KIMIA ORGANIK 1

Orbital dan  peranannya dalam ikatan kovalen:

a.   Orbital hibrida dari Nitrogen dan oksigen

·       Orbital hibridisasi Nitrogen

Tiga orbital sp³ pada atom N digunakan untuk berikatan dengan atom H, sedangkan satu orbital sp³ yang memiliki sepasang electron bebas merupakan orbital nonbonding. Akibat adanya orbital nonbonding pada molekul NH3 , pasangan electron bebas pada orbital tersebut menyebar kearah luar atom nitrogen sehingga sudut ikatan yang dibentuk sebesar 107⁰ yang lebih kecil dari sudut ikatan tetrahedral murni.

orbital sp3 yang digunakan dalam NH₃

Gambar :

Hibridisasi orbital 2s dan satu orbital 2p Nitrogen menghasilkan 2 orbital hibrid 2sp (atau sp saja)  yang terpisah 180⁰ (linier). Satu orbital 2sp sudah terisi 2e^- dan satu orbital 2sp yang lain baru terisi 1e^- à bisa mengikat satu atom yang terhibridisasi sp juga membentuk ikatan σ.

Dua orbital 2p yang tidak terhibridisasi dan masing-masing terisi 1e^- terletak tegak lurus pada garis ikatan tersebut dan dapat saling mengadakan overlapping antara orbital p_y-p_y dan p_z-p_z menghasilkan 2buah ikatan π.

Gunakan teori VSEPR untuk menjelaskan struktur NH3, dan menyarankan skema hibridisasi sesuai untuk atom N

Perhatikan gambar diatas :

ü arah orbital yang membentuk sebuah set dari empat orbital hibrida sp3 sesuai dengan tetrahedral array.

ü Hubungan antara tetrahedron dan kubus;

        di CH4, empat atom H menempati sudut alternatif       kubus, dan kubus mudah berhubungan dengan sumbu set Cartesian. Konfigurasi elektron keadaan dasar dari N adalah [He] 2s²2p³. tiga dari lima elektron valensi yang digunakan untuk membentuk tiga Ikatan tunggal N―H, meninggalkan satu pasangan elektron bebas. Struktur piramidal trigonal, berasal dari tetrahedral susunan pasangan elektron:

N atom memiliki empat valensi orbital atom: 2s, 2px, 2py dan 2pz. Skema sp3 hibridisasi memberikan tetrahedral pengaturan orbital hibrida, sesuai untuk menampung empat pasang electron :

·       





Orbital hibrida dari oksigen

Hibridisasi yang berikatan dengan pembentukan ikatan dalam molekul H₂O dapat diterangkan menggunakan orbital hibrida sp³ pada atom oksigen .

Dua orbital ikatan dalam molekul air dapat dipandang sebagai kombinasi orbital 1s dari hydrogen dengan satu orbital sp³ dari atom oksigen membentuk dua orbital ikatan σ. Terdapat delapan electron valensi dalam molekul H₂O, enam dari atom oksigen dan dua dari atom hydrogen. Empat electron valensi menghuni dua orbital ikatan σ dan empat electron lainnya menghuni dua orbital sp³ yang tidak berikatan.

Sesuai dengan ramalan teori VSEPR bahwa sudut ikatan H‑O-H dalam molekul H₂O lebih kecil dari sudut tetrahedral murni disebabkan pasangan electron bebas menolak lebih kuat terhadap pasangan electron ikatan sehingga terjadi distorsi struktur dari keadaan tetrahedral murni.

Jika ditinjau dari konfigurasi electron valensi pada atom oksigen, pembentukan orbital hibrida sp³ dapat diuraikan sebagai berikut :

Konfigurasi elektronik pada keadaan dasar dari atom oksigen adalah :

Agar terbentuk empat buah orbital ekivalen, maka orbital 2s dan 3p dikombinasikan untuk membentuk empat buah orbital hibrida yang ekivalen.

Orbital tersebut dinamakan orbital hibrida sp³ konfigurasi elektronik dalam orbital hibrida sp³ mengikuti aturan hund.

Dua orbital sp³ setengah penuh bertumpangsuh secara maksimal dengan setiap orbital 1s dari atom hydrogen membentuk dua orbital ikatan σ terlokalisasi yang ekivalen. Dua orbital sp³ sisa tidak digunakan untuk berikatan tetapi dihuni oleh pasangan electron bebas yang berasal dari atom oksigen. Keempat orbital membentuk susunan tetrahedral. Tetapi akibat adanya pasangan electron bebas pada orbital sp³ menimbulkan distorsi dari struktur tetrahedral, sehingga sudut yang dibentuk ole ikatan H-O-H lebih kecil dari sudut tetrahedral murni.

b.   Ikatan rangkap terkonjugasi

Sistem konjugasi terjadi dalam senyawa organik yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan memengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi elektron.

