MATERI PENDAHULUAN KIMIA ORGANIK FISIK

Kimia Organik Fisik merupakan suatu cabang ilmu kimia yang mempelajari studi struktur dan reaktivitas dalam molekul organik,yang pada hakikatnya mengkaji aspek fisik dari suatu senyawa organik. Di dalam Kimia Organik Fisik,pengkajian ilmunya lebih mendalam ke aspek fisik dari suatu molekul. Misalkan Dalam mempelajari struktur molekul,berdasarkan ilmu Kimia Organik Fisik diperlukannya beberapa konsep-konsep yaitu sebagai berikut :

1.  Elektronegativitas

Elektronegatifitas adalah kemampuan atom untuk menarik elektron. Dalam ikatan kovalen, elektron cenderung tertarik menuju atom yang memiliki elektronegatifitas yang tinggi. Contohnya adalah HCl. Muatan formal dari HCl adalah nol, tetapi klorin memiliki elektronegatifitas yang lebih tinggi dari hidrogen, sehingga elektron cenderung tertarik ke atom klorin daripada ke atom hidrogen. Atom klorin memiliki densitas elektron yang lebih tinggi dari atom atom hidrogen, sehingga atom klorin memiliki muatan negatif dan atom hidrogen memiliki muatan positif. Ketika dua atom yang memiliki elektronegatifitas yang tidak seimbang (jauh berbeda) dan menyebabkan perbedaan muatan antara kedua atom, maka ikatan antara kedua atom disebut ikatan polar. Tetapi apabila elektronegatifitas dua atom tersebut relatif sama, maka ikatan antara dua atom yang akan terbentuk adalah ikatan nonpolar, contohnya adalah ikatan antara atom karbon dan atom oksigen. (Hornback, Joseph M. 1998)

2. Ikatan Hidrogen

Dalam kimia, ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik antarmolekul atau antar dipol-dipol yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan. Walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antarmolekul, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Dalam makromolekul seperti protein dan asam nukleat, ikatan ini dapat terjadi antara dua bagian dari molekul yang sama. dan berperan sebagai penentu bentuk molekul keseluruhan yang penting.

Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O, atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas (lone pair electron). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan bervariasi mulai dari yang lemah (1-2 kJ mol⁻¹) hingga tinggi (>155 kJ mol⁻¹).

Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin besar ikatan hidrogen yang terbentuk.

Ikatan hidrogen memengaruhi titik didih suatu senyawa. Semakin besar ikatan hidrogennya, semakin tinggi titik didihnya. Namun, khusus pada air (H₂O), terjadi dua ikatan hidrogen pada tiap molekulnya. Akibatnya jumlah total ikatan hidrogennya lebih besar daripada asam florida (HF) yang seharusnya memiliki ikatan hidrogen terbesar (karena paling tinggi perbedaan elektronegativitasnya) sehingga titik didih air lebih tinggi daripada asam florida.

Ikatan hidrogen juga sangat berpengaruh pada spektroskopi. Contoh yang paling nyata adalah pada spektroskopi inframerah, di mana adanya ikatan hidrogen akan memperlebar stretching. 

3. Gaya Van der Waals

Jenis pertama dari gaya antarmolekul yang kita akan membahas disebut van der Waals, setelah kimiawan Belanda Johannes van der Waals (1837-1923). Gaya van der Waals adalah gaya antarmolekul yang paling lemah dan terdiri dari gaya dipol-dipol dan gaya dispersi.

Gaya Dipol-Dipol

Gaya dipol-dipol adalah gaya tarik menarik yang terjadi antara molekul polar. Sebuah molekul hidrogen klorida memiliki atom hidrogen sebagian positif dan atom klor sebagian negatif.Dalam kumpulan banyak molekul hidrogen klorida, mereka akan mensejajarkan diri agar daerah bermuatan sebaliknya dari molekul

tetangga berdekatan satu sama lain. Gaya dipol-dipol di alam berbentuk serupa, tetapi jauh lebih lemah dari ikatan ionik.

Gaya Dispersi London

Gaya dispersi juga dianggap sebagai jenis van der Waals dan yang paling lemah dari semua gaya antarmolekul. Mereka sering disebut Gaya London setelah Fritz London (1900-1954), yang pertama kali mengajukan keberadaan mereka pada tahun 1930. Gaya dispersi London adalah gaya antarmolekul yang terjadi antara atom dan antara molekul nonpolar akibat gerakan elektron.

