TUGAS TERSTRUKTUR DAN KAIDAH MASUKNYA SUBSTITUEN GUGUS FUNGSI (ORTO-PARA, META)

A.    TUGAS TERSTRUKTUR

Tugas Tatap Muka Ke-2 dan Ke-3

1.      Menurut Louis de Broglie bahwa electron mempunyai sifat gelombang sekaligus juga partikel. Jelaskan keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum dan teori orbital molekul!

Jawaban:

Lous de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas electron. Dari hasil penelitiannya Louis de Broglie mengusulkan bahwa materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel, yang dikenal dengan prinsip dualitas. Sifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang Louis de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Dalam hal ini, diketahui bahwa partikel yang bergerak bersifat gelombang. Sehingga, Louis Victor de Broglie menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang.

 Argument Louis de Broglie menghasilkan hal sebagai berikut yaitu:

Einstein              : E= mc²

Max Plank          : E= h.v= 

                      

Keterkaitan teori Louis de Broglie dengan teori mekanika kuantum diantaranya,  Louis de Broglie mengemukakan  bahwa partikel juga bersifat sebagai gelombang. Dengan demikian partikel mempunyai panjang gelombang yang dinyatakan dengan persamaan berikut:

                            

Teori orbital molekul menggambarkan ikatan kovalen melalui istilah orbital molekul yang dihasilkan dari interaksi orbital-orbital atom dari atom-atom yang berikatan dan yang terkait dengan molekul secara keseluruhan.

Teori orbital molekul adalah teori yang menjelaskan ikatan kimia melalui diagram orbital molekul.

Sifat magnet dan sifat-sifat molekul dapat dengan mudah dijelaskan dengan menggunakan pendekatan mekanika kuantun lain yang disebut dengan teori orbital molekul. Sehingga, antara teori Louis de Broglie dan teori orbital molekul sangat berkaitan karena pada dasarnya teori yang di kemukakan oleh Louis de Broglie yaitu electron mempunyai sifat gelombang sekaligus partikel yang berhubungan dengan teori mekanika kuantum.

Dalam orbital molekul ikatan kerapatan electron lebih besar diantara inti atom yang berikatan. Sementara dalam orbital molekul antiikatan, kerapatan electron , mendekati nol diantara inti. Perbedaan ini dapat dipahami bila kita mengingat sifat gelombang pada electron. Sehingga, dalam hal ini dapat dikatakan teori Louis De Broglie digunakan dalam teori orbital molekul.

2.                  Bila absorpsi sinar UV oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi electron ke orbital yang berenergi lebih tinggi. Transisi electron manakah memerlukan enegi terkecil bila sikloheksena berpindah ketingkat tereksitasi?

Jawaban:

Energy yang dimiliki sinar UV mampu menyebabkan perpindahan electron (promosi electron) atau yang disebut transisi elektronik. Dalam hal ini, transisi elektronik daoat diartikan sebagai perpindahan electron dari satu orbital ke orbital yang lain. disebut transisi elektronik karena electron yang menempati satu orbital dengan energy terendah dapat berpindah keorbital lainyang memiliki orbital lebih tinggi jika menyerap energy, begitu pun sebaliknya electron dapat berpindah dari orbital yang memiliki energi lebih rendah jika melepaskan energim. Energy yang diserap atau diterima berupa radiasi elektromagnetik.

Pada transisi elektronik inti-inti atom dapat dianggap berada pada posisi yang tepat. Hal ini dikenal dengan prinsip Franck-Condon. Dalam proses transisi ini tidak semua electron ikatan terpromosikan ke orbital antiikatan.

Berdasarkan jenis orbital tersebut, jenis-jenis transisi elektronik dibedakan atas:         1. Transisi σ  …..>  σ*

  2.Transisi π……>  π*

  3.Transisi n……>

 4. Transisi n……>  σ*

Keterangan: σ : senyawa-senyawa yang mempunyai ikatan tunggal

                    π : senyawa-senyawa yang mempunyai ikatan rangkap

                   n : menyatakan orbital non-ikatan, untuk senyawa-senyawa yang     mempunyai electron bebas.

     σ* dan π*: merupakan oebital yang kosong (tanpa electron)

 gambar:

pada gambar di atas transisi dari σ dan π* sebenarnya tidak ada. Pada setiap jenis transisi elektronik yang terjadi terdapat karakter dan melibatkan energy yang berbeda.

Transisi π……> π* pada ikatan ganda terisolasi mempunyai puncak absorbs di daerah UV vakum tetapi transisi π……> π* tergantung pada konjugasi ikatan ganda dengan suatu gugus fungsi subtituen. Akibatnya, tansisi π……> π* pada ikatan ganda terkonjugasi mempunyai puncak absorbs pada daerah ultraviolet dekat dengan panjang gelombang lebih besar dari 200 nm. Dengan demikian maka sisitem konjugasi akan bertambah panjang maka energy yang diperlukan untuk transisi π……> π* semakin kecil, sehingga puncak absorbs akan terjadi pada panjang gelombang yang semakin besar. Analisi menggunakan spektrofotometer UV, senyawa-senyawa dengan kromofor yang sama.

