UJIAN SEMESTER KIMIA ORGANIK FISIK MUHAMAD RIVA'I F1C111030

UJIAN AKHIR SEMESTER

MATA KULIAH                   : Kimia Organik Fisik
SKS                                      : 3 SKS
DOSEN                                : Dr. Syamsurizal

NAMA KELOMPOK                        :
1. BAMBANG PAMUNGKAS        ( F1C111009 )

2. MUHAMAD RIVA’I                    ( F1C111030 )

3. SLAMET RIYANTO                     ( F1C111059 )

4. M.AGUS RICKY.R                       ( F1C111062 )

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.

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.

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

4. Jelaskan peran kimia organik fisik dalam menjelaskan kemudahan suatu senyawa organik mengalami sublimasi. Berikan contoh senyawa organiknya.

Jawaban ujian semester kimia organik fisik

1.        beberapa cara Mengontrol Laju reaksi, mengontrol termodinamika pada senyawa TNT :

            Trinitrotoluene, atau yang lebih sering disebut dengan TNT, menghasilkan kekuatan ledakan sebesar 4.853 Joule/gram. Untuk memudahkan kita dalam memahami hal ini, Joule adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan benda dengan berat 1 Newton (kira-kira 102 gram) sejauh 1 meter. Berdasarkan pengertian ini, kita bisa menyimpulkan bahwa setiap 1 gram TNT melepaskan energi sebesar 4.853 Joule.

            Laju reaksi ternyata dipengaruhi oleh berbagai faktor,seperti suhu,konsentrasi,dan factor lainnya dengan ini kita bisa mengontrol laju reaksi TNT.Salah satu solusinya sering digunakan dalam pembuatan TNT adalah dapat mencegah reaksi rantai, yaitu menggabungkan bahan bakar dengan bahan yang disebut sebagai moderator, yaitu unsur ringan dengan densitas rendah, sehingga neutron dapat berinteraksi dengannya dan menjadi lambat tanpa ditangkap atau melepaskan diri.

            Termodinamika bahwa pengaruh suhu dapat mempercepat reaksi. Karena pada reaksi memiliki energi melebihi energi aktivasi sehingga mengatur suhu yang tepat TNT meleleh pada 80°C (176°F), jauh di bawah suhu di mana ia akan meledak secara spontan jadi dengan suhu yang tepat akan sulit meledak. Cara lain untuk menurunkan energi aktivasi dengan menambah katalis. Dalam reaksi kimia, katalis tidak mengalami perubahan.

Pendekatan Kimia untuk mengendalikan kemungkinan terjadinya ledakan

a.       Proses sulphitation

TNT dapat distabilkan dengan proses kimia yang disebut sulphitation, di mana crude TNT diperlakukan dengan larutan sulfit dan larutan natrium untuk menghilangkan isomer TNT dan produk reaksi yang tidak diinginkan yang dapat mengurangi resiko terjadinya ledakan

b.      Katalis

Reaksi peledakan ini biasanya berlangsung dengan adanya katalis. Katalis inilah yang menyebabkan suatu reaksi kimia berlangsung dengan cepat. Katalis adalah suatu zat yang dapat meningkatkan kecepatan reaksi tanpa memodifikasi perubahan energi gibbs standar dari suatu reaksi (Admin Alif, 2005).dengan penambahan katalis dapat menurunkan energy aktivasi sehingga menghindari terjadinya ledakan

c.         Detonation Explossive(Pemicu yang mengakibatkan radikal bebas)

Detonasi adalah proses kimia-fisika yang mempunyai kecepatan reaksi sangat tinggi, sehingga menghasilkan gas dan temperature sangat besar yang semuanya membangun ekspansi gaya yang sangat besar pula. Kecepatan reaksi yang sangat tinggi tersebut menyebarkan tekanan panas ke seluruh zona peledakan dalam bentuk gelombang tekan kejut (shock compression wave) dan proses ini berlangsung terus menerus untuk membebaskan energi hingga berakhir dengan ekspansi hasil reaksinya.   Contoh proses detonasi terjadi pada jenis bahan peledakan TNT antara lain:

Selain katalis, terjadinya ledakan juga bisa disebabkan faktor lain, seperti nyala dari korek api, dan sebagainya.Contohnya Nyala api ini dapat menjadi pemicu TNT terbentuknya radikal bebas.Karena Dalam suatu mekanisme reaksi, radikal bebas ini dapat menyebabkan reaksi bercabang yang menghasilkan lebih dari satu radikal. Jika reaksi radikal ini terjadi dalam jumlah yang banyak, maka jumlah radikal bebas dalam suatu reaksi akan meningkat.

