PERTEMUAN-5 (Isomeri Struktur Senyawa Hidrokarbon dan Sistem Nomenklatur)

Isomeri Struktur Senyawa Hidrokarbon dan Sistem Nomenklatur

           

A.       Sistem Nomenklatur

Pada pertengahan abad 19,banyak senyawa organik yang tidak diketahui strukturnya.Pada abad itunnama-nama senyawa bersifat ilustratif,yakni menyiratkan asal-ususl atau sifatnya.Beberapa senyawa dinamai menurut nama sahabat atau kerabat ahli kimia yang pertama menemukan senyawa itu.Misalya nama asam barbiturat bearasal dari nama wanita Barbara.Nama-nama itu disebut nama trivial atau nama lazim.Dalam banyak hal nama trivial bersifat seperti nama pameo.

Pada akhir abad 19 ahli kimia organik memutuskan untuk mensistematikkan tata nama organik untuk menggabungkan nama senyawa dan strukturnya.Sistem tata nama yang telah dikembangkan disebut nama Janewa atau sistim IUPAC.IUPAC ialah inisial dari internasional union of pure and Applied Chemistry,organisasi yang bertanggung jawab meneruskan perkembangan tata nama kimia.Sistem tatanama lain,yang dihubungkan dengan sistem IUPAC.

Organic Nomenklatur berkembang pada pertengahan abad ke-19,banyak senyawa organik yang tidak diketahui strukturnya. Beberapa senyawa dinamai menurut nama sahabat atau kerabat ahli kimia yang pertama-tama menemukan senyawa itu. Misalnya asam barbiturat yang berasal dari nama wanita barbara. Sistem nomenklatur terbagi menjadi 3 bagian yakni:

1.        Parents (rantai induk) rantai yang terpanjang yang mengandung gugus fungsi

2.        Prefiks

Dalam tata nama IUPAC ketidakjenuhan karbon-karbon selalui ditandai oleh suatu perubahan dalam akhiran nama induk itu. Seperti ,jika hidrokarbon induk tak mengandung ikatan rangkap maupun ganda tiga ,digunakan akhiran -ana. Jika terdapat sebuah ikatan rangkap,akhiran ana diubah menjadi -ena,nama umum bagi hidrokarbon dengan sebuah ikatan rangkap ialah alkena. Sebuah ikatan ganda tiga dinyatakan oleh -una,hidrokabon yang mengandung tiga ikatan rangkap disebut alkuna

Pada umumnya,penentuan nama senyawa turunan alkana dapat dilakukan dengan memperhatikan langkah-langkah berikut:

a.         Mengidentifikasi gugus fungsi

b.        Memilih rantai induk,yaitu rantai terpanjang yang mengandung gugus fungsi

c.         Menuliskan nomor,dimulai dari salah satu ujung sedemikiam sehingga posisi gugus fungsi mendapat nomor terkecil.

d.        Menuliskan nama dimulai dengan nama cabang,kemudian nama rantai induk. Cabang-cabang sejenis digabung dan dinyatakan dengan awalan di,tri,tetra dan seterusnya. Penulisan cabang yang berbeda diurutkan sesuai dengan urutan abjad.

Tinjauan Tata Nama Organik
a. Tata Nama Alkana

Perbedaan rumus struktur alkana dengan jumlah C yang sama akan menyebabkan berbedaan sifat alkana yang bersangkutan. Banyaknya kemungkinan struktur senyawa karbon, menyebabkan perlunya pemberian nama yang dapat menunjukkan jumlah atom C dan rumus strukturnya. Aturan pemberian nama hidrokarbon telah dikeluarkan oleh IUPAC agar dapat digunakan secara internasional.

Aturan tata nama alkana
1. Rantai tidak bercabang (lurus) Jika rantai karbon terdiri dari 4 atom karbon atau lebih, maka nama alkana diberi alawal n- (normal)
CH₃ CH₂ CH₂ CH₂ CH₃ = n-pentana
2. Jika rantai karbon bercabang, maka:
a.  Tentukan rantai induk, yaitu rantai karbon terpanjang dari ujung satu ke ujung yang lain. Rantai induk diberi nama alkana.

 

b. Penomoran.  Berilan nomor pada rantai induk dari ujung terdekat cabang.

Jika nomor dari bawah, maka cabang ada di nomor 3. tetapi jika dari kanan, maka cabang ada di nomor 4.Sehingga dipilih penomoran dari ujung bawah.
c. Tentukan cabang, yaitu atom C yang yang terikat pada rantai induk. Cabang merupakan gugus alkil dan beri nama alkil sesuai struktur alkilnya. Perhatikan beberapa gugus alkil berikut:
   

d.  Urutan penulisan nama. Urutan penulisan nama untuk alkana bercabang: Nomor cabang-nama cabang nama rantai induk:
Nama untuk struktur di atas adalah: 3-metilheksana 

a). Alkana Rantai Lurus
                   Tatanama semua senyawa organik terbagi menjadi tata nama sistematik dan tata nama umum. Tata nama sistematik diatur oleh badan internasional IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Sedangkan nama umum pemakaiannya sangat terbatas, karena hanya digunakan untuk senyawa-senyawa dengan rumus molekul sederhana atau senyawa-senyawa tertentu saja.
               Nama yang diberikan pada suatu senyawa organik harus memberikan gambaran yang jelas mengenai rumus strukturnya demikian pula sebaliknya dari struktur yang ada nama suatu senyawa organik dapat ditentukan.
 

a)        Alkana Rantai Samping/Rantai Cabang

1) Alkana tak bercabang pemberian nama sistematik sesuai gambar di atas sedangkan untuk nama umum ditambah n (normal) untuk alkana yang tidak bercabang.

CH₃–CH₂–CH₂–CH₃

n-butana

2) Untuk alkana yang rantainya bercabang, rantai utamanya adalah rantai dengan jumlah atom C terpanjang. Gugus yang terikat pada rantai utama disebut substituen. Susstituen yang diturunkan dari suatu alkana dengan mengurangi satu atom H disebut gugus alkil. Gugus alkil memiliki rumus umum -C_nH_2n+1 dan dilambangkan dengan –R. Pemberian nama gugus alkil sesuai dengan nama alkana, tetapi mengganti akhiran -ana pada alkana asalnya dengan akhiran –il.

3) Rantai terpanjang nomori dari ujung yang paling dekat dengan substituen sehingga rantai cabang memberikan nomor yang sekecil mungkin. Pada pemberian nama, hanya nomor atom karbon rantai utama yang mengikat substituen dituliskan kemudian diikuti nama susbstituen.  
4) Jika terdapat lebih dari satu subtituen yang sama, maka nomor masing-masing atom karbon rantai utama yang mengikat substituen semuanya harus dituliskan. Jumlah substituen ditunjukan dengan awalan di, tri, tetra, penta, heksa dan seterusnya, yang berturut-turut menyatakan jumlah substituen sebanyak dua, tiga, empat, lima dan seterusnya. Penomoran tetap dimulai dari ujung yang paling dekat dengan substituen. 

5) Jika terdapat dua atau lebih sustituen yang berbeda, maka dalam penulisan nama disusun berdasarkan urutan abjad huruf pertama dari nama substituen. Penomoran rantai utama dimulai dari ujung rantai yang nama substituen berdasarkan urutan abjad lebih awal. awalan di, tri, tetra, penta, heksa dan seterusnya tidak perlu diperhatikan dalam penentuan urutan abjad.

6) Awalan-awalan sek-, ters- yang diikuti tanda hubung tidak perlu diperhatikan dalam penentuan urutan abjad. Sedangkan awalan iso dan neo tidak perlu dipisahkan dengan tanda hubung dan diperhatikan dalam penentuan urutan abjad. Awalam iso menunjukan adanya gugus –CH(CH₃)₂ dan awalan neo- menunjukan adanya gugus –C(CH₃)₃.

a)        Sikloalkana

Sikloalkana diberi nama menurut banyaknya atom karbon dalam cincin dengan penambahan awalan siklo

b. Tata Nama Alkena
                  Nama alkena rantai lurus sesuai dengan nama–nama alkana, tetapi dengan mengganti akhiran –ana menjadi –ena.
Contoh:
• C₂H₄etena
• C₃H₆propena
• C₄H₈butena

Tatanama Alkuna
Tata nama Alkuna Rantai Lurus(C4 – ….)
            IUPAC telah menetapkan aturan penamaan Alkuna rantai lurus dengan menuliskan nomor C yang mempunyai ikatan rangkap tiga diikuti dengan nama alkuna sesuai dengan jumlah atom C ( berdasarkan Deret homolog
Atom C yang mempunyai ikatan rangkap harus diberi nomor sekecil mungkin
Ex : C4H8
1 2 3 4
CH CH – CH2 – CH3 = 1 – butuna
C6H12
6 5 4 3 2 1
CH3 – CH2 – CH2 – C C – CH3 = 2 – heksuna
Tata nama alkuna menurut IUPAC
1) Rantai induk diambil rantai karbon terpanjang yang
mengandung ikatan rangkap tiga. Ikatan rangkap tiga
diberi nomor sekecil mungkin.
2) Rantai cabang diberi nomor menyesuaikan nomor
ikatan rangkap tiga.

Sistem IUPAC
1) Pemberian nama pada alkuna menyerupai tata nama elkana yakni mengganti akhiran –ana pada alkana terkait dengan akhiran –una.
2) Rantai atom karbon terpanjang adalah rantai atom karbon yang mengandung ikatan ganda tiga
3) Penomoran dimulai dari salah satu ujung rantai yang memungkinkan ikatan ganda tiga mempunyai nomor serendah mungkin.
4) Pada penulisan nama, atom C yang mengandung atom ikatan ganda tiga ditunjukan dengan nomor.

B. Isomer struktural

Isomer adalah senyawa-senyawa yang mempunyai rumus molekul sama tetapi terdapat perbedaan pada sifat fisika dan sifat kimianya. Struktur menggambarkan bagaimna atom-atom saling berkaitan dalam satu molekul,yaitu menggambarkan apa mengikat apa,sedangkan konfigurasi menggambarkan susunan ruang atom-atom dalam satu molekul. Senyawa-senyawa dengan rumus molekul dan struktur yang sama dapat saja mempunyai konfigurasi yang berbeda.

isomer ialah molekul-molekul dengan rumus kimia yang sama (dan sering dengan jenis ikatan yang sama), namun memiliki susunan atom yang berbeda (dapat diibaratkan sebagai sebuah anagram). Kebanyakan isomer memiliki sifat kimia yang mirip satu sama lain. Juga terdapat istilah isomer nuklir, yaitu inti-inti atom yang memiliki tingkat eksitasi yang berbeda.Contoh sederhana dari suatu isomer adalah C₃H₈O. Terdapat 3 isomer dengan rumus kimia tersebut, yaitu 2 molekul alkohol dan sebuah molekul eter. Dua molekul alkohol yaitu 1-propanol (n-propil alkohol, I), dan 2-propanol (isopropil alkohol, II). Pada molekul I, atom oksigen terikat pada karbon ujung, sedangkan pada molekul II atom oksigen terikat pada karbon kedua (tengah). Kedua alkohol tersebut memiliki sifat kimia yang mirip. Sedangkan isomer ketiga, metil etil eter, memiliki perbedaan sifat yang signifikan terhadap dua molekul sebelumnya. Senyawa ini bukan sebuah alkohol, tetapi sebuah eter, di mana atom oksigen terikat pada dua atom karbon, bukan satu karbon dan satu hidrogen seperti halnya alkohol. Eter tidak memiliki gugus hidroksil.
Beberapa jenis isomer struktural yaitu: isomer ionisasi, isomer koordinasi, dan isomer tautan.

• ISOMER IONISASI

Dua senyawa koordinasi yang rumusnya mempunyai ion pusat yang sama (Cr³⁺) dan lima dari enam ligannya (molekul NH₃) adalah sama. Senyawa ini berbeda karena isomer pertama mempunyai ion SO₄^2-sebagai ligan keenam, dengan ion netral Cl^- menetralkan muatan ion kompleks, sedangkan isomer kedua memiliki Cl^- sebagai ligan keenam dengan SO₄^2- menetralkan muatan ion kompleks.^[2]

1. [CrSO₄(NH₃)₅Cl] {pentaaminasulfatokromium(III) klorida}
2. [CrCl(NH₃)₅]SO_{4 {}pentaaminaklorokromium(III) sulfat}

• ISOMER KOORDINASI

Isomer koordinasi dapat muncul jika senyawa koordinasi tersusun atas kation kompleks dan anion kompleks. Ligan dapat dikontribusikan secara berbeda di antara kedua ion, seperti NH₃(aq) dan CN^-.^[2]

1. [Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆] {heksaaminakobalt(III) heksasianokromat(III) }
2. [Cr(NH₃)₆][Co(CN)₆] {heksaaminakromium(III) heksasianokobaltat(III) }

• ISOMER TAUTAN

Beberapa ligan dapat melekat pada ion logam atom pusat suatu ion kompleks dengan cara berbeda.^[2]

1. [Co(NO₂)(NH₃)₅]²⁺ { ion pentaaminanitrito-N-kobalt(III) }

ilustrasi isomer tautan: 1. Kation pentaaminanitrito-N-kobalt(III)
Sedangkan stereoisomer memiliki struktur yang sama, namun beberapa atom atau gugus fungsional memiliki posisi geometri yang berbeda.

Keisomeran karena perbedaan struktur disebut keisomeran struktur,sedangkan keisomeran karena perbedaan konfigurasi disebut keisomeran ruang. Keisomeran struktur terbagi lagi menjadi beberapa macam sebagai berikut:

v  Keisomeran kerangka

Senyawa-senyawa yang merupakan isomer kerangka mempunyai rumus molekul dan gugus fungsi yang sama,tetapi berbeda rantai induknya atau dengan kata lain Isomer kerangka adalah senyawa-senyawa yang mempunyai rumus molekul sama tetapi  kerangkanya berbeda.

Contoh pada alkana, alkena, dan alkuna.

1) Pentana (C₅H₁₂).

CH₃-CH₂– CH₂-CH₂-CH₃               n-pentana

CH₃-CH- CH₂-CH₃                        2-metilbutana

        |

       CH3

Pada alkena dan alkuna, letak ikatan rangkapnya sama tetapi bentuk kerangka bangunnya berbeda

v  KEISOMERAN POSISI

Isomer posisi adalah senyawa-senyawa yang memiliki rumus molekul sama tetapi posisi gugus fungsinya berbeda.

Contoh pada alkena dan alkuna.

1) Alkuna dianggap mempunyai gugus fungsi   , isomer dimana letak gugus

fungsinya berbeda.

Contoh di atas : 1 heksuna berisomer posisi dengan 2-heksuna

                          4-metil-1-pentuna berisomer posisi 4-metil-2-pentuna

                          1-heksuna berisomer rangka dengan 4-metil-1-pentuna

2) Heksena (C₆H₁₂)

CH₂= CH – CH₂ – CH₂ – CH₂ -CH₃                         1-heksena

CH₂– CH= CH₂ – CH₂ – CH₂ -CH₃                                       2-heksena   

3) Butuna  (C₄H₆)

CH C-CH₂-CH₃                           1-butuna

CH₃-C C-CH₃                              2-butuna

  

v  Keisomeran gugus fungsi

Keisomeran gugus fungsi terjadi antara senyawa dengan rumus molekul sama,tetapi berbeda gugus fungsinya. Pasangan homolog yang mempunyai rumus umum yang sama,yaitu:

1.        Alkanol (alkohol) dengan Alkoksialkana (eter) keduanya mempunyai rumus umum C_nH_2n+2O

2.        Alkanal (aldehid) dengan Alkanon ( keton) keduanya mempunyai rumus umum C_nH_2nO

3.        Asam alkanoat ( asam karboksilat) dengan Alkil alkanoat (asam alkanoat) keduanya mempunyai rumus umum C_nH_2nO₂

