Ujian Akhir Semester Kimia Organik Fisik

UJIAN AKHIR SEMESTER

KIMIA ORGANIK FISIK

Nama Anggota Kelompok  :   1. Debby Mutiara Ananda       (F1C111006)

                                                2. Putri Ajeng Stephanie          (F1C111034)

                                                3. Gunawan                             (F1C111035)

Hari                                     :   Kamis, 23 Januari 2014

Waktu                                 :   Kamis jam 09.00 WIB s.d Jumat jam 16.00 WIB

Dosen                                  :   Dr. Syamsurizal

Soal

1.        Sebagai orang kimia, anda tentu mengenal TNT, yaitu bom yang banyak digunakan dalam medan perang. Kalau senyawa ini dibuat Jelaskan bagaimana cara mengontrol laju reaksi dan sekaligus mengontrol termodinamikanya. Kemukakan pula pendekatan kimia untuk mengendalikan kemungkinan terjadinya ledakan !

Jawaban :

Trinitrotoluene (TNT, atau Trotyl) adalah kristalin aromatic hydrocarbon berwarna kuning pucat yang melebur pada suhu 354 K (178 °F, 81 °C). Trinitrotoluene adalah bahan peledak yang digunakan sendiri atau dicampur, misalnya dalam Torpex, Tritonal, Composition B atau Amatol. TNT dipersiapkan dengan nitrasi toluene C₆H₅CH₃; rumus kimianya C₆H₂(NO₂)₃CH₃, and IUPAC name 2,4,6-trinitrotoluene.

Trinitrotoluena berwarna kuning pucat, berbentuk kristal jarum dan dapat disuling dalam ruang hampa. TNT sulit larut dalam air, lebih mudah larut dalam eter, aseton, benzena, dan piridin. Dengan titik leleh rendah yaitu 80,35° C, TNT dapat meleleh di uap dan dituangkan ke dalam wadah. TNT bersifat beracun dan jika terkena kulit dapat menyebabkan reaksi alergi, menyebabkan kulit berubah warna menjadi kuning-oranye terang.

·         Kelarutan dalam air: 130 mg/L pada 20° C

·         Tekanan uap pada 20° C: 150 sampai 600 Pa

·         Detonasi speed: 6700-7000 m/s 6900 m/s (density: 1,6 g / cm ³)

·         Memimpin tes blok: 300 ml/10 g

·         Sensitivitas terhadap dampak: 15 newton meter (N • m) (1,5 kilopound (kp) • meter (m))

·         Gesekan sensitivitas: untuk 353 N (36 kp) tidak ada reaksi

            Bahan peledak 2,4,6 Tri Nitro Toluena banyak digunakan sebagai bahan peledak militer dan industri karena mempunyai beberapa keuntungan antara lain  titik leleh rendah,  dapat digunakan sebagai bahan peledak senyawa tunggal atau  tidak membutuhkan bahan reduktor, relatif stabil dan tidak sensitif terhadap  benturan, gesekan, maupun suhu tinggi sehingga relatif aman untuk digunakan  sebagai bahan peledak .

Namun demikian bahan peledak ini sangat peka terhadap gelombang energi atau dengan kata lain apabila terhadap bahan peledak TNT dilewatkan shock wave ( gelombang kejut) maka segera terjadi ledakan, dengan demikian untuk meledakkan TNT selalu menggunakan detonator dan karena ledakan yang terjadi dipicu oleh gelombang energi maka yang terjadi adalah  proses  detonasi maka ledakan yang terjadi adalah bersifat high explosive.

           

Bom TNT merupakan bom yang termasuk kedalam reaksi fusi dimana energi yang dipakai adalah energi fusi. Reaksi fusi adalah reaksi yang melibatkan proses penggabungan 2 inti ringan menjadi sebuah inti yang lebih berat. reaksi fusi berlangsung pada suhu yang sangat tinggi seperti pada inti matahari atau pada ledakan bom atom (bom fisi).

