kelompok 3 stabilitas karbokation dan hiperkonjugasi
DESCRIPTION
sTRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM KOMPUTASI KIMIA
STABILITAS KARBOKATION DAN HIPERKONJUGASI
DisusunOleh:
Gemilia Gladira (F1C113007)
Maya Dina Asyri (F1C113029)
Yesinia Anjani (F1C113031)
Nurul Amini (F1C113061)
Meta Andriani (F1C113063)
DosenPembimbing :
DiahMastutikS.Pd.,M.Si.
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS JAMBI
2015
STABILITAS KARBOKATION DAN HIPERKONJUGASI
I. Tujuan
Mengkajistabilitasbeberapakarbokationdanpengaruhhiperkonjugasiterhadappa
njangikatandankerapatanmuatanmenggunakanperhitungansemiempiris AM1
II. LatarBelakang
Karbokation menunjukkan satu dari sangat penting dan sering dijumpai dari
jenis zat antara yang terlibat dalam reaksi senyawa organik. Stabilitas relatif
karbokation dapat dijadikan indikasi untuk keberadaannya dalam reaksi yang
sedang berlangsung. Banyak cara menjelaskan kestabilan karbokation, salah
satunya adalah hiperkonjugasi.
Hiperkonjugasi meliputi tumpang tindih antara suatu ikatan (orbital ikatan)
dengan orbital p yang kosong yang terdapat dalam atom karbon bermuatan positif
(lihat gambar dibawah ini). Walaupun gugus alkil yang terdapat pada atom karbon
positif tersebut dapat berputar, satu dari dari ikatan sigma selalu sebidang dengan
orbital p kosong pada karbokation. Pasangan elektron pada ikatan sigma ini
disebarkan ke orbital p kosong sehingga menstabilkan atom karbon yang
kekurangan elektron.
Kita dapat memikirkan fenomena hiperkonjugasi seperti yang kita jumpai
dalam bentuk klasik. Sebagai contoh bahwa isopropyl kation distabilkan oleh
hiperkonjugasi menghasilkan beberapa bentuk resonansi.
Hiperkonjugasi akan meningkatkan order ikatan dari ikatan CC (lebih
bersifat ikatan rangkap) dan akan berakibat memendekkan ikatan CC. Perlu
ditekankan juga bahwa akan terjadi fenomena melemahnya dan memanjangnya
ikatan CH yang dinyatakan dengan kerapatan elektron pada orbital p kosong.
Akhirnya muatan positif yang signifikan dipindahkan kepada atom H yang terlibat
dalam hiper-konjugasi.
III. Dasarteori
Karbokation menunjukkan satu dari sangat penting dan sering dijumpai dari
jenis zat antara yang terlibat dalam reaksi senyawa organic. Stabilitas relative
karbokation dapat dijadikan indikasi untuk keberadaannya dalam reaksi yang
sedang berlangsung. Banyak cara yang dapat dilakukan untuk menjelaskan
kestabilan karbokation,salah satunya adalah hiperkonjugasi (Fessenden, 1992).
Menurut Streitwieser (1985) Struktur dan Stabilitas Karbokation :
Karbokation memiliki struktur trivalen dengan karbon tersubstitusi sp2.
Selain itu, karbokation memiliki orbital p kosong yang tegak lurus terhadap ketiga
substituennya.
Gambar I. Struktur elektronik dari karbokation
Menurut Hart (1990) Untuk memahami stabilitas karbokation lebih lanjut,
mari kita lihat contoh berikut ini. 2-metilpropena dapat bereaksi dengan H+ dan
menghasilkan karbokation yang memiliki tiga substituen metil (karbokation
tersier, 30) dan karbokation dengan satu substituen alkil (karbokation primer, 10).
