ISOMERI STRUKTUR SENYAWA HIDROKARBON DAN SISTEM NOMENKLATUR

A.    SISTEM NOMENKLATUR

Awal mula penamaan senyawa organik yaitu dimulai pada sekitar tahun 1800, dimana kimia organik yang baru muncul sebagai suatu ilmu, dan struktur dari hampir semua senyawa yang baru ditemukan belum diketahui. Untuk mengidentifikasinya, senyawa tersebut harus diberi nama. Ahli kimia yang memberi nama umumnya memilih nama itu untuk menekankan sifat-sifatnya. Untuk menunjukkan asalnya atau hanya sekedar untuk memuaskan penemuannya. Contohnya yaitu suatu senyawa yang mudah terbakar yaitu etana yang berasal dari bahasa yunani “Aithein” yang berarti menyala. Nama asam format yang berasal dari bahasa latin yaitu “Formica” yang berarti semut, sebab pada sewaktu-waktu senyawa ini didapat dari distilasi semut merah.

Tipe nama-nama ini disebut sebagai nama tripial atau nama umum. Kesukaran dari nama tripial ini adalah karena umumnya dari namanya saja sehingga kita tidak dapat menebak rumus dari senyawanya. Demikian juga rumusnya sendiri tidak dapat menurunkan suatu senyawa yang khas. Akibatnya, tiap struktur dan nama yang harus dihafalkan. Telah diketahui beribu-ribu senyawa organik sehingga untuk menghafalkan beribu-ribu nama senyawa organik adalah hal yang sulit.

Untuk menghindari hal tersebut pada akhir abad ke-19 , ahli-ahli kimia organik membuat suatu peraturan untuk nomenklatur kimia organik. Ahli-ahli kimia ini membuat suatu sistem yang menghubungkan struktur senyawa dengan namanya. Dengan sistem ini, tanpa ragu-ragu kita dapat memberi nama tiap senyawa baik itu senyawa yang telah diketahui atau senyawa yang masih akan ditemukan dengan memeriksa rumusnya.

Secara umum, senyawa-senyawa organik diberi nama sistematik dengan menggunakan urutan : awalan-induk-akhiran, yang mana awalan menunjukkan berapa banyak cabang yang ada, induk juga menunjukan berapa banyak atom karbon dalam rantai terpanjang dan akhiran menunjukkan nama kelompok. Nama-nama umum dan nama sistematik juga digunakan untuk alkan dan turunannya. Meskipun demikian, menggunakan tata nama IUPAC yang diturunkan dari serangkaian aturan yang sederhana.

Penambahan alkana menurut tata nama IUPAC didasarkan pada suatu awalan yang menunjukkan banyaknya atom karbon dalam rantai sebagaimana diikuti dengan akhiran ana. Sebagai contoh jika mengandung 3 rantai karbon maka namanya propana , jika empat nama induknya adalah butana jika sebelas maka nama induknya adalah undekana dan sebagainya. Bagian struktur yang lain diperlakukan sebagai subtituen atau pengikut pada rantai. Angka-angka digunakan untuk menunjukkan letak subtituen pada rantai karbon induk.

Pertama, seseorang harus mengidentifikasi nama dan juga gugus yang terikat pada rantai serta banyaknya rantai yang ada sehingga subtituen memperoleh angka yang sekecil mungkin. Sebagai contoh, salah satu isomer pentana adalah 2-metil butana, yang mana rantai induknya adalah butana(4 karbon) dan diberi nomor yang berawal dari ujung rantai karbon yang mengikat gugus subtituen yaitu gugus metil. Dengan demikian gugus metil ditandai terikat pada atom karbon nomor dua.

Serupa dengan ini isobutana merupakan nama umum salah satu isomer struktur butana. Rantai karbon continu terpanjang terdiri atas tiga karbon, jadi nama sistematiknya didasarkan pada propana. Akhirnya, karena gugus metil muncul pada karbon kedua maka nama yang tepat adalah 2-metil propana.

