alkana

Setelah mengikuti kuliah pokok bahasan Alkana,
mahasiswa memahami dan menjelaskan struktur, sifat
fisis, kegunaan, dan reaksi-reaksi yang dapat terjadi
pada senyawa alkana.
Atom karbon dalam senyawa alkana memiliki orbital hibrida sp3
Setiap atom karbon dapat membentuk 4 ikatan tunggal dengan
atom lain (C, H, O, N, S).
Jumlah ikatan yang dapat dibentuk adalah maksimum, sehingga
senyawa yang terbentuk disebut senyawa jenuh.
CH4
C2H6
Alkana adalah senyawa hidrokarbon yang hanya memiliki ikatan
tunggal.
Struktur alkana dapat ditulis sebagai serangkaian gugus  CH2
(gugus metilen) yang tiap ujungnya diakhiri dengan atom hidrogen.
Ini merupakan rumus umum untuk senyawa alkana rantai kontinyu
/ tak bercabang.
Senyawa kelompok ini hanya berbeda pada jumlah gugus metilen
yang dimilikinya.
Jika suatu molekul alkana memiliki n atom C, maka jumlah atom H
adalah (2n + 2), sehingga rumus molekul untuk alkana secara
umum adalah CnH2n+2.
Untuk senyawa alkana bercabang, juga mengikuti rumus molekul
CnH2n+2.
NOMENKLATUR (IUPAC)
Aturan 1: Rantai utama
• Tentukan rantai kontinyu atom karbon yang terpanjang, dan
gunakan nama rantai ini sebagai nama dasar senyawa tsb.
• Gugus yang terikat pada rantai utama disebut substituen,
karena mengganti (substitute) atom hidrogen pada rantai
utama.
• Jika ada 2 rantai terpanjang dengan panjang yang sama, maka
gunakan rantai terpanjang yang memiliki jumlah substituen
terbanyak sebagai rantai utama.
Aturan 2: Penomoran rantai utama
• Untuk menentukan lokasi substituen, beri nomor tiap atom
karbon pada rantai utama, dimulai dari ujung rantai yang paling
dekat dengan substituen.
Aturan 3: Memberi nama substituen
• Beri nama gugus substituen yang terikat pada rantai terpanjang
sebagai gugus alkil.
• Beri lokasi tiap gugus alkul dengan menggunakan nomor atom
karbon pada rantai utama tempat gugus tsb terikat.
• Gugus alkil bercabang sederhana biasanya dikenal dengan nama
umum.
• Gugus isopropil dan issobutil memiliki gugus khas “iso”
(CH3)2CH, seperti gugus yang ada dalam isobutana.
• Nama gugus secondary-butyl (sec-butyl) dan tertiary-butyl (tertbutyl atau t-butyl) adalah berdasarkan derajat substitusi alkil
pada atom karbon.
• Dalam gugus sec-butyl, atom karbon yang terikat pada rantai
utama adalah atom sekunder (2°), atau terikat pada dua atom
karbon lain.
• Dalam gugus t-butyl, atom karbon yang terikat pada rantai
utama adalah atom tersier (3°), atau terikat pada tiga atom
karbon lain. Dalam gugus n-butyl group dan isobutyl, atom
karbon yang terikat pada rantai utama adalah atom primer (1°),
atau terikat pada satu atom karbon lain.
Aturan 4: Organizing Multiple Groups
• Jika ada 2 atau lebih substituen, urutkan sesuai abjad.
• Jika ada 2 atau lebih substituen alkil yang sama, gunakan
awalan di-, tri-, tetra-, dst. untuk menghindari penggunaan
nama gugus yang sama lebih dari satu kali..
(FRAKSI MINYAK BUMI)
JML C
TITIK DIDIH (C)
1–2
2–4
< 30
4–9
8 – 16
10 – 18
30 – 180
160 – 230
200 – 320
16 – 30
> 25
> 35
300 – 450
> 300 (vakum)
Residu
KEGUNAAN
LNG
• LPG
• Pengganti Freon sebagai
propellan dalam tabung “spray”
Gasoline
Kerosene
Diesel
Heavy oil
Paraffin wax
asphalt
Mengapa senyawa alkana tidak reaktif?
Alkana = paraffin (parum affinis = little affinity)
Ikatan  yang kuat
C2H6
• Elektron antara C dan H terdistribusi dengan merata.
• tidak ada satupun atom yang memiliki muatan signifikan.
• Senyawa alkana tidak memiliki elektrofil maupun nukleofil.
• Pada kondisi biasa tidak dapat bereaksi dengan asam kuat
(H2SO4), oksidator (Br2, O2, KMnO4)
• Pada temperatur tinggi semua senyawa hidrokarbon jenuh
(alkana) dapat bereaksi dengan oksigen (reaksi pembakaran).
• Jika jumlah oksigen cukup berlebihan, maka reaksi pembakaran
dapat berlangsung sempurna dengan hasil pembakaran berupa
H2O dan CO2.
panas
CnH(2n+2) + O2 (excess)  n CO2 + (n+1) H2O
Contoh:
panas
CH3CH2CH3 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O
 Cracking adalah reaksi pemecahan senyawa alkana besar
hingga dihasilkan senyawa yang lebih kecil.
 Proses cracking biasanya dilangsungkan pada kondisi yang
memungkinkan dihasilkan sebanyak mungkin gasoline.
 Dalam proses hydrocracking, hidrogen ditambahkan untuk
menghasilkan hidrokarbon jenuh.
 Cracking tanpa hidrogen akan menghasilkan campuran
alkana dan alkena.
 Alkana dapat bereaksi dengan halogen (F2, Cl2, Br2, I2)
menghasilkan alkil halida.
 Urutan reaktifitas: F2 > Cl2 > Br2 > I2
 Reaksi dengan I2 berlangsung sangat lambat.
 Reaksi alkana dengan Cl2 dan Br2 berlangsung tidak seberapa
cepat sehingga mudah dikendalikan.
 Reaksi alkana dengan F2 berlangsung sangat cepat sehingga
sulit dikendalikan.
A. MEKANISME REAKSI
1. Inisiasi
Pemecahan homolisis terhadap molekul klorin menjadi 2 atom
klorin, yang disebabkan oleh radiasi biru (diberi simbol h).
Atom klorin memiliki satu elektron yang tidak berpasangan,
dan berlaku sebagai suatu radikal bebas.
Mengapa sinar biru dapat memecah Cl2?
• Untuk memecah molekul klorin (Cl2) menjadi 2 atom klorin
(Cl) diperlukan energi sebesar 242 kJ/mol
• Energi dari satu photon sinar dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
E = hv = 250 kJ per mol photon
dengan
h = konstanta Planck
v = frekuensi
2. Propagasi berantai (2 tahap)
Ketika radikal klorin bertumbukan dengan molekul
metana, maka satu atom hidrogen ditarik dari metana,
sehingga dihasilkan HCl dan radikal metil.
Radikal metil bereaksi dengan molekul klorin membentuk
klorometana dan radikal klorin yang baru.
Radikal klorin ini akan kembali bertumbukan dan bereaksi
dengan moleuk metana, membentuk HCl dan radikal metil.
Dan seterusnya akan terjadi reaksi berantai
3. Terminasi
Rekombinasi 2 radikal bebas:
Reaksi secara keseluruhan
CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl
• Untuk memaksimalkan jumlah produk monohalogen, reaksi
substitusi radikal harus dijalankan dengan alkana yang berlebihan.
• Kelebihan alkana dalam sistem reaksi akan meningkatkan
probabilitas tumbukan antara radikal halogen dengan alkana
daripada dengan alkil halida.
• Untuk metana dan etana, semua atom hidrogen adalah ekivalen
dan memiliki kesempatan yang sama untuk diganti/disubstitusi
dengan halogen.
• Untuk propana dan alkana yang lebih besar, hidrogen yang
merupakan bagian dari gugus CH2 (atau CH) adalah hidrogen yang
lebih mudah disubstitusi.
• Reaktivitas halogen bervariasi dengan kecepatan reaksi relatif
masing-masing: fluorin (108) > klorin (1) > bromin (7×10−11) > iodin
(2×10−22).
B. KLORINASI
Faktor-faktor yang menentukan distribusi produk
Klorinasi terhadap butana akan menghasilkan 2 alkil halida:
1. Substitusi satu hidrogen yang terikat pada karbon di ujung akan
menghasilkan 1-klorobutana,
2. Substitusi satu hidrogen yang terikat pada karbon di tengah akan
menghasilkan 2-klorobutana.
Cl
‫׀‬
CH3CH2CH2CH3 + Cl2  CH3CH2CH2CH2Cl + CH3CH2CHCH3 + HCl
butana
1-klorobutana
Diharapkan = 60%
Percob = 29%
2-klorobutana
Diharapkan = 40%
Percob = 71%
• Distribusi produk yang diharapkan adalah 60% 1-klorobutana
dan 40% 2-klorobutana karena 6 dari 10 hidrogen dari butana
dapat disubstitusi membentuk 1-klorobutana, sementara hanya
4 hidrogen yang dapat disubstitusi untuk membentuk 2klorobutana.
• Hasil percobaan di lab: 29% 1-klorobutanae dan 71% 2klorobutana.
• Dapat disimpulkan bahwa lebih mudah untuk mengganti
hidrogen dari karbon sekunder daripada dari karbon primer.
• Radikal alkil memiliki stabilitas yang berbeda-beda.
• Semakin stabil suatu radikal, maka radikal tersebut semakin
mudah terbentuk.
• Lebih mudah untuk mengambil hidrogen dari karbon sekunder
untuk membentuk radikal sekunder daripada mengambil
hidrogen dari karbon primer untuk membentuk radikal primer.
R
‫׀‬
Paling
R – C 
stabil
‫׀‬
R
Radikal
tersier
R
‫׀‬
R – C 
‫׀‬
H
Radikal
sekunder
H
‫׀‬
R – C 
‫׀‬
H
Radikal
primer
H
Paling
‫׀‬
tidak
H – C
stabil
‫׀‬
H
Radikal
metil
Ketika radikal klorin bereaksi dengan butana, radikal tersebut
dapat mengambil atom hidrogen dari atom karbon dalam,
sehingga dihasilkan radikal alkil sekunder.
Radikal klorin juga dapat mengambil atom hidrogen dari karbon
terluar, sehingga akan terbentuk radikal alkil primer.
Karena lebih mudah untuk membentuk radikal alkil sekunder yang
lebih stabil, maka 2-klorobutana lebih cepat terbentuk daripada 1klorobutana.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada temperatur kamar:
• radikal klorin 5 kali lebih mudah mengambil atom hidrogen dari
karbon tersier daripada atom hidrogen dari karbon primer.
• radikal klorin 3,8 kali lebih mudah mengambil atom hidrogen
dari karbon sekunder daripada atom hidrogen dari karbon
primer.
Kecepatan relatif pembentukan radikal alkil oleh radikal klorin
pada temperatur kamar:
Untuk menentukan jumlah relatif dari masing-masing produk yang
diperoleh pada klorinasi radikal terhadap senyawa alkana, maka
kita harus memperhitungkan
• probabilitas (jumlah hidrogen yang dapat diambil)
• Reaktifitas (kecepatan reaksi relatif)
Contoh perhitungan hasil klorinasi radikal terhadap n-butana:
Jumlah = 21
H H H H
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
H– C – C – C – C – H
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
H H H H
H H H H
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
H– C – C – C – C – H
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
H H H H
Jumlah atom H pada C primer = 6
Reaktivitas relatif = 1,0
Jumlah relatif radikal primer =
6  1,0 = 6,0
Jumlah atom H pada C sekunder= 4
Reaktivitas relatif = 3,8
Jumlah relatif radikal sekunder =
4  3,8 = 15,2
Jumlah relatif semua radikal
= 6,0 + 15,2 = 21,2
% relatif 1-klorobutana (berasal dari radikal primer):
6 ,0

 100%  28 ,3%
21,2
% relatif 2-klorobutana (berasal dari radikal sekunder)
15,2

 100%  71,7%
21,2
C. BROMINASI
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada temperatur 125C:
• radikal bromin 1600 kali lebih mudah menarik atom hidrogen
dari karbon tersier daripada atom hidrogen dari karbon primer.
• radikal bromin 82 kali lebih mudah menarik atom hidrogen dari
karbon sekunder daripada atom hidrogen dari karbon primer.
Kecepatan relatif pembentukan radikal alkil oleh radikal klorin
pada temperatur 125C:
Contoh perhitungan hasil klorinasi radikal terhadap n-butana:
Jumlah relatif 1-bromobutana = 6  1,0 =
6,0
Jumlah relatif 2-bromobutana = 4  82,0 = 328,0
Jumlah total = 334,0
% yield 1-bromoalkana =
6 ,0
 100%  1,8%  2%
334 ,0
328 ,0
 100%  98 ,2%  98%
% yield 1-bromoalkana =
334 ,0
Jumlah relatif 1-bromo-2,2,5-trimetilheksana = 9  1,0
=
9,0
Jumlah relatif 1-bromo-2,5,5-trimetilheksana = 6  1,0
=
6,0
Jumlah relatif 3-bromo-2,2,5-trimetilheksana = 2  82,0
= 164,0
Jumlah relatif 3-bromo-2,5,5-trimetilheksana = 2  82,0
= 164,0
Jumlah relatif 2-bromo-2,5,5-trimetilheksana = 1  1600,0 = 1600,0
Jumlah total = 334,0
1600
 100%  82%
% yield 2-bromo-2,5,5-trimetilheksana =
1943
1. Tulis mekanisme pembentuk karbon tetraklorida, CCl4, sebagai
hasil dari reaksi antara metana dengan Cl2 dengan bantuan sinar.
2. Berapa macam dan jumlah relatif alkil halida yang dapat diperoleh
dari monoklorinasi terhadap:
a.
d.
b.
e.
c.
f.