kimia organik fisik umum

KIMIA ORGANIK FISIK

DEFINISI

Kimia Organik fisik merupakan ilmu yang mengkaji aspek fisik dari suatu senyawa organik. Dengan mengetahui secara baik aspek fisik suatu molekul organik maka dapat dirancang suatu sintesa molekul target tertentu dengan pendekatan diskoneksi terutama mensintesis suatu senyawa yang bermanfaat khususnya untuk obat-obatan yang secara alami kadarnya sangat rendah dalam makhluk hidup. Dalam perancangan suatu sintetik mutlak memahami reaktivitas starting material, jenis dan mekanisme reaksinya serta kemungkinan reksi samping yang terjadi dan bagaimana agar suatu reaksi bersifat kemoselektif.

Secara umum ada banyak sub-bab yang berkaitan dengan kimia organik fisik, namun pada kesempatan kali ini kita kan membahas 10 materi yang berkaitan dengan kimia organik fisik. Penjelasan tersebut akan di bahas sebagai berikut :

Aromatis

Di dalam bidang kimia organik, struktur dari beberapa rangkaian atom berbentuk cincin kadang-kadang memiliki stabilitas lebih besar dari yang diduga. Aromatisitas adalah sebuah sifat kimia di mana sebuah cincin terkonjugasi yang ikatannya terdiri dari ikatan tidak jenuh, pasangan tunggal, atau orbit kosong menunjukan stabilitas yang lebih kuat dibandingkan stabilitas sebuah sistem yang hanya terdiri dari konjugasi. Aromatisitas juga bisa dianggap sebagai manifestasi dari delokalisasi siklik dan resonansi.

Hal ini biasanya dianggap terjadi karena elektron-elektron bisa berputar di dalam bentuk susunan lingkaran atom-atom, yang bergantian antara ikatan kovalen tunggal dan ganda. Ikatan-ikatan ini bisa dipandang sebagai ikatan hibrida (campuran) antara ikatan tunggal dan ikatan ganda, setiap ikatan-ikatan ini adalah sama (identis) dengan ikatan yang lainnya. Model cincin aromatis yang umum dipakai, yaitu sebuah cincin benzena (cyclohexatriena) adalah terbentuk dari cincin beranggota enam karbon yang bergantian, pertama kali dikembangkan oleh Kekulé. Model benzena ini terdiri dari dua bentuk resonansi, yang menggambarkan ikatan covalen tunggal dan ganda yang bergantian posisi. Benzena adalah sebuah molekul yang lebih stabil dibandingkan yang diduga tanpa memperhitungkan delokalisasi muatan.

 Gaya Van Der Waals

Gaya van der waals merupakan gaya tarik di antara atom atau molekul, gaya ini jauh lebih lemah dibandingkan gaya yang timbul karena ikatan valensi dan besarnya ialah 10^-7 kali jarak antara atom-atom atau molekul-molekul. Gaya ini menyebabkan sifat tak ideal pada gas dan menimbulkan energi kisi pada kristal molekular. Gaya ini disebut gaya van der waals dan sangat lemah dibandingkan ikatan ion dan kovalen.Dalam molekul Cl₂ terdapat ikatn kovalen dengan energi ikatan 240 kj/mol,dan antara molekul Cl₂  terdapat gaya van der waals sebesar 21 kj/mol.

Gaya van der waals dapat terjadi antara partikel yang sama atau berbeda .sama halnya dengan gaya kohesi (gaya antara partikel – partikel zat yang sama ) yang di pelajari disekolah lanjutan.gaya ini terjadi karena adanya sifat kepolaran partikel tersebut.makin kecil kepolaran makin kecil pila gaya van der waals-nya.

Dalam bentuk gas (seperti N2, O2, CL2) dan hampir semua zat organic berupa molekul-molekul tunggal dengan ikatan kovalen. Gaya tarik antara molekul-molekul ino sangat lemah. Hal ini terbukti dari kenyataan bahwa gas-gas nyata tidak mengikuti hokum gas ideal :

PV = nRT

 

Dimana :

P = Tekanan Gas

V = Volume gas

T = Temperatur (K)

a dan b = tetapan

R = Tetapan Gas Umum

Gaya antar molekul ini disebut gaya Van Der Waals. Dengan adanya gaya-gaya ini memberikan koreksi pada persamaan ideal untuk gaya sejati.

            Dalam keadaan cair dan keadaan padat, gaya-gaya ini lebih besar. Seperti telah dijelaskan, zat-zat di atas membentuk Kristal molekuler. Satuan-satuan dalam Kristal molekuler seperti chlor, benzene, dsb. Untuk atom atau molekul-molekul kecil, struktur kristalnya biasanya tersusun rapat (close packed) karena gaya Van Der Waals tidak mempunyai arah dalam ruang. Struktur ini terdapat pada gas-gas mulia, Halogen, H₂, N₂, 0₂, CO₂, HCl, HBr, CH₄, C₂H₆, NH₃, PH₃, dan H₂S.

Aturan Hückel

Dalam kimia organik, Aturan Hückel menentukan molekul cincin planar yang memiliki sifat aromatik. Aturan ini dikemukakan oleh ahli kimia Jerman Erich Hückel pada tahun 1931.

Suatu molekul cincin planar memenuhi aturan Hückel, jika memiliki elektron-π sebanyak 4n+2, dengan n adalah bilangan bulat.