Jika terdapat lebih dari satu subtituen yang muncul maka lokasi masing-masing subtituen harus ditandai nama dasar angka yang sesuai. Adanya lebih atau dua subtituen yang sama ditandai dengan awalan di, tri, tetra dan sebaginya. Antara angka-angka dan kata dipisahkan dengan satu hipen (-), dan angka-angka dipisahkan dengan koma. Sebagai contoh dalam 2,2 dimetilbutana, kedua gugus metal tertempel pada atom karbon nomor 2 dari butana. Nama-nama subtituen diatur dalam urutan alphabet, tidak daplam urutan numerik.

B.     ISOMER STRUKTURAL

Isomer adalah molekul yang memiliki formula molekul yang sama tetapi memiliki pengaturan yang berbeda pada bentuk 3D. tidak termasuk pengaturan yang berbeda yang diakibatkan rotasi molekul secara keseluruhan ataupun rotasi pada ikatan tertentu (ikatan tunggal).

Sebagai contoh, keduanya adalah molekul yang sama tetapi keduanya bukanlah isomer. Keduanya merupakan butan.

Isomer juga tidak terjadi pada rotasi di ikatan-ikatan tunggal. Jika memiliki sebuah model molekul didepan, harusnya mempretelinya dan menyusun ulang kembali untuk menghasilkan isomer dari molekul tersebut. Jika hanya memutar-mutar ikatan tunggal maka yang dihasilkan bukanlah isomer melainkan hal yang tidak akan berubah.

Jadi, isomer struktural yaitu atom-atom yang diatur dalam susunan yang berbeda-beda.  Isomer strukural terbagi menjadi:

1.      Isomer rantai

Isomer-isomer ini muncul karena adanya kemungkinan dari percabangan rantai karbon. Sebagai contoh ada dua buah isomer dari butan yaitu C₄H_10.. pada salah satu rantai karbon berada dalam bentuk rantai panjang, dimana rantai satunya berbentuk rantai karbon bercabang.

Hati-hati untuk untuk tidak menggambar iomer yang salah yang hanya merupakan rotasi sederhana dari molekul awal. Sebagai contoh struktur ini beda dari yang lain dari rantai panjang butan yang diputar apa daerah tengah dari rantai karbon.

Pentane, C₅H₁₂ mempunyai tiga rantai isomer.

2.      Isomer posisi

Hanya kedua isomer ini yang dapatkan dari rantai dengan empat buah karbon jika tidak mengubah struktur rantai karbon itu sendiri. Hal ini boleh diubah dan hanya menghasilkan dua isomer lagi.

Ini juga bias mendapatkan isomer posisi dari rantai benzene. Contoh pada formula molekul C₇H₈Cl. Disana ada empat isomer yang berbeda yang bias dibuat tergantung pada posisi dari atom klorin. Dalam hal ini terikat pada atom dari karbon yang berikatan dengan cincin, dan ada satu lagi kemungkinan untuk berikatan dengan cincin karbon.

3.      Isomer grup fungsional

Pada variasi dari struktur isomer ini, isomer mengandung grup fungsional yang berbeda-beda yaitu isomer dari dua jenis kelompok molekul yang berbeda.

Sebagai contoh sebuah formula molekul C₃H₆O dapat berarti propanal atau propanon.

Ada kemungkinan yang lain untuk formula molekul ini. Contoh lain diilustrasikan dengan formula molekul C₃H₆O_2. Diantara nya terdapat struktur isomer propanoit dan metal etanoat.

Berbagai variasi dalam senyawa organik dapat disebabkan oleh jumlah atom atau jenis atom dalam molekul. Tetapi variasi dalam struktur ini dapat juga terjadi karena ururtan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul. Misalnya, untuk rumus molekul C2H6O dapat ditulis dua rumus bangun yang berlainan. Kedua rumus ini menyatakan dua senyawa yang berlawanan seperti dietil eter yang memiliki titik didih -23,6ᵒC dimana suatu gas yang pernah digunakan sebagai refrigeran yaitu gas dalam lemari es dan sebagai suatu gas dorong aerosol serta etanol yang memiliki titik didih 78,5ᵒC yaitu suatu cairan yang digunakan sebagai pelarut dan dalam minuman beralkohol.

Dua senyawa atau lebih yang memiliki rumus molekul yang sama disebut    isomer satu terhadap yang lain. Jika senyawa-senyawa dengan rumus molekul yang sama ini memiliki urutan atom yang berlainan, maka ia mempunyai struktur atau bangun yang berlainan maka ia disebut dengan isomer struktural satu terhadap yang lain. Contohnya seperti contoh molekul yang lain. Dietil eter dan etanol merupakan contoh sepasang isomer struktural.

Alkana yang mengandung tiga karbon atau kurang maka tidak akan mempunyai isomer. Dalam tiap kasus, hanya terdapat satu cara untuk menata atom-atom.

Alkana empat karbon (C4H10) memiliki dua kemungkinan untuk menata atom karbon. Semakin banyak atom karbonnya, maka semakin banyak pula isomernya. Rumus molekul C8H13 mempunyai tiga isomer struktural sedangkan C6H14 memiliki lima isomer dan C10H22 memiliki 75 isomer.

Molekul dapat bergerak dalam ruang dan berbelit serta menekuk dalam gerakan seperti ular. Dimana hal ini pernah digambarkan oleh kekule yaitu seorang ahli kimia yang mengemukakan bangun molekul benzena. Lalu hal ini dapat menulis struktur yang sama dengan sejumlah cara. Urutan dimana letaknya atom-atom merupakan faktor yang menentukan apakah dua rumus bangun molekul tersebut menyatakan isomer-isomer atau bukan.

                                    Semuanya menyatakan senyawa yang sama

Dari rumus molekul hidrokarbonn sering diketahui sejumlah keterangan mengenai strukturnya. Adanya suatu cincin atau suatu ikatan rangkap mengurangi banyaknya hidrogen dalam rumus dengan dua untuk tiap ikatan rangkap atau cincin.

C.     ISOMER PADA ALKANA

Alkana adalah hidrokarbon yang tidak mempunyai ikatan rangkap dua atau ikatan rangkap tiga. Atom-atom karbon dalam suatu molekul diatur dalam suatu rangkai maupun dalam bentuk cincin. Alkana ada yang juga disebut hidrokarbon jenuh dimana hidrokarbon jenuh hanya mengandung ikatan tunggal dan juga dikenal dengan alkana alifatik dan alkana asiklik. Oleh karena itu alkana dicirikan adanya atom atom karbon tetrahedral atau sp3. Metana (CH4) dan etana (C2H6) adalah dua senyawa yang termasuk dalam kelompok ini. Gugus yang dihasilkan jika satu atom H dihilangkan dari alkana disebut dengan gugus alkil. Misalnya gugus metil dari metana dan gugus etil dari etana.

Bila gugus alkil atau gugus fungsional dilekatkan pada suatu rantai alkana, rantai lurus itu disebut akar atau induk. Gugus-gugus itu ditandai dalam nama senyawa oleh awalan dan akhiran pada nama induknya.

Suatu rantai samping atau cabang oleh suatu gugus alkil sebagai cabang dari suatu rantai induk. Suatu gugus alkil rantai lurus dinamai menurut induk alkananya sendiri, dengan mengubah akhiran ana.

Butana memiliki dua isomer dengan 1 struktur normal butan (n-butana)

pentana memiliki tiga isomer dengan 1 struktur normal pentana (n-pentana)

heksana memiliki 5 isomer dengan satu struktur normal heksana

heptana memiliki 9 isomer dan 1 struktur normal heptana

oktana memiliki 18 isomer dengan 1 struktur normal oktana.

KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK

A.    Senyawa rantai terbuka

Senyawa alifatik adalah senyawa yang memiliki rantai terbuka contohnya seperti hidrokarbon yang dimana memiliki rantai C nya terbuka dan dapat memungkin kan rantai C tersebut bercabang.

Senyawa hidrokarbon dimana adalah senyawa yang terdiri atas hidrogen dan karbon. Bila terjadi pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon maka akan menghasilkan uap air, karbon monoksida  dan karbon dioksida. Sumber utama senyawa ini adalah minyak bumi dan batu bara.

Adanya uap air dapat dideteksi dengan menggunakan kertas kobalt biru yang akan berubah menjadi merah muda dengan adanya air. Sedangkan dapat diketahui adanya gas karbon dioksida dapat dideteksi dengan menggunakan air barit.

Pada senyawa alifatik atom karbon dapat saling mengikat dalam bentuk rantai lurus atau bercabang  dan pada umumnya senyawa alifatik mudah terbakar sehingga sering digunakan sebagai bahan bakar.

Senyawa hidrokarbon alifatik adalah senyawa karbon dimana rantai C terbuka dan rantai C itu memungkinkan bercabang. Berdasarkan jumlah ikatannya, senyawa hidrokarbon alifatik terbagi menjadi dua yaitu senyawa hidrokarbon alifatik jenuh dan senyawa hidrokarbon tak jenuh,

1.      Senyawa alifatik jenuh

Senyawa alifatik jenuh adalah senyawa yang rantai-rantai C nya hanya berisi ikatan –ikatan tunggal saja. Golongan ini dinamakan alkana. Contohnya yaitu hidrokarbon jenuh. Hidrokarbon jenuh adalah hidrokarbon yang hanya mengandung ikatan tunggal antara atom karbon. Hidrokarbon jenuh adalah kelas yang paling sederhana dari hidrokarbon. Mereka disebut jenuh karena disetiap atom karbon mengikat sebanyak atom hidrogen yang mungkin dapat mereka tampung. Senyawa ini dapat berupa etena, dimana setiap atom karbon terikat pada tiga atom hidrogen. Dalam rumus struktur setiap tanda (-) merupakan ikatan kovalen tunggal dimana dua atom berbagi satu pasangan elektron valensi.

2.      Senyawa alifatik tak jenuh

Contoh dari senyawa alifatik tak jenuh yaitu hidrokarbon tak jenuh. Alkena adalah salah satu hidrokarbon tak jenuh yang mengandung satu atau lebih ikatan ganda. Nama alkena tertentu selalu berakhir di-ena dan juga memiliki awalan yang menunjukkan jumlah atom karbon. Etana diproduksi oleh sebagian besar buah dan sayuran. Ini berguna untuk mempercepat pematangan buah.

Alkena dapat memiliki bentuk yang berbeda-beda. Mereka dapat membentuk rantai lurus, rantai bercabang atau rantai cincin. Alkena adalah juga atom yang sama tetapi bentuk yang berbeda disebut isomer. Alkena memiliki titik didih dan titik leleh yang relatif tinggi sehingga mereka berbentuk gas pada suhu kamar. Alkena yang lebih besar memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih rendah, sehingga berwujud cairan atau padatan seperti lilin pada suhu kamar.

B.     Senyawa rantai tertutup

Senyawa aromatik adalah senyawa yang memiliki rantai tertutup atau melingkar (siklis). Senyawa aromatik adalah organik yang memiliki gugus fenil. Senyawa aromatik bersifat karsinogenik genetoxic yang dimana tidak ada batas untuk terkena resiko kanker. Contoh dari senyawa aromatik adalh benzena. Contohnya adalah hidrokarbon aromatik dimana yaitu jenis karbon yang memiliki rantai tertutup. Rantai yang melingkar pada hidrokarbon aromatik berikatan konjurat karena banyak dari mereka memiliki bau yang harum.

Contoh :

Benzena

            Selain hidrokarbon aromatik contoh lainnya yaitu hidrokarbon alisiklik. Hidrokarbon jenis ini yaitu hidrokarbon yang termasuk kedalm hidrokarbon siklis yaitu jenis hidrokarbon dengan rantai tertutup. Nama alisiklik menyatakan adanya rantai lingkar. Hidrokarbon alisiklik hanya memiliki rantai ikatan tunggal, sifat hidrokarbon alisiklik yaitu mirip dengan hidrokarbon alifatik.

            Seorang ahli kimia yaitu yang bernama adolf von Baeyer pada tahun 1885 yang berasal dari jerman, menyatakan sebuah teori bahwa senyawa siklik membentuk cincin-cincin datar. Kecuali siklopentana, semua senyawa siklik menderita terikan (tegang karena tidak leluasa) karena sudut ikatan mereka menyimpang dari sudut ikatan tetrahedral. Ia menyatakan bahwa karena sudut cincin yang luar biasa kecilnya maka siklopropana dan siklobutana lebih reaktif daripada alkana yang rantai terbuka. Menurut Baeyer siklopentana merupakan cincin yang paling stabil karena memiliki sudut ikatan yang sangat dekat dengan tetrahedral dan kemudiam reaktivitas meningkat lagi mulai dengan sikloheksana.

Sudut ikatan menurut Baeyer,

            Tetapi teori Baeyer tidak seluruhnya benar. Sikloheksana dan cincin yang lebih besar lagi tidak akan lebh reaktif daripada siklopentana. Dan dimana sekarang diketahui bahwa sikloheksana bukanlah suatu cincin datar dengan sudut ikatan 120 derajat. Melainkan suatu cicin yang agak terlipat dengan sudut ikatan mendekati 109 derajat, sudut ikatan sp3 biasa.

            Tetapi memang terdapat terikan cincin dalam sistem cincin yang lebih kecil  dimana siklopropana merupakan sikloalkana yang paling reaktif.

Teori sekarang mengatakan bahwa orbital sp3 atom-atom karbon dalam siklopropana tidak dapat tumpang tindih lengkap satu sama lain. Karena sudut antara atom-atom karbon siklopropana secara geometris harus 60 derajat. Ikatan-ikatan sigma cincin dari siklopropana berenergi lebih tinggi daripada ikatan-ikatan sigma sp3 yang mempunyai ikatan normal. Ikatan-ikatan siklopropana lebih mudah putus daripada ikatan sigma C-C lainnya, serta dalam reaksi sepadan dapat dibebaskan lebih banyak energi.

Siklobutana tidak sereaktif siklopropana, tetapi lebih reaktif terhadap siklopentana. Pada teori Baeyer, cincin siklopentana stabil dan jauh kalah reaktif dibandingkan dengan cincin yang lainnya.

     

C.     Senyawa homosiklik

Senyawa homosiklik yaitu senyawa hidrokarbon siklik dimana senyawa karbon yang memiliki rantai C melingkar dan rantai juga dapat mengikat rantai samping. Golongan ini terbagi lagi menjadi senyawa alisiklik, bisiklik dan juga aromatik. Senyawa homosiklik juga yaitu yang mempunyai ketidakjenuhan tinggi dan tidak menunjukkan reaksi-reaksi seperti alkena.

Contohnya yaitu senyawa bisiklik. Senyawa bisiklik yaitu senyawa yaitu senyawa yang terdiri dari dua cincin yang bergabung atau membentuk jembatan. Senyawa bisiklik diberi nama dengan menggunakan kata bisiklo diikuti dengan tanda kurung yang memuat angka yang menunjukka jumlah atom didalam setiap rantai yang dihubungkan pada atom pangkalan jembatan milik bersama. Namun induknya yang menunjukkan jumlah seluruh atom dalam lingkar untuk melengkapi nama ini.

Misalnya :

Penomoran dimulai pada salah satu atom pangkalan jembatan milik bersama dan dilanjutkan mengitari lingkar yang lebih besar, mula-mula menuruti rantai penghubung yang terpanjang kemudian melalui rantai penghubung sisanya. Jika pada cincin lingkar terdapat rantai cabang maka posisinya dinyatakan sebagai nomor.

Senyawa bisiklik biasanya lebih kaku daripada analog monosiklik tetapi dapat di jumpai dalam konfigurasi yang secara nisbi bebas renggangan. Senyawa bisiklik yang lazim dikenal sebagai dekalin dimana mempunyai dua lingkar enam yang bergabung. Dekalin dapat dalam bentuk cis maupun trans sebagaimana ditentukan oleh konfigurasi pada atom-atom karbon pangkalan jembatan. Cis dan trans digambarkan dengan konformasi dua kursi.

D.    Senyawa heterosiklik

Senyawa heterosiklik yaitu senyawa senyawa organik yang berada dalam lingkarnya seiklisnya terdapat atom-atom selain atom karbon. Misalnya atom N,O atau S.

Berdasarkan bentuk lingkarnya sikliknya senyaawa hetero siklik digolongkan menjadi :

1.      Senyawa heterosiklik lingkar tiga

2.      Senyawa heterosiklik lingkar empat

3.      Senyawa heterosiklik lingkar enam

Adapun senyawa heterosiklik yang mempunyai dua atom lain selain atom karbon dalam lingkar sikliknya.

Adapun senyawa heterosiklisyang mempunyai lingkar siklis lebih dari satu

Disamping cara penggolongan diatas, senyawa heterosiklis dapat pula digolongkan menjadi :

·        Senyawa heterosiklis non aromatik

·        Senyawa heterosiklis aromatik

a)     Senyawa heterosiklis non aromatik

Senyawa-senyawa yang dalam lingkar heterosiklisnya mengandung atom selain karbon, namun sifat-sifatnya sama dengan rantai terbuka (Alifatik).

Contohnya :

b)     Senyawa heterosiklis aromatik

Senyawa-senyawa yang dalam lingkar heterosiklisnya mengandung atom selain karbon, namun sifat-sifatnya sama seperti senyawa-senyawa aromatik lainnya. Agar suatu sistem cincin bersifat aromatik, terdapat tiga kriteria yang harus terpenuhi :

·        Sistem cincin mengandung elektron π yang terdelokalisasi

·        Sistem cincin harus datar (planar) berbentuk Sp2.

·        Harus terdapat (4n + 2) elektron π dalam sistem cincin.

Contohnya :

Tata nama senyawa heterosiklik aromatik

Sistem cincin senyawa aromatik heterosiklik juga mempunyai tata nama tersendiri berbeda dengan senyawa lainnya, penomoran pada cincin heterosiklik ditetapkan berdasarkan perjanjian dan tidak berubah bagaimanapun posisi subtituennya. Penomoran beberapa senyawa heterosiklik adalah :

Bila suatu senyawa heterosiklik, hanya mengandung suatu heteratom, maka huruf yunani dapat juga digunkan untuk menandai cincin.

Struktur senyawa heterosiklik lingkar lima

            Agar suatu heterosiklik dengan cincin lima anggota bersifat aromatik, heteroatom itu harus mengikuti dua elektron untuk disumbangkann kea wan pi aromatik. Pirol, furan dan tiofen semuanya memenuhi penrnyataan ini, sehingga dapat bersifat aromatik.

Penjelasan struktur berdasarkan teori ikatan valensi

A.    Senyawa pirol

Konfigurasi elektron

Keadaan dasar

B.     Senyawa furan

Keadaan elektron

Keadaan dasar

C.     Senyawa tiofen

Konfigurasi elektron

Keadaan dasar :

Struktur hybrid senyawa heterosiklik lingkar lima

Semakin besar jarak pemisahan rantai positif dengan muatan negative pada struktur hybrid yang menyebabkan keadaan semakin kurang stabil. Kerapatan elektron atom C nomor 2 dan nomor 5 lebih besar daripada kerapatan elektron pada atom C pada nomor 3 dan 4. Kemungkinan terjadinya subsitusi elektrofilik yang paling besar berada pada atom nomor 2 dan 5.

Sifat karakteristik senyawa heterosiklik lingkar lima

A.    Senyawa pirol

Karena atom nitrogen dalam pirol menyumbangkan dua elektron keawan pi aromatik, maka atom nitrogen bersifat tuna elektron.

Hal ini berdampak cincin menjadi kaya elektron (bermuatan negatif persial)

Tidak seperti piramidin dan amina, pirol tidak bersifat basa.

B.     Senyawa furan

Karena atom oksigen dalam furan menyumbangkan dua elektron (sepasang elektron) keawan pi aromatik maka atom oksigen bersifat tuna elektron.

Hal ini berdampak cincin maka cincin akan kaya elektron

Bebeda dengan pirol, furan menunjukkan sifat basa yang sangat lemah.

C.    Senyawa toifen

Karena atom sulfur dalam toifen menyumbangkan dua elektron (sepasang elektron) ke awan pi aromatik, maka atom sulfur bersifat tuna elektron.

Hal ini berdampak cincin menjadi kaya elektron

Berbeda dengan pirol toifen juga menunjukan sifat basa yang amat lemah.