• Kaidah Masuknya Substituen Gugus Fungsi (Orto-Para, dan Meta)/Ion kedalam Cincin Aromatik

.        

                 Jika ditinjau atas dasar pengaruhnya terhadap arah serangan elektrofil, maka gugus-gugus        substituent dibedakan menjadi gugus pengarah orto-para dan gugus pengarah meta.  Yang dimaksud gugus pengarah orto-para adalah gugus substituent yang menyebabkan arah utama serangan elektrofil pada posisi orto dan /atau para terhadap kedudukan gugus substituent, sedangkan gugus pengarah meta adalah gugus substituent yang menyebabkan arah utama serangan elektrofil pada posisi meta terhadap kedudukan gugus substituent tersebut.

Suatu benzene yang sudah tersubstitusi dapat mengalami substitusi kedua dan menghasilkan disubstitusi benzene. Struktur dari substitusi pertama menentukan tempat dari substitusi kedua dalam cincin benzene. Misalnya, suatu gugus metil dalam cincin mengarahkan suubstitusi yang akan datang terutama ke tempat orto dan para. Sedangkan suatu gugus nitro dalam cincin benzene mengarahkan substitusi kedua yang akn datang terutama ke tempat para.

Substituent yang sudah ada pada cincin aromatic menentukan posisi yang diambil oleh substituen baru. Misalnya saja: nitrasi pada toluene terutama menghasilkan campuran orto- dan para-nitrotoluena.

Demikian pula sebaliknya, nitrasi pada nitrobenzene pada kondisi yang serupa terutama menghasilkan isomer meta.

·         Gugus Pengarah Orto, Para

Gugus yang ada pada cincin akan mengarahkan substituent yang baru masuk pada posisi orto, para atau meta sesuai dengan gugus mulanya. Gugus awal tersebut yang disebut sebagai penentu orientasi. Perlu diketahui bahwa gugus yang merupakan  activator kuat adalah gugus pengarah orto, para. Orientasi ini terutama disebabkan oleh kemampuan substituen pengaktif yang kuat untuk melepaskan electron, misalnya seperti: gugus amino dan gugus hidroksil merupakan gugus activator yang baik.

Pada reaksi dibawah ini terlihat bahwa reaksi nitrasi pada toluene, dapat dilihat bahwa ion nitronium dapat menyerang karbon cincin yang memiliki posisi orto, meta, ataupun para terhadap gugus meta.  

Penyumbang resonansi itu ialah karbokation tersier dan lebih stabil dari pada penyumbang lainnya, yang merupakan karbokation sekunder. Sebalinya, sedangakn dengan serangan meta, semua penyumbang ialah karbokation sekunder. Dengan demikian,, gugus metal ialah pengarah orto, para keran reaksi ini dapat berangsung melalui karbo kation.

Jika dilihat pada gambar dibawah ini, pada gugus –F,-OH, dan –NH₂ memiliki PEB (Pasangan Electron Bebas), PEB inilah yang akn menstabilkan muatan positif yang berada di sebelahnya.

Pada turunan senyawa aromatic yang lain seperti pada aniline juga termasuk sebagai activator yaitu gugu yang termasuk dalam gugus pengarah orto.

Aniline gambar

Aniline beraksi dengan cepat membentuk 2,4,6-tribromoanilina (kedua posisi orto dan posisi para terbrominasikan).

Jadi, semua gugus dengan electron bebas pada atom yang melekat pada cincin ialah pengarah orto dan para.

·     

Perlu untuk diketahui bahwa pengarah meta mempunyai atom bermuatan positif yang terikat pada cincin benzene. Misalnya, dalam rekasi nitrobenzene, gugus nitronya todak menambah kestabilan intermedietnya. Justru sebaliknya, intermediet substitusi orto, atau para dan keadaan transisinya kurang stabil karena adanya energy yang tinggi. Sehingga, substitusi terjadi pada tempat meta, sebab keadaan transisi dan intermedietnya terdapat pada tempat yang berdekatan mengandung muatn positif.

Persamaan untuk pembentukan ion intermediet pada nitrobenzene adalah sebagai berikut:

 Adanya salah satu penyumbang pada hybrid resonansi intermediet untuk substitusi orto atau pun para memiliki dua macam positif yang bersebelahan, yaitu susunan yang merupakan tidak diinginkan, sebab muatan yang sama saling tolak-menolak. Pada setiap gugus pengarah meta dihubunggkan pada cincin aromatic oleh suatu atom yang merupakan bagian dari ikatan rangkap atau ikatan rangkap tiga, dengan ujunjg lainnya adalah atom yang lebih elektronegatif dari pada karbon, seperti atom oksigen dan nitrogen.

Jadi, semua gugus dengan atom yang langsung melekat pada cincin aromatic bermuatan positif atau merupakan bagian dari ikatan majemuk dengan unsure yang lebih elektronegatif

Adalah pengarah meta.