LAPORAN KIMIA KOMPUTASI

PERCOBAAN VII dan VIII

STABILITAS KARBOKATION DAN HIPERKONJUGASI SERTA STABILITAS DAN

STRUKTUR BENZYL DAN ALIL KARBOKATION

DISUSUN OLEH:

NAMA : SYAEFUL BAHRI

NIM : 12/331452/PA/14706

FAK/JURUSAN : MIPA/KIMIA

HARI/TANGGAL : JUMAT, 8 Mei 2015

LABORATORIUM KIMIA KOMPUTASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015

STABILITAS KARBOKATION DAN HIPERKONJUGASI SERTA STABILITAS DAN

STRUKTUR BENZYL DAN ALIL KARBOKATION

1. Tujuan

Menyelidiki stabilitas beberapa karbokation dan pengaruh hiperkonjugasi terhadap panjang

ikatan dan kerapatan muatan menggunakan perhitungan semiempiris, serta untuk menyelidiki

stabilitas kabokation benzil dan alil menggunakan semiempiris AM1

2. Pendahuluan

Untuk memahami mengapa aturan Markovnikov bekerja, kita perlu belajar lebih banyak tentang

struktur dan stabilitas karbokation dan tentang sifat umum reaksi dan negara-negara transisi. Titik

pertama yang mengeksplorasi melibatkan struktur. Banyak bukti eksperimental telah menunjukkan

bahwa karbokation yang planar. Karbon trivalen adalah hibridisasi sp2, dan tiga substituen

berorientasi menuju sudut-sudut segitiga sama sisi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.9. Karena

hanya ada enam valensi elektron pada karbon dan semua enam digunakan dalam tiga s obligasi, p

orbital memperluas atas dan di bawah bidang adalah unoccupied.

Poin kedua untuk mengeksplorasi melibatkan stabilitas karbokation. 2-methylpropene

mungkin bereaksi dengan H1 untuk membentuk karbokation memiliki tiga substituen alkil (ion tersier,

3 ), atau mungkin bereaksi membentuk karbokation memiliki satu alkil substituen (ion utama, 1 ).

Karena alkil klorida tersier, 2-kloro-2-metilpropana, adalah satu-satunya produk yang diamati,

pembentukan kation tersier jelas disukai lebih pembentukan kation utama. Pengukuran

termodinamika menunjukkan bahwa, memang, stabilitas karbokation meningkat dengan

meningkatnya substitusi sehingga urutan stabilitas tersier > sekunder > primer > metil.

(McMurry, 2012)

Distribusi muatan dalam molekul lebih stabil daripada muatan yang lebih lokal. Telah ditentukan

secara eksperimental bahwa ikatan ganda satu kelompok vinil yang berdekatan menyediakan sekitar

sebanyak stabilisasi dua gugus alkil. Dengan demikian, kation alil dan 2 isopropil kation yang stabilitas

sebanding.

Klasifikasi kation allylic sebagai 1 , 2 , dan 3 ditentukan oleh lokasi dari muatan positif dalam

struktur kontribusi lebih penting. berikut ini adalah contoh 2 dan 3 karbokation allylic.

Karbokation benzilik menunjukkan sekitar stabilitas sama karbokation allylic. Keduanya distabilkan

oleh delokalisasi resonansi muatan positif karena berdekatan ikatan phi. Hal ini dapat ditulis sebagai

C6H5-CH2+.

(Brown, 2012)

3. Pembahasan

Karbokation Panjang Ikatan C-C Panjang Ikatan Csp3-H

Sudut Terhadap Csp2

Panas Pembentukan

t-butil

C2-C1 = 1.45539 C1-H = 1.12365

CCC = 119.994 174.6194912 C2-C3 = 1.4554 C1-H = 1.13401

C2-C4 = 1.45539 C1-H = 1.12365

sek-butil

C1-C2 = 1.43802 C1-H = 1.12075 CCC = 123.279

183.7927229 C2-C3 = 1.44329 C1-H = 1.13476 CCH = 118.304

C3-C4 = 1.50802 C1-H = 1.13535

n-butil

C1-C2 = 1.42305 C2-H = 1.13026 CCH = 113.029

202.9641829 C2-C3 = 1.57082 C2-H = 1.13026 HCH = 117.117

C3-C4 = 1.50328

t-butil sek-butil n-butil

0.169 0.211 0.191

0.169 0.21 0.101

0.201 0.159

0.261

0.211

Panjang Ikatan C-C Muatan atom C

Alil Tegak lurus

C2-C1 = 1.3332 C1 = 0.391

C2-C3 = 1.40218 C2 = 0.395

C3 = 0.003

Alil Planar

C1-C2 = 1.37964 C1 = 0.184

C2-C3 = 1.37964 C2 = -0.295

C3 = 0.184

Karbokation Panas Pembentukan

Alil Planar 226.119408

Alil Tegak lurus 244.694136

Benzil Planar 221.939014

Benzil Tegak Lurus 253.050694

Percobaan ini bertujuan untuk menyelidiki stabilitas beberapa karbokation dan pengaruh

hiperkonjugasi terhadap panjang ikatan dan kerapatan muatan menggunakan perhitungan semi

empiris AM1. Perhitungan semiempiris AM1 ini lebih mudah dan cepat dalam mengelolah data

perhitungan dibandingkan dengan metode ab initio. Metode ini digunakan untuk mencari panjang

ikatan, sudut ikatan, dan energi ikat dari molekul yang dianalisis.

Panjang ikatan C-H yang terlibat hiperkonjugasi akan bernilai lebih besar daripada yang tidak

terlibat konjugasi. Hiperkonjugasi akan memanjangan ikatan C-H yang ditandai perubahan kerapan

elektron pada orbital p. Atom H yang terlibat hiperkonjugasi akan selalu ditarik oleh orbital p kosong.

Akibat dari tarikan ini maka atom H akan lebih menjauh dari atom C dan akan memperpanjang

ikatannya. Muatan pada atom H yang terlibat hiperkonjugasi akan lebih besar daripada yang tidak

mengalami hiperkonjugasi.karena muatan positif pada atom karbon dipindahkan ke atom H yang

terlibat hiperkonjugasi.

Hiperkonjugasi akan meningkatkan order ikatan dari ikatan C-C dan akan berakibat terjadinya

pemendekkan ikatan C-C. Panjang ikatan C-C yang terlibat hiperkonjugasi lebih pendek daripada yang

tidak terlibat hiperkonjugasi. Hal ini dikarenakan hiperkonjugsi yang melibatkan tumpang tindih

antara suatu ikatan dengan orbital p yang kosong yang terdapat pada atom karbon yang bermuatan

positif. Satu ikatan sigma pada gugus alkil selalu sebidang dengan orbital p kosong pada karbokation.

Pasangan elektron pada ikatan sigma ini disebarkan ke orbital p kosong sehingga menstabilkan atom

karbon yang kekurangan elektron.

Sudut terhadap Csp2 pada karbokation t-butil lebih kecil dibandingkan pada karbokation sek-butil

dan n-butil. Karena pada karbokation sek-butil terjadi deviasi sudut ikatan, dima atom C yang terlibat

hiperkonjugasi mengalami tarikkan sehingga sudutnya menjadi lebih besar dari hibridisasi. Sedangkan

untuk atom C yang tidak terlibat hiperkonjugasi tidak mengalami tarikkan dengan antar atom C.

Berdasarkan pada uji panas pembentukkan ketiga karbokation ini, dapat dikatakan bahwa

karbokation t-butil memiliki panas pembentukan yang lebih kecil dibandingkan dengan sek-butil dan

n-butil. Hal ini bekaitan dengan kestabilan karbokation tersebut. Karbokation t-butil lebih stabil

sehingga untuk menangkap nukleofil membentuk suatu senyawa baru tidak memerlukan energi yang

besar. Sedangkan karbokation n-butil sangat tidak stabil, sehingga nukleofil sulit untuk masuk kedalam

karbokation dan membentuk senyawa baru. Oleh sebab itu energi yang diperlukan besar.

Berdasarkan pada nilai panas pembentukannya maka dapat dikatakan bahwa urutan kestabilan

karbotion t-butil lebih besar dari sek-butil lebih besar dari n-butil. Selain itu kestabilan karbokation

juga dipengaruhi oleh seberapa banyak atom karbon yang terlibat dalam hiperkonjugasi. Pada t-butil,

ketiga atom karbon terlibat dalam hiperkonjugasi. Pada sek-butil yang terlibat hiperkonjugasi hanya 2

atom C dan ada satu gugus alkil yang tidak terlibat dalam hiperkonjugasi. Sedangkan pada n-butil

hanya satu gugus alkil yang terlibat dalam hiperkonjugasi. Sehingga pada t-butil pasangan elektron

ketiga gugus alkilnya tumpang tindih dengan orbital p yang kosong pada atom C bermuatan positif.

Dan ini juga yang menstabilkan atom karbon yang bermuatan negatif. Sedangkan pada n-butil hanya

1 gugus alkil yang memberikan pasangan elektronnya untuk disebarkan pada orbital p kosong dan ini

menyebabkan n-butil sangat tidak stabil.

Pada percobaan yang pertama kita bisa lihat bahwa urutan stabilitas alkil karbokation adalah tersier >

sekunder > primer > metil. Untuk daftar ini kita juga harus menambahkan resonansi-menstabilkan alil

dan benzil kation. Sama seperti radikal allylic yang luar biasa stabil karena elektron tidak berpasangan

dapat terdelokalisasi lebih dari satu sistem orbital phi yang extended, sehingga allylic dan karbokation

benzilik yang luar biasa stabil. (Kata berarti benzilik "di samping cincin aromatik.") Di bawah ini kita

bisa lihat gambar yang menunjukkan, kation allylic memiliki dua bentuk resonansi. Dalam salah satu

bentuk ikatan ganda pada "kiri"; dalam bentuk lain itu pada "benar." Sebuah kation benzilik memiliki

lima bentuk resonansi, yang semuanya berkontribusi terhadap hibrida resonansi keseluruhan.

Berdasrkan data yang dihasilkan, panjang ikatan yang paling konsisten adalah ikatan tunggal,

sementara itu panas pembentukan menhasilkan nilai yang lebih kecil pada bentuk palanar, baik untuk

Allil maupun Benzil.

4. Kesimpulan

Berdasarkan panas pembentukan karbokation maka, Urutan kestabilan karbokation : t-butil> sek-butil

> n-butil. Sementara untuk Benzil dan Allil akan lebih stabil pada sturuktur planar.

5. Daftar Pustaka

Brown William H., 2012, Organic Chemistry Sixth Edition,Brooks/ColeCengage Learning, USA

McMurry, J. 2012, Organic Chemistry. 3rd edition, Brooks/Cole Publishing Company, Callifornia

Smith, Janice Gorzynski., 2011, Organic ChemistryThird Edition, The McGraw-Hill Companies, Inc., New

York

6. Lampiran

Sekunder butil

tersier butil

n-butil