Konjugasi dapat terjadi dengan keberadaan gugus pendonor orbital p yang berbeda. Furan dianggap memiliki sistem konjugasi oleh karenanya.

Perbedaan ikatan rangkap terkonjugasi dan terisolasi ialah :

Ikatan rangkap terkonjugasi :

ikatang rangkap yang berselang seling, dapatmembentik resonansi

Ikatan rangkap terisolasi:

 Ikatan rangkap yang diselingi oleh dua atau lebih ikatan tunggal.

c.    Benzena dan resonansi

ü BENZENA

Ikatan rangkap pada benzene berbeda dengan ikatan rangkap pada alkena atau alkuna. Ikatan rangkap pada alkena atau alkuna dapat mengalami reaksi adisi, sedangkan ikatan rangkap pada benzene tidak dapat diadisi, tetapi benzena dapat bereaksi secara substitusi.

Pada tahun 1865, friedrich august kekule menurutnya keenam atom karbon pada benzene tersusun secara melingkar membentuk segienam beraturan dengan sudut ikattan masing-masing 120⁰. Ikatan antaratom karbon adalah ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal bergantian,.

Analisis sinar x terhadap struktur benzene menunjukkan bahwa panjang ikatan antara atom karbon pada benzene sama, yaitu 0,139 nm. Adapun panjang ikatan rangkap dua C=C adalah 0,134 nm dan panjang ikatan tunggal C-C adalah 0,154nm. Jadi, ikatan karbon-karbon pada molekul benzene berada diantara ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal. Hal ini menggugurkan struktur menurut kekule.

Berdasarkan hasil analisis sinar x maka diusulkan bahwa ikatan rangkap dua karbon-karbon pada molekul, benzene tida terlokalisasi pada karbon tertentu melainkan dapat berpindah-pindah. Gejala ini dinamakan juga resonansi.

 

struktur benzena menurut model delokalisasi elektron.

ü RESONANSI

Dengan menggunakan rumus titik electron diketahui bahwa molekul SO₂ memiliki dua struktur yang ekivalen. Rumus strukturnya :

Pada rumus

a.      Ikatan belerang-oksigen pada sebelah kiri rangkap dua dan sebelah kanan tunggal.

b.     Kedaan berlawanan.

Panjang ikatan antara S dan O hanya satu harga yaitu berada di antara ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua. Oleh sebab itu, salah satu dari pasangan electron ikatan tersebar di permukaan semua inti atom. Artinya, tidak terpatri hanya padaa salah satu ikatan SO. Keadaan ini dinamakan ikatan terdelokalisasi, yaitu jenis ikatan dimana pasangan electron ikatan tersebar keseluruh atom yang berikatan, tidak hanya milik salah satu pasangan ikatan seperti digambarkan diatas. Ikatan terdekalisasi ditunjukkan pada gambar :

Garis putus-putus menunjukkan pasangan electron ikatan tersebar pada ketiga inti atom.  Akibatnya, ikatan belerang-oksigen tidak tunggal juga tidak rangkap dua, tetapi berada diantaranya.

Untuk menyesuaikan data panjang ikatan dengan penulisan struktur lewis, pakar kimia mengusulkan adanya resonansi.

Resonansi adalah penulisan struktur untuk suatu spesi yang memiliki lebih dari satu bentuk struktur yang sesuai aturan dan diterima akal.

Struktur yang dianggap benar merupakan hibrida (campuran) dari beberapa struktur yang dapat diterima menurut logika.

Dengan demikian, struktur electron SO₂ dapat dituliskan dalam bentu dua rumus resonansi, seperti digambarkan diatas. Dengan perjanjian, bahwa semua rumus resonansi harus dihubungkan dengan tanda panah berkepala dua.

Dengan lambang  (↔) menyatakan keadaan resonansi antara struktur-struktur yang diterima secara logika.

Pada penulisan rumus resonansi, posisi inti harus sama dengan posisi yang dituliskan menurut aturan rumus titik-elekron dari lewis, yakni mengikuti aturan oktet, dan rumus resonansi hanya bersifat teoretik bukan sesungguhnya, sebab struktur molekul sesungguhnya haanya satu macam.

Jika diketahui panjang ikatan antar atom O-O sebesar 1,278Å bentuk resonansinya adalah :

Terdapat dua bentuk struktur dari molekul ozon, yaitu :

Oleh karena panjang ikatan O-O dalam molekul ozon hanya satu nilai, maka struktur molekul ozon dinyatakan dengan bentuk resonansi, yaitu
 :