Gaya dipol-dipol adalah hasil dari daya tarik ujung positif dipol yang satu ke ujung negatif dari dipol tetangga.

Awan elektron dari atom helium berisi dua elektron, yang biasanya diperkirakan akan merata secara spasial di sekitar inti. Namun, pada saat tertentu distribusi elektron mungkin tidak merata, sehingga timbul dipol sesaat. Dipol lemah dan sementara ini kemudian mempengaruhi atom tetangga helium melalui tarik dan tolakan elektrostatik. Ini akan menginduksi dipol atom helium terdekat

 

4. Polarisabilitas

Elektron pada suatu atom mengalami pergerakan dalam orbital. Pergerakan atau perpindahan elektron pada suatu atom dapat mengakibatkan tidak meratanya kepadatan elektron pada atom, sehingga atom tersebut mempunyai satu sisi dipol dengan muatan lebih negatif dibandingkan sisi yang lain. Pergerakan ini menimbulkan dipol sesaat. Gambar dibawah ini menggambarkan perbedaan sebaran elektron pada orbital normal dan orbital yang mengalami dipol sesaat. Adanya dipol sesaat menyebabkan molekul yang bersifat non-polar menjadi bersifat agak polar.

Dipol sesaat pada suatu atom dapat mengimbas atom yang berada di sekitarnya sehingga terjadilah dipol terimbas yang menyebabkan gaya tarik-menarik antara dipol sesaat dengan dipol terimbas. Gaya ini yang disebut sebagai Gaya London.

Pergerakan elektron yang mengakibatkan dipol sesaat dalam suatu molekul akan bertambah besar apabila molekul tersebut memiliki jumlah elektron yang semakin besar pula. Pergerakan elektron yang mengakibatkan dipol sesaat dalam suatu molekul disebut polarisabilitas. Jumlah elektron yang besar berkaitan dengan massa molekul relatif (Mr) molekul tersebut, sehingga semakin besar Mr suatu molekul, maka semakin besar polarisabilitasnya dan semakin besar pula Gaya Londonnya.

5. Gugus Fungsi

Gugus fungsional (istilah dalam kimia organik) adalah kelompok gugus khusus pada atom dalam molekul, yang berperan dalam memberi karakteristik reaksi kimia pada molekul tersebut. Senyawa yang bergugus fungsional sama memiliki reaksi kimia yang sama atau mirip.

 

6. Efek Induksi

Efek induksi merupakan polarisasi satu ikatan yang disebabkan oleh polarisasi ikatan tetangga.Efek ini tidak hanya dirasakan oleh ikatan tetangga,namun dapat pula berpengaruh sampai ikatan yang lebih jauh.Efek ini akan berkurang dengan bertambahnya jarak. Polarisasi ikatan C-C menyebabkan pula sedikit polarisasi tiga ikatan C-H metil (Firdaus,2009).

7.Resonansi

Resonansi adalah delokalisasi elektron pada molekul atau ion poliatomik tertentu dimana ikatannya tidak dapat dituliskan dalam satu struktur Lewis. Struktur molekul atau ion yang mempunyai delokaliasi elektron disebut dengan struktur resonan. Masing-masing struktur resonan dapat melambangkan struktur Lewis, dengan hanya satu ikatan kovalen antara masing-masing pasangan atom. Beberapa struktur Lewis digunakan bersama-sama untuk menjelaskan struktur molekul. Namun struktur tersebut tidak tetap, melainkan ada sebuah osilasi antara ikatan rangkap dengan elektron, saling berbolak-balik. Maka dari itu disebut dengan resonansi. Struktur yang sebenarnya mungkin saja adalah peralihan dari dua struktur resonan. Bentuk peralihan (intermediet) dari struktut resonan disebut dengan hibrida resonan (Asyanto,2014).

