Regangan Ruang Molekul Organik

Assalamualaikum wr. wb.

alhamdulillah, pada kesempatan kali ini saya akan sedikir berbagi tentang regngan ruang molekul organik.

Regangan Ruang

Regangan ruang adalah besarnya regangan pada struktur senyawa kimia berbentuk siklik untuk menunjukkan seberapa besarnya regangan ruang dari cicin siklik tersebut.

Contoh :

Sikloalkana	Regangan cincin (kkal/mo)
Siklopropana	27,6
Siklobutana	26,3
Siklopentana	6,5
Sikloheksana	0
Sikloheptana	6,4
Siklooktana	10,0
Siklononana	12,9
Siklodekana	12,0
Siklopentadekana	1,5

Bila sudut rotasi (sudut torsi) 0°, 60°, 120° dan 180°, energi molekul kalau tidak maksimum akan minimum. Struktur (konformasi) dengan sudut torsi 0° atau 120° disebut dengan bentuk eklips, dan konformasi dengan sudut torsi 60°atau 180° disebut bentuk staggered. Studi perubahan struktur molekular yang diakibatkan oleh rotasi di sekitar ikatan tunggal disebut dengan analisis konformasional. Analisis ini telah berkembang sejak tahun 1950-an hingga kini.

Analisis konformasional butana CH3CH2CH2CH3 atas rotasi di sekitar ikatan C-C pusat, mengungkapkan bahwa ada dua bentuk staggered. Bentuk trans, dengan dua gugus metil terminal di sisi yang berlawanan, berenergi 0,7 kkal mol–1 lebih rendah (lebih stabil) daripada isomer gauche yang dua gugus metilnya berdekatan.

Hasil ini dapat diperluas ke senyawa-senyawa semacam pentana dan heksana yang memiliki lingkungan metilena tambahan, dan akhirnya pada poloetilena yang dibentuk oleh sejumlah besar metilen yang terikat. Dalam semua analisis ini, struktur trans, yakni struktur zig zag, adalah yang paling stabil. Namun, ini hanya benar dalam larutan. Untuk wujud padatnya faktor lain harus ikut diperhatikan.

Analisis konformasional konformer

Dalam kasus 1,2-dikhloroetana, bentuk trans lebih stabil daripada bentuk gauche. Di pihak lain, dalam kasus etilen glikol (1,2-etanadiol; digunakan secara luas sebagai cairan antibeku) bentuk gauche lebih stabil daripada bentuk trans walaupun struktur molekulnya sangat mirip dengan 1,2- dikhloroetana.

Dalam bentuk gauche etilen glikol ikatan hidrogen intramolekul akan terjadi dan menstabilkan struktur. Ikatan semacam ini tidak ada dalam bentuk trans.

Bentuk gauche                                         bentuk trans

a.      Kestabilan Sikloalkana

Siklopropana adalah sikloalkana paling sederhana dengan bentuk cincin karbon segitiga datar dengan sudut ikatan C-C-C = 60^o, atom hidrogen terletak di atas dan di bawah bidang segitiga dengan sudut H-C-H = 120^o.

 

Jika suatu atom karbon membentuk 4 ikatan, maka sudut antara pasangan ikatan adalah 109,5^o (sudut tetrahedral). Sudut ikatan C-C dalam siklopropana adalah 60^o dan siklobutana adalah 90^o. Karena itu pada siklopropana dan siklobutana, sudut ikatan tetrahedral harus ditekan menjadi menjadi 60 dan 90^o, sehingga cocok dengan susunan geometri dari cincin lingkarnya. Menurut Bayer, adanya penyimpangan sudut ikatan pada siklopropana dan siklobutana menyebabkan adanya tegangan dalam molekul dan menghasilkan struktur yang kurang stabil dibandingkan struktur yang mempunyai sudut ikatan mendekati tetrahdral. Adanya tegangan ikatan C-C yang cukup besar dalam siklopropana mempengaruhi reaksi kimianya, yaitu reaksi yang menghasilkan struktur yang mengurangi tegangan struktur dengan cara pembukaan cincin (reaksi adisi sikloalkana). Misalnya brominasi siklopropana dengan katalis AlCl₃.

Sikloalkana dengan jumlah atom karbon lebih dari tiga akan membentuk lipatan/lekukan, sehingga tidak membentuk bidang datar. Meskipun lekukan menjadikan ikatan salah satu sudut C-C-C lebih kecil dari pada bila membentuk bidang datar, namun dengan lekukan maka atom-atom hidrogen menjadi kurang eclips, sehingga tegangan dan tolakan antar atom membentuk struktur yang paling stabil.

