MATERI KIMIA ORGANIK 1

ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN 

ORBITAL HIBRIDA DARI NITROGEN DAN OKSIGEN

Hibridisasi  

   Atom-atom dapat membentuk ikatan satu sama lain dengan berbagi elektron tidak berpasangan sehingga ikatan masing-masing berisi dua elektron. Atom karbon memiliki dua elektron tidak berpasangan sehingga diperkirakan karbon membentuk dua ikatan. Namun, karbon membentuk empat ikatan. Ketika sebuah atom karbon membentuk ikatan dan merupakan bagian dari struktur molekul, dapat 'mencampur' orbital s dan p dari lapisan kedua (lapisan valensi). Hal ini dikenal sebagai hibridisasi dan memungkinkan karbon membentuk empat ikatan yang teramati dalam realitas.

Ada tiga cara di mana proses pencampuran dapat terjadi, yaitu :

● orbital 2s digabung ketiga orbital 2p. Ini dikenal sebagai hibridisasi sp3;

● orbital 2s digabung dengan dua orbital 2p. Hal ini dikenal sebagai hibridisasi sp2;

● orbital 2s digabung dengan salah satu orbital 2p. Hal ini dikenal sebagai hibridisasi sp.

   Dalam kimia, Hibridisasi adalah sebuah konsep bersatunya orbital - orbital atom membentuk orbital hibrid yang baru yang sesuai dengan penjelasan kualitatif sifat ikatan atom. Konsep orbital-orbital yang terhibridisasi sangatlah berguna dalam menjelaskan bentuk orbital molekul dari sebuah molekul. Konsep ini adalah bagian tak terpisahkan dari teori ikatan valensi. Walaupun kadang-kadang diajarkan bersamaan dengan teori VSEPR, padahal teori ikatan valensi dan hibridisasi sebenarnya tidak ada hubungannya sama sekali dengan teori VSEPR.

   Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus Pauling  dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana (CH₄). Secara historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur senyawa organik.

Teori hibridisasi tidaklah sepraktis teori orbital molekul dalam hal perhitungan kuantitatif. Masalah-masalah pada hibridisasi terlihat jelas pada ikatan yang melibatkan orbital d, seperti yang terdapat pada kimia koordinasi dan kimia organologam. Walaupun skema hibridisasi pada logam transisi dapat digunakan, ia umumnya tidak akurat.

Orbital Atom  
   Karbon berada di baris 2 dari tabel periodik dan memiliki enam elektron. Ini berarti bahwa ada dua orbital kulit atom untuk elektronnya. Lapisan kulit pertama paling dekat dengan inti memiliki orbital satu s - orbital 1s. Kulit kedua memiliki orbital s tunggal (orbital 2s) dan tiga orbital p (3x2p). Oleh karena itu, ada total lima orbital atom. Orbital s adalah berbentuk bulat dengan orbital 2s yang jauh lebih besar dibanding orbital 1s. Orbital p adalah berbentuk halter dan searah sepanjang sumbu x, y dan z. Oleh karena itu, pada orbital 2p memiliki sub orbital atom 2px 2py dan 2pz 

 
 
Gambar : Orbital Atom

Gambar Orbital Hibrida dari Nitrogen

 

Gambar Orbital Hibrida dari Oksigen

 

IKATAN RANGKAP TERKONJUGASI

Sistem konjugasi terjadi dalam senyawa organik yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan memengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi elektron. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan sistem konjugasi ini. Contohnya, fenol (C₆H₅OH) memiliki sistem 6 elektron di atas dan di bawah cincin planarnya sekaligus di sekitar gugus hidroksil.

Sistem konjugasi secara umumnya akan menyebabkan delokalisasi elektron di sepanjang orbital p yang paralel satu dengan sama lainnya. Hal ini akan meningkatkan stabilitas dan menurunkan energi molekul secara keseluruhan

Konjugasi dapat terjadi dengan keberadaan gugus pendonor orbital p yang berbeda. Furan  dianggap memiliki sistem konjugasi oleh karenanya.

ikatan rangkap konjugasi ialah dua ikatan rangkap yang kedudukannya diselang oleh satu ikatan tunggal, seperti  -CH=CH-CH=CH-

BENZENA DAN RESONANSI

    Berdasarkan hasil analisis sinar-X maka diusulkan bahwa ikatan rangkap pada molekul benzena tidak terlokalisasi pada karbon tertentu melainkan dapat berpindah-pindah (terdelokalisasi). Gejala ini dinamakan  resonansi. Resonansi terjadi karena adanya delokalisasi elektron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal. Hal yang harus diperhatikan adalah, bahwa lambang resonasi bukan struktur nyata dari suatu senyawa, tetapi merupakan struktur khayalan. Sedangkan struktur nyatanya merupakan gabungan dari semua struktur resonansinya. Teori resonansi dapat menerangkan mengapa benzena sukar diadisi. Sebab, ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam benzena terdelokalisasi dan membentuk semacam cincin yang kokoh terhadap serangan kimia, sehingga tidak mudah diganggu. Oleh karena itulah reaksi yang umum pada benzena adalah reaksi substitusi terhadap atom H tanpa mengganggu cincin karbonnya.

 

   Resonansi terjadi karena adanya delokalisasi elektron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal. Delokalisasi elektron yang terjadi pada benzena pada struktur resonansi adalah sebagai berikut

Hal yang harus diperhatikan adalah, bahwa lambang resonasi bukan struktur nyata dari suatu senyawa, tetapi merupakan struktur khayalan. Sedangkan struktur nyatanya merupakan gabungan dari semua struktur resonansinya.:

    Teori resonansi dapat menerangkan mengapa benzena sukar diadisi. Sebab, ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam benzena terdelokalisasi dan membentuk semacam cincin yang kokoh terhadap serangan kimia, sehingga tidak mudah diganggu. Oleh karena itulah reaksi yang umum pada benzena adalah reaksi substitusi terhadap atom H tanpa mengganggu cincin karbonnya.

Resonansi secara singkat dapat dikatakan dengan suatu senyawa kimia yang strukturnya sama tetapi konfigurasi elektronnya berbeda.

Aturan Struktur Resonansi

    Struktur resonansi, menggambarkan molekul, ion, radikal dan ion yang tidak cukup digambarkan hanya dengan sebuah struktur Lewis, melainkan harus dengan dua atau lebih struktur Lewis. Sehingga dapat mewakili struktur molekul, radikal atau ion dalam bentuk hibridisasinya. Tanda panah untuk resonansi ↔

Dalam menulis struktur resonansi, kita hanya boleh memindahkan elektron, sedangkan posisi inti atom tetap seperti dalam molekulnya.

 

    Semua struktur harus memenuhi struktur Lewis. Tidak boleh menulis struktur ( atom karbon mempunyai lima ikatan).

    Semua struktur resonansi harus mempunyai, jumlah electron tak berpasangan yang sama.

 

   Semua atom yang terlibat dalam sistem delokalisasi harus terletak pada bidang datar atau mendekati datar.

---

Struktur Resonansi Benzena:

Resonansi terjadi karena adanya delokalisasi elektron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal. Delokalisasi elektron yang terjadi pada benzena pada struktur resonansi adalah sebagai berikut:

Hal yang harus diperhatikan adalah, bahwa lambang resonasi bukan struktur nyata dari suatu senyawa, tetapi merupakan struktur khayalan. Sedangkan struktur nyatanya merupakan gabungan dari semua struktur resonansinya. Hal ini pun berlaku dalam struktur resonansi benzena, sehingga benzena lebih sering digambarkan sebagai berikut:

Teori resonansi dapat menerangkan mengapa benzena sukar diadisi. Sebab, ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam benzena terdelokalisasi dan membentuk semacam cincin yang kokoh terhadap serangan kimia, sehingga tidak mudah diganggu. Oleh karena itulah reaksi yang umum pada benzena adalah reaksi substitusi terhadap atom H tanpa mengganggu cincin karbonnya.

Gambar 3 dimensi Struktur Benzena                  Gambar Molimod Struktur Benzena