8. Hiperkonjugasi

Merupakan delokalisasi yang melibatkan elektron σ. Hiperkonjugasi di atas dapat dipandang sebagai overlap antara orbital σ ikatan C-H dengan orbital π ikatan C=C, analog dengan overlap π-π. Hiperkonjugasi disebut juga resonansi tanpa ikatan. Secara singkat efek hiperkonjugasi merupakan perubahan dari suatu ikatan C-H menjadi ikatan C=C atau C≡C oleh Hα. Hiperkonjugasi dapat meningkatakan kestabilan molekul dengan semakin banyaknya Hα maka suatu molekul tersebut akan semakin stabil.

Contoh:

Jika suatu karbon yang mengikat atom hydrogen dan terikat pada atom tak jenuh atau pada satu atom yang mempunyai orbital bukan ikatan maka untuknya dapat dituliskan bentuk kanonik seperti diatas. Di dalam bentuk kanonik seperti itu sama sekali tidak ada ikatan antara karbon dengan ion hidrogen, dan resonansi seperti itu disebut resonansi tanpa ikatan. Hidrogen tidak pergi (karena resonansi tersebut bukanlah suatu hal yang nyata melainkan hanya bentuk kanonik yang berkontribusi ke struktur molekul nyata). Efek struktur diatas pada molekul nyata adalah elektron dalam C-H lebih dekat ke karbon daripada jika struktur diatas  tidak berkontribusi.

9. Tautomeri

Tautomer adalah senyawa-senyawa organik yang dapat melakukan reaksi antarubahan yang disebut tautomerisasi. Seperti yang umumnya dijumpai, reaksi ini dihasilkan oleh perpindahan atom hidrogen atau proton yang diikuti dengan pergantian ikatan tunggal dengan ikatan ganda di sebelahnya. Dalam larutan di mana tautomerisasi dapat terjadi, kesetimbangan kimia tautomer dapat dicapat. Rasio tautomer ini tergantung pada beberapa faktor, meliputi temperatur, pelarut, dan pH. Konsep tatomer yang dapat melakukan antarubahan dengan tautomerisasi disebut tautomerisme. Tautomerisme adalah kasus khusus dari isomersime struktur dan memainkan peran yang penting dalam pemasangan basa dalam molekul DNA dan RNA.

10. Regangan Ruang

Regangan Ruang muncul pada tahun 1885 seorang ahli kimia jerman, Adolf Von Baeyer mangemukakan senyawa-senyawa siklik membentuk cincin-cincin datar. Menurut Baeyer semua senyawa siklik (kecuali siklopetana) mengalami regangan karena terjadinya penyimpangan dari sudut ikatan tetrahedal. Makin besar penyimpangan dari sudut iaktan tetrahedalmakin besar ragangannya, yang berakibat makin reaktif pula. Akibatnya sikli propana yang mempunyai sudut ikatan 60 dan siklo butana 90 lebih reaktif dari pada propana dan butana. Menurut baeyer siklo prapana adalah sistem yang paling stabil karena sudut ikatannya 108, yang hampir sama dengan sudut tetrahedal dan kemudian reaktifitasnya maningkat lagi mulai siklo hetsana. Namun teori Baeyer tidak seluruhnya benar, karena kenyataan bahwa siklo heksana dan cincin yang lebih besar tidak lebih reaktif dari siklo petana. Siklo heksana ternyata bukan merupakan cincin datar dengan sudut ikatan 120 melinkan suatu cincin yang agak terlipat dengan sudut ikatan 109, yang berarti hampir sama dengan sudut tetrahedal (Mutirakhela,2013).

DAFTAR PUSTAKA

Asyanto,I.2014.Resonansi.(Online). http://irwanda132.blogspot.co.id/2014/02/resonansi.html. Diakses 7 November 2016 pukul 10.20 WIB.

Firdaus.2009.Kimia Organik Fisik .Makasar: UNHAS.

http://gigihkurniawan.blogspot.co.id/2013/11/Resonansi-Konjugasi-Hiperkonjugasi.html

http://ilmualam.net/pengertian-gaya-van-der-waals.html

https://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_hidrogen

https://id.wikipedia.org/wiki/Tautomer

https://inisantoso.wordpress.com/2012/12/02/elektronegatifitas/

https://rinioktavia19942.wordpress.com/kimia-kelas-xi/semester-i/gaya-antar-molekul/gaya-london/

Mutirakhela.2013.Senyawa Hidrokarbon.(Online). http://zulfamutyrakhela.blogspot.co.id/. Diakses 7 November 2016 pukul 11.05 WIB.