-
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI
PERCOBAAN IX
REAKSI RADIKAL BEBAS PADA ALKENA
Disusun oleh:
Nama : Wahyu Ratnaningsih
NIM : 12/331223/PA/14513
Kelompok : Sore
Hari/Tanggal : Jumat, 22 Mei 2015
Jurusan/Fakultas : Kimia / MIPA
Nama Asisten : Muhammad Saleh
LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2015
-
REAKSI RADIKAL BEBAS PADA ALKENA
I. TUJUAN
1. Mendapatkan informasi tentang regioselektifitas dari reaksi
substitusi radikal
bebas dalam hal stabilisasi zat antara radikal bebas dengan
menguji distribusi
kerapatan spin dari radikal bebas.
II. LATAR BELAKANG
Radikal bebas adalah suatu atom atau gugus atom yang mempunyai
satu
atau lebih elektron tak berpasangan. Karena jumlah elektron
ganjil, tidak semua
elektron dapt berpasangan. Meskipun suatu radikal bebas tidak
bermuatan positif
atau negatif, spesinya akan sangat reaktif karena adanya
elektron yang tak
berpasangan. Suatu radikal dijumpai sebagai zat antara yang
sangat reakttif dan
energi tinggi.
(Stoker,2012)
Alkena dapat dihalogenasi langsung dalam posisi alilik, namun
haruslah
digunakan temperatur yang sangat tinggi dan konsentrasi halogen
yang rendah
untuk mencegah reaksi pada ikatan rangkap. Reagensia yang lebih
spesifik
daripada Br2 untuk halogenasi alilik dan benzilik adalah
N-bromosuksinimida
(NBS). Reaksi NBS dapat diawali oleh cahaya atau oleh sesuatu
sumber radikal
bebas seperti peroksida (ROOR).
-
NBS bertindak sebagai suatu zat pembrominasi dengan menyajikan
Br2 pada
konsentrasi rendah namun konstan; Br2 itu adalah zat
penghalogennya; Br2
dihasilkan oleh reaksi HBr (suatu produk halogen) dan NBS , oleh
karena itu dengan
bereaksinya Br2 ada lagi yang terbentuk.
(Fessenden&Fessenden, 1986)
Bila radikal menyerang ikatan C-H atau ikatan C-halogen,
interaksi
adalah dengan dan orbital. Orbital yang akhir biasanya berenergi
tinggi dan
kita dapat mengharapkan bahwa interaksi mayor oleh karenanya
dengan HOMO,
yakni orbital. Radikal yang mengabstraksi atom hidrogen umumnya
dipandang
sebagai elektrofilik. Reaksi bermacam-macam radikal dengan
toluena yang
tersubstitusi p telah dipelajari dan dibuat denah Hammet. Harga
p kecil
disebabkan reaksi radikal umumnya tidak tersubyek terhadap efek
polar, tetapi
mereka kebanyakan negatif, menunjukkan bahwa penyerangan adalah
oleh
spesies elektrofilik.
(Fleming, 1997)
-
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Percobaan
Radikal
bebas
Panas pembentukan
(kkal/mol)
Perkiraan energi
disosiasi ikatan
(kkal/mol)
1 45.4325 97.2747
2 45.4325 97.2747
3 40.7087 92.5509
4 19.1737 71.0159
5 33.1216 84.9638
Pembahasan
Pada percobaan kali ini dilakukan suatu percobaan Reaksi Radikal
Bebas pada
Alkena untuk Mendapatkan informasi tentang regioselektifitas
dari reaksi substitusi
radikal bebas dalam hal stabilisasi zat antara radikal bebas
dengan menguji distribusi
kerapatan spin dari radikal bebas. Metode semiempiris di mana
merupakan metode
kimia komputasi yang menggunakan data eksperimental atau
perhitungan ab initio yang
akurat yang digunakan untuk menyederhanakan perhitungan
berdasarkan kimia kuantum
ab initio. Metode semiempiris ini tersebut dapat dioptimasikan
untuk keperluan yang
berbeda, dan pada percobaan ini digunakan perhitungan
semiempiris AM1.
Pada reaksi radikal bebas alkena, dilakukan pengujian panas
pembentukan
(kkal/mol) dari lima radikal bebas yang terbentuk. Hingga
akhirnya terbentuklah lima
radikal bebas dan dari kelima radikal bebas yang terbentuk,
spesies radikal bebas 1
dengan radikal bebas 2 ternyata dapat dipertukarkan. Hal
tersebut tampak dari struktur
1-butena, di mana atom H1 yang dihilangkan untuk membentuk
radikal 1, begitu pula
atom H2 yang dihilangkan untuk membentuk radikal 2, keduanya
sama sama terikat
pada atom C yang sama dan sejajar dengan bidang. Oleh karenanya
kedua spesies
tersebut dapat dipertukarkan. Selain itu dilihat dari panas
pembentukan (kkal/mol),
kedua radikal tersebut mempunyai nilai yang sama yaitu sebesar
45.4325 kkal/mol.