Dari data hidrogenasi alkena senyawa aromatik lebih stabil daripada yang diperkirakan, stabilitas "ekstra" ini disebabkan oleh awan elektron yang terdelokalisasi, yang disebut energi resonansi. Kriteria untuk senyawa aromatik sederhana:

1. Memenuhi aturan Hückel, memiliki elektron-π sebanyak 4n+2 dalam awan orbital-p yang terdelokalisasi.
2. Berbentuk planar dan siklik.
3. Setiap atom dalam cincin harus dapat berpartisipasi dalam delokalisasi elektron dengan memiliki orbital-p atau pasangan elektron bebas.

Fungsi keasaman Hammet

Fungsi keasaman Hammet adalah sebuah pengukuran keasaman yang digunakan untuk larutan asam kuat yang sangat pekat, meliputi superasam. Dalam larutan seperti itu, pendekatan yang sederhana seperti persamaan Henderson-Hasselbalch tidak lagi berlaku oleh karena variasi koefisien keaktifan di larutan yang sangat pekat. Fungsi keasaman Hammet digunakan di bidang-bidang seperti kimia organik fisik dalam kajian reaksi yang dikatalisasi oleh asam karena beberapa reaksi ini menggunakan asam yang sangat pekat, atau bahkan asam murni.^[1]

Fungsi keasaman Hammett, H₀, digunakan sebagai pengganti pH. Ia didefinisikan sebagai:

H 0 = − log ⁡ h 0 = − log ⁡ ( a H 3 O + γ B γ B H + ) {\displaystyle H_{0}=-\log h_{0}=-\log \left(a_{H_{3}O^{+}}{\frac {\gamma _{B}}{\gamma _{BH^{+}}}}\right)}

dengan a adalah keaktifan, dan γ adalah koefisien keaktifan basa B dan konjugat asamnya BH⁺. H₀ dapat dihitung menggunakan persamaan yang mirip dengan persamaan Henderson-Hasselbalch:

H 0 = p K B H + + log ⁡ [ B ] [ B H + ] {\displaystyle H_{0}={\mbox{p}}K_{BH^{+}}+\log {\frac {[B]}{[BH^{+}]}}}  

dengan pK_BH⁺ adalah −log(K) untuk disosiasi BH⁺. Dengan menggunakan basa yang memiliki nilai pK_BH⁺ yang sangat negatif, skala H₀ dapat diperluas sampai dengan nilai yang negatif. Hammett pertama kali menggunakan sederet anilina dengan gugus penarik-elektron sebagai basa.

Pada skala ini, asam sulfat murni (18.4 M) mempunyai nilai H₀ −12, dan asam pirosulfat mempunyai nilai H₀ ~ −15. Perlu diperhatikan bahwa fungsi keasaman Hammet menghindari air dalam persamaannya. Ia merupakan perampatan (generalization) skala pH. Dalam larutan yang encer, nilai pH hampir sama dengan nilai H₀. Dengan menggunakan pengukuran kuantitatif keasaman yang tidak bergantung pada pelarut, implikasi dari efek perataan bisa dihilangkan, sehingga adalah mungkin untuk secara langsung membandingkan keasaman senyawa-senyawa yang berbeda. Dengan menggunakan pK_a, HF lebih lemah daripada HCl dalam air, namun ia akan menjadi lebih kuar dari HCl dalam asam asetat glasial; namun HF murni "lebih kuat" dari HCl karena H₀ dari HF murni lebih tinggi dari HCl murni.

Isomersime Konformasi

Dalam kimia, isomersime konformasi adalah sebuah bentuk stereoisomerisme dari molekul-molekul dengan rumus struktural yang sama namun konformasi yang berbeda oleh karena rotasi atom pada ikatan kimia. Konformer yang berbeda dapat saling berubah dengan melakukan rotasi pada ikatan tunggal tanpa memutuskan ikatan kimia. Keberadaan lebih dari satu konformasi, biasanya dengan energi yang berbeda, dikarenakan oleh rotasi hibridisasi orbital sp³ atom karbon yang terhalang. Isomerisme konformasi hanya terjadi pada ikatan tunggal karena ikatan rangkap dua dan rangkap tiga mempunyai ikatan pi yang menghalangi rotasi ikatan. Perbandingan stabilitas konformer-konformer yang berbeda biasanya dijelaskan dengan perbedaan dari kombinasi tolakan sterik dan efek elektronik. Contoh yang sederhana terlihat pada molekul butana yang dilihat dengan menggunakan proyeksi Newman seperti pada gambar di atas. Rotamer adalah konformer yang berbeda hanya pada rotasi ikatan tunggal.^[1]. Sawar rotasinya adalah energi aktivasi yang diperlukan untuk berubah dari satu konformer ke konformer lainnya.

Terdapat dua bentuk isomerisme konformasi yang penting:

1. Konformasi alkana linear, dengan konformer anti, tindih, dan gauche
2. Konformasi sikloheksana, dengan konformer kursi dan perahu.

Contoh lain dari isomerisme konformasi adalah pelipatan molekul, di mana beberapa bentuk pelipatan stabil dan fungsional, namun yang lainnya tidak. Isomerisme konformasi juga terlihat pada atropisomer

DAFTAR PUSTAKA

      Michelle Lee. (1999). van der Waals Forces: [Online]. Tersedia: http://educhem.com.

      Syukri S,1999,KIMIA DASAR JILID 1,Bandung :ITB,hal.240- 243

Sukardjo.1985.Ikatan Kimia.Yogyakarta : Rineka Cipta

Sugiyarto, Kristian dan Retno.2010.Kimia Anorganik Logam.Medan : Universitas Negeri

        Medan

Syukri S.1999.Kimia Dasar Jilid I.Bandung : ITB

http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_van_der_Waals