 Bom fusi atau bom termonuklir menggunakan hydrogen sebagai bahan bakarnya sehingga sering juga di sebut bom hydrogen. Suhu sangat tinggi yang di butuhkan untuk berlangsungnya reaksi fusi pada bom hydrogen ini di peroleh dari ledakan bom fisi. Jadi, dalam sebuah bom fusi terdapat pemicu berupa bom fisi.Sehingga bom TNT akan meleleh pada suhu 80°C (176°F), jauh di bawah suhu di mana ia akan meledak secara spontan. Maka cara untuk mengontrol laju reaksi bahan peledak TNT ini adalah dengan cara mengontrol suhu yang kita pakai ketika membuat bahan peledak TNT. TNT tidak menyerap atau larut dalam air, yang memungkinkan untuk digunakan secara efektif dalam lingkungan basah.

Cara untuk mengontrol termodinamika bahan peledak TNT yaitu Bahan peledak 2,4,6 Tri Nitro Toluenakarena mempunyai beberapa keuntungan antara lain titik leleh rendah,  dapat digunakan sebagai bahan peledak senyawa tunggal atau tidak membutuhkan bahan reduktor, relatif stabil dan tidak sensitif terhadap benturan, gesekan, maupun suhu tinggi sehingga relatif aman untuk digunakan sebagai bahan peledak .

Namun demikian bahan peledak ini sangat peka terhadap gelombang energi atau dengan kata lain apabila terhadap bahan peledak TNT dilewatkan shock wave ( gelombang kejut) maka segera terjadi ledakan, dengan demikian untuk meledakkan TNT selalu menggunakan detonator dan karena ledakan yang terjadi dipicu oleh gelombang energi maka yang terjadi adalah proses  detonasi maka ledakan yang terjadi adalah bersifat high explosive. 

Pendekatan kimia untuk mengendalikan terjadinya ledakan yaitu dengan cara pertama menganalisa residu pasca ledakan dan yang kedua adalah mendeteksi dan mengidentifikasi trace bahan peledak yang mungkin ada pada tangan, pakaian atau tempat lain yang diperhitungkan ada keterkaitan atau berhubungan dengan sitersangka.

2.        Reaksi-reaksi radikal bebas lazimnya sukar dikontrol untuk mendapatkan suatu produk tunggal dalam jumlah banyak. Kemukakan apa saja upaya yang dapat anda lakukan untuk mengendalikan laju propagasi reaksi, berikan contoh reaksinya !

Jawaban :

            Perambatan (propagasi) : reaksi dimana terbentuk radikal bebas baru, panjang rantai suatu reaksi radikal bebas bergantung pada ernergi radikal – radikal yang terlibatdalam propagasi.

contoh reaksinya :

           

Propagasi adalah reaksi yang melibatkan radikal bebas yang mana jumlah radikal bebas akan tetap sama. Setelah terbentuk, radikal bebas klor akan menjalani sederetan reaksi. Tahap propagasi yang pertama adalah radikal bebas klor yang merebut sebuah atom hidrogen dari dalam molekul metana, menghasilkan radikal bebas metil dan HCl.

                                  

                                 Cl• + H:CH₃ + 1 kkal/mol → H:Cl + •CH₃

Radikal bebas metil juga sangat reaktif. Dalam tahap propagasi kedua, radikal bebas metil merebut sebuah atom klor dari dalam molekul Cl₂.

Propagasi rantai.

Radikal bebas menyerang reaktan menghasilkan molekul produk dan spesies reaktif yang lain. Radikal bebas yang baru ini bereaksi lebih lanjut dan membentuk lagi radikal bebas yang semula, yang sekali lagi menyerang molekul reaktan. Dengan jalan ini produk dan pembawa rantai terbentuk secara kontinyu. Proses ini diistilahkan dengan reaksi propagasi.

Setelah terbentuk radikal bebas dengan kereaktifan yang tinggi yang kemudian dapat bereaksi dengan setiap spesies yang ditemukan. Pada tahap ini akan terbentuk radikal bebas yang baru, karena radikal bebas yang dihasilkan pada tahap awal bereaksi dengan molekul lain. Selanjutnya radikal bebas baru tersebut dapat pula bereaksi dengan molekul atau radikal bebas yang lain.

 Oleh karena itu dalam proses propagasi dikatakan terjadi reaksi berantai. Apabila radikal bebasnya sangat reaktif, misalnya radikal alkil, maka terjadi rantai yang panjang karena melibatkan sejumlah besar molekul. Apabila radikal bebasnya kereaktifannya rendah, misalnya radikal aril, maka kemampuannya bereaksi rendah sekali, sehingga rantai yang terjadi pendek, bahkan mungkin tidak terjadi rantai.

Laju Propagasi Reaksi merupakan laju Radikal bebas menyerang reaktan menghasilkan molekul produk dan spesies reaktif yang lain. Radikal bebas yang baru ini bereaksi lebih lanjut dan membentuk lagi radikal bebas yang semula, yang sekali lagi menyerang molekul reaktan.

Cara mengendalikan laju propagasi reaksi yaitu, seperti yang kita ketahui Hasil radikal antioksidan oleh donasi hidrogen mempunyai reaksi sangat rendah terhadap lemak. Reaksi yang rendah akan mengurangi laju tahap propagasi. 

Upaya yang dapat anda lakukan untuk mengendalikan laju propagasi reaksi yaitu adalah dengan 3 cara antara lain:

A.    Dengan cara mencegah atau menghambat terbentuknnya radikal bebas baru

B.     Inaktivasi atau menangkap radikal dan memotong propagasi(pemutusan rantai)

C.     Perbaikan(repair) kerusakan sel akibat radikal bebas

Diasumsikan bahwa reaktivitas radikal tidak tergantung pada panjang rantai, sehingga semua tahap propagasi dapat dikarakterisasi dengan menggunakan konstanta laju reaksi yang sama .

Contoh reaksi propagasi :

3.        Buatlah senyawa 3-metil heksanol dengan menggunakan senyawa etana sebagai  bahan dasar !

Jawaban :

                        H₂SO₄ sebagai katalis

3 C=C + H2O   →   CH3-C-C-C-C-C-OH

                                                      CH₃

4.        Jelaskan peran Kimia Organik Fisik dalam menjelaskan kemudahan suatu senyawa organik mengalami sublimasi. Berikan contoh senyawa organiknya !

Jawaban :

Sublimasi adalah perubahan wujud dari padat ke gas tanpa mencair terlebih dahulu. Misalkan es yang langsung menguap tanpa mencair terlebih dahulu. Pada tekanan normal, kebanyakan benda dan zat memiliki tiga bentuk yang berbeda pada suhu yang berbeda-beda. Pada kasus ini transisi dari wujud padat ke gas membutuhkan wujud antara. Namun untuk beberapa antara, wujudnya bisa langsung berubah ke gas tanpa harus mencair.

Pada umumnya perubahan tingkat wujud berlangsung menurut pola padat – cair – gas – atau kebalikannya. Ada beberapa zat yang dapat berubah langsung dari keadaan uap ke keadaan padat yang disebut menyublim.Sifat demikian dimiliki oleh unsur yodium, kamfer, naftalen, belerang.

Zat padat pada umumnya mempunyai bentuk kristal tertentu: Kubus, heksagonal, rombik, monoklin dan sebagainya. Unsur belerang dalam suhu biasa berwarna kuning dengan bentuk kristal rombik. Jika belerang rombik dipanaskan sampai 96° bentuk kristalnya berubah menjadi monoklin. Jika belerang cair didinginkan tiba-tiba pada 119° terjadi pula bentuk kristal monoklin (seperti bentuk jarum).

Pada pendinginan lebih lanjut sampai 96° terjadi bentuk rombik. Suhu 96° adalah suhu peralihan. Peristiwa ini disebut alotropi ialah satu macam zat dalam keadaan berlainan mempunyai sifat fisik yang berbeda.Sejumlah zat dapat menyublim atau dapat berubah dari wujud padat ke wujud gas atau dari wujud gas menjadi wujud padat tanpa melalui wujud cair terlebih dahulu.Teknik pemisahan dengan cara sublimasi sering dilakukan untuk beberapa senyawa organik. Contohnya NH4Cl, dll

Dalam kehidupan sehari-hari pemisahan dengan kromatografi dapat kita temui pada perembesan air pada dinding yang menghasilkan garis-garis dengan jarak tertentu. Selain itu, kapur barus (biasa dipakai pengharum pakaian atau ruangan), kafein (zat yang terdapat dalam biji teh atau kopi yang dapat membantu orang supaya tidak mengantuk), kristal iod, dan padatan karbon dioksida yang biasa disebut es kering. Peran kimia organik adalah mengisolasi, memurnikan dan mempelajari struktur zat alamiah yang berhubungan dengan proses sublimasi.