Struktur yang lebih mungkin ditinjau secara energi adalah
struktur yang
mempunyai panas pembentukan paling rendah yaitu struktur radikal
bebas nomor 4.
Pada struktur radikal bebas nomor 4, atom C3 pada 1-butena
dihilangkan 1 atom H nya
-
sehingga menjadi radikal. Hal tersebut dijelaskan dimana
pemutusan pada hidrogen
alilik yaitu hidrogen yang terikat pada C3 lebih disukai, karena
radikal bebas alilik
tersebut menghasilkan resonansi yang terstabilisasi. Berikut
data H yang dapat
dibandingkan
Perkiraan energi disosiasi ikatan C-H dapat dicari dengan
persamaan (ER1 + ER2 )
ERIR2 ) Dengan menggunakan ER1 = H 1-butena sebesar 0.2499
kkal/mol dan ER2
yang telah dihitung = 52.0921 kkal/mol dan masing-masing panas
pembentukan radikal,
dapat dihitung perkiraan energi disosiasi ikatan dengan tabel
sebagai berikut :
Radikal
bebas
Panas pembentukan
(kkal/mol)
Perkiraan energi
disosiasi ikatan
(kkal/mol)
1 45.4325 97.2747
2 45.4325 97.2747
3 40.7087 92.5509
4 19.1737 71.0159
5 33.1216 84.9638
Kemudian menurut reaksi brominasi alilik didapatkan persamaan
reaksi sebagai
berikut :
-
Dengan adanya NBS, Br akan masuk ke atom C3 dari 1 butena.
Mekanisme yang
terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:
Radikal bromida menyerang pada karbon berkerapatan tinggi pada
radikal 4 atau atom
C3 menghasilkan campuran isomerik seperti yang didapatkan pada
data eksperimental.
Hal tersebut terjadi karena hidrogen yang direbut atau diserang
itu adalah hidrogen
alilik.
Bentuk resonansi dari radikal bebas 4 adalah sebagai berikut
:
Bentuk tersebut konsisten dengan peta kerapatan spin yang
diperoleh sebagai berikut,
karena terstabilkan. :
-
IV. KESIMPULAN
Dengan menguji distribusi kerapatan spin dari radikal bebas
diperoleh informasi tentang
regioselektifitas dari reaksi substitusi radikal bebas dalam hal
stabilisasi zat antara
radikal bebas dimana diketahui radikal bebas 1 butene mempunyai
kestabilan pada
radikal 4.
V. DAFTAR PUSTAKA
Fessenden R.J, Fessenden J.S, 1986, Kimia Organik, Edisi Ketiga,
Gramedia, Jakarta.
Fleming, I., 1997, Orbital Frontier dan Reaksi Kimia Organik,
Cetakan I, UGM Press,
Yogyakarta.
McMurry, J., 2012, Organic Chemistry, 8th
Edition, International Edition, Brooks/Cole
Cengage Learning, UK.
Stoker, H.S., 2012, General, Organic, and Biological Chemistry,
Sixth Edition, Brooks/Cole
Cengage Learning, UK.
-
Lampiran
Radikal Gambar
1
2
-
3
4
5
-
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI
PERCOBAAN XIV
REAKSI SUBSTITUSI ELEKTROFILIK
Disusun oleh:
Nama : Wahyu Ratnaningsih
NIM : 12/331223/PA/14513
Kelompok : Sore
Hari/Tanggal : Jumat, 22 Mei 2015
Jurusan/Fakultas : Kimia / MIPA
Nama Asisten : Muhammad Saleh
LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS GADJAH MADA
-
YOGYAKARTA
2015
REAKSI SUBSTITUSI ELEKTROFILIK
VI. TUJUAN
2. Menentukan gugus pengarah orto, para dan meta berdasarkan
muatan neto
atom karbon dalam cincin
VII. LATAR BELAKANG
Aromatisitas benzena menyajikan suatu kestabilan yang unik pada
sistem
pi, dan benzena tidak menjalani kebanyakan reaksi yang khas bagi
alkena.