Karbokation mampu bereaksi dengan suatu nukleofil, misalnya Cl- menghasilkan
alkil klorida. Dari hasil penelitian, didapat hanya 2-kloro-2- metilpropana, hal ini
karena pembentukan intermediet karbokation tersier lebih stabil dibandingkan
karbokation primer. Ingat bahwa karbokation yang lebih tersubstitusi lebih stabil
dibandingkan karbokation yang kurang tersubstitusi. Urutan stabilitas karbokation
adalah sebagai berikut:
Hiperkonjugasi melibatkan tumpang tindih antara suatu ikatan (orbital
ikatan) dengan orbital p yang kosong yang terdapat pada atom karbon yang
bermuatan positif. Walaupun gugus alkil yang terikat pada atom karbon positif
tersebut dapat berputar,satu dari ikatan sigma selalu sebidang dengan orbital p
kosong pada karbokation. Pasangan electron pada ikatan sigma ini disebarkan
pada orbital p kosong sehingga mestabilkan atom karbon yang kekurangan
electron (Brady, 1999).
Kita dapat memikirkan fenomena hiperkonjugasi seperti yang kita jumpai
dalam bentuk klasik.Sebagai contoh bahwa isopropyl kation distabilkan oleh
hiperkonjugasi menghasilkan beberapa bentuk resonansi (Cotton , 1989).
Hiperkonjugasi akan meningkatkan order ikatan dari ikatan CC(lebih
bersifat ikatan rangkap) dan akan berakibat memendekkan ikatan CC.Fenomena
yang terjadi adalah melemahnya dan memanjangnya ikatan CH yang dinyatakan
dengan kerapatan electron pada orbital p kosong.Akhirnya muatan positif yang
signifikan akan dipindahkan kepada atom H yang terlibat dalam hiperkonjugas
(Kealey , 2002).
Hiperkonjugasi adalah ikatan C – C apabila mengikat atom lagi dengan
ikatan. Rangkap 2 atau 3C-C kecil dari pada C-C perhitungan karena adanya
pengaruh ikatan rangkap dua atau tiga yaitu elektron. atau pengaruh
hiperkonjugasi. Terjadi semacam resonansi. Gejala ini disebut hiperkonjugasi
yaitu karena adanya pergeseran elektron sehingga tidak berikatan secara
parsial (atom H berdekatan) “no bond resonance” sehingga sering pula disebut
konjugasi.Seakan-akan mirip jarak ikatan rangkap tetapi tidak 100% hanya
diantaranya (Stanley , 1988).
Ex :
Ikatan dalam Etana.Kedua atom karbon dalam etana adalah tetrahedral.
•Tiap karbon menggunakan 4 orbital sp3 untuk membentuk 4 ikatan
kovalen:
HDalam etana , orbital sp3 adalah hibridisasi orbital ,
tetapi ikatan tunggal terbentuk antara atom karbon
dengan hibridisasi lain memang terjadi ( misalnya
sp2 ke sp2 ). Bahkan, atom karbon dalam ikatan tunggal
tidak perlu dari hibridisasi yang sama. Etana, C2H6,
merupakan contoh paling sederhana dari molekul yang
mengandung ikatan karbon-karbon.
(Arsyad , 2001).
Konsep ikatan sigma diperluas untuk menjelaskan interaksi ikatan yang
melibatkan ketumpangtindihan cuping tunggal sebuah orbital dengan cuping
tunggal lainnya. Sebagai contoh, propana dideskripsikan mengandung 10 ikatan
sigma, masing-masing untuk dua ikatan C-C dan delapan ikatan C-H. Atom C
primer : atom C yang mengikat langsung 1 atom C yang lainyang lain
(tetangganya) (Barasella , 2012).
IV. Prosedur kerja
Langkah awal adalah menggambarkan dan mengoptimasi beberapa
karbokation yaitu t-butil, sek-butil, dan n-butil. Anda dapat memulai
menggambarkan hidrokarbon dan menghilangkan 1 atom H yang terikat dalam
atom karbon untuk menghasilkan karbokation.
1. Gunakan menu draw untuk menggambarkan isobutana.
2. Klik pada build dan kemudian add H & Model Build.
3. Gunakan menu Selection dan hapus atom H sesuai dengan karbokation
yang digambar.
4. Klik Setup dan kemudian semi empiris.
5. Klik AMI dan kemudian options.
6. Atur Total Charge pada 1 dan Spin Multiplicity pada 1 (semua spin
terpasangkan)
7. Lakukan optimasi dengan memilih Compute dan kemudian Geometri
Optimizaion.
8. Setelah perhitungan selesai, catat panas pembentukannya.
Pencatatan data
1. Catat panjang ikatan CC, semua panjang ikatan Csp3-H (karbon Csp3-
H terikat pada karbon Csp2) dan semua sudut antara pusat karbon Csp2.
2. Klik pada Display dilanjutkan dengan Labels.
Klik pada Charge dilanjutkan dengan OK. Muatan atom akan dimunculkan.
Catat muatan pada atom H yang ikut terlibat dalam hiperkonjugasi (pada
Csp3 yang terikat pada Csp2). Catat jika terjadi perbedaan. Atom H dengan
muatan terbesar akan lebih banyak terlibat dalam hiperkonjugasi. Cetak struktur
dengan muatan atomnya dan lampirkan pada lembar laporan.
V. Hasil
Catatanpanjangikatan CC, Semuapanjangikatan Csp3-H ( Karbon
Csp3terikatpadaKarbon Csp2 ) Semuasudutantarapusatkarbon Csp2.
Karbokation Panjangikatan C-C
(A)
PanjangIkatan Csp3-
H (A)
Sudutterhadap Csp2
t-butil C2-C1 =1,45531 C1-H7=1,12367 C1C2C3=119,993
C2-C3 =1,45527 C1-H6=1,13393 C1C2C4=119,992
C2-C4 =1,45529 C1-H5=1,2367 C4C2C3=119,995
Sek-butil C1-C2 =1,4381 C1-H7=1,3274 C1C2C3=123,292
C2-C3 =1,44355 C1-H5=1,13713 C1C2H8=118,346
C3-C4 =1,50874 C1-H6=1,12084
n-butil C1-C2 =1,42302 C2-H7=1,13011 C2C1H5=121,444
C2-C3 =1,57086 C2-H8=1,13011 H5C1H6=117,082
C3-C4 =1,5029
Catatan kerapatan muatan setiap Karbokation
t-butil Sek-butil n-butil
C1-H7 =0,201 C1-H7 =0,204 C2-H7 =0,191
C1-H6 =0,169 C1-H6 =0,160 C2-H8 =0,191
C1-H5 =0,169 C1-H5 =0,217
C3-H9 =0,218
C3-H10 =0,197
Catatan panas pembentukan untuk setiap karbokation
Karbokation Panaspembentukan
t-butil -977,8583
Sek-butil -968,6559
n-butil -949,5129
t-butil
Sek-butil
n-butil
VI. Pembahasan
Percobaan ini bertujuan untuk menyelidiki stabilitas beberapa karbokation
dan pengaruh hiperkonjugasi terhadap panjang ikatan dan kerapatan muatan
menggunakan perhitungan semi empiris AM1.
Perhitungan semiempiris AM1 ini lebih mudah dan cepat dalam mengelolah
data perhitungan dibandingkan dengan metode ab initio. Metode ini digunakan
untuk mencari panjang ikatan, sudut ikatan, dan energi ikat dari molekul yang
dianalisis.
Panjang ikatan C-H yang terlibat hiperkonjugasi akan bernilai lebih
besardaripada yang tidak terlibat konjugasi. Hiperkonjugasi akan memanjangan
ikatan C-Hyang ditandai perubahan kerapan elektron pada orbital p. Atom H yang
terlibathiperkonjugasi akan selalu ditarik oleh orbital p kosong. Akibat dari
tarikan ini makaatom H akan lebih menjauh dari atom C dan akan memperpanjang
ikatannya. Muatanpada atom H yang terlibat hiperkonjugasi akan lebih besar
daripada yang tidakmengalami hiperkonjugasi.karena muatan positif pada atom
karbon dipindahkan keatom H yang terlibat hiperkonjugasi.
Hiperkonjugasi akan meningkatkan order ikatan dari ikatan C-C dan
akanberakibat terjadinya pemendekkan ikatan C-C. Panjang ikatan C-C yang
terlibathiperkonjugasi lebih pendek daripada yang tidak terlibat hiperkonjugasi.