Peran kimia organik fisik dalam menjelaskan kemudahan suatu senyawa organik mengalami sublimasi :

Peranannya adalah Kimia Fisik. Bidang ini berkaitan dengan ilmu fisika, sehingga memusatkan kajian pada penelitian tentang energi yang menyertai reaksi kimia, sifat fisik kimia, dan perubahan senyawa kimia. Pada umumnya perubahan tingkat wujud berlangsung menurut pola padat – cair – gas – atau kebalikannya.

contohnya adalah : 

·         Pemurnian naftalen dengan menggunakan proses sublimasi dikarenakan karena sifat naftalen yang mudah menyublim dan merupakan padatan Kristal yang tak bewarna.

·         senyawa organiknya yaitu arsen, belerang dan ammonium nitrat.

SEMOGA BERMANFAAT

GBU

Pembentukan Ikatan C-C

Nama : Gunawan

Nim   : F1C111035

Prodi : Kimia

Sains Dan Teknologi

Dalam kimia, ikatan sigma (ikatan σ) adalah sejenis ikatan kimia kovalen yang paling kuat. Ikatan sigma dapat dijelaskan dengan jelas untuk molekul diatomik menggunakan konsep grup simetri. Dalam pendekatan formal ini, ikatan σ adalah simetris terhadap rotasi di sumbu ikat. Dengan definisi ini, bentuk ikatan sigma yang umum adalah s+s, p_z+p_z, s+p_z, dan d_z²+d_z² (z ditentukan sebagai sumbu ikat). Teori kuantum juga mengatakan bahwa orbital molekul (MO) yang bersimetri sama akan bercampur. Konsekuensi dari percampuran molekul diatomik ini adalah fungsi gelombang orbital molekul s+s dan p_z+p_z menyatu. Ruang lingkup percampuran ini tergantung pada energi relatif dari MO yang bersimetri

Untuk molekul homodiatomik. orbital σ yang berikatan tidak memiliki bidang simpul di antara atom-atom yang berikatan.Antiikat atau orbital σ* ditentukan dengan keberadaan sebuah bidang simpul antara dua atom yang berikatan ini.

Pembentukan Ikatan C-C

1. Melalui reaksi radikal bebas

          

           Tidak terkendali, dapat melakukan reaksi berantai (tidak digunakan dalam sintesis)

2. Melalui reaksi antara C⁺ dengan C^-

a)  Carbanion Alkylation

i)  Alkylation of enolate ions

ii) Alkylation of acetylide or cyanide

iii) Organometallic alkylation

b) Carbonyl Addition And Carbonyl Substitution Reactions

    i)  Aldol and related reactions (Addⁿ)

ii)  Claisen condensation and related reactions (Subⁿ)

iii)  Organometallic reactions (Addⁿ)

iv)  Acetylide/cyanide addition

v)  Wittig reaction (Addⁿ)

c) Conjugate Addition Reactions - ‘Michael’ (1,4 Addition)

d) Reaction Of Alkenes, and Alkynes

    i) Addition of carbenes to alkenes

ii)    Pericyclic reactions: Cycloadditions

Electrocyclic reactions

Sigmatropic reactions

Bagi bidang sintesis organik pembentukan ikatan C-C dan pengubahan gugus fungsi seperti roda kendaraan. Tidak pantas menanyakan mana yang lebih penting. Berbagai reaksi pembentukan ikatan C-C telah dilaporkan. Berdasarkan gaya dorong reaksinya, reaksi ini dapat digolongkan atas tiga jenis, kondensasi aldol, reaksi Grignard dan reaksi Diels-Alder. Di sini dua yang terakhir yang akan dibahas.

a. Reaksi Grignard

Reaksi Grignard ditemukan oleh kimiawan Perancis Auguste Victor Grignard (1871-1935) di tahun 1901. Tahap awal reaksi adalah reaksi pembentukan metilmagnesium iodida, reagen Grignard, dari reaksi antara alkil halida (metil iodida dalam contoh di bawah ini) dan magnesium dalam dietil eter kering.

