Konsep Pendahuluan Mengenai Struktur Molekul Organik.

Hello guys, this is my first article in my new blog, i mean in several years ago i had a blog and try to write some post there but i forgot my password (sorry) now i release my new blog and want to share a usefull information for us. Lets start..

(sumber: Dokumentasi pribadi penulis)

Tabel periodik unsur adalah suatu tampilan kesatuan dari unsur-unsur kimia yang disusun berdasarkan nomor atom, sifat kelektronegatifitas, kulit atom, jari-jari atom.

Dalam ilmu kimia suatu unsur memiliki sifat yang membuat sebuah unsur dapat dikelompokkan dalam dua jenis kelompok yaitu periode dan golongan.

          Dalam ilmu kimia terdapat kajian ilmu mengenai ilmu kimia organik fisik. Dalam kajian tersebut memiliki cakupan mengenai reaktivitas dan sifat fisik dari molekul senyawa organik. kajian tersebut bermanfaat untuk bidang ilmu sintesis senyawa organik yang berguna dalam kehidupan manusia. Untuk itu diperlukan konsep dasar yang mendukung pemahaman sifat fisik dari molekul senyawa organik, konsep tersebut antara lain adalah:

1)      Elektronegativitas

2)      Ikatan Hidrogen

3)      Gaya Van der Waals

4)      Polarisabilitas

5)      Gugus Fungsi

6)      Efek Induksi

7)      Resonansi

8)      Hiperkonjugasi

9)      Tautomeri

10)  Regangan Ruang

Penjelasan untuk kajian diatas adalah sebagai berikut:

1. Elektronegativitas

              Menurut Fessenden dan Fessenden (1982) kelektronegatifan adalah ukuran kemampuan atom untuk menarik elektron luarnya atau yang biasa disebut sebagai elektron valensi. kelektronegatifan berguna untuk meramalkan dan menerangkan kereaktifan kimia dari suatu molekul. kelektronegatifan dipengaruhi oleh jumlah proton dalam inti dan jumlah kulit yang mengandung elektron, semakin besar jumlah protonnya maka semakin besar muatan inti positif dan dengan demikian tarikan dengan elektron ikatan bertambah. Oleh sebab itu semakin ke kanan kelektronegatifan bertambah pada priode tertentu dalam suatu tabel periode unsur. 

      Tarikan antara partikel yang berlawanan muatan bertambah dengan berkurangnya jarak antara partikel. jadi keelektronegatifan bertambah dari unsur yang dibawah hingga unsur yang lebih atas dalam satu golongan tabel periodik unsur karena elektron valensi lebih dekat ke inti.

              Elektronegativitas adalah suatu konsep yang dimunculkan oleh kimiawan sebagai hasil pengembangan dari fenomena moment dipole permanen yang ditimbulkan oleh molekul-molekul asimetris. Elektronegativitas didefinisikan sebagai tenaga laten dari suatu atom dalam suatu molekul untuk menarik elektron. Konsep ini tergantung pada teori struktur kimia organik modern untuk menginterpretasi beberapa sifat seperti: 

     a. kekuatan keasaman dan kebasaan,

     b. Panjang ikatan kimia

     c. Karakter ionik, 

     d. Volatilitas, 

     e. kelarutan, 

     f.  potensial redoks

     g. kekuatan ikatan hidrogen.

Metode yang umumnya sering digunakan adalah metode Pauling. Hasil perhitungan ini menghasilkan nilai yang tidak berdimensi dan biasanya dirujuk sebagai skala Paulingdengan skala relatif yang berkisar dari 0,7 sampai dengan 4,0 (hidrogen = 2,2). Bila metode perhitungan lainnya digunakan, terdapat sebuah konvensi (walaupun tidak diharuskan) untuk menggunakan rentang skala yang sama dengan skala Pauling: hal ini dikenal sebagai elektronegativitas dalam satuan Pauling.

Elektronegativitas bukanlah bagian dari sifat atom, melainkan hanya merupakan sifat atom pada molekul. Sifat pada atom tunggal yang setara dengan elektronegativitas adalah afinitas elektron. Elektronegativitas pada sebuah unsur akan bervariasi tergantung pada lingkungan kimiawi, namun biasanya dianggap sebagai sifat yang terpindahkan, yaitu sebuah nilai elektronegativitas dianggap akan berlaku pada berbagai situasi yang bervariasi.(Anonim,2016)

      2. Ikatan Hidrogen

          Sebuah ikatan hidrogen adalah ikatan yang relatif lemah sehingga atom hidrogen dibuat dengan atom elektronegatif nitrogen, oksigen atau fluor. Ikatan hidrogen lebih lemah daripada ikatan ionik, kovalen, dan logam, tapi masih agak kuat dengan dapat berdiri sendiri, dengan energi biasanya antara 5 sampai 30 kJ / mol. Sebaliknya, ikatan kovalen yang lemah memiliki energi sekitar 155 kJ / mol.

          Contoh yang paling banyak ditemui dan paling sederhana dari ikatan hidrogen dalam air, dimana setiap molekul air terikat pada empat molekul air yang berdekatan melalui ikatan hidrogen. Atom oksigen dalam tiap molekul air memiliki dua elektron tunggal yang ditawarkan, yang segera terikat dengan dengan atom hidrogen dalam molekul air lainnya.

              Selanjutnya, dua atom hidrogen yang terikat pada setiap ikatan oksigen ke molekul oksigen dalam molekul air yang berdekatan. Ikatan antarmolekul ini bertanggung jawab atas titik didih air yang relatif tinggi. Air memiliki titik didih yang sangat tinggi dibandingkan dengan bahan yang terdiri dari molekul dengan ukuran yang sama. Jika ikatan ini tidak ada, air akan mendidih pada suhu yang sama dengan karbon dioksida (yang mendidih pada -78 ° C atau -108,4 ° F) dan         kehidupan seperti yang kita tahu itu tidak mungkin.

          Sebuah ikatan hidrogen terdiri dari akseptor ikatan hidrogen, atom sasaran, dan donor ikatan hidrogen, atom hidrogen itu sendiri. Kadang-kadang, pada molekul seperti kloroform (CHCl₃), karbon dapat terlibat dalam ikatan hidrogen, terutama ketika dikelilingi oleh atom elektronegatif seperti klorin. Sebuah ikatan hidrogen yang tidak biasa dan sering disebut interaksi dipol-dipol  elektrostatik (interaksi intermolekuler yang lemah), mengelompokkan itu dengan lebih banyak ikatan transien yang disebabkan oleh fluktuasi kuantum sesaat dalam muatan listrik, tetapi juga memiliki banyak karakteristik dari ikatan kovalen yang lebih kuat, di mana awan elektron sebenarnya langsung tumpang tindih. Karakteristik ini meliputi arah, kekuatan, jarak interatomik produksi pendek dibandingkan dengan yang umum dalam interaksi transien van der Waals, dan  sejumlah interaksi lainnya, yang merupakan diagnostik ikatan yang lebih kuat.

                                     Contoh Ikatan Hidrogen

      Panjang ikatan hidrogen bervariasi tergantung pada kekuatan ikatan, suhu, dan tekanan. Kekuatan      ikatan juga tergantung pada sejumlah faktor, termasuk suhu, sudut ikatan, tekanan, dan lingkungan. Pada air, umumnya panjang  ikatan hidrogen 1.97 Å (197 pm). (Anonim, 2016)

    3. Ikatan Van Der Waals

Van Der Waals lahir di Leiden, Belanda, sebagai putera Jacobus Van Der Waals dan Elisabeth Van Den Burg. Ia menjadi guru sekolah, dan kemuian diizinkan belajar di universitas, karena kurangnya pendidikan dalam bahasa-bahasa klasik. Ia belajar dari 1862 hingga 1865, mendapat gelar dalam matematika dan fisika. Ia menikah dengan Anna Magdalena Smit dan memiliki 3 putri dan 1 putra.

Pada 1866, ia menjadi direktur sekolah dasar di den Haag. Pada 1873, ia mendapatkan gelar doktor di bawah Pieter Rijke atas tesisnya yang berjudul “Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand” (Pada Kontinuitas Keadaan Gas dan Cair). Pada 1876, ia diangkat sebagai profesor pertama di Universitas Amsterdam. Van Der Waals meninggal di Amsterdam pada 1923.