Meskipun demikian benzena tidaklah sekali kali lamban atau
inert. Pada kondisi
yang tepat benzena mudah bereaksi substitusi aromatik
elektrofilik: reaksi dalam
mana suatu elektrofil disubstitusikan untuk satu atom hidrogen
pada cincin
aromatik. (Fessenden & Fessenden, 1986)
Substitusi elektrofilik termasuk dalam golongan reaksi senyawa
aromatik.
Karakteristik substitusi aromatik elektrofilik diantaranya,
banyak substituen
seperti Cl Br I COR OH dapat diikutkan pada suatu cincin
aromatis, cincin
aromatis kurang reaktif dari alkena dengan ikatan rangkap dua,
reaksi terjadi
dengan cenderung substitusi, daripada adisi untuk menjaga
aromatisitas dari
cincin aromatis.
(McMurry,2007)
-
Berikut adalah klasifikasi dari pengaruh subtituen dalan
substitusi aromatik elektrofilik.
Semua gugus pengaktivasi adalah pengarah orto dan para dan gugus
pendeaktivasi selain
halogen adalah pengarah meta. Halogen adalah pendeaktivasi unik
karena merupakan
pengarah orto para.
(McMurry,2012)
VIII. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Percobaan
Gugus Muatan netto
C2 C3 C4 C5 C6
-H -0.102 -0.102 -0.102 -0.102 -0.102
-CH3 -0.105 -0.097 -0.109 -0.098 -0.103
-OH -0.144 -0.063 -0.145 -0.058 -0.197
-OCH3 -0.141 -0.068 -0.141 -0.064 -0.183
-NO2 -0.007 -0.124 -0.039 -0.124 -0.007
-
-COOH -0.042 -0.121 -0.066 -0.119 -0.043
-COOCH3 -0.044 -0.121 -0.068 -0.119 -0.045
Pembahasan
Pada percobaan kali ini dilakukan suatu percobaan Reaksi
Substitusi Elektrofilik
untuk menentukan gugus pengarah orto, para dan meta berdasarkan
muatan netto atom
karbon dalam cincin. Metode semiempiris di mana merupakan metode
kimia komputasi
yang menggunakan data eksperimental atau perhitungan ab initio
yang akurat yang
digunakan untuk menyederhanakan perhitungan berdasarkan kimia
kuantum ab initio.
Metode semiempiris ini tersebut dapat dioptimasikan untuk
keperluan yang berbeda, dan
pada percobaan ini digunakan perhitungan semiempiris PM3.
Pada reaksi substitusi elektrofilik, dilakukan penentuan muatan
atom neto dari
benzena yang telah tersubtitusi oleh subtituen yang telah
ditentukan. Dari muatan atom
netto yang diperoleh tersebut, terdapat kaitan antara muatan
atom netto dan masing-
masing atom pada cincin benzena dengan kecenderungan arah
serangan elektrofil pada
reaksi substitusi elektrofilik aromatis. Karena jika di dalam
cincin benzena terdapat
subtituen tertentu, gugus tersebut dapat memberikan pengaruh
terhadap arah serangan
elektrofil kedua yang akan melakukan reaksi substitusi
elektrofilik. Substitusi kedua
tersebut terjadi oleh benzena tersubtitusi. Dilihat dari muatan
atom netto masing-masing
atom pada cincin benzena, terdapat dua kecenderungan nilai
muatan atom netto yaitu
cenderung besar dan cenderung kecil. Muatan atom netto
menunjukkan suatu kepadatan
elektron, sehingga apabila muatan atom netto yang dihasilkan
besar makan kepadatan
elektron akan tinggi dan hal tersebut menunjukkan atom karbon
pada benzena dapat
segera mengikat elektrofil, begitu pula sebaliknya
Pada benzena substituen CH3, -OH dan -OCH3 diketahui mempunyai
muatan
netto yang besar pada atom C2, sehingga C2 pada benzena siap
untuk mengikat suatu
elektrofil. Pada gugus OH yang mempunyai dua pasang elektron
bebas berperan
sebagai gugus aktivasi karena struktur resonansinya menunjukkan
bahwa gugus tersebut
bersifat melepas elektron secara resonansi dimana antara -CH3
dengan OCH3, dan
dengan OH, sifat aktivasinya semakin bertambah. Sehingga nilai
muatan nettonya akan
semakin besar. Hal itu sesuai dengan praktikum yang dilakukan
dimana muatan netto
pada C2 dari CH3, -OCH3, -OH berturut-turut sebesar 0.105; 0.141
dan 0.144. Hal-hal
tersebut juga berkaitan dengan jenis-jenis gugus pengarah dan
dengan muatan atom
netto pada atom karbon cincin benzena. Sedangkan pada C3 muatan
nettonya kecil,
sehingga kepadatan elektron akan turun dan posisi C3 tersebut
tidak siap untuk mengikat
-
elektrofil ketika ada subtituen CH3, -OH dan -OCH3 pada C1.
