ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

 a. Orbital hibrida dari hidrogen dan oksigen

 Orbital Hibrida Nitrogen

       Secara elektronika nitrogen sama dengan karbon, dan orbital atom dari nitrogen berhibridisasi menurut cara yang sangat bersamaan dengan karbon. Amonia (NH3) mengandung atom nitrogen sp3 yang terikat pada 3 atom hidrogen. Seperti halnya karbon, nitrogen juga dapat berhibridisasi sp2 dan sp. Perbedaan penting antara nitrogen dan karbon adalah satu orbital dari nitrogen terisi penuh sepasang elektron bebas. Orbital Hibrida Oksigen

       Oksigen berhibridisasi menurut cara yang sama dengan karbon dan nitrogen. Dua dari empat orbital hibrida sp3 dari oksigen sudah terisi sepasang elektron. Alkohol dan eter yang analog dengan air, mengandung atom oksigen terhibridisasi sp3 dan mempunyai 2 pasang elektron valensi menyendiri

b. Ikatan rangkap terkonjugasi
       Sistem konjugasi terjadi dalam senyawa organik yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan memengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi elektron. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan sistem konjugasi ini. Contohnya, fenol (C₆H₅OH memiliki sistem 6 elektron di atas dan di bawah cincin planarnya sekaligus di sekitar gugus hidroksil.
Sistem konjugasi secara umumnya akan menyebabkan delokalisasi elektron di sepanjang orbital p yang paralel satu dengan sama lainnya. Hal ini akan meningkatkan stabilitas dan menurunkan energi molekul secara keseluruhan^.

Latar belakang

 

Konjugasi dapat terjadi dengan keberadaan gugus pendonor orbital p yang berbeda. Furan dianggap memiliki sistem konjugasi oleh karenanya.

      
       Selain ikatan tunggal dan ganda yang bergantian, sistem konjugasi dapat juga terbentuk oleh keberadaan atom yang memiliki orbital-p secara paralel. Sebagai contohnya, furan adalah cincin beranggota lima dengan dua ikatan ganda yang bergantian dan satu atom oksigen pada posisi 1. Oksigen memiliki satu pasangan menyendiri elektron yang terisi pada orbital p, sehingga berkonjugasi dengan orbital p karbon dan membentuk konjugasi cincin beranggota lima. Keberadaan nitrogen pada cincin ataupun gugus α pada cincin seperti gugus karbonil, gugus imina, gugus vinil, dan anion pula dapat menjadi sumber orbital p yang akan membentuk konjugasi.
       Sistem konjugasi memiliki sifat-sifat khas yang menyebabkan molekul tersebut memiliki warna. Banyak pigmen memiliki sistem elektron berkonjugasi. Contohnya adalah beta karoten yang memiliki rantai hidrokarbon berkonjugasi, mengakibatkan warna molekul ini berwarna oranye cerah. Ketika satu elektron dalam sistem tersebut menyerap foton pada panjang gelombang yang tepat, ia dapat dipromosikan ke aras energi yang lebih tinggi. Kebanyakan transisi elektron ini terjadi pada elektron orbital p ke orbital anti-ikat p (π ke π^*), tetapi elektron non-ikatan juga dapat dipromosikan (n ke π^*). Sistem konjugasi dengan ikatan ganda berkonjugasi yang kurang dari delapan hanya dapat menyerap gelombang di sekitar daaerah ultraviolt, sehingga ia akan tampak tak berwarna. Dengan penambahan ikatan ganda, sistem tersebut akan menyerap foton dari gelombang yang lebih panjang, sehingga warna senyawa akan tampak kuning sampai dengan merah. Senyawa yang berwarna biru ataupun hijau umumnya tidak hanya bergantung pada sistem konjugasi untuk menampilkan warna tersebut.
       Penyerapan cahaya pada spektrum ultraviolet dan cahaya tampak dapat dikuantifikasi menggunakan spektroskopi sinar tampak dan sinar ultraviolet. Ini merupakan dasar dari keseluruhan bidang fotokimia.

Struktur kimia beta karoten. Sebelas ikatan ganda yang berkonjugasi ditampakkand dengan warna merah.

Konformasi siklooktatetraena. Ikatan ganda yang bersebelahan tidaklah planar, sehingga tidak ada konjugasi yang cukup kuat di antara mereka.

       Konjugasi pada struktur siklik menyebabkan aromatisitas senyawa tersebut.
Adalah penting untuk diperhatikan bahwa kepemilikan ikatan ganda yang berselingan bukanlah satu-satunya kondisi yang diperlukan agar sistem konjugasi dapat cukup kuat terbentuk. Beberapa hidrokarbon siklik seperti siklooktatetraena memiliki ikatan ganda dan tunggal yang berselang-seling, namun karena molekul tersebut tidak memiliki orbital p yang paralel satu sama lainnya, elektron tidak dapat berdelokalisasi dengan mudah. Senyawa tersebut masih dapat dianggap berkonjugasi, namun ia tidaklah termasuk antiaromatik ataupun aromatik. Siklooktatetraena tidak dianggap sebagai antiaromatik karena ia tidaklah planar.