Akhirnya reaksi akan berlangsung sangat cepat dan akan dibebaskan energi yang sangat besar. Selanjutnya terjadilah ledakan.untuk itu kita perlu mencegah TNT agar tidak terkena pemicu yang bisa menyebabkan radikal bebas yang dapat meungkinkan terjadinya ledakan

d.         Pengurangan Massa Reaktan

Albert Einstein mengemukakan  sebuah teori hubungan antara energi dengan massa dan kecepatan suatu benda yang dikenal dengan persamaan E = M.C².Jadi bahwa suatu reaksi peledakan akan semakin besar

jika massa reaktan (zat yang mengalami reaksi) digunakan dalam jumlah besar dengan adanya kecepatan yang sangat tinggi.oleh karena itu pengurangan reaktan/sedikit reaktan yang digunakan  akan bisa mengendalikan kemungkinan terjadinya ledakan.bisa juga dilakukan pengenceran TNT atau memperkecil kadar konsentrasi TNT.

e.       Suhu

TNT meleleh pada 80°C (176°F),jadi perlu mempertahankan suhu dari lingkungan agar tidak terjadi kenaikan suhu yang secara tiba-tiba yang dapat menimbulkan ledakan dan juga mencegah TNT agar tidak bereaksi senyawa lain yang dapat menaikkan suhu secara spontan sehingga timbulnya ledakan jadi perlu ruangan khusus atau terisolasi dimana suhunya selalu stabil

2.    Beberapa cara pengendalian laju propagansi reaksi radikal bebas ialah :

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

Laju reaksi propagasi overall dapat dinyatakan dengan:

dengan [M]  : konsentrasi monomer

               [M^·] : konsentrasi radikal rantai dengan ukuran

                           RM^· dan yang lebih besar

•       Untuk kebanyakan monomer, nilai k_p berkisar antara 10² – 10⁴ L/mol.s.

•       Nilai ini jauh lebih besar jika dibandingkan dengan konstanta laju reaksi polimerisasi kondensasi (10^-3 L/mol.s untuk poliesterifikasi dengan katalis asam).

•       Pertumbuhan radikal rantai berlangsung dengan sangat cepat.

Jadi ada beberapa upaya yang dapat dilakukan untuk mengendalikan laju propagansi reaksi yaitu dengan mengatur jumlah konsentrasi monomer dan juga konsentrasi radikal dengan ukuran RM nya dan juga dapat dilakukan dengan cara :

1. Pemanasn monomer
2. Penambahan inisiator yang akan membentuk radikal bebas ketika dipanaskan atau di-radiasi
3. Terminasi rantai yaitu terminasi dengan couping atau kombinasi dan juga disproposionasi

CONTOH REAKSI DARI INISIATOR DALAM PENGENDALIAN LAJU  PROPAGANSI

4.        Ada beberapa cara pembuatan senyawa 3-metil heksanol dengan bahan dasar etana ,

 

kami mereaksikan senyawa etana dengan 1-butanol menggunakan katalis H₃PO₄ pada suhu 300⁰ C

 

5.         Salah satu peran kimia organik fisik yang mengalami sublimasi

Disini saya mengambil contoh senyawa organic mengalami sublmasi,misalkan ALCl3 .
Alias                            : anhidrat aluminium klorida

Rumus kimia               : AlCl3

Berat molekul              : 133,35

Kimia                           : Inorganic – klorida

Peraturan Type            : anhidrat aluminium klorida (*)

Penyimpanan               : udara dingin dan kering untuk menghemat

 Butiran putih atau bubuk, memiliki bau yang kuat dari asam klorida. Industri lampu kuning, karena kehadiran klorin bebas. Barang-barang dalam kasus uap air dapat dihidrolisis, ledakan air. Yang banyak digunakan dalam industri. Terbuat dari aluminium dan reaksi klorin.

Peran AlCl ₃ adalah lembaran seperti berlapis kubik lapisan dekat dikemas. Dalam kerangka ini,Al Pusat menunjukkan geometri koordinasi oktahedral^.Dalam mencair, aluminium triklorida ada sebagai dimer Al₂Cl_6, dengan aluminium tetracoordinate. Perubahan struktur ini terkait dengan kepadatan yang lebih rendah dari fase cair (1,78 g / cm ³⁾ vs triklorida aluminium padat (2,48 g / cm ^3).

Al ₂ Cl ₆ dimer juga ditemukan dalam fase uap. Pada tinggi suhu ,Al₂ Cl ₆ dimer memisahkan ke trigonal planar AlCl _3, yang secara struktural analog dengan BF ₃ . Mencair melakukan listrik buruk,seperti lebih ionik halida seperti natrium klorida .

Aluminium klorida diproduksi dalam skala besar oleh eksotermik reaksi aluminium logam dengan klorin atau hidrogen klorida pada suhu antara 650-750 ° C.

2 Al + 3 Cl ₂ → 2 AlCl ₃

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl ₃ + 3 H ₂

Aluminium juga membentuk lebih rendah klorida , aluminium (I) klorida (AlCl), tapi ini sangat tidak stabil dan hanya dikenal dalam fase uap.

PEMBENTUKAAN IKATAN C-C

PEMBENTUKAN IKATAN C-C

1. Melalui reaksi radikal bebas

2. Melalui reaksi antara C⁺ dengan C^-

FREE RADICAL C-C BOND PEMBENTUKAN

·         Dimerisation_Alkena polimerisasi

SUMBER C ELEKTROFIL

·         Alkil halide

·         Alkil sulfonat

·         Senyawa karbonil

·         Alkena yang berkonjugasi dengan EWG

SUMBER C NUKLEOFIL

·         Organologam

·         Karbanion alkil

PERTANYAAN

1.      Berikan contoh dari dari klasifikasi ikatan pembentukan ikatan c-c ?

Gugus pergi dan pengaruh gugus tetangga

GUGUS PERGI DAN PENGARUH GUGUS TETANGGA

Substitusi nukleofilik

Contoh reaksi substitusi nukleofilik yang terjadi pada gugus karbonil pada sebuah keton melalui substitusi dengan senyawa bergugus hidroksida. Pada contoh ini, terbentuk senyawa hemiasetal yang tak stabil.

Pada kimia organik maupun anorganik, substitusi nukleofilik adalah suatu kelompok dasar reaksi substitusi, dimana sebuah nukleofil yang "kaya" elektron, secara selektif berikatan dengan atau menyerang muatan positif dari sebuah gugus kimia atau atom yang disebut gugus lepas (leaving group).

Bentuk umum reaksi ini adalah

Nu: + R-X → R-Nu + X:

Dengan Nu menandakan nukleofil, : menandakan pasangan elektron, serta R-X menandakan substrat dengan gugus pergi X. Pada reaksi tersebut, pasangan elektron dari nukleofil menyerang substrat membentuk ikatan baru, sementara gugus pergi melepaskan diri bersama dengan sepasang elektron. Produk utamanya adalah R-Nu. Nukleofil dapat memiliki muatan listrik negatif ataupun netral, sedangkan substrat biasanya netral atau bermuatan positif.

Contoh substitusi nukleofilik adalah hidrolisis alkil bromida, R-Br, pada kondisi basa, dimana nukleofilnya adalah OH⁻ dan gugus perginya adalah Br^-.

