STRUKTUR, TATANAMA, AROMATISITAS DAN REAKSI SUBSTITUSI ELEKTROFILIK SENYAWA BENZENA

STRUKTUR, TATANAMA, AROMATISITAS DAN REAKSI SUBSTITUSI

ELEKTROFILIK SENYAWA BENZENA

Senyawa benzena mempunyai rumus molekul C6H6, dan termasuk dalam golongan senyawa hidrokarbon. Bila dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lain yang mengandung 6 buah atom karbon, misalnya heksana (C6H14) dan sikloheksana (C6H12), maka dapat diduga bahwa benzena mempunyai derajat ketidakjenuhan yang tinggi. Dengan dasar dugaan tersebut maka dapat diperkirakan bahwa benzena memiliki ciri-ciri khas seperti yang dimiliki oleh alkena. Perkiraan tersebut ternyata jauh berbeda dengan kenyataannya, karena benzene tidak dapat bereaksi seperti alkena (adisi, oksidasi, dan reduksi). Lebih khusus lagi benzene tidak dapat bereaksi dengan HBr, dan pereaksi-pereaksi lain yang lazimnya dapat bereaksi dengan alkena. Sifat-sifat kimia yang diperlihatkan oleh benzena memberi petunjuk bahwa senyawa tersebut memang tidak segolongan dengan alkena ataupun sikloalkena.

Senyawa benzena dan sejumlah turunannya digolongkan dalam senyawa aromatik, Penggolongan ini dahulu semata-mata dilandasi oleh aroma yang dimiliki sebagian dari senyawa-senyawa tersebut. Perkembangan kimia pada tahap berikutnya menyadarkan para kimiawan bahwa klasifikasi senyawa kimia haruslah berdasarkan struktur dan kereaktifannya, dan bukan atas dasar sifat fisikanya. Saat ini istilah aromatik masih dipertahankan, tetapi mengacu pada fakta bahwa semua senyawa aromatik derajat ketidakjenuhannya tinggi dan stabil bila berhadapan dengan pereaksi yang menyerang ikatan pi (π).

A. Rumus Struktur Benzena

Menurut Kekule (1873), struktur benzena dituliskan sebagai cincin beranggota enam (heksagon) yang mengandung ikatan tunggal dan rangkap berselang-seling.

  

Menurut Kekule peggantian brom pada sembarang atom hidrogenakan menghasilkan senyawa yang sama, karena keenam atom karbon dan hidrogen ekivalen. Kekuleini dapat menjelaskan fakta bahwa jika benzena bereaksi dengan brom menggunakan katalis FeCl3 hanya menghasilkan satu senyawa yang memiliki rumus molekul C6H5Br Menurut model ikatan valensi, benzena dinyatakan sebagai hibrida resonansi dari dua struktur penyumbang yang ekivalen, yang dikenal dengan struktur Kekule. Masing-masing struktur Kekule memberikan sumbangan yang sama terhadap hibrida resonansi, yang berarti bahwa ikatan-ikatan C-C bukan ikatan tunggal dan juga bukan ikatan rangkap, melainkan di antara keduanya.

 

  Dengan pertimbangan kepraktisan, untuk selanjutnya cincin benzena disajikan dalam bentuk segienam beraturan dengan sebuah lingkaran di dalamnya, dengan ketentuan bahwa pada setiap sudut segienam tersebut terikat sebuah atom H.

    

                       

Dalam segienam berlingkaran tersebut setiap garis menggambarkan ikatan-ikatan (sigma) yang menghubungkan atom-atom karbon. Lingkaran dalam segienam menggambarkan awan enam elektron pi yang terdelokalisasi.

B. Senyawa Aromatik Heterosiklik

Menurut Erich Huckel, suatu senyawa yang mengandung cincin beranggota lima atau

enam bersifat aromatik jika:

• semua atom penyusunnya terletak dalam bidang datar (planar)
• setiap atom yang membentuk cincin memiliki satu orbital 2p
•  memliki elektron pi dalam susunan siklik dari orbital-orbital 2p sebanyak 4n+2 (n= 0, 1, 2, 3, …)

Di samping benzena dan turunannya, ada beberapa jenis senyawa lain yang menunjukkan sifat aromatik, yaitu mempunyai ketidakjenuhan tinggi dan tidak menunjukkan reaksi-reaksi seperti alkena. Senyawa benzena termasuk dalam golongan senyawa homosiklik, yaitu senyawa yang memiliki hanya satu jenis atom dalam sistem cincinnya. Terdapat senyawa heterosiklik, yaitu senyawa yang memiliki lebih dari satu jenis atom dalam sistem cincinnya, yaitu cincin yang tersusun dari satu atau lebih atom yang bukan atom karbon. Sebagai contoh, piridina dan pirimidina adalah senyawa aromatik seperti benzena. Dalam piridina satu unit CH dari benzena digantikan oleh atom nitrogen yang terhibridisasi sp2, dan dalam pirimidina dua unit CH digantikan oleh atom-atom nitrogen yang terhibridisasi sp2.

                         

    Senyawa-senyawa heterosiklik beranggota lima seperti furan, tiofena, pirol, dan imidazol juga             termasuk senyawa aromatik.

             

C. Tatanama Benzena

1. Benzena Monosubstitusi

Benzena dengan satu substituen alkil diberi nama sebagai turunan benzena, misalnya etilbenzena. Sistem IUPAC tetap memakai nama umum untuk beberapa benzene monosubstitusi, misalnya toluena, kumena, stirena.

 

Nama-nama umum seperti fenol, anilina, benzaldehida, asam benzoat, anisol juga tetap

digunakan dalam sistem IUPAC.

 

Dalam molekul yang lebih kompleks, cincin benzena sering diberi nama sebagai substituent yang terikat pada rantai utama. Dalam hal ini gugus C6H5- diberi nama gugus fenil (bukan benzil). Nama benzil digunakan untuk gugus C6H5CH2-.

                           

            Dalam molekul yang mengandung gugus fungsi lain, gugus fenil dan gugus benzil sering diberi nama sebagai substituen. Contoh:

                    

2. Benzena Disubstitusi

                     Bila benzena mengikat dua substituen maka terdapat kemungkinan memiliki tiga isomer struktur. Apabila kedua substituen diikat oleh atom-atom karbon 1,2- disebut kedudukannya orto (o) satu sama lain, dan apabila diikat oleh atom-atom karbon 1,3- disebut meta (m), dan 1,4- disebut para (p).

                     Jika salah satu di antara dua substituen yang terikat pada cincin brnzena memberikan nama khusus, seperti misalnya toluena , anilina, maka senyawanya diberi nama sebagai turunan dari nama khusus tersebut. Perlu diingat bahwa substituen yang memberikan nama khusus tersebut dianggap menempati posisi nomor 1. Sistem IUPAC menggunakan nama umum xilena untuk ketiga isomer dimetilbenzena, yaitu o-xilena, m-xilena, dan p-xilena. Apabila kedua substituen tidak memberikan nama khusus, maka masing-masing substituent diberi nomor, dan namanya diurutkan berdasarkan urutan abjad, dan diakhiri dengan kata benzena. Atom karbon yang mengikat substituen yang urutan abjadnya lebih dahulu diberi nomor 1

Contoh-contoh senyawa benzena disubstitusi:

3. Benzena Polisubstitusi

Apabila terdapat tiga atau lebih substituen terikat pada cincin benzena, maka posisi masing-masing substituen ditunjukkan dengan nomor. Jika salah satu substituen memberikan nama khusus, maka diberi nama sebagai turunan dari nama khusus tersebut. Jika semua substituen tidak memberikan nama khusus, posisisnya dinyatakan dengan nomor dan diurutkan sesuai urutan abjad, dan diakhiri dengan kata benzena.

Contoh:

Hidrokarbon aromatik poliinti adalah hidrokarbon aromatik yang memiliki dua atau lebih cincin aromatik. Setiap pasang cincin aromatik mengguanakan bersama dua atom karbon. Contoh: naftalena, antrasena, dan fenantrena.

D. Reaksi-reaksi Benzena

Reaksi-reaksi yang umum terjadi pada benzena dan turunannya adalah reaksi substitusi elektrofilik. Terdapat 4 macam reaksi substitusi elektrofilik terhadap senyawa benzena, yaitu:

1.      Reaksi halogenasi

 

Sebagai elektrofil adalah X+, dihasilkan dari reaksi antara X2 + FeX3. FeX3 (misalnya FeCl3) adalah suatu asam Lewis yang berfungsi sebagai katalis. Katalis asam Lewis lain yang dapat digunakan adalah AlCl3, AlBr3.

Contoh:

 

2. Reaksi nitrasