Penentuan struktur senyawa organik

Transkripsi

1 Penentuan struktur senyawa organik Tujuan Umum: memahami metoda penentuan struktur senyawa organik moderen, yaitu dengan metoda spektroskopi Tujuan Umum: mampu membaca dan menginterpretasikan data spektrum UV, IR, NMR dan massa untuk molekulmolekul sederhana Spektroskopi Senyawa Organik Spektroskopi = studi interaksi molekul radiasi elektromagnetik bersifat gelombang atau partikel (= photon) memiliki kecepatan cahaya Energi sebanding dengan frekuensi Sinar-X Ultraviolet ST Inframerah Gel. Mikro Gel. Radio Sinar tampak 400 nm 750 nm panjang gelombang frekuensi energi E = h x ν E = h x c/λ 1

2 Penentuan struktur senyawa organik Molekul merupakan.. kumpulan atom-atom dalam susunan tertentu (ruang 3-D) yang terikat antar atom yang satu dengan lainnya dengan ikatan kimia bagaimana cara penentuannya? Spektros. IR: C-H, =C-H, C-H, N-H, O-H, C C, C=C, C=O Spektros. UV: ikatan rangkap terkonjugasi Spektros. NMR: inti 1 H dan 13 C + lingkungan kimianya Kristalografi sinar-x kristal tunggal Putaran optik, spektros. CD dan ORD Analisis unsur: C, H dan O (atau N dan atom lainnya) Spekros. massa: berat molekul Kristalografi sinar-x kristal tunggal Spektroskopi Senyawa Organik: informasi struktural apa? bagian molekul yang mengandung ikatan rangkap terkonjugasi unit-unit struktur penyerapan sinar oleh elektron-phi dalam ikatan sinar diserap untuk meresonansi energi magnetik inti atom Sinar-X Ultraviolet Inframerah Gel. Mikro ST Gel. Radio sinar dipantulkan susunan atom-atom dalam molekul sinar diserap untuk menggetarkan ikatan gugus fungsi 2

3 UV H 3 CO O IR H 3 CO Kristalografi Sinar-X O OCH 3 13 C NMR Spektroskopi Ultraviolet dan Sinar tampak Tujuan Umum: Mengerti fenomena transisi elektronik Memahami hubungan transisi elektronik dengan struktur molekul Tujuan Khusus: Mampu membaca spektrum UV Sinar tampak Mampu menterjemahkan spektrum UV Sinar Tampak ke dalam unit struktur molekul Mengerti kelebihan dan kelemahan spektrum UV Sinar tampak kaitannya dengan penentuan struktur senyawa organik Memahami penerapan dari spektroskopi ini pada aspek kehidupan sehari-hari 3

4 Spektroskopi Ultraviolet dan Sinar tampak (UV-Vis) Mempelajari interaksi energi sinar UV-Tampak dengan materi pada daerah panjang gelombang nm Prinsip Umum: Energi pada daerah panjang gelombang tersebut bersesuaian dengan energi elektron yang ada pada ikatan Energi yang diserap oleh molekul digunakan untuk melakukan perubahan pada elektron dari keadaan berikatan menjadi tidak berikatan (= transisi (eksitasi) elektronik: bonding non-bonding) penyerapan < 200 nm penyerapan 200 nm Efek penyerapan sinar UV-Tampak adalah pembentukan radikal bebas akibat pemutusan ikatan-σ atau ikatan-π Spektroskopi UV-Vis: transisi elektronik Energi transisi σ σ * > π π * > n π * σ, π, dan n = energi dasar elektron pada ikatan σ, π, dan pasangan e bebas σ *, π * = energi elektron tereksitasi 4

5 Spektroskopi UV - Sinar Tampak Spektroskopi UV - Sinar Tampak berasal dari hasil interaksi gelombang elektronegatif dengan transisi elektronik ikatan dalam molekul Sinar O ε O λ maks. Makna dari Spektrum UV - Sinar Tampak ε Tiga parameter dalam menyatkan spektrum UV - Sinar Tampak: 1. Pelarut 2. Panjang gelombang maksimum (λ maks., nm) 3. Absorpsitas Molar (ε, dalam bentuk log ε, l.mol -1.cm -1 ) λ maks. Log (I o /I) = ε c l atau A = ε c l 5

6 Makna dari Spektrum UV - Sinar Tampak Tingkat kebolehjadian ε λ maks. Jenis Transisi Elektronik Ikatan Jenis kromofor (struktur molekul) Teori Transisi Elektronik Ikatan Energi transisi σ σ * > π π * > n π * σ, π, dan n = energi dasar elektron pada ikatan σ, π, dan pasangan e bebas σ *, π * = energi elektron tereksitasi 6

7 Istilah-istilah Kromofor: bagian molekul yang menghasilkan serapan Auksokrom: perpanjangan konjugasi karena adanya gugus fungsi yang terikat ke kromofor (-OR, -NR, -C=O, dsb) Pergeseran batokromik: pergeseran serapan ke panjang gelombang yang lebih besar akibat penambahan pereaksi kimia Pergeseran hipsokromik: pergeseran serapan ke panjang gelombang yang lebih pendek akibat penambahan pereaksi kimia Gejala hiperkromik: peningkatan intensitas serapan (biasanya karena adanya perpanjangan konjugasi) Gejala hipokromik: penurunan intensitas serapan (biasanya karena memendeknya konjugasi) Istilah-istilah hipsokromik batokromik hiperkromik 7

8 Istilah-istilah kromofor auksokrom efek batokromik + NaOH 254 nm (ε 250) hiperkromik HO 270 nm (ε 1450) hiperkromik -O 287 nm (ε 2600) Spektroskopi UV-Vis Perbedaan intensitas (absorbansi) transisi π π * dan n π * π π* O A b s o r b a n c e H 3 C CH 3 n π* O H 3 C CH 2 λ maks. (nm) panjang gelombang (nm) 8

9 Spektroskopi UV-Vis: transisi elektronik Pengukuran sampel dalam larutan, menggunakan pelarut: metanol, etanol, CHCl 3, dan n-heksana Pengukuran tidak boleh menggunakan pelarut benzena atau toluena Contoh: Bagian molekul yang menyebabkan adanya serapan UV-Vis = kromofor Sinar O ε O λ Spektroskopi UV-Vis: kromofor Semakin panjang ikatan rangkap terkonjugasi = semakin panjang panjang gelombang yang diserap 9

10 Spektroskopi UV-Vis: kromofor Semakin panjang ikatan rangkap terkonjugasi = semakin panjang panjang gelombang yang diserap ε CH 2 H 2 C CH 3 H 2 C CH CH 2 H C 2 H 2 C 2 CH 2 H 2 C λ (nm) Spektroskopi UV-Vis: parameter spektrum ε Tiga parameter dalam menyatkan spektrum UV - Sinar Tampak: 1. Pelarut 2. Panjang gelombang maksimum (λ maks., nm) 3. Absorpsitas Molar (ε, dalam bentuk log ε, l.mol - 1.cm -1 ) λ maks. Log (I o /I) = ε c l atau A = ε c l 10

11 Spektroskopi UV-Vis: kurkumin O H O CH 3 O OCH 3 OH OH + NaOH Spektroskopi UV-Vis: poliaromatik 11

12 Spektroskopi UV-Vis: beberapa contoh Spektroskopi Inframerah Tujuan Umum: Mengerti fenomena transisi vibrasi Memahami hubungan transisi vibrasi dengan ikatan kimia Tujuan Khusus: Mampu membaca spektrum inframerah (IR) Mampu menterjemahkan spektrum IR sesuai dengan jenis gugus fungsi Mengerti kelebihan dan kelemahan spektrum IR kaitannya dengan penentuan struktur senyawa organik Memahami penerapan dari spektroskopi ini pada aspek kehidupan sehari-hari 12

13 Spektroskopi Inframerah (IR) Mempelajari interaksi energi sinar IR dengan materi pada daerah panjang gelombang 0, ,02 cm (gelombang mikro) Prinsip Umum: Energi pada daerah panjang gelombang tersebut bersesuaian dengan energi vibrasi (getaran) ikatan Energi yang diserap oleh molekul digunakan untuk melakukan getaran (sifat fisik = panas) Contoh: spektrum IR n-heksana Energi semakin besar Dasar Pengukuran Energi infra red tidak mampu mentransisikan elektron melainkan hanya menyebabkan molekul ber-vibrasi pada tingkat vibrasi tertentu. mendeteksi gugus fungsional, mengidentifikasi senyawa & menganalisis campuran. 13

14 Jenis Vibrasi Inti inti atom terikat oleh ikatan kovalen mengalami getaran (vibrasi/osilasi) : 1. Vibrasi regangan (stretching vibration) vibrasi yang menyebabkan perubahan terus menerus pada jarak ikatan. Ada 2 jenis vibrasi regangan : Vibrasi regangan simetris (symmetrical stretching) Vibrasi regangan asimetris (asymmetrical stretching) Vibrasi Regangan symmetrical stretching asymmetrical stretching 14

15 Jenis Vibrasi 2. Vibrasi tekuk (bending vibration) vibrasi yang menyebabkan perubahan sudut ikatan. Ada 4 jenis vibrasi tekuk : Rocking Scissoring Twisting Wagging Vibrasi Tekuk Rocking Scissoring 15

16 Vibrasi Tekuk Twisting Wagging Spektroskopi Inframerah (IR): prinsip dasar m 1 m 2 f υ = k f µ m 1 m 2 (m 1 + m 2 ) ν = 1/λ (bilangan gelombang, cm -1 ) m = massa atom (g) f = konstanta gaya ikatan (dyne.cm -1 ): ikatan tunggal: ikatan rangkap dua: ikatan rangkap tiga: k = 1/2πc 16

17 Spektroskopi Inframerah (IR): perkiraan teori Gugus µ Gaya Bilangan fungsi (amu) ikatan gelombang C-H N -H O-H C-C C=C C=O C C C N Perubahan massa atom-atom yang ada dalam ikatan bukan saja mempengaruhi massa tereduksinya (µ), tetapi juga gaya ikatan. Gaya ikatan juga tergantung kepada jenis ikatan (tunggal < rangkap dua ) Spektroskopi Inframerah (IR): daerah gugus fungsi O-H N-H C-H alkuna =C-H alkena dan aromatik C-H alifatik C C C N C=O C=C, C=N, NH, nitro CH 2 dan CH 3 C-O, S=O, P=O, C-F =C-H Vinil Vilniliden aromatik N-H Amin Amid C-Cl C-Br cm Posisi pita serapan tergantung kepada nilai µ: semakin ringan atom-atom frekuensi semakin tinggi kekuatan ikatan: ikatan yang kuat frekuensi semakin tinggi Intensitas pita serapan tergantung kepada perubahan momen dipol ikatan semakin polar intensitas semakin kuat Lebar pita serapan tergantung kepada adanya ikatan hidrogen antar molekul banyak ikatan hidrogen pita serapan semakin melebar 17

18 Spektroskopi IR: heksana getaran tekuk getaran ulur Spektroskopi IR: heksana (getaran gugus metil) ulur simetris tekuk ulur tidak simetris getaran payung 18

19 Spektroskopi IR: heksana (getaran gugus metilen) Spektroskopi IR: heksana (getaran sidik jari ) 19

20 Spektroskopi IR: heksana (getaran ulur CH 3 dan CH 2 ) Perhatikan: Hanya getaran CH 2 yang muncul pada sikloheksana ulur CH 3 tidak simetrisulur CH 2 tidak simetris ulur CH 3 simetris ulur CH 2 simetris Spektroskopi IR: 1-heksena 20

21 Spektroskopi IR: 1-heksena Spektroskopi IR: 1-heksena dan trans-2-heksena 21

22 Spektroskopi IR: 1-heksena dan 2-metil-2-butena Spektroskopi IR: toluena 22

23 Spektroskopi IR: toluena Spektroskopi IR: toluena dan o-silena 23

24 Spektroskopi IR: toluena dan m-silena Spektroskopi IR: toluena dan p-silena 24

25 Spektroskopi IR: 1-heptuna Spektroskopi IR: 1-heptuna 25

26 Spektroskopi IR: 1-heptuna Spektroskopi IR: 1-heptilsianida 26

27 Spektroskopi IR: 1-heptilsianida Spektroskopi IR: 1-heksanol 27

28 Spektroskopi IR: 1-heksanol Spektroskopi IR: 1-heksanol 28

29 Spektroskopi IR: heksilamina Spektroskopi IR: heksilamina 29

30 Spektroskopi IR: heksilamina dan dibutilamina Spektroskopi IR: heksilamina dan tributilamina 30

31 Spektroskopi IR: heptaldehida Spektroskopi IR: heptaldehida 31

32 Spektroskopi IR: heptaldehida dan heksana Spektroskopi IR: 3-heptanon 32

33 Spektroskopi IR: 3-heptanon Spektroskopi IR: 3-heptanon dan heptaldehida 33

34 Spektroskopi IR: asam heptanoat Spektroskopi IR: asam heptanoat 34

35 Spektroskopi IR: asam heptanoat dan heptaldehida Spektroskopi IR: etil asetat 35

36 Spektroskopi IR: etil asetat Spektroskopi IR: etil asetat dan asam heptanoat 36