R-Br + OH⁻ → R-OH + Br⁻

Reaksi substitusi nukleofilik sangat umum dijumpai pada kimia organik, dan reaksi-reaksi ini dapat dikelompokkan sebagai reaksi yang terjadi pada karbon alifatik, atau pada karbon aromatik atau karbon tak jenuh lainnya (lebih jarang).Menurut kinetikanya, reaksi substitusi nukleofilik dapat dikelompokkan menjadi reaksi S_N1 dan S_N2

PENGARUH GUGUS TETANGA

Pada reaksi substitusi nukleofilik, efek gugus tetangga didefinisikan sebagai gugus yang memberikan suatu reaksi intermediate yang baru pada pusat reaksi. Untuk reaksi substitusi seperti dibawah, X sebagai gugus tetangga berperan dalam penyerangan nukleofilik intramolekul sehingga melepaskan Y sebagai gugus pergi, yang kemudian diikuti oleh substitusi intermolekul.

Hasil dari efek gugus tetangga ini ialah pembentukan produk substitusi dengan konfigurasi yang berlawanan dengan konfigurasi yang seharusnya terjadi pada SN2, dimana reaksi SN2 pada umumnya membentuk konfigurasi yang berlawanan dengan substrat. Dengan adanya partisipasi gugus tetangga, konfigurasi produk sama dengan substrat.
Efek dari gugus tetangga ini juga dapat mempengaruhi kecepatan reaksi. Jika suatu gugus tetangga mempengaruhi reaksi melalui suatu jalan yang menyebabkan peningkatan kecepatan reaksi, maka gugus tetangga tersebut dikatakan sebagai “anchimeric assistance”. Peningkatan kecepatan reaksi dengan adanya partisipasi gugus tetangga diketahui dengan membandingkan laju reaksi suatu senyawa yang memiliki gugus tetangga dengan reaksi yang sama pada senyawa analog yang tidak memiliki gugus tetangga.

Gugus tetangga dapat menggunakan pasangan elektronnya untuk berinteraksi dengan sisi belakang atom karbon yang menjalani substitusi, sehingga mencegah serangan dari nukleofilik, sehingga nukleofilik hanya dapat bereaksi dengan atom karbon dari sisi depan, dan produknya mengikuti konfigurasi awal.Atom atau gugus yang dapat meningkatkan laju SN2 melalui partisipasi gugus tetangga ialah nitrogen dalam bentuk amina, oksigen dalam bentuk karboksilat dan ion alkoksida, dan cincin aromatik. Partisipasi hanya efektif jika interaksinya membentuk cincin segitiga, lima dan enam.

Reaksi substitusi nukleofilik – sebuah reaksi S_N2

Kita akan membahas mekanisme reaksi ini dengan menggunakan sebuah ion sebagai nukleofil, karena akan lebih mudah. Mekanisme untuk nukleofil air dan amonia melibatkan tahapan ekstra yang akan dijelaskan pada halaman yang lain.

Kita akan mengambil contoh bromoetana sebagai sebuah halogenalkana primer sederhana. Bromoetana memiliki sebuah ikatan polar antara karbon dan bromin.Kita akan melihat reaksinya dengan menggunakan ion nukleofil yang umum, yang dalam hal ini kita sebut sebagai Nu^-. Nukleofil ini akan memiliki sekurang-kurangnya satu pasangan elektron bebas. Nu^- misalnya bisa berupa OH^- atau CN^-.

Pasangan elektron bebas pada ion Nu^- akan tertarik kuat ke atom karbon +, dan akan bergerak ke arahnya, dan mulai membentuk sebuah ikatan koordinasi (kovalen datif). Dalam proses ini, elektron dalam ikatan C-Br akan terdorong lebih dekat ke arah bromin, sehingga membuatnya semakin negatif.Pergerakan elektron bebas ini ke arah atom karbon akan terus berlangsung sampai -Nu terikat kuat dengan atom karbon, dan bromin telah dilepaskan sebagai sebuah ion Br^-.