c. Benzena dan resonansi 

       Benzena termasuk senyawa karbosiklik, yaitu senyawa karbon yang mempunyai rantai karbon tertutup. Di antara senyawa karboksiklik, benzena mempunyai struktur dan aroma khas sehingga sering disebut senyawa aromatik. Benzena dapat diperoleh dari penyulingan bertingkat batu bara atau dari minyak bumi. Berdasarkan perbandingan massa atom-atom penyusunnya serta massa molekul relatifnya, benzena mempunyai rumus molekul C6H6.
Sejak benzena ditemukan oleh Michael Faraday, selanjutnya bermunculan teori tentang struktur molekul benzena tersebut. Pada tahun 1865, August Kekule mengemukakan pendapatnya tentang struktur benzena dan masih berlaku sampai sekarang. Menurut Kekule, senyawa benzena berbentuk siklik (rantai tertutup) dan segi enam beraturan (heksagonal) dengan sudut antar atom karbon 120°. Setiap atom C mengikat satu atom C yang lain, sehingga terdapat tiga buah ikatan rangkap dua yang berselang-seling dengan ikatan tunggal. Ikatan rangkap dan ikatan tunggal yang berselang-seling pada benzena itu disebut ikatan rangkap terkonjugasi sebagaimana gambar berikut ini.

Gambar. Struktur Ikatan Rangkap Terkonjugasi pada Benzena

Struktur tersebut dapat digambarkan berupa cincin segi enam tanpa digambarkan atom C dan atom H-nya. Setiap sudut dari segi enam disepakati merupakan atom C sebagai berikut.

Gambar. Struktur Ikatan Rangkap Terkonjugasi pada Benzena tanpa Atom C

Tanda panah dua arah menunjukkan struktur tersebut adalah struktur resonansi. Resonansi merupakan perubahan posisi elektron pada atom-atom dalam suatu senyawa. Kumpulan elektron pada ikatan rangkap akan berpindah ke ikatan tunggal sehingga ikatan tunggal menjadi ikatan rangkap. Hal ini berlangsung terus-menerus secara dinamis sehingga menyulitkan terjadinya reaksi adisi. Adanya struktur yang dinamis dengan letak ikatan rangkap yang setiap saat terus-menerus berpindah pada molekul benzena membuat struktur resonansi dapat digambarkan dalam bentuk segi enam dengan resonansi elektron diwakili oleh bulatan di tengah cincin.

Gambar Struktur Resonansi Benzena

Setiap atom C pada cincin benzena memiliki sifat dan fungsi yang sama. Hal ini dapat disimpulkan berdasarkan panjang ikatan antaratom C. Semua ikatan antaratom C dalam cincin benzena panjangnya sama, yaitu 140 pikometer (140 pm). Ikatan ini lebih pendek daripada ikatan tunggal C-C (154 pm) dan lebih panjang daripada ikatan rangkap dua C=C (133 pm). Semua ikatan antaratom C memiliki panjang yang sama, sehingga karakter dan fungsi setiap atom C dari benzena tersebut juga sama.

Tata Nama Benzena dan Turunannya

        Semua senyawa yang mengandung cincin benzena digolongkan sebagai senyawa turunan benzena. Penataan nama senyawa turunan benzena sama seperti pada senyawa alifatik, ada tata nama umum (trivial) dan tata nama menurut IUPAC yang didasarkan pada sistem penomoran. Dengan tata nama IUPAC, atom karbon dalam cincin yang mengikat substituen diberi nomor terkecil. Untuk memudahkan penamaan senyawa benzena, maka senyawa ini dibagi menjadi tiga kelas yaitu seperti berikut.

 1. Benzena Monosubstitusi

Benzena monosubstitusi merupakan benzena di mana satu atom H disubstitusi dengan substituen. Tata nama benzena monosubstitusi menurut sistem IUPAC adalah seperti berikut.

Nama Substituen + benzena
 

contoh:

Sejumlah benzena monosubstitusi mempunyai nama trivial. Perhatikan tata nama menurut IUPAC dan nama trivial dari senyawa benzena monosubstitusi berikut.

   2. Benzena Disubstitusi

Pada benzena ini terdapat dua substituen, sehingga untuk struktur senyawanya digunakan awalan orto (o), meta (m), dan para (p). Jika substituen berada pada posisi 1 dan 2 maka diberi awalan orto atau o. Adapun jika substituen berada pada posisi 1 dan 3 maka diberi awalan meta atau m. Dan jika substituen berada pada posisi 1 dan 4 maka diberi awalan para atau p.
Contoh:

Substituen-substituen pada contoh di atas adalah sama. Bagaimana jika subtituennya berbeda? Jika dua substituennya berbeda, maka salah satu dianggap sebagai senyawa utama dan gugus yang lain dianggap sebagai gugus terikat dengan urutan prioritas seperti berikut.
–COOH, –SO₃, –CH₃, –CN, –OH, –NH₂, –R, –NO₂, –X
Contoh:

 3. Benzena Substitusi Lebih dari Dua

       Jika terdapat tiga substituen atau lebih pada sebuah cincin benzena, sistem o–, m–, p– tidak dapat lagi diterapkan. Dalam hal ini harus digunakan angka. Seperti dalam penomoran senyawa apa saja, cincin benzena dinomori sedemikian sehingga nomor-nomor awalan itu serendah mungkin dan nomor 1 diberikan pada gugus yang berprioritas tata nama tertinggi.
Contoh: