MAKALAH KIMIA ORGANIK I
SENYAWA ORGANOLOGAM Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Kimia Organik I Dosen : Hayat Sholihin, M.Sc
Oleh ; Elsa Diana Putri Fina K. Frima Aninda S. Utami Siti Auliaddina Auliaddina Iin Kurniasih
(0905811) (0905818) (0905821) (0905826) (0905827)
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2011
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum wr. wb. Alhamdulillah, memberikan
kekuatan
penulis serta
limpahkan
kehadirat
keistiqamahan
pada
Allah
swt.
penulis
yang
sehingga
telah dapat
menyelesaikan makalah yang berjudul ´Organologam´. Shalawat serta salam semoga tetap tercurah kepada Baginda alam Rasulullah saw. yang telah membawa risalahnya kepada umatnya. Dalam makalah ini, penulis membahas mengenai Senyawa Organologam, baik sifat fisik fisika, sifat kimia, reaksi, pembuatan serta manfaat atau penggunaannya. Dalam penyeleseaian makalah ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah menyumbangkan waktu, tenaga dan pikiran sehingga makalah ini dapat selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari dalam penulisan makalah ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk perbaikan di masa mendatang.
Bandung, Mei 2011
Penulis
A.
Struktur Kimia Senyawa organologam ialah senyawa yang karbonnya terikat langsung ke suatu atom logam (seperti raksa, seng, timbal, magnesium atau litium) atau ke metalloid-metaloid tertentu (seperti silicon, arsen atau selen). Berikut merupakan sedikit penjelasan dari senyawa-senyawa organologam: 1. Lithiuim
Salah satu senyawa organologam yang memiliki unsur Lithium adalah Metillithium
(CH3Li)4.
Organologam
yang
mengandung
Lithium
mempunyai rumus molekul sebagai berikut RLi(LiX)1-6. Bentuk molekul dari Metillithium adalah tetrahedral dengan Li4 dengan gugus CH3 terletak secara simetris di atas setiap bidang tetrahedron. Berikut merupakan bentuk molekul dari Metillithium
2. Magnesium
Senyawa yang terbentuk antara karbon dan magnesium dapat membentuk rumus molekul seperti berikut RMgX. Dengan R merupakan alkil dan X merupakan halide (F, Br, dan I) contohnya pada pereaksi Grignard. Atom Mg biasanya terkoordinasi tetrahedral. Dalam kebanyakan senyawa organik karbon tidak bermuatan . Dalam senyawa organologam karbon kaya akan elektron dan bermuatan negatif. Hal
tersebut dikarenakan karbon dalam senyawa organologam terikat pada suatu unsur elektropositif yang berarti karbon tersebut akan berfungsi sebagai basa atau nukleofil dan karena itu karbon tersebut bermuatan negatif. CH3CH2-Br + Mg
CH3CH2-Mg-Br
Pada umumnya memang karbon lebih elektronegatif dan bermuatan negatif jika atom itu terikat pada suatu atom logam, suatu ion dengan atom karbon bermuatan negatif disebut karbanion. Oleh karena itu karbon yang terikat pada sebuah atom logam mempunyai karakter karbanion. Senyawa karbonil logam yang terdiri atas logam dan ligan CO biasanya
dipreparasi
dengan
reaksi
langsung
serbuk
logam
yang
kereaktifannya tinggi dengan karbon monoksida, atau dengan reduksi garam logam ke valensi nol diikuti dengan reaksi dengan karbon monoksida tekanan tinggi. Namun, tetrakarbonilnikel, ditemukan pertamakali di akhir abad 19, terbentuk dengan reaksi logam nikel dan karbon monoksida pada suhu kamar dan tekanan atmosfer. Preparasi senyawa karbonil logam yang lain, di pihak lain memerlukan suhu dan tekanan tinggi.
Senyawa karbonil logam mononuklir memiliki struktur koordinasi polihedral yang bersimetri tinggi. Kromium, molibdenum, dan tungsten heksakarbonil, M(CO)6, mempunyai struktur oktahedral reguler, pentakoordinat pentakarbonilbesi, Fe(CO)5, berstruktur segitiga bipiramid, dan tetrakarbonilnikel, Ni(CO)4, memiliki koordinasi tetrahedral reguler (Gambar 6.14). Atom karbon ligan karbonil berkoordinasi dengan logam, dan lingkungan CO berorientasi searah dengan sumbu logam-karbon. Karbonil logam binuklir Mn2(CO)10 memiliki ikatan Mn-Mn yang menghubungkan dua piramida bujur sangkar Mn(CO)5. Dalam Fe2(CO)9, dua sub satuan Fe(CO)3 dijembatani tiga ligan CO, dan dalam Co2(CO)8, dua satuan Co(CO)3 digubungkan dengan tiga jembatan CO dan sebuah ikatan Co-Co. Ada sejumlah senyawa karbonil logam dengan ikatan logam-logam yang menghubungkan tiga atau lebih logam, dan CO terminal, µ-CO (jembatan di antara dua logam), dan µ -CO (jembatan yang menutupi tiga logam) berkoordinasi dengan kerangka logam (lihat bagian 6.3 (f)). Banyak karbonil kluster yang dibentuk dengan reaksi senyawa karbonil mononuklir dan karbonil binuklir. Senyawa karbonil logam khas dan sifatnya diberikan di Tabel 6.4.
B. Tatanama Senyawa organologam ialah senyawa yang karbonnya terikat langsung ke suatu atom logam (seperti raksa, seng, timbal, magnesium atau litium) atau ke metalloid-metaloid tertentu (seperti silicon, arsen atau selen). CH3CH2CH2CH2Li
n-butillitium
(CH3)4Si
CH3ONa
tertrametisilana (TMS)
organologam
organologam
natrium metoksida tidak dianggap sebagai organologam
(tak ada ikatan karbon-logam) Senyawa organologam biasanya dinamakan sebagai logam diganti, misalnya alkil logam atau logam alkil halida. senyawa Organomagnesium umumnya disebut sebagai pereaksi Grignard. Contoh: CH3Li = lithium metil, CH3MgBr = metil magnesium bromida. Cara penamaan organologam yang diterima umum adalah sebagai berikut: 1. Gunakan nama kumpulan organic R, sebagai awalan kepada nama logam. Contoh: C2H5Na: et ilnatr ium 2.
Jika terdapat lebih daripada satu kumpulan R, tambahkan awalan (se4perti di-, tri-, «atau bis, tris,«bagi kumpulan kompleks) dan dicantumkan kepada nama diatas. Contoh: (C2H5)2Mg: d iet ilmagne sium
3. Jika kumpulan yang serupa terikat kepada logam, sebatian tersebut dinamakan dengan menyebut nama kumpulan tersebut mengikuti susunan abjad. Contoh: (C6H5)2Sn(CH3)2: d if enil di met il t imah 4. Jika kumpulan anion yang lain seperti H, X, OOCR, OR atau NR 2 berikatan dengan logam, nama kumpulan ini yang diakhiri dengan ±ida diletakkan setelah nama logam. Contoh: (C2H5)2SnCl2: d iet il ti mah d iklor id a 5. Kita juga boleh menambahkan anion itu sebagai awalan bagi nama sebatian tetapi awalan yang berakhir dengan O hendaklah disambungkan kepada
kumpulan R yang lain mengikuti susunan abjad seperti hidrido, kloro, nitride, okso dan sebagainya. Contoh: (C2H5)2SnCl2: d iet il di klor ot imah 6. Senyawa silikon dan beberapa mettaloid lainnya diberi nama sebagai turunan (derivat) dari hidridanya dengan satu suku kata Contoh:
C.
SiH4
silana
(CH3)2SiH2
d imet ilsilana
(C6H5)2Si(CH3)2
d if enil di met ilsilana
Sifat Fisik dan Sifat Kimia 1. Senyawaan ionik dari logam elektropositif Senyawaan organo dari logam yang sangat elektropositif biasanya ionic, tidak larut dalam pelarut hidrokarbon, d an sangat reaktif terhadap udara, air, dan sejenisnya. Kestabilan dan kereaktifan senyawaan ionic ditentukan dalam satu bagian oleh kestabilan ion karbon. Senyawaan yang mengandung anion tidak stabil (misalnya CnH2n+1 ) umumnya sangat reaktif dan seringkali tidak stabil dan sulit diisolasi. Garam logam ion-ion karbon yang kestabilannya diperkuat oleh delokalisasi rapatan electron lebih stabil + meskipun tetap sangat reaktif ; contohnya adalah (C6H5)3C Na dan (C5H52+ )2Ca . 2. Senyawaan terikat- Senyawaan organo dimana sisa organiknya terikat pada suatu atom logam dengan suatu ikatan kovalen normal 2-elektron (sekalipun dalam beberapa kasus dengan sifat ionic yang dapat diterima) dibentuk oleh kebanyakan logam dengan keelektropositifan rendah dan tentu saja oleh unsure-unsur nonlogam. Hokum valensi normal diterapkan dalam kasus-kasus ini, dan terjadi substitusi parsial halide, hidroksida, dan sebagainya. Dalam kebanyakan senyawaan ini, ikatan terutama adalah kovalen dan kimiawinya dari kimiawi karbon sehubungan dengan factor-faktor berikut : a. Kemungkinan penggunaan orbital d yang lebih tinggi seperti dalam contoh, SiR 4 yang tidak tampak pada CR 4. b. Kemampuan donor alkil atau aril dengan pasangan electron menyendiri seperti dalam Pet3, SMe2, dan sebagainya.
c. Keasaman Lewis sehubungan dengan kulit valensi yang tidak penuh seperti dalam ZnR 2. d. Pengaruh perbedaan keelektronegatifan antara ikatan-ikatan M-C atau C-C Logam transisi dapat membentuk alkil sederhana atau aril, namun hal ini biasanya kurang stabil daripada senyawaan-senyawaannya dengan unsureunsur golongan utama. Terdapat banyak senyawaan dimana terdapat ligan tambahan seperti CO atau PR 3. 3. Senyawaan yang terikat secara nonklasik Dalam banyak senyawaan organologam terdapat suatu jenis ikatan logam pada karbon yang tidak dapat dijelaskan dalam bentuk ikatan ionic atau pasangan elektron. Salah satu kelas alkil terdiri atas Li, Be, dan Al yang mempunyai gugus-gugus alkil berjembatan. Di sini, terdapat kekurangan elektron seperti dalam bor hidrida, dan ikatannya mirip jenis yang berpusat banyak. Kelas kedua yang jauh lebih besar terdiri atas senyawaan logamlogam transisi dengan alkena, alkuna, benzene, dan system cincin lainnya seperti C5H5 . Mula-mula akan diperlihatkan senyawaan organo dari unsureunsur golongan utama, termasuk yang berikatan nonklasik, dan kemudian pada senyawaan logam transisi. 4. Organologam biasanya disimpan dalam larutan dalam pelarut organik karena memiliki reaktivitas yang sangat tinggi (terutama dengan H 2 O, O 2 dll) 5. Carbon-Metal (C-M) dari Organolithium dan organomagnesium (pereaksi Grignard memiliki ikatan antara atom C dan logam, ikatan tersebut sangat
polar, dan memiliki ikatan kovalen karena logam tersebut elektropositif. 6. Pereaksi Grignardmerupakan basa kuat karena memilki muatan negatif pada karbon.
Senyawa Organologam
Organolithium
Organonatrium dan Organokalium
Organomagnesium
SIFAT FISIK
Berupa cairan atau padatan bertitik leleh rendah, dan berupa kristal putih (metillithium); Larut dalam senyawa hidrokarbon dan cairan nonpolar; Tingkat penguapan tinggi.
SIFAT KIMIA
Lebih reaktif dibandingkan pereaksi grignard; Bereaksi cepat dengan oksigen, biasanya secara spontan menyala dalam udara, dengan cairan air, dan dengan uap air.
Tidak larut dalam senyawa hidrokarbon; Mudah menguap.
Sangat reaktif; Terhidrolisis kuat dalam air.
Berupa kristal
Reaktif; Mudah teroksidasi oleh udara; Mudah terhidrolisis.
Senyawa Organologam
SIFAT FISIK
SIFAT KIMIA
Organomerkuri
Berupa padatan kristal; Lebih larut dalam cairan organik daripada air; Pada alkil atau aril cairan nonpolar, mudah menguap, beracun, tidak berwarna, padatan bertitik leleh rendah;
Zat kovalen nonpolar; Tidak reaktif terhadap udara dan air;
Organoaluminium
Berupa cairan
Reaktif; Tidak menyala dalam udara dan tidak meledak dalam air;
D.Reaksi-reaksi Senyawa Organologam Reaksi Pembuatan Senyawa Organologam
Terdapat banyak cara untuk membentuk ikatan-ikatan logam antara karbon dengan logam transisi dan nontransisi. Beberapa yang penting adalah sebagai berikut: 1. Reaksi logam langsung (Frankland, 1848) Mg + CH3I
CH3MgI
eter
2. Penggunaan zat pengalkilasi PCl3 + 3C6H5MgCl
P(C6H5)3 + 3MgCl2
VO(CH SiMe ) + 3MgCl CH MgCl PtCl(CH3)(Pet ) + MgCl
VOCl3 + 3(CH3)SiCH2MgCl
2
3 3
2
PtCl2(Pet3)2 + 3 2 2 2 3. Interaksi hidrida logam atau nonlogam dengan alkena atau alkuna 1/2 B2H6 + 3 C=C B-(C=C) 3 4. Reaksi oksidasiAdidi Dimana alkil atau aril halida ditambahkan kepada senyawa logam transisi terkoordinasi tidak jenuh menghasilkan ikatan logam karbon. RhCl(PPh3)3 + CH3I
5. Reaksi Inseri
RhClI(CH3)(PPh 3)2 + PPh3
Reaksi-reaksi senyawa organologam
Bagan 1. reaksi senyawa organologam dengan senyawa karbonil
Bagan2. Reaksi senyawa organologam
1. Substitusi Reaksi penggantian suatu ugus dengan gugus lain
2. Eliminasi Reaksi penggantian ikatan, dari ikatan t unggal menjadi rangkap.
3. Oksidasi
4. Adisi
Reaksi adisi adalah reaksi pengubahan senyawa yang berikatan rangkap (tak jenuh) menjadi senyawa yang berikatan tunggal (jenuh) dengan cara menambahkan atom dari senyawa lain. Reaksi adisi hanya dapat terjadi pada senyawa yang memiliki ikatan rangkap. Atau dengan kata lain reaksi adisi adalah reaksi penambahan suatu atom atau gugus atom kedalam senyawa.
E. Kegunaan Senyawa Organologam Kegunaan senyawa organologam diantaranya untuk mensintesis senyawasenyawa hidrokarbon seperti alcohol dan asama karboksilat dengan mereaksikan senyawa aldehid dan keton menggunakan regensia Grignard. Selain itu, senyawa organologam juga berfungsi sebagai katalis, salah satu katalis yang paling terkenal adalah katalis Ziegler-Natta . Katalis Ziegler-Natta ditemukaan poleh Ziegler pada tahun 1953 yang digunakan untuk polimerisasi etana, yang selanjutnya pada tahun 1955 Natta menggunakan katalis tersebut untuk polimerisasi propena dan monomer jenuh lainnya. Katalis Ziegler-Natta dapat dibuat dengan mencampurkan alkil atau aril dari unsur golongan 11-13 pada susunan berkala, dengan halida sebagai unsur transisi. Saat ini katalis Ziegler-Natta digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen. Polietilen dan polipropilen digunakan untuk memproduksi plastik.
Struktur molekul polietilen
Rumus kimia polipropilen
F.
Pereaksi Grignard
a. Pengertian pereaksi Grignard Pereaksi Grignard memiliki rumus umum RMgX dimana X adalah sebuah halogen, dan R adalah sebuah gugus alkil atau aril (berdasarkan pada sebuah cincin benzen). Pada pembahasan halaman ini, kita menganggap R sebagai sebuah gugus alkil. Pereaksi Grignard sederhana bisa berupa CH3CH2MgBr. b. Pembuatan pereaksi Grignard
Pereaksi Grignard dibuat dengan menambahkan halogenalkana ke dalam sedikit magnesium pada sebuah labu kimia yang mengandung etoksietana (umumnya disebut dietil eter atau hanya "eter"). Labu kimia dihubungkan dengan sebuah kondensor refluks, dan campuran dipanaskan di atas penangas air selama 20 hingga 30 menit. Segala sesuatunya akan mengering sempurna karena pereaksi Grignard bereaksi dengan air (lihat berikut). Setiap reaksi yang menggunakan pereaksi Grignard dilakukan dengan campuran yang dihasilkan dari reaksi di atas. Digunakan campuran sebab pereaksi Grignard tidak bisa dipisahkan. c. Reaksi-reaksi pereaksi Grignard dengan aldehid dan keton
Reaksi-reaksi yang terjadi antara pereaksi Grignard dengan aldehid dan keton tidak lain adalah reaksi ikatan rangkap C=O, sehingga aldehid dan keton bereaksi dengan mekanisme yang persis sama ± yang membedakan hanya gugus-gugus yang terikat pada ikatan rangkap C=O. Apa yang terjadi pada reaksi ini jauh lebih mudah dipahami dengan mencermati persamaan umumnya (menggunakan gugus "R" bukan gugus tertentu) ± setelah anda memahami dengan gugus R barulah bisa diganti dengan gugus yang sesungguhnya jika diperlukan. Gugus "R" bisa berupa hidrogen atau alkil dalam kombinasi apapun. Pada tahap pertama, pereaksi Grignard diadisi ke ikatan rangkap C=O:
Asam encer selanjutnya ditambahkan untuk menghidrolisisnya.
Alkohol terbentuk. Salah satu kegunaan penting dari pereaksi Grignard adalah kemampuannya untuk membuat alkohol-alkohol kompleks dengan mudah.
Jenis alkohol yang dihasilkan tergantung pada senyawa karbonil yang digunakan ± dengan kata lain, gugus R dan R¶ yang dimiliki. Reaksi antara pereaksi Grignard dengan metanal Pada metanal, kedua gugus R adalah hidrogen. Metanal merupakan aldehid paling sederhana yang bisa terbentuk.
Dengan mengasumsikan bahwa anda memulai dengan CH3CH2MgBr dan menggunakan persamaan reaksi umum di atas, maka alkohol yang diperoleh akan selalu dalam bentuk berikut:
Karena kedua gugus R adalah atom hidrogen, maka produk akhirnya akan menjadi:
Sebuah alkohol primer terbentuk. Sebuah alkohol primer hanya memiliki satu gugus alkil terikat pada atom karbon yang mengikat gugus -OH. Jika anda menggunakan pereaksi Grignard yang berbeda, maka akan terbentuk alkohol primer yang berbeda pula. Reaksi antara pereaksi Grignard dengan aldehid-aldehid lain Aldehid setelah metanal adalah etanal. Salah satu dari gugus R nya adalah hidrogen dan yang lainnya adalah CH3.
Untuk memudahkan, anggap kembali gugus-gugus ini sebagai gugus R dan R¶ pada persamaan umum. Alkohol yang terbentuk adalah:
Jadi kali ini produk akhir memiliki satu gugus CH3 dan satu gugus hidrogen terikat padanya:
Sebuah alkohol sekunder memliki dua gugus alkil (bisa sama atau berbeda) terikat pada atom karbon yang mengikat gugus -OH. Anda bisa merubah sifat dari alkohol sekunder ini dengan salah satu cara berikut: Mengubah sifat-sifat pereaksi Grignard ± yang mana akan mengubah gugus CH3CH2 menjadi beberapa gugus alkil yang lain; mengubah sifat-sifat aldehid ± yang mana akan mengubah gugus CH3 menjadi beberapa gugus alkil lainnya. y
y
Reaksi antara pereaksi Grignard dengan keton Keton memiliki dua gugus alkil yang terikat pada ikatan rangkap C=O. Keton yang paling sederhana adalah propanon.
Kali ini, jika gugus R diganti pada rumus umum untuk alkohol yang terbentuk, maka akan dihasilkan alkohol tersier.
Alkohol tersier memiliki tiga gugus alkil yang terikat pada atom karbon yang mengikat gugus -OH. Ketiga gugus a lkil tersebut bisa sama atau berbeda.
d. Reaksi pereaksi Grignard dengan air Pereaksi Grignard bereaksi dengan air menghasilkan alkana. Inilah sebabnya mengapa segala sesuatunya harus menjadi kering selama pembuatan seperti dijelaskan di atas. Sebagai contoh: Produk organik yang dihasilkan pada reaksi di atas, Mg(OH)Br, disebut sebagai sebuah "bromida basa". Anda bisa menganggap produk ini sebagai produk transisi antara magnesium bromida dan magnesium hidroksida.
e. Reaksi pereaksi Grignard dengan kar bon dioksida Pereaksi Grignard bereaksi dengan karbon dioksida dalam dua tahapan. Pada tahapan pertama, pereaksi Grignard diadisi ke karbon dioksida.
Karbon doksida kering digelembungkan melalui sebuah larutan pereaksi Grignard dalam etoksietana, yang dibuat seperti dijelaskan di atas. Sebagai contoh:
Produk yang terbentuk ini selanjutnya dihidrolisis (direaksikan dengan air) dengan bantuan asam encer. Biasanya, anda bisa menambahkan asam sulfat encer atau asam hidroklorat encer ke dalam larutan yang dihasilkan oleh reaksi dengan CO2. Jika ditambahkan satu atom karbon lagi, maka akan terbentuk asam karboksilat bukan pereaksi Grignard. Persamaan reaksinya bisa dituliskan sebagai berikut:
Hampir semua sumber menyebutkan pembentukan sebuah halida basa seperti Mg(OH)Br sebagai produk lain dari reaksi ini. Anggapan ini tidak tepat karena senyawa-senyawa ini bereaksi dengan asam-asam encer. Hasil dari reaksi ini adalah campuran antara ion-ion magnesium terhidrasi biasa, ion-ion halida dan ion-ion sulfat atau klorida ± tergantung pada asam encer apa yang ditambahkan.
DAFTAR PUSTAKA
Cotton dan Wilkinson. 2009. K imia Anor ganik Dasar .Jakarta:UI Press Fessenden dan Fessenden.1986. K imia Or ganik .Jakarta:Erlangga Sitorus, Marham. (2008). K imia Or ganik Fisik . Yogyakarta: Graha Ilmu Ano.2011. S ejar ah d an P er ke mbangan K at alis. http://all4chemistry.blogspot.com/2010/02/sejarah-dan-perkembangan-katalis.html