Contoh:

Keisomeran antara etanol dan dimetil eter(keduanya mempunyai rumus molekul C_nH₆O)

CH₃--CH₂--OH ( etanol)      CH₃--O--CH₃ ( dimetil eter)

C. Isomer Alkana

            Alkana (juga disebut dengan parafin) adalah senyawa kimia hidrokarbon jenuh asiklis. Alkana termasuk senyawa alifatik. Dengan kata lain, alkana adalah sebuah rantai karbon panjang dengan ikatan-ikatan tunggal. Rumus umum untuk alkana adalah C_nH_2n+2. Alkana yang paling sederhana adalah metana dengan rumus CH₄. Tidak ada batasan berapa karbon yang dapat terikat bersama. Beberapa jenis minyak dan wax adalah contoh alkana dengan atom jumlah atom karbon yang besar, bisa lebih dari 10 atom karbon.
Setiap atom karbon mempunyai 4 ikatan (baik ikatan C-H atau ikatan C-C), dan setiap atom hidrogen mesti berikatan dengan atom karbon (ikatan H-C). Sebuah kumpulan dari atom karbon yang terangkai disebut juga dengan rumus kerangka. Secara umum, jumlah atom karbon digunakan untuk mengukur berapa besar ukuran alkana tersebut (contohnya:C₂-alkana).Gugus alkil, biasanya disingkat dengan simbol R, adalah gugus fungsional, yang seperti alkana, terdiri dari ikatan karbon tunggal dan atom hidrogen, contohnya adalah metil atau gugus etil.Alkana bersifat tidak terlalu reaktif dan mempunyai aktivitas biologi sedikit.

Struktur alkana dapat berupa rantai lurus atau rantai bercabang. Alkana yang mengandung tiga atom karbon atau kurang tidak mempunyai isomer seperti CH₄, C₂H₆ dan C₃H₈ karena hanya memiliki satu cara untuk menata atom-atom dalam struktur ikatannya sehingga memilki rumus molekul dan rumus struktur molekul sama. Dalam senyawa alkana juga ada yang rumus molekulnya sama, tetapi rumus struktur molekulnya berbeda. Mulai dari alkana dengan rumus molekul C₄H₁₀ mempunyai dua kemungkina struktur ikatan untuk menata atom-atom karbonnya.

Untuk senyawa-senyawa tersebut disebut isomer. Oleh karena perbedaan hanya pada kerangka struktur maka isomernya disebut isomer kerangka.

Untuk pentana (C₅H₁₂) memiliki tiga kemungkinan struktur ikatan untuk menata atom-atom karbonnya yaitu:

Kita dapat menyimpulkan dari 2 contoh di atas bahwa semakin bertambah jumlah atom C pada rumus molekul suatu alkana maka semakin banyak isomernya seperti yang tertera ditabel bawah ini:

Jumlah atom C

	C4	C5	C6	C7	C8	C9	C10	C15
Rumus molekul	C4H10	C5H12	C6H14	C7H16	C8H18	C9H20	C10H22	C15H32
Jumlah isomer	2	3	5	9	18	35	75	4.347

 

TUGAS

1. mengapa sudut ikatan H-C-H lebih kecil dari H-C-C?
jawab:
 karena memiliki halangan steril yang rendah dan karbon memiliki empat elektron tak berpasangan dan dapat membentuk empat ikatan dengan hidrogen. Meskipun membutuhkan energi sebesar 96 kkal/mol untuk mengeksitasi satu elektronnya terlebih dahulu, ikatan yang terbentuk dengan H (pada CH4) jauh lebih stabil dibandingkan ikatan C-H pada molekul CH2. Ikatan C-H pada metana memiliki kekuatan ikatan 104 kkal/mol dengan panjang ikatan 1.10 A. sudut ikatan H-C-H sebesar 109.5

Carilah isomer yang mungkin dari butana, C₄H₁₀.

Jumlah atom C 
Molekul-molekul ini masing-masing disebut butana dan  2-metil propana