Berikut contoh
resonansi untuk golongan ketiga subtituen di atas :
Dengan stabilisasi dari resonansi fenol, cincin menjadi sebagian
negatif dan sangat
menarik bagi elektrofil yang masuk. Sehingga dilihat dari muatan
atom netto karbon,
pada posisi orto dan para lebih teraktifkan daripada posisi
meta. Struktur resonansi
tersebut juga menunjukkan bahwa posisi-posisi orto dan para
mempunyai muatan parsial
negatif, sedangkan pada posisi meta tidak ada muatan parsial
negatif, hal tersebut
menunjukkan bahwa ketiga subtituen tersebut merupakan pengarah
orto,para.
Berkebalikan dengan ketiga subtituen di atas, subtituen NO2,
COOH, dan
COOCH3 pada atom C2 justru muatan atom netto nya kecil,
sedangkan pada atom C3
mempunyai muatan atom netto yang besar. Sehingga dengan adanya
subtituen tersebut
suatu elektrofil akan diikat lebih siap oleh atom C3 atau posisi
meta. Begitu pula pada
C4-C5 dimana muatan atom netto yang cenderung besar akan siap
mengikat dalam
artian elektrofil akan masuk dan terikat pada atom C dengan
muatan atom netto yang
besar yang berada pada atom C dengan posisi meta, sehingga
ketiga subtituen NO2,
COOH, dan COOCH3 merupakan gugus pengarah meta.
Benzena dengan subtituen NO2, COOH, dan COOCH3 lebih siap
mengikat
elektrofil di atom C3 karena subtituen tersebut merupakan
pendeaktivasi, dan tidak
mempunyai pasangan elektron bebas. Substitusi kedua yang apabila
terjadi dengan
adanya pengarah meta tersebut berbeda dengan benzena yang
tersubtitusi pengarah orto
para karena pengaruh dari subtituen tersebut yang tidak
mempunyai pasangan elektron
bebas sehingga bersifat sebagai penarik elektron dan tidak dapat
menyumbangkan
lektron secara resonansi. Sifat dari pendeaktivasi tersebut akan
muncul dengan
mengurangi rapatan elektron cincin sehingga elektrofil tidak
tertarik atau terikat masuk.
Subtituen NO2, COOH, dan COOCH3 yang merupakan pengarah meta
tersebut
mendeaktivasi semua posisi dalam cincin, hanya saja deaktivasi
posisi meta nya lebih
kecil dari posisi yang lain, sehingga elektrofil dapat masuk.
Deaktivasi semakin
berkurang mulai dari subtituen NO2, COOH, dan COOCH3. Berikut
gambar benzena
dengan salah satu pengarah meta :
-
Berikut tabel posisi dalam cincin dengan subtituennya :
Gugus Muatan netto
C2 C3 C4 C5 C6
Posisi Orto Meta Para Meta Orto
-CH3 -0.105 -0.097 -0.109 -0.098 -0.103
-OH -0.144 -0.063 -0.145 -0.058 -0.197
-OCH3 -0.141 -0.068 -0.141 -0.064 -0.183
-NO2 -0.007 -0.124 -0.039 -0.124 -0.007
-COOH -0.042 -0.121 -0.066 -0.119 -0.043
-COOCH3 -0.044 -0.121 -0.068 -0.119 -0.045
IX. KESIMPULAN
Berdasarkan muatan netto atom karbon dalam cincin
benzena,subtituen CH3, -
OH dan -OCH3 merupakan gugus pengarah orto, para sedangkan
subtituen NO2, COOH,
dan COOCH3 merupakan gugus pengarah meta.
-
X. DAFTAR PUSTAKA
Fessenden R.J, Fessenden J.S, 1986, Kimia Organik, Edisi Ketiga,
Gramedia, Jakarta.
McMurry, J., 2012, Organic Chemistry, 8th
Edition, International Edition, Brooks/Cole
Cengage Learning, UK.
McMurry, S., 2007, Study Guide and Solutions Manual for McMurrys
Organic Chemistry : A
Biological Approach, Thomson Brooks/Cole, CA USA.
Pranowo, H. D., 2010, Pengantar Kimia Komputasi, Cetakan
Pertama, Penerbit
Lubuk Agung, Bandung.
XI. Lampiran
Gugus Gambar
-H
-CH3
-
-OH
-OCH3
-NO2
-
-COOH
-COOCH3