatan 1.10 A. sudut ikatan H-C-H sebesar 109.5 Panjang ikatan hidrogen-karbon sebesar 1.06A dan panjang ikatan karbon-karbon adalah 1.20 A

KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK

KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK

1.      SENYAWA RANTAI TERBUKA ( ALIFATIK)

Dalam senyawa rantai terbuka yang terikat oleh ikatan sigma dapat berotasi mengelilingi ikatan itu.oleh karena itu atom atom dalam suatu molekul rantai terbuka dapat mengelilingi tak terhingga banyak posisi didalam ruang relative satu terhadap yang lain.memang etana adalah sebuah molekul kecil,tetapi etana dapat memiliki penataan dalam ruang secara berlaina-lainan,penataan mana disebut konformasi.

Untuk mengemukakan konformasi akan digunakan tiga jenis rumus : rumus dimensional,rumus bola dan pasak dan rumus proyeksi newman (disarankan menggunakan model molekul dadalam memperbandingkan konformasi yang berlainan).suatu rumus bola dan pasak dan rumus dimensional adalah representasi tiga dimensi dari model molekul suatu senyawa.suatu proyeksi newman adalah pandangan ujung ke ujung dari dua atom karbon saja dalam molekul itu.ikatan yang menghubungkan kedua atom ini tersembunyi.ketiga ikatan dari karbon depan tampak menuju proyeksi dan ketiga ikatan dari karbon belakang hanya tampak sebagian.

             

    
Karena adanya rotasi mengelilingi ikatan sigma,maka suatu molekul dapat memiliki konformasi berapa saja.konformasi berbeda beda itu disebut conformer.karena conformer dapat dengan mudah diubah satu menjadi yang lain,biasanya mereka tak dapat diisolasi satu bebas dari yang lain,seperti isomer structural.

Rotasi mengelilingi ikatan sigma seringkali disebut rotasi ini tidaklah benar benar bebas.konformasi eklips dari etana kira kira 3 kkal/mol kurang stabil (lebih tinggi energinya) dibandingkan dengan conformer goyang,karena adanya tolak menolak antara electron electron ikatan dan atom atom hydrogen.untuk berotasi dari konformasi goyang kekonformasi eklips satu molekul etana memerlukan 3 kkal energy.karena temperature kamar jumlah energy jumlah energii ini mudah diperoleh,maka rotasi itu dapat berlangsung dengan mudah ; inilah sebabnya konformasi yang berbeda-beda bukanlah isomer.tetapi meskipun konformasi-konformasi etana mudah dipertukarkan pada temperature kamar,pada saat kapan saja sebagian besar molekul etana berada dalam konformasi goyang karena adanya energinya lebih rendah.

Butana, seperti etana,dapat mengalami konformasi eklips dan goyang.dalam butane terdapat dua gugus metal yang relative besar,terikat pada dua karbon pusat.dipandang dari kedua karbon pusat,hadirnya gugus-gugus metal ini menyebabkan terjadinya dua macam konformasi goyang ,yang berbeda dalam hal posisi gugus gugus metil terpisah sejauh mungkin deisebut conformer anti.konformasi goyang ini dimana gugus gugus lebih berdekatan,disebut conformer gauche .

Makin besar gugus yang terikat pada kedua atom karbon,akan makin besar selisih antara konformasi-konformasi molekul itu.diperlukan lebih banyak energy untuk mendorong dua gugus besar agar berdekatan daripada gugus kecil.etana hanya membutuhkan 3 kkal/mol untuk berotasi dari konformasi goyang ke eklips ,sedangkan butane memerlukan 4,5 kkal/mol untuk berotasi dari konformasi anti  kekonformasi dimana gugus gugus metil eklips.

2.      SENYAWA RANTAI TERTUTUP ( SIKLIK )

Senyawa rantai tertutup ialah Senyawa hidrokarbon yang memiliki rantai tertutup.

Hidrokarbon Alisiklik adalah rantai tertutup yang tidak memiliki ikatan rangkap, atau hanya memiliki satu jenis ikatan rangkap. Senyawa alisiklik dapat diklasifikasikan menjadi Sikloalkana (tidak memiliki ikatan rangkap) dengan rumus umum C_nH_2n. Serta Sikloalkena (rangkap 2) dengan rumus umum C_nH_2n-2.

Hidrokarbon Aromatik adalah rantai tertutup yang umumnya berbentuk cincin segi enam (terkadang dapat berbentuk segi lima) yang memiliki ikatan tunggal dan rangkap 2 secara selang-seling. Hidrokarbon aromatik dinamakan demikian karena sebagian besar senyawanya memiliki aroma khusus. Hidrokarbon Aromatik sederhana dapat dibagi menjadi Benzena (satu cincin, C₆H₆), Naftalena (dua cincin, C₁₀H₈), Antrasena (tiga cincin, C₁₄H₁₀).

3.      SENYAWA HOMOSIKLIK

Senyawa senyawa dimana cincin hanya terdiri atom karbon disebut senyawa homosiklik.senyawa homosiklik atau senyawa karbosiklik dibagi lagi menjadi senyawa alisiklik dan senyawa aromatic. Senyawa alisiklik merupakan sebuah cincin beranggota tiga atau lebih atom karbon menyerupai senyawa alifatik seperti dalam senyawa homosiklik. Hidrokarbon alisiklik jenuh memiliki rumus umum CnH2n contoh senyawa alisiklik adalah siklopropana,siklobutana,sikloheksana. senyawa    Aromatik adalah senyawa hidrokarbon dengan ikatan tunggal dan ikatan rangkap diantara atom-atom karbonnya. kongfigurasi 6 atom karbon pada senyawa ini di kenal dengan cincin benzene.