Hal-hal yang perlu diperhatikan

Ion Nu^- mendekati atom karbon + dari sisi yang jauh dari atom bromin. Atom bromin yang besar menghalangi serangan dari sisi yang berdekatan dengannya dan, karena bermuatan -, akan menolak Nu^- yang mendekat. Serangan dari belakang ini penting jika anda ingin memahami mengapa halogenalkana tersier memiliki mekanisme yang berbeda. Kita akan membahas hal ini selanjutnya di halaman ini.Jika dicermati, maka harus ada sebuah titik dimana Nu^- terikat setengah ke atom karbon, dan ikatan C-Br terputus setengahnya. Ini disebut sebagai keadaan transisi. Keadaan ini bukan sebuah intermediet dan tidak bisa diamati terpisah meski hanya sesaat. Keadaan ini hanyalah titik-tengah dari sebuah serangan oleh satu gugus dan terlepasya gugus yang lain.

Cara menuliskan mekanisme reaksi

Cara yang paling sederhana adalah sebagai berikut:

Secara teknis, reaksi ini disebut sebagai reaksi S_N2. S adalah singkatan dari substitusi, N singkatan untuk nukleofilik, dan dituliskan 2 karena tahap awal dari reaksi ini melibatkan dua spesies – yaitu bromoetana dan ion Nu^-. Dalam beberapa silabus, reaksi ini biasa hanya disebut substitusi nukleofilik.Dalam beberapa soal ujian, anda biasanya diminta menunjukkan keadaan transisi ini dalam mekanisme reaksi, dimana anda perlu menuliskannya dengan sedikit lebih mendetail, yaitu dengan menunjukkan bagaimana segala sesuatunya tertata dalam ruang.

Berhati-hatilah saat anda menggambarkan keadaan transisi ini untuk memperjelas perbedaan antara garis putus-putus yang menunjukkan ikatan setengah-jadi dan setengah-putus, dengan yang menunjukkan ikatan-ikatan yang sebenarnya.Perhatikan bahwa molekul telah dibalik selama reaksi terjadi – agak mirip dengan payung yang terbuka ke atas.

Reaksi substitusi nukleofilik – sebuah reaksi S_N1

Sekali lagi, kita akan membahas mekanisme ini dengan menggunakan sebuah ion sebagai nukleofil, karena lebih mudah, dan lagi-lagi kita akan melihat reaksi ion nukleofilik yang kita sebut sebagai Nu^-. Ion nukleofil ini akan memiliki sekurang-kurangnya satu pasangan elektron bebas.

Mengapa halogenalkana primer tidak menggunakan mekanisme S_N1?

Jika sebuah halogenalkana primer menggunakan mekanisme ini, maka tahap pertama akan menjadi, misalnya:

Sebuah karbonium primer akan terbentuk, dan karbonium primer ini jauh lebih tidak stabil dari segi energi dibanding karbonium tersier yang terbentuk dari halogenalkana tersier – dan dengan demikian jauh lebih sulit dihasilkan.Ketidakstabilan ini berarti bahwa dibutuhkan energi aktivasi yang sangat tinggi untuk reaksi yang melibatkan sebuah halogenalkana primer. Energi aktivasi jauh lebih kecil jika mengalami reaksi S_N2 – olehnya itu reaksi inilah yang terjadi.

Substitusi nukleofilik pada halogenalkana sekunder

Tidak ada mekanisme baru pada jenis halogenalkana ini. Halogenalkana sekunder akan menggunakan kedua mekanisme – beberapa molekul akan bereaksi menggunakan mekanisme S_N2 dan yang lainnya menggunakan S_N1.Mekanisme S_N2 mungkin karena belakang molekul tidak semuanya ditempati gugus alkil sehingga nukleofil yang mendekat masih bisa terikat pada atom karbon +.Mekanisme S_N1 mungkin karena karbonium sekunder yang terbentuk pada tahap lambat lebih stabil dibanding karbonium primer. Ion karbonium ini tidak sama stabilnya dengan karbonium tersier, sehingga rute S_N1 tidak sama efektifnya dengan yang terjadi pada halogenalkana tersier.

PERTANYAAN .

Jelaskan upaya agar alcohol dapat di substitusi dengan gugus fungsi ataupun reagen yang  lain?