CH3I + Mg –> CH3MgI

magnisium terikat langsung dengan karbon. Senyawa semacam ini yang sering disebut sebagai reagen Grignard dengan ikatan C-logam dimasukkan dalam golongan senyawa organologam. Ikatan C-logam sangat labil dan mudah menghasilkan kabanion seperti CH3- setelah putusnya ikatan logam-karbon. Ion karbanion cenderung menyerang atom karbom bermuatan positif. Telah dikenal luas bahwa atom karbon gugus aldehida atau gugus keton bermuatan positif karena berikatan dengan atom oksigen yang elektronegatif. Atom karbon ini akan diserang oleh karbanion menghasilkan adduct yang akan menghasilkan alkohol sekunder dari aldehida atau alkohol terseir dari keton setelah hidrolisis.

C6H5CHO + CH3MgI –> C6H5CH(CH3)OMgI

benzaldehida

C6H5CH(CH3)OMgI + HCl –> C6H5CH(CH3)OH + MgClI

1-fenilletanol

C6H5COC2H5 + CH3MgI –> C6H5CH(CH3)(C2H5) OMgI

propiofenon

C6H5CH(CH3)(C2H5)OMgI + HCl –> C6H5CH(CH3)(C2H5)OH + MgClI (

2-fenil-2-butanol

Reaksi Grignard adalah contoh reaksi senyawa oragnologam. Berbagai jenis aldehida dan keton mudah didapat, berbagai senyawa organik dapat disintesis dengan bantuan reaksi Grignard.

Pertanyaan :

1.      Mengapa reaksi senyawa organologam merupakan contoh dari reaksi grignard??
Jawab:

Dikarenakan Berbagai jenis aldehida dan keton mudah didapat, berbagai senyawa organik dapat disintesis dengan bantuan reaksi Grignard.

2.      Dapatkah anda mengartikan pembentukan ikatan C-C dalam kehidupan.

SEMOGA BERMANFAAT

GBU

Gugus pergi dan pengaruh gugus tetangga

Nama : Gunawan

Nim   : F1C111035

Prodi : Kimia

Sains Dan Teknologi

(REAKSI SUBSTITUSI ASIL NUKLEOFILIK)

Golongan karbonil dengan ikatan rangkap karbon-oksigen adalah golongan dengan fungsi paling penting yang ditemukan dalam senyawa organik. Senyawa yang mengandung golongan karbonil disebut senyawa karbonil, berlimpah di alam. Banyak memainkan peran penting dalam proses biologis. Hormon, vitamin, asam amino, obat-obatan, dan bumbu hanya beberapa senyawa karbonil yang mempengaruhi kita setiap hari. Suatu golongan asil terdiri dari kelompok karbonil yang melekat pada sebuah gugus alkil atau ke kelompok aril.

Substituen terikat pada gugus asil sangat mempengaruhi reaktivitas senyawa karbonil. Senyawa karbonil dapat dibagi menjadi dua kelas. Kelas I senyawa karbonil adalah mereka di mana gugus asil terikat ke atom atau grup yang dapat digantikan oleh kelompok lain (mempunyai Leaving Group). Contohnya adalah asam karboksilat, asil halida, asam anhidrida, ester, dan amida. Semua senyawa ini mengandung grup (-OH, -Cl, -Br, -O(CO)R, -OR, -NH₂, -NHR, atau –NR₂) atau yang dapat diganti oleh nukleofil. Asil halida, asam anhidrida, ester, dan amida semua disebut turunan asam karboksilat karena mereka berbeda dari asam karboksilat hanya pada gugus menggantikan gugus OH asam karboksilat.

Senyawa dengan gugus yang dapat digantikan oleh nukleofil sebagai berikut. Tipe reaksi yang dijalani dinamakan Reaksi Substitusi Asil Nukleofilik (SAN).

Kelas II senyawa karbonil adalah gugus asil terikat pada gugus yang tidak dapat segera digantikan oleh gugus lain, contohnya aldehida dan keton. –H dan alkil atau aril

Pelarut protik seperti air dan alkohol menstabilkan Nukleofil yang tidak bereaksi sekalipun.  Oleh karena itu pelarut polar yang aprotik misalnya eter, keton, hidrokarbon  tersubstitusi halogen juga diperlukan.

Nukleofil yang baik diperlukan karena keadaan ini terlibat dalam tahap penentu laju reaksi.

Gugus pergi yang baik seperti halida atau tosilat diperlukan pada tahap penentu laju reaksi.

Kemungkinan gugus digantikan oleh gugus lain tergantung pada kebasaan relatif dari kedua gugus. Semakin lemah kebasaan suatu gugus, kemampuan untuk pergi lebih baik. Basa lemah adalah gugus pergi yang baik karena basa lemah tidak bisa berbagi elektron mereka seperti yang dilakukan oleh basa kuat. Nilai pKa asam konjugasi dari gugus pergi berbagai senyawa karbonil tercantum pada Tabel berikut.

Perhatikan bahwa kelompok asil Kelas I senyawa karbonil melekat pada basa lemah dibanding kelompok asil senyawa karbonil Kelas II. Semakin rendah nilai pKa, berarti semakin asam dan makin lemah basa konjugasinya.

Tabel 1. Nilai pKa asam konjugat dari leaving group senyawa karbonil

Kita akan melihat bahwa senyawa mengalami reaksi substitusi karena mereka memiliki gugus asil yang melekat pada gugus yang dapat digantikan oleh nukleofil. Aldehida dan keton memiliki gugus asil yang melekat pada gugus yang tidak dapat digantikan oleh nukleofil, maka senyawa ini tidak mengalami reaksi substitusi, melainkan reaksi adisi nukleofilik.

Ada 2 jenis reaksi substitusi yaitu:

1.  Substitusi Nukleofilik (SN) 1

2.  Substitusi Nukleofilik (SN) 2

Subtitusi Nukleofilik (SN 1)

SN 1 ditandai dengan reaksi yang melalui jalur karbokation.  Oleh karena itu, “gugus pergi “ (leaving group) haruslah terikat pada karbo tersier atau sekunder untuk menstabilkan zat intermediate nya.  Dampak lain pada reaksi SN 1 memungkinkan terjadinya pergeseran hidrida dan metida.

NOTE:Kekuatan Basa: Kuat-lemahnya basa tidak penting karena basa tidak terlibat dalam tahap penentu laju reaksi alias tidak memengaruhi pembentukan karbokation.

Gugus pergi (Leaving groups): gugus pergi yang baik diperlukan seperti halida (-X) atau tosilat karena “gugus pergi” jelas terlibat dalam tahap pembentukan karbokation

Hati-hati terhadap reaksi penataan ulang (baik geseran hidrida maupun metida) pada jalur SN1 karena ingat di sini terjadi pembentukan karbokation sebagai zat intermediatnya.

Cermati mekanisme jalur SN1 secara umum sbb:

Perhatikan contoh reaksi SN 1 sbb:

Substitusi Nukleofilik SN 2:

Cermati bentuk umum mekanisme SN2:

nuc: = nucleophile

X = leaving group (usually halide or tosylate)

Pada reaksi SN2, “gugus pergi” (gugus umum yang biasa adalah halida atau tosilat) diganti dengan suatu nukelofil.  Reaksi ini bekerja paling baik pada metil dan halida primer karena alkil halida yang mengandung banyak cabang dapat menghalangi serangan Nukelofil dari belakang.  Pada halida sekunder dan tersier reaksi SN2 sulit terjadi.  

Perhatikan contoh ion hidroksida sebagai Nukleofil dan Bromine sebagai “gugus pergi” yang baik:

NOTE:

-SN2 cenderung untuk mengalami inversi konfigurasi disebabkan serangan Nukleofil dari arah belakang.

pertanyaan:

v  Mengapa basa lemah dianggap sebagai gugus pergi yang baik??

Jawab : Karena basa lemah tidak bisa berbagi elektron mereka seperti yang dilakukan oleh basa kuat.

Semakin lemah kebasaan suatu gugus, kemampuan untuk pergi lebih baik

semoga bermanfaat dan mohon partisipasinya