4.      SENYAWA HETEROSIKLIK

Senyawa heterosiklik atau heterolingkar adalah sejenis senyawa kimia yang mempunyai struktur cincin yang mengandung atom selain karbon, seperti belerang , oksigen, ataupun nitrogen yang merupakan bagian dari cincin tersebut.Senyawa-senyawa heterosiklik dapat berupa cincin aromatik sederhana  ataupun cincin non-aromatik. Beberapa contohnya adalah piridina (C₅H₅N), pirimidina (C₄H₄N₂) dan dioksana (C₄H₈O₂). Perlu diperhatikan pula senyawa-senyawa seperti siklopropana dan sikloheksana bukanlah senyawa heterosiklik. Senyawa tersebut hanyalah sikloalkana. Prefiks 'siklik' merujuk pada struktur cincin, sedangkan 'hetero' merujuk pada atom selain karbon. Banyak senyawa heterosiklik yang merupakan zat karsinogenik.

ORBITAL HIBRIDA dari NITROGEN DAN OKSIGEN

 1. Atom Nitrogen

Ikatan kovalen tidak hanya terbentuk dalam senyawa karbon, tetapi juga dapat dibentuk oleh atom-atrom lain. Semua ikatan kovalen yang dibentuk oleh unsur-unsur dalam tabel periodik dapat dijelaskan dengan orbital hibrida. Secara prinsip, pembentukan hibrida sama dengan pada atom karbon. Amonia, NH3, salah satu contoh molekul yang mengandung ikatan kovalen yang melibatkan atom nitrogen. Atom nitrogen memiliki konfigurasi ground-state: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz1, dan memungkinkan atom nitrogen berikatan dengan tiga atom hidrogen.

Ketika terdapat tiga elektron tak berpasangan mengisi orbital 2p, ini memungkinkan orbital 1s dari hidrogen untuk overlap dengan orbital 2p tersebut membentuk ikatan sigma. Sudut ikatan yang terbentuk adalah 107.30, mendekati sudut tetrahedral (109.50). Nitrogen memiliki lima elektron pada kulit terluarnya. Pada hibridisasi sp3, satu orbital sp3 diisi oleh dua elektron dan tiga orbital sp3 diisi masing masing satu elektron.

Ikatan sigma terbentuk dari overlap orbital hibrida sp3 yang tidak berpasangan tersebut dengan orbital 1s dari hydrogen menghasilkan molekul ammonia. Dengan demikian, ammonia memiliki bentuk geometri tetrahedral yang mirip dengan metana. Ikatan N-H memiliki panjang 1.01 A dan kekuatan ikatan 103 kkal/mol.

Nitrogen memiliki tiga elektron tak berpasangan pada orbital hibrid sp3, ketika satu elektron dalam orbital hibrida tersebut tereksitasi ke orbital p maka terbentuk hibrida baru, yaitu sp2. Elektron pada orbital p digunakan untuk membentuk ikatan pi. Jadi, atom nitrogen yang terhibridisasi sp2 memiliki satu ikatan pi yang digunakan untuk membentuk ikatan rangkap dua, mirip dengan molekul etena. Apabila elektron yang tereksitasi ke orbital p ada dua maka nitrogen memiliki kemampuan membentuk dua ikatan pi atau satu ikatan rangkap tiga (hibridisasi sp).

3. Atom Oksigen

Elektron pada ground-state atom oksigen memiliki konfigurasi: 1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1, dan oksigen merupakan atom divalen.

Dengan melihat konfigurasi elektronnya, dapat diprediksi bahwa oksigen mampu membentuk dua ikatan sigma karena pada kulit terluarnya terdapat dua elektron tak berpasangan (2py dan 2pz).

Air adalah contoh senyawa yang mengandung oksigen sp3. sudut ikatan yang terbentuk sebesar 104.50. diperkirakan bahwa orbital dengan pasangan elektron bebas menekan sudut ikatan H-O-H, sehingga sudut yang terbentuk Dalam kondisi ini, oksigen hanya memiliki satu ikatan sigma, tetapi juga memilki satu ikatan pi. Contoh molekul yang memiliki atom oksigen terhibridisasi sp2 adalah pada senyawa-senyawa karbonil.

 

Satu contoh terakhir dari hibridisasi orbital yang sering ditemukan adalah boron trifluorida, BF3. Boron hanya memiliki tiga elektron di kulit terluarnya (1s2 2s2 2px1), hal ini berarti bahwa boron hanya dapat membentuk paling banyak tiga ikatan. Kita dapat mempromosikan elektron pada orbital 2s ke orbital 2py, akan tetapi tidak mungkin melengkapi boron dengan elektron oktet.

terdapat satu orbital p (2pz) yang kosong. Molekul BF3 yang terbentuk memiliki geometri planar, sehingga dapat dikatakan bahwa boron terhibridisasi sp2.

lebih kecil dari sudut ideal (109.50), seperti halnya pasangan elektron bebas dalam ammonia menekan sudut ikatan H-N-H. Oksigen juga dapat terhibridisasi sp2, yaitu dengan mempromosikan satu elektronnya ke orbital p.