Terjadinya lekukan cincin lingkar dengan enam karbon menghasilkan konformasi kursi. Dengan bentuk kursi, sudut ikatan C-C menjadi sama dengan sudut ikatan tetrahedral dan posisi atom hidrogen yang terikat pada atom karbon di sebelahnya staggered, sehingga tolakan antara atom H menjadi minimum.

Dalam konformasi kursi, ada dua jenis posisi atom hidrogen yang berbeda, yaitu aksial dan ekuatorial. Hidrogen aksial terletak di bawah dan di atas bidang yang dibentuk oleh cincin atom karbon, sedangkan hidrogen equatorial terletak sepanjang bidang (pada satu bidang) dengan atom-atom karbon.

Bila tiga atom karbon yang berselang satu karbon yang lain dilekukkan ke arah berlawanan (yang semula pada posisi atas dijadikan posisi bawah), maka atom hidrogen aksial pada cincin itu akan dirubah menjadi hidrogen ekuaorial. Perubahan konformasi ini pada suhu tinggi terjadi secara sangat cepat dan terus menerus. Tetapi pada suhu sangat rendah, misalnya -100^oC, konformasi yang satu dapat dipisahkan dari konformasi yang lain.

          Kestabilan termodinamika struktur sikloheksana tersubstitusi sangat ditentukan oleh posisi aksial atau ekuatorial substituennya. Misalnya, metil sikloheksana lebih setabil bila gugus metil ada pada posisi ekuatorial.

Lekukan atom karbon dalam sikloheksana dapat membentuk konformasi perahu.

 Berdasarkan uraian mengenai sudut ikatan dan lekukan bidang pada sikloalkana, dapat dikatakan bahwa kestabilan struktur sikloalkana dapat dilihat dari adanya tegangan sudut ikatan dan adanya interaksi dua atom atau gugus atom yanng tidak terikat satu sama lain secara lansung tetapi dapat berinteraksi satu sama lain (dengan interaksi sterik dan dipol-dipol).

Pada kondisi (lingkungan) tertentu, setiap molekul berada pada konformasi tertentu pula, karena konformasi ini sangat dipengaruhi oleh tingkat energi dilingkungannya. Pada tingkat energi rendah, molekul butana berada dalam bentuk konformasi anti, dan dalam bentuk konformasi eklips metil pada tingkat energi tinggi.

Untuk senyawa sikloalkana, konformasi juga terjadi seiring dengan perubahan tingkat energi lingkungannya. Misalnya sikloheksana yang berada dalam bentuk “konformasi kursi” pada temperatur rendah dan “konformasi biduk” pada temperatur tinggi. Pada konformasi kursi, tingkat energi molekul terendah karena jarak antar atom maksimum.

KESIMPULAN

Konformasi adalah bentuk molekul sesaat (sementara) akibat dari terjadinya rotasi ikatan tunggal. Karena adanya rotasi ikatan tunggal maka dikenal adanya konformasi eclipsed dan staggered dalam alkana yang dapat digambarkan menggunakan proyeksi Newman, kuda-kuda atau garis. Sedangkan dalam cincin sikloalkana, rotasi ikatan tunggal C-C sangat dibatasi.

Pada kondisi (lingkungan) tertentu, setiap molekul berada pada konformasi tertentu pula, karena konformasi ini sangat dipengaruhi oleh tingkat energi dilingkungannya. Pada tingkat energi rendah, molekul butana berada dalam bentuk konformasi anti, dan dalam bentuk konformasi eklips metil pada tingkat energi tinggi.

Konformer yang berbeda dapat saling berubah dengan melakukan rotasi pada ikatan tunggal tanpa memutuskan ikatan kimia. Keberadaan lebih dari satu konformasi, biasanya dengan energi yang berbeda, dikarenakan oleh rotasi hibridisasi orbital sp³ atom karbon yang terhalang. Isomerisme konformasi hanya terjadi pada ikatan tunggal karena ikatan rangkap dua dan rangkap tiga mempunyai ikatan pi yang menghalangi rotasi ikatan. Perbandingan stabilitas konformer-konformer yang berbeda biasanya dijelaskan dengan perbedaan dari kombinasi tolakan sterik dan efek elektronik. Contoh yang sederhana terlihat pada molekul butana yang dilihat dengan menggunakan proyeksi Newman. Rotamer adalah konformer yang berbeda hanya pada rotasi ikatan tunggal. Sawar rotasinya adalah energi aktivasi yang diperlukan untuk berubah dari satu konformer ke konformer lainnya. Contoh lain dari isomerisme konformasi adalah pelipatan molekul, di mana beberapa bentuk pelipatan stabil dan fungsional, namun yang lainnya tidak.

DAFTAR  PUSTAKA