kimia organik 2 resonansi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

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.

Pada makalah ini akan dibahas resonansi molekul organic dan efeknya terhadap kestabilan.

1.2  Rumusan Masalah

1.      Apa pengertian dari resonansi dan bagaimana contohnya?

2.      Bagaimana cirri umum dari resonansi?

3.       Bagaimana aturan dari struktur resonansi?

4.      Apa efek resonansi terhadap kestabilan molekul organic?

1.3  Tujuan Penulisan

1.      Untuk mengetahui resonansi dan contonya

2.      Untuk mengetahui ciri umu dari resonansi.

3.      Untuk mengetahui aturan dari struktur resonansi

4.      Untuk mengetahui efek resonansi terhadap kestabilan molekul organic.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian 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.

Resonansi secara singkat dapat dikatakan dengan suatu molekul yang strukturnya sama tetapi konfigurasi elektronnya berbeda. 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.
            Resonansi dalam kimia diberi simbol garis dengan dua arah panah (↔). Perhatikan contoh resonansi ozon (O₃) berikut ini:

Pada ozon, terdapat perpindahan elektron antar inti yang dijelaskan dengan anak panah. Perhatikan contoh berikut:

Kebanyakan struktur kimia dapat digambarkan dengan mudah menggunakan struktur Lewis maupun Kekule, akan tetapi masalah menarik akan muncul berhubungan dengan penggambaran struktur. resonansi. Mari kita lihat struktur nitrometana. Dengan menggambarkan struktur Lewis dari nitrometana, kita membutuhkan ikatan rangkap pada satu oksigen dan ikatan tunggal pada oksigen yang lainnya. Tetapi pada atom oksigen yang manakah akan kita tempatkan ikatan rangkap atau tunggal tersebut? Oksigen yang bawahkah, atau yang atas?

Nitrometana memiliki dua atom oksigen yang berbeda apabila kita menggambarkannya dengan struktur Lewis, padahal hasil eksperimen membuktikan bahwa kedua oksigen tersebut adalah ekuivalen. Kedua ikatan nitrogen-oksigen memiliki panjang ikatan yang sama, yaitu 122 pm, padahal panjang ikatan tunggal antara nitrogen-oksigen adalah 130 pm dan nitrogen-oksigen rangkap dua adalah 116 pm. Dengan kata lain, kedua struktur Lewis di atas adalah benar secara individual, tetapi struktur yang lebih tepat adalah intermediet dari keduanya. Bentuk intermediet tersebut dinamakan hibrida resonan. Masalah yang kemudian muncul adalah bahwa struktur Lewis dan struktur garis-ikatan tidak dapat menggambarkan dengan tepat bentuk dari hibrida resonan. Kedua bentuk struktur Lewis secara individual disebut bentuk resonan, dan lambang dari resonansi adalah tanda panah dengan mata panah di kedua ujungnya ( ). Perbedaan bentuk resonan haya terdapat pada letak ikatan π dan pasangan elektron bebasnya. Atom atom itu sendiri tidak mengalami perubahan posisi.

Contoh lain yang menggambarkan dengan jelas mengenai resonansi adalah struktur benzen. Benzen memiliki enam atom karbon ekovalen dan membentuk sutau cincin aromatis.

Masing-masing struktur benzen di atas adalah benar, tetapi akan lebih tepat digambarkan bentuk hibridanya, yaitu:

Benzena adalah contoh suatu senyawa organik yang tak dapat digambarkan secara teliti dengan rumus ikatan tunggal. Delokalisasi dari ikatan pi menghasilkan sistem dalam mana elektron pi mencakup lebih dari pada dua atom. Untuk dapat menggambarkan distribusi elektron pi dalam benzena dengan menggunakan rumus ikatan valensi, harus digunakan dua rumus (menurut Kekule), seperti  pada gambar di bawah ini.

Tanda      merupakan lambang resonansi

Kedua struktur Kekule di atas dikatakan ada dalam resonansi yang satu dengan yang lain, dengan kata lain struktur Kekule sebagai lambang resonansi atau struktur resonansi. Lambang struktur resonansi bukan merupakan struktur nyata. Struktur nyata adalah gabungan dari struktur resonansi. Faktor yang mempengaruhi terjadinya resonansi adalah pergeseran elektron yang terdapat dalam senyawa tersebut.

2.2 Sifat Umum Resonansi

Molekul atau ion yang dapat beresonansi mempunyai sifat-sifat berikut:

1. Dapat dituliskan dalam beberapa struktur Lewis yang disebut dengan struktur resonan. Tetapi tidak satupun struktur tersebut melambangkan bentuk asli molekul yang bersangkutan.
2. Di antara struktur yang saling beresonansi bukanlah isomer. Perbedaan antar struktur hanyalah pada posisi elektron, bukan posisi inti.
3. Masing-masing struktur Lewis harus mempunyai jumlah elektron valensi dan elektron tak berpasangan. yang sama.
4. Ikatan yang mempunyai orde ikatan yang berbeda pada masing-masing struktur tidak mempunyai panjang ikatan yang khas.
5. Struktur yang sebenarnya mempunyai energi yang lebih rendah dibandingkan energi masing-masing struktur resonan.

2.3 Aturan Struktur Resonansi

Aturan-Aturan Resonansi

Ada beberapa petunjuk penting untuk menuliskan struktur resonansi (biasa disebut struktur kanonik) dan untuk prakiraan secara kualitatif tentang pentingnya.

i. Struktur resonansi adalah perubahan bolak-balik oleh satu atau sederet

pergeseran elektron.

Biasanya satu senyawa dapat dituliskan dengan satu struktur yang baik untuknya, dan beberapa struktur yang lain diturunkan dari struktur pertama tersebut untuk keperluan konsistensi dengan semua sifat-sifatnya yang teramati. Sebagai ilustrasi, kovalensi unsur-unsur di dalam vinil klorida, rumus molekul dan prinsip-prinsip kimia organik klasik mengarah pada struktur 10a sebagai rumus struktur yang baik untuk senyawa tersebut. Akan tetapi bila dikaitkan dengan hasil penghitungan panjang ikatan C-Cl, ikatan tersebut jauh lebih pendek daripada ikatan C-Cl dalam alkil klorida sederhana (1,78 Å), momen dipole-nya lebih kecil (1,44 D) daripada etil klorida (2,05 D), dan lebih inert terhadap nukleofil; maka bentuk struktur 10b dipandang memberi kontribusi yang penting kepada struktur hibrida resonansi vinil klorida. Struktur 10b diturunkan dari struktur 10a melalui dua pergeseran elektron yang melibatkan pasangan elektron bebas dan elektron π.

2.4 Stabilisasi Resonansi

           

Bila suatu struktur merupakan hibrida resonansi dari dua atau lebih struktur resonansi maka energi struktur yang nyata adalah lebih rendah dari setiap struktur resonansi tunggal. Struktur nyata dikatakan distabilkan resonansi. Semakin banyak kemungkinan membentuk struktur resonansi, maka semakin stabil struktur nyata senyawa tersebut.

Stabilasi resonansi adalah paling penting bila dua atau lebih struktur resonansi untuk suatu senyawa adalah ekivalen dalam energy. Suatu struktur resonansi berenergi tinggi dan kecil sumbangannya penambahan stabilisasinya kecil.

Alasan dari perbedaan energy antara struktur resonansi hipotetik dan struktur yang nyata dari suatu senyawa tak seluruhnya dimengerti. Tentu sebagian dari alasannya adalah bahwa electron yang terdelokalisasi ditarik ke lebih dari satu inti. Secara umum adalah benar bahwa system dengan delokalisasi electron atau muatan electron adalah berenergi lebih rendah dan kestabilannya lebih besar daripada system dengan electron atau muatan electron terlokalisasi.

Alasan utama bahwa asam karboksilat bersifat asam adalah bahwa ion karboksilat distabilkan oleh delokalisasi muatan negative setelah pemindahan proton.

Ikatan C-X dalam molekul organik, jika mengadakan pemutusan ikatan secara heterolitik, bila atom X mempunyai elektronegatifitas yang lebih besar dari atom karbon; maka pasangan elektron akan terbawa ke daerah X, sehingga terjadi ion positif dan ion negatif.

                       

                                                                           Ion karbonium

Ion positif yang terbentuk disebut ion karbonium. Nama dari ion karbonium diturunkan dari nama gugus alkil ditambah akhiran ium, yakni alkilium.

Contoh:

                 H                                H                                  CH₃                                                      CH₃

                 |                                 |                                  |                                          |

         H – C ⁺                   CH₃ – C ⁺                    CH₃ – C ⁺                           CH₃ – C ⁺

                 |                                 |                                  |                                          |

                 H                                H                                 H                                         CH₃

metilium atau            etilium atau                   isopropilium atau              t- butilium atau                     

kation metil               kation etil (primer)       kation isopropil                  kation t-butil

                                                                             (sekunder)                           (tertier)                      

            Atom karbon yang bermuatan positif (ion karbonium) dihasilkan  sebagai intermediet dalam  reaksi organik. Ion karbonium ini sangat  reaktif karena atom karbon yang  bermuatan positif (orbital kosong) hanya memiliki enam  elektron pada kulit terluar, dan cenderung untuk mempunyai susunan oktet, yaitu delapan elektron dikulit terluar. Sehingga  ion karbonium bereaksi cepat dengan setiap substrat yang memiliki pasangan elektron bebas (orbital isi). Ion karbonium kekurangan elektron sehingga sangat tidak stabil. Tetapi, jika ada gugus pemberi elektron terikat pada karbon bermuatan positif, maka  muatan positif akan terstabilkan, sehingga ion karbonium menjadi stabil.

Urutan stabilitas dari ion karbonium:

a. (CH₃)₃C⁺   >   (CH₃)₂CH⁺  >   CH₃-CH₂⁺  >   CH₃⁺

b. Kation sikloheptatrienil   > kation trifenilkarbonium    >  kation benzil

         (tropilium)                                    (tritil)

            Ion sikloheptatrienil mempunyai tujuh bentuk struktur yang sama seperti struktur Kekule, dan mempunyai energi konyugasi sangat besar, sehingga ion sikloheptatrienil sangat stabil.

            Jika trifenilmetil bromida dimasukkan dalam pelarut seperti alkohol, maka akan terionisasi dengan cepat, dan ion trifenilmetilium yang dihasilkan bereaksi dengan pelarut. Tetapi jika trifenilmetilbromida dimasukkan dalam pelarut yang sekaligus mensolvatasi, seperti SO₂ cair, maka trifenilmetilbromida akan terionisasi menjadi trifenil metilium dan Br^-

                                SO₂ cair

Ph₃C – Br  ------------->  Ph₃C⁺   +  Br^-

Ion trifenilmetilium dengan muatan positif berada dalam cincin mempunyai struktur resonansi sebanyak sembilan.  

Ion karbonium akan mengalami penyusunan kembali sehingga dihasilkan ion karbonium yang lebih stabil. Kestabilan dari ion karbonium adalah: tersier > sekunder > primer > CH₃.

Contoh:

           

           

           

            Untuk memperoleh ion karbonium yang lebih stabil terjadi perpindahan atom hidrogen atau gugus alkil bersama pasangan elektron ikatannya. Penyusunan kembali dapat dipakai untuk menjelaskan terbentuknya produk yang dominan dalam hasil reaksi.

Mekanisme perpindahannya adalah sebagai berikut:

Karbanion

Ion organik yang memiliki pasangan elektron dan muatan negatif pada atom karbon sentral disebut karbanion. Karbanion berbeda dengan karbonium dimana karbanion mempunyai pasangan elektron tidak berikatan pada atom karbon pusat sedangkan ion karbonium mengalami defisiensi elektron. Karbanion dihasilkan dari proses heterolisis dari ikatan C-X yang terdapat dalam molekul organik. Jika atom karbon keelektronegatifannya lebih besar dari atom X maka pasangan elektron ikatannya akan dibawa oleh karbon dan dihasilkan ion negatif sedangkan X menjadi ion positif.

Karbanion mempunyai geometri yang membentuk piramidal (bukan tetrahedral) sama seperti amoniak. Atom karbon pusat mengalami hibridisasi sp³ dan salah satu orbital hibrid sp³ terisi dua elektron yang tidak berikatan.

Geometri karbanion :

Nama dari karbanion diturunkan dari nama alkil dan ditambah dengan kata karbanion.

   :CH₃^{―             ─}  :CH₂ – CH₃                    CH₃ –  CH:^─  

                                                                                               ‌‌‌‌|                                                    

  karbanion metil        karbanion etil                               CH₃       karbanion isopropil     

                  

Umumnya karbanion tidak stabil karena memiliki muatan negatif. Bila karbanion terikat dengan gugus yang menarik elektron seperti –C≡N atau =C=O  maka karbanion itu akan distabilkan. Tetapi bila terdapat gugus yang dapat memberikan elektron terikat pada karbanion maka karbanion akan semakin tidak stabil. Urutan kestabilan dari karbanion berlawanan dengan ion karbanium, yaitu: CH₃:^- > primer > sekunder > tersier. Karbanion juga dapat distabilkan oleh ikatan rangkap atau cincin aromatik yang berdekatan dengan karbon bermuatan negatif (atom karbon pusat), karena adanya resonansi.

                                       kation benzil                 karbanion etil

Karbanion dapat distabilkan oleh resonansi, sebab adanya delokalisasi muatan negatif yang mana terdistribusi pada atom karbonnya dalam struktur hibrid. Struktur hibrid resonansi dari karbanion benzil adalah:

            Muatan positif berada pada atom karbon pusat mempunyai struktur  Kekule sebanyak delapan sehingga pada ion trifenilmetilium juga terjadi delokalisasi muatan, akibatnya ion trifenilmetilium sangat stabil.

            Kation benzil dapat diperoleh dari benzil klorida dilarutkan dalam sulfur dioksida.                           