Hal inidikarenakan hiperkonjugsi yang melibatkan tumpang tindih antara suatu
ikatandengan orbital p yang kosong yang terdapat pada atom karbon yang
bermuatan positif.Satu ikatan sigma pada gugus alkil selalu sebidang dengan
orbital p kosong padakarbokation. Pasangan elektron pada ikatan sigma ini
disebarkan ke orbital p kosongsehingga menstabilkan atom karbon yang
kekurangan elektron.
Sudut terhadap Csp2 pada karbokation t-butil lebih kecil dibandingkan
padakarbokation sek-butil dan n-butil. Karena pada karbokation sek-butil terjadi
deviasisudut ikatan, dima atom C yang terlibat hiperkonjugasi mengalami tarikkan
sehinggasudutnya menjadi lebih besar dari hibridisasi. Sedangkan untuk atom C
yang tidakterlibat hiperkonjugasi tidak mengalami tarikkan dengan antar atom C.
Berdasarkan pada uji panas pembentukkan ketiga karbokation ini,
dapatdikatakan bahwa karbokation t-butil memiliki panas pembentukan yang
lebih kecildibandingkan dengan sek-butil dan n-butil. Hal ini bekaitan dengan
kestabilankarbokation tersebut. Karbokation t-butil lebih stabil sehingga untuk
menangkapnukleofil membentuk suatu senyawa baru tidak memerlukan energi
yang besar.Sedangkan karbokation n-butil sangat tidak stabil, sehingga nukleofil
sulit untukmasuk kedalam karbokation dan membentuk senyawa baru. Oleh sebab
itu energiyang diperlukan besar.
Berdasarkan pada nilai panas pembentukannya maka dapatdikatakan bahwa
urutan kestabilan karbotion t-butil lebih besar dari sek-butil lebihbesar dari n-
butil. Selain itu kestabilan karbokation juga dipengaruhi oleh seberapabanyak
atom karbon yang terlibat dalam hiperkonjugasi. Pada t-butil, ketiga atomkarbon
terlibat dalam hiperkonjugasi. Pada sek-butil yang terlibat hiperkonjugasihanya 2
atom C dan ada satu gugus alkil yang tidak terlibat dalam
hiperkonjugasi.Sedangkan pada n-butil hanya satu gugus alkil yang terlibat dalam
hiperkonjugasi.Sehingga pada t-butil pasangan elektron ketiga gugus alkilnya
tumpang tindih denganorbital p yang kosong pada atom C bermuatan positif. Dan
ini juga yang menstabilkanatom karbon yang bermuatan negatif. Sedangkan pada
n-butil hanya 1 gugus alkilyang memberikan pasangan elektronnya untuk
disebarkan pada orbital p kosong danini menyebabkan n-butil sangat tidak stabil.
VII. Kesimpulan
Adapun kesimpulan dalam pecobaan ini yaitu:
1) Panjang ikatan C-H yang mengalami hiperkonjugasi lebih besar
daripada yang tidakmengalami hiperkonjugasi.
2) Panjang ikatan C-C yang terlibat hiperkonjugasi lebih kecil daripada
yang tidakmengalami hiperkonjugasi.
3) Sudut ikatan pada atom C yang terlibat hiperkonjugasi mengalami
deviasi dari sudutikatan hibridisasi.
4) Berdasarkan panas pembentukan karbokation maka, Urutan kestabilan
karbokation : t-butil> sek-butil > n-butil.
DAFTAR PUSTAKA
Arsyad,M.Natsir. 2001. Kamus Kimia Arti Dan Penjelasan Istilah.
Jakarta : Gramedia
Barasella. 2012. Buku Wajib Kimia Dasar. Jakarta: Trans Info Media.
Brady. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Bandung : Binarupa
Aksara.
Cotton, Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta : Penerbit
Universitas Indonesia, UI-PRESS
Fessenden R.J., dan Fessenden J.S. 1992. Kimia Organik Jilid 2. Jakarta:
Erlangga.
Hart, Harold. 1990. Kimia Organik. Jakarta: Erlangga
Kealey, D. dan Haines, P.J. 2002. Analytical Chemistry. London: BIOS
ScientificPublishers Ltd.
Stanley. 1988. Kimia OrganikJilid 1. Bandung: ITB PRESS.
Streitwieser. 1985. Introduction to Organic Chemistry EdisiKetiga. New
York : Macmillan Publishing Company.