LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI

REAKSI RADIKAL BEBAS PADA ALKENA DAN REAKSI

SUBTITUSI ELEKTROFILIK

Oleh :

Nama : Zulvana Anggraeni Harvian

NIM : 12/327756/PA/14373

Hari, Tanggal : Jumat, 15 Mei 2015

LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI

FAKULTAS METEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015

I. TUJUAN

1. Mendapatkan informasi tentang regioselektifitas dari reaksi subtitusi radikal bebas

dalam hal stabilisasi zat antara radikal bebas.

2. Menentukan gugus pengarah orto, para dan meta berdasarkan muatan netto atom

karbon dalam cincin

3. DASAR TEORI

Radikal bebas adalah molekul yang kehilangan satu buah elektron dari pasangan

elektron bebasnya, atau merupakan hasil pemisahan homolitik suatu ikatankovalen.

Akibat pemecahan homolitik, suatu molekul akan terpecah menjadi radikal bebas yang

mempunyai elektron tak berpasangan. Elektron memerlukan pasangan untuk

menyeimbangkan nilai spinnya, sehingga molekul radikal menjadi tidak stabil dan mudah

sekali bereaksi dengan molekul lain, membentuk radikal baru.

Radikal bebas adalah suatu atom, gugus, atau molekul yang memiliki satu atau

lebih elektron yang tidak berpasangan pada orbit paling luar, termasuk atom hidrogen,

logam-logam transisi, dan molekul oksigen. Adanya elektron tidak- berpasangan ini,

menyebabkan radikal bebas secara kimiawi menjadi sangat aktif. Radikal bebas dapat

bermuatan positif (kation), negatif (anion), atau tidak bermuatan Dalam reaksi

kimia, radikal bebas sering dituliskan sebagai titik yang ditempatkan pada simbol atom

atau molekul. Contoh penulisan radikal bebas berikut sebagai hasil dari pemecahan

homolitik:

Cl2 Cl + Cl

Senyawa aromatik adalah senyawa karbon terdiri atas 6 atom karbon dan

memiliki Cincin karbon tak jenuh di mana elektron valensi ikatan pi terdelokalisasi atau

terkonjugasi. Senyawa ini bersifat stabil dan melimpah baik dalam bentuk alami maupun

sintetisnya. Nama aromatik diambil berdasarkan pada aroma kuat yang

dihasilkannya.Senyawa aromatik paling sederhana adalah benzena (C6H6), senyawa

bersifat karsinogen yang mudah terbakar, namun merupakan bahan kimia industri

penting.Benzena merupakan termasuk dari golongan senyawa aromatis yang paling

sederhana. Benzena mempunyai rumus (C6H6) di mana merupakan dari hidrokarbon tidak

jenuh sehingga mudah bereaksi dengan senyawa atau unsur lain membentuk senyawa

baru. Rumus molekul benzena telah ditemukan sejak tahun 1834 yaitu C6H6. Rumus

molekul ini memperlihatkan ketidakjenuhan karena tidak memenuhi rumus CnH2n+2.

Akan tetapi benzena tidak memperlihatkan ketidakjenuhan, benzena tidak melunturkan

warna air bromin (tidak diadisi oleh bromin).

Reaksi substitusi elektrofilik terjadi pada senyawa aromatis termasuk

heteroaromatis. Substitusi elektrofilik adalah penggantian H+ dengan suatu elektrofil

(E+) /spesi yang kekurangan elektron. Elektrofil berasal dari perkataan elektron dan

philia (suka), dengan demikian elektrofilik berarti spesi yang suka elektron ( spesi yang

bermuatan positif atau suatu orbital kosong ). Sedangkan Substitusi aromatik elektrofilik

adalah reaksi organik dimana sebuah atom, biasanya hidrogen, yang terikat pada sistem

aromatis diganti dengan elektrofil. Reaksi terpenting di kelas ini adalah nitrasi aromatik,

halogenasi aromatik, sulfonasi aromatik dan asilasi dan alkilasi reaksi Friedel-Crafts.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

III.1 Hasil Percobaan

Data Radikal Bebas

Radikal

bebas

Panas Pembentukan

(kkal/mol)

Perkiraan energi disosisasi

Ikatan (kkal/mol)

1 45.43054581 97.2725

2 45.29589844 97.27

3 40.70703888 92.76

4 18.88144112 70.72

5 33.11548233 84.97

Data Muatan netto atom C2-C6

Gugus Muatan Netto

C2 C3 C4 C5 C6

-H -0.102 -0.102 -0.102 -0.102 -0.102

-CH3 -0.074 -0.103 -0.098 -0.109 -0.097

-OH -1.099 -0.196 -0.059 -0.144 -0.063

-OCH3 -0.089 -0.183 -0.064 -0.141 -0.068

-NO2 -0.081 -0.098 -0.092 0.108 -0.092

-COOH -0.127 -0.042 -0.121 -0.066 -0.119

-COOCH3 -0.129 -0.044 -0.121 -0.068 -0.119

III.2 Pembahasan

Pada percobaan ini dilakukan suatu simulasi dari reaksi radikal bebas dari suatu

alkena. Senyawa yang digunakan berupa butena dan isomernya. Dimana butena dapat

menghasilkan lima jenis radikal dalam reaksi radikalnya. Percobaan ini bertujuan untuk

memperoleh informasi tentang regioselektifitas dari reaksi subtitusi radikal bebas dalam

hal stabilisasi zat antara radikal bebas.

Dari kelima reaksi radikal diatas dari percobaan yang dilakukan dengan metode

semiempiris AM1 diperoleh data dari reaksi model 1 dan model 2 menghasilkan energy

yang sama. Sehingga dari radikal 1 dan radikal 2 merupakan 2 spesies yang dapat

dipertukarkan (distinguishable). Oleh sebab itu energy disosiasi ikatannya (BDE) dari

radikal bebas 1 dan 2 mempunyai nilai yang relative sama.

Kemudian dari nilai energy disosiasi ikatannya dapat diketahui bahwa energy dari

radikal bebas no 4 menghasilkan energy terendah. Dari sini dapat diketahui bahwa

radikal bebas no 4 menghasilkan struktur yang lebih stabil disbanding dengan radikal

bebas lainnya. Hal ini disebabkan adanya pengaruh resonansi dari radikal bebas no 4.

Sebaliknya pada struktur yang lain posisi radikalnya cenderung membuat struktur tidak

stabil sehingga nilai BDE nya cukup besar.

Kestabilan suatu radikal dapat dilihat dari gambar diatas. Radikal tersier akan

lebih stabil dibanding dengan radikal sekunder dan radikal primer. Dari teori ini

kemudian dibandingkan dengan hasil eksperimen komputasi ternyata menghasilkan

hasil yang sama. Dimana radikal bebas no 4 merupakan radikal bebas sekunder yang

lebih stabil dibanding radikal bebas primer no 1,2 dan 5. Sebaliknya pada nomor 3

tidak stabil akibat adanya pengaruh electron pi atau ikatan pi yang mengakibatkan

electron tidak berpasangan membuat kestabilan struktur menurun.

Kemudian pada data muatan atom karbon dari benzene, dapat dilihat saat benzene

belum diserang oleh gugus fungsi lainnya, muatan atom karbon adalah sama. Hal ini

memperlihatkan bahwa setiap atom karbon mempunyai peluang yang sama untuk

diserang oleh suatu gugus fungsi. Namun terjadi perubahan muatan netto karbon

disetiap atom karbon saat gugus H telah digantikan oleh gugus lainnya.

Saat gugus CH3 , -OH dan OCH3 masuk terjadi perubahan muatan atom

karbon, dimana pada perubahan C2 ,C4 dan C6 mengalami peningkatan nilai

negative muatan karbon. Hal ini disebabkan karena ada donor electron dari subtituen

yang menggantikan H. Dan dari sini dapat dijelaskan bahwa pada subtituen diatas

menghasilkan subtituen pengarah C2 dan C6 yang dikenal sebagai pengarah orto, dan

pengarah C4 yang dikenal sebagai pengarah meta.

Kemudian pada gugus seperti NO2, -COOH,-COOCH3 terjadi perubahan

muatan atom karbon, dimana peningkatan nilai negative karbon terjadi pada atom

karbon C3. Hal ini diakibatkan ada tarikan electron dari gugus/subtituen terhadap

electron dari benzene. Sehingga pada atom C3 yang cukup jauh dari gugus subtituen

tidak terlalu berubah melainkan cenderung meningkat. Dari hal ini dapat dijelaskan

bahwa gugus tersebut mengarahkan subtitusi elektrofilik berikutnya kearah C3 yang

dikenal sebagai pengarah Meta.

Gugus atau subtituen yang dapat mengarahkan ke posisi orto dan para terjadi

karena gugus tersebut dapat meningkatkan laju reaksi yang dinamakan gugus

pengaktif . Sedangkan gugus atau subtituen yang mengarahkan pada posisi meta

adalah gugus yang memperlambat laju reaksi disebut gugus pendeaktif. Gugus-gugus

yang termasuk kelompok pengarah orto-para sebagian bersifat pengaktif dan sebagian

lainnya bersifat pendeaktif, sedangkan gugus-gugus pengarah meta semuanya

termasuk dalam kelompok pendeaktif.

Dari hal diatas dapat diketahui bahwa gugus yang mengaktifkan benzene adalah

gugus yang dapat mendonorkan electron kepada benzene (Donating group Electron)

contohnya adalah gugus CH3 , -OH dan OCH3. Kemudian gugus yang

mendeaktivasi benzene adalah gugus penarik electron (withdrawing group electron)

contohnya gugus seperti NO2, -COOH,-COOCH3

KESIMPULAN

1. Dari reaksi radikal bebas 1-Butena dipengaruhi oleh adanya efek resonansi dari

struktur -nya. Dimana struktur radikal bebas no 4 menghasilkan struktur yang

paling stabil dalam pembentukan radikalnya.

2. Dari hal diatas dapat diketahui bahwa gugus yang mengaktifkan benzene adalah

gugus yang dapat mendonorkan electron kepada benzene (Donating group

Electron) contohnya adalah gugus CH3 , -OH dan OCH3. Kemudian gugus

yang mendeaktivasi benzene adalah gugus penarik electron (withdrawing group

electron) contohnya gugus seperti NO2, -COOH,-COOCH3.