Stabilitas dari kation benzil disebabkan oleh struktur resonansi dan delokalisasi. Karena struktur resonansi dan delokalisasi muatan sedikit dibanding kation trifenilmetil maka stabilitas kation benzil kurang dibanding kation trifenilmetil.

            Di antara ion alkil karbonium yang paling stabil adalah kation t-butil, hampir sama dengan kation alil. Stabilitas dari ion alkil karbonium dapat diterangkan dengan efek hiperkonyugasi dan efek induksi.

Karbon yang bermuatan positif dari ion karbonium mengalami hibridisasi sp². Pada kation metil ketiga orbital sp² tumpang tindih dengan orbital s dari hidrogen. Pada kation etil satu orbital sp² tumpang tindih dengan orbital sp³ dari karbon –CH₃. Adanya gugus –CH₃, maka kation etil distabilkan, karena gugus –CH₃ merupakan gugus yang dapat memberikan elektron lewat efek induksi.

            Efek hiperkonyugasi juga dapat menstabilkan ion karbonium. Contoh, propena dapat distabilkan oleh resonansi.

           

Tipe resonansi di atas untuk propena disebut sacrificial hyperconjugation , karena pada resonansi tersebut terjadi pengorbanan atau penghilangan (sacrificing) ikatan kovalen. Kation alkil tersubstitusi, bentuk-bentuk resonansi hiperkonyugasi dapat di tulis dengan jumlah ikatan kovalen sama, sebagai berikut:

           

            Tipe resonansi ini dinyatakan sebagai isovalente hyperkonjugation, dan ini lebih penting dari sacrificial hyperconjugation. Dari uraian diatas dapat dinyatakan bahwa stabilitas ion karbonium dipengaruhi oleh efek induksi dan efek resonansi dari suatu gugus metil. Energi stabilisasi yang dihasilkan dari substituen yang terikat pada karbon bermuatan positif dari suatu ion karbonium adalah seperti pada Tabel 2.1

Tabel 2.1. Energi stabilisasi dari ion karbonium tersubstitusi

Ion	Energi stabilisasi (kkal/mol)
CH3+                                     CH3CH2+                                  (CH3)2CH+                                (CH3)3 C+                                                           CH2 =CHCH2+	0 36 66 84 58

KONJUGASI

Pengaturan kembali electron melalui orbital π, terutama dalam system konjugasi atau senyawa organic yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan mempengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi electron disebut dengan konjugasi. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan system konjugasi ini.

Contoh:

Fenol (C₆H₅OH) memiliki sistem 6 elektron di atas dan di bawah cincin planarnya sekaligus di sekitas gugus hidroksil. Sistem konjugasi secara umumnya akan menyebabkan delokalisasi electron disepanjang orbital p yang parallel satu dengan lainnya. Hal ini akan meningkatkan stabilitas dan menurunkan energi molekul secara keseluruhan. Konjugasi dapat terjadi dengan keberadaan gugus pendonor orbital p yang berbeda. Selain ikatan tunggal dan ganda yang bergantian, sisten konjugasi dapat juga terbentuk oleh keberadaan atom yang memiliki orbital p secara parallel. Contoh, furan.

3. HIPERKONJUGASI

Merupakan delokalisasi yang melibatkan elektron σ. Hiperkonjugasi 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 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, dalam artian resonansi tersebut bukanlah suatu hal yang nyata melainkan hanya bentuk kanonik yang berkontribusi ke struktur molekul sesungguhnya). 

BAB III

KESIMPULAN

3.1 Kesimpulan

1. 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.

2. Molekul atau ion yang dapat beresonansi mempunyai sifat-sifat berikut:

1. Dapat dituliskan dalam beberapa struktur Lewis yang disebut dengan struktur resonan. Tetapi tidak satupun struktur tersebut melambangkan bentuk asli molekul yang bersangkutan.
2. Di antara struktur yang saling beresonansi bukanlah isomer. Perbedaan antar struktur hanyalah pada posisi elektron, bukan posisi inti.
3. Masing-masing struktur Lewis harus mempunyai jumlah elektron valensi dan elektron tak berpasangan. yang sama.
4. Ikatan yang mempunyai orde ikatan yang berbeda pada masing-masing struktur tidak mempunyai panjang ikatan yang khas.
5. Struktur yang sebenarnya mempunyai energi yang lebih rendah dibandingkan energi masing-masing struktur resonan.

3. Bila suatu struktur merupakan hibrida resonansi dari dua atau lebih struktur resonansi maka energi struktur yang nyata adalah lebih rendah dari setiap struktur resonansi tunggal. Struktur nyata dikatakan distabilkan resonansi. Semakin banyak kemungkinan membentuk struktur resonansi, maka semakin stabil struktur nyata senyawa tersebut.

3.2 Saran