Gaya Van Der Waals terjadi akibat interaksi antara molekul-molekul non polar (Gaya London), antara molekul-molekul polar (Gaya dipole-dipol) atau antara molekul non polar dengan molekul polar (Gaya dipole-dipol terinduksi). Ikatan Van Der Waals terdapat antar molekul zat cair atau padat dan sangat lemah. Gaya Van Der Waals dahulu dipakai untuk menunjukkan semua jenis gaya tarik-menarik antar molekul. Namun kini merujuk pada pada gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul yang terlemah menjadi dipole seketika. Pada saat tertentu, moleku-molekul dapat berada dalam fase dipole seketika ketika salah satu muatan negative berada di sisi tertentu. Dalam keadaan dipol ini, molekul dapat menarik atau menolak electron lain dan menyebabkan atom lain menjadi dipole. Gaya tarik menarik yang muncul sesaat ini merupakan gaya Van Der Waals.

Karena gaya ini sangat lemah maka zat yang mempunyai ikatan van der waals akan mempunyai titik didih yang sangat rendah. Meskipun demikian gaya van der waals bersifat permanen dan lebih kuat dari gaya london. Contoh gaya van der waals terdapat pada senyawa hidrokarbon. Misalnya pada senyawa CH₄. Perbedaan keelektronegatifan C (2,5) dengan H (2,1) sangat kecil, yaitu sebesar 0,4.

Senyawa-senyawa yang mempunyai ikatan van der waals akan mempunyai titik didih sangat rendah, tetapi dengan bertambahnya Mr Ikatan akan makin kuat sehingga titik didih lebih tinggi. Contohnya, titik didih

 C₄H₁₀>C₃H₈>C₂H₆>CH₄. Contoh lainnya terdapat pada Br₂ dan I₂. Br₂ berwujud cair tetapi mudah menguap dan I₂ berwujud gas tetapi mudah menyublim. Hal ini disebabkan karena ikatan antara molekul Br₂ dan I₂ adalah ikatan van der waals (Anonim, 2013).

4. Polarisabilitas

Polarisabilitas ini berkaitan dengan massa molekul relatif (Mr) dan bentuk molekul. Pada umumnya, makin banyak jumlah elektron, makin mudah mengalami polarisasi. Karena jumlah elektron berkaitan dengan Mr, maka semakin besar Mr, semakin kuat gaya London. Gaya dispersi London ini termasuk gaya yang relatif lemah, karena interaksi yang terjadi adalah antar molekul nonpolar. Contoh molekul yang mengalami gaya london diantaranya: gas hidrogen, gas nitrogen, metana dan gas-gas mulia.

Dua buah molekul nonpolar berinteraksi, kemudian salah satu molekul mulai terkutubkan karena pergerakan elektron yang bebas membentuk dipol sesaat. Disebut dipol sesaat karena dipol molekul tersebut dapat berpindah milyaran ribu kali dalam satu detik. Pada saat berikutnya dipol itu hilang atau bahkan sudah berbalik arahnya. Molekul tersebut kemudian menginduksi molekul non polar yang lainnya. Sehingga terjadi gaya dipol terinduksi. Oleh karena itu, gaya antar molekul ini disebut gaya dipol sesaat-dipol terinduksi (gaya dispersi London) (Anonim, 2013)

5. Gugus Fungsi

Menurut Fessenden dan Fessenden (1982), Gugus fungsi mengacu pada atom tertentu yang terikat dalam susunan tertentu yang memberikan sifat fisik dan kimia tertentu senyawa. Gugus fungsi adalah Sekelompok atom yang bertanggung jawab untuk reaksi karakteristik senyawa. Sebagai contoh, gugus hidroksil adalah kelompok fungsional alkohol. Dalam asam amino, dua gugus fungsional – gugus amino dan gugus karboksil – yang melekat pada atom karbonyang sama.

Dalam kimia organik, gugus fungsi adalah kelompok tertentu atom atau ikatan dalam senyawa yang bertanggung jawab untuk karakteristik reaksi kimia senyawa itu. Gugus fungsi yang sama akan berperilaku dengan cara yang sama (misalnya, mengalami reaksi yang sama) terlepas dari senyawa yang menjadi bagiannya. Gugus fungsi juga memainkan peranan penting dalam nomenklatur senyawa organik; menggabungkan nama-nama kelompok fungsional dengan nama-nama alkana induk menyediakan cara untuk membedakan senyawa.

         

Atom-atom dari gugus fungsional yang dihubungkan bersama dan dengan senyawa lainnya dengan ikatan kovalen. Atom karbon yang pertama melekat pada gugus fungsional yang disebut sebagai karbon alpha; kedua, karbon beta; ketiga, karbon gamma, dll. Demikian pula, gugus fungsi dapat disebut sebagai primer, sekunder, atau tersier tergantung pada apakah itu melekat pada satu, dua, atau tiga atom karbon.

Gugus fungsi sering digunakan untuk “memfungsionalisasikan” senyawa, memberi itu sifat fisik dan kimia yang berbeda dari itu akan dalam bentuk aslinya.

Gugus fungsi akan menjalani jenis reaksi yang sama terlepas dari senyawa yang mereka menjadi bagiannya; Namun, kehadiran kelompok-kelompok fungsional tertentu dalam jarak dekat dapat membatasi reaktivitas.

Gugus fungsi dapat digunakan untuk membedakan senyawa mirip satu sama lain.

6. Efek Induksi

Menurut Firdaus (2009), Sifat induksi terjadi karena adanya perbedaan keelektronegatifan . Gejala elektrostatik diteruskan melalui rantai karbon.  Efek induksi  terdiri atas dua yaitu  +I(pendorong electron)  dan –I  (penarik electron). Menurut konvensigugus penarik electron yang lebih besar dari hydrogen H merupakan efek induksi –I sedangkan gugus penarik electron yang lebih lemah dari hydrogen H merupakan efek induksi +I.

Gugus alkyl yang terikat pada gugus fungsi senyawa organic merupakan gugus pendorong electron, dimana semakin besar alkyl yang terikat pada gugus fungsi akan mengakibatkan factor +I semakin besar.  Berikut ini urutan reaktifitas  induksi –I (penarik electron) adalah sebagai berikut:

            -Cl > -Br > -I > -OCH3 > -OH > -C6H5 > -CH+CH2 > -H

          7. Efek Resonansi

Resonansi secara singkat dapat dikatakan dengan suatu senyawa kimia yang strukturnya sama tetapi konfigurasi elektronnya berbeda.

Aturan Struktur Resonansi

-  Struktur resonansi, menggambarkan molekul, ion, radikal dan ion yang tidak cukup digambarkan hanya dengan sebuah struktur Lewis, melainkan harus dengan dua atau lebih struktur Lewis. Sehingga dapat mewakili struktur molekul, radikal atau ion dalam bentuk hibridisasinya. Tanda panah untuk resonansi ↔

-  Dalam menulis struktur resonansi, kita hanya boleh memindahkan elektron, sedangkan posisi inti atom tetap seperti dalam molekulnya

Semua struktur harus memenuhi struktur Lewis. Tidak boleh menulis struktur ( atom karbon mempunyai lima ikatan).

Semua struktur resonansi harus mempunyai, jumlah electron tak berpasangan yang sama.

- Semua atom yang terlibat dalam sistem delokalisasi harus terletak pada bidang datar atau mendekati datar. 

Senyawa 2,3-di-ters-butil-1,3-butadiena, bukan merupakan sistim konjugasi, karena gugus tersier butil (besar) sehingga keluar dari bidang datar. Karena tidak satu bidang maka orbital p pada C-2 dan C-3 tidak dapat mengalami overlapping dan delokalisasi elektron menjadi terhalang.

- Struktur resonansi atau hibridisasi atau sistem yang menggambarkan mempunyai kestabilan yang besar.

- Struktur yang lebih stabil, adalah yang lebih besar memberikan kontribusi terhadap sistem hibridisasi. Contoh:

Struktur A mempunyai kontribusi lebih besar dari B, karena struktur A merupakan karbonium tersier, sedangkan B adalah karbonium sekunder (Anonim, 2013)

          8. Hyperkonjugasi

Merupakan delokalisasi yang melibatkan elektron σ. Hiperkonjugasi di atas dapat dipandang sebagai overlap antara orbital σ ikatan C-H dengan orbital π ikatan C=C, analog dengan overlap π-π. Hiperkonjugasi disebut juga resonansi tanpa ikatan. Secara singkat efek hiperkonjugasi merupakan perubahan dari suatu ikatan C-H menjadi ikatan C=C atau C≡C oleh Hα. Hiperkonjugasi dapat meningkatakan kestabilan molekul dengan semakin banyaknya Hα maka suatu molekul tersebut akan semakin stabil.

          9. Tautomeri

          Tautomer adalah senyawa-senyawa organik yang dapat melakukan reaksi antarubahan yang disebut tautomerisasi. Seperti yang umumnya dijumpai, reaksi ini dihasilkan oleh perpindahan atom hidrogenatau proton yang diikuti dengan pergantian ikatan tunggal dengan ikatan ganda di sebelahnya. Dalam larutan di mana tautomerisasi dapat terjadi, kesetimbangan kimia tautomer dapat dicapat. Rasio tautomer ini tergantung pada beberapa faktor, meliputi temperatur, pelarut, dan pH. Konsep tatomer yang dapat melakukan antarubahan dengan tautomerisasi disebut tautomerisme. Tautomerisme adalah kasus khusus dari isomersime struktur dan memainkan peran yang penting dalam pemasangan basa dalam molekul DNA dan RNA.

Tautomerisasi dikatalisasi oleh:

·         Basa (1. deprotonasi; 2. pemebntukan anion yang terdelokalisasi (misalnya enolat); 3. protonasi pada posisi yeng berbeda pada anion).

·         asam (1. protonasi; 2. pembentukan kation yang terdelokalisasi; 3. deprotonasi pada sebelah posisi yang berbeda pada kation).

Pasangan tautomer yang umum adalah:

·         keton - enol, misalnya aseton (lihat: tautomerisme keto-enol).

·         amida - asam imidat, misalnya selama reaksi hidrolisis nitril.

·         laktam - laktim, sebuah tautomerisme amida-asam imidat pada cincin heterosiklik, misalnya pada nukleobasa guanina, timina, dan sitosina..

·         enamina - imina

·         enamina - enamina, misalnya selama reaksi enzim yang dikatalisasi oleh piridoksalfosfate (Anonim, 2016).

10. Regangan Ruang

          Regangan Ruang muncul pada tahun 1885 seorang ahli kimia jerman, Adolf Von Baeyer mangemukakan senyawa-senyawa siklik membentuk cincin-cincin datar. Menurut Baeyer semua senyawa siklik (kecuali siklopetana) mengalami regangan karena terjadinya penyimpangan dari sudut ikatan tetrahedal. Makin besar penyimpangan dari sudut iaktan tetrahedalmakin besar ragangannya, yang berakibat makin reaktif pula (MutiaraKhela,2013).

Daftar Pustaka

Anonim. 2013. Gaya Van Der Waals (Online). http://kreatifitasbelajar.blogspot.co.id/2013/05/bismut.html. Diakses 5 November 2016 pukul 14.40 WIB.

Anonim. 2013. Polaribilitas (Online) http://rahmani8n.blogspot.co.id/2013/11/kimia-gaya-van-der-waals.html. Diakses 5 November 2016 Pukul 15.03 WIB.

Anonim. 2013. Efek Resonansi Kimia (Online). http://gigihkurniawan.blogspot.co.id/2013/11/Resonansi-Konjugasi-Hiperkonjugasi.html. Diakses 5 November 2013 Pukul 16.00 WIB.

Anonim. 2013. Hyperkonjugasi (Online). http://gigihkurniawan.blogspot.co.id/2013/11/Resonansi-Konjugasi-Hiperkonjugasi.html. Diakses 5 November 2013 Pukul 16.26 WIB.

Anonim.2016. Ikatan Hidrogen (Online). http://ilmualam.net/contoh-ikatan-hidrogen.html. Diakses 5 November 2016 Pukul 13.30 WIB.

Anonim.2016. Elektronegatifitas (Online). https://id.wikipedia.org/wiki/Elektronegativitas. Diakses 6 November 2016 Pukul 16.01 WIB.

Anonim. 2016. Tautomerisasi (Online). https://id.wikipedia.org/wiki/Tautomer. Diakses 6 November 2016 Pukul 16.30 WIB.

Fessenden dan Fessenden. 1982. Kimia Organik I. Jakarta : Erlangga.

Firdaus. 2009. Kimia Organik Fisik. Makassar : UNHAS.
Mutirakhela.2013.SenyawaHidrokarbon.(Online). http://zulfamutyrakhela.blogspot.co.id/. Diakses 10 November 2016 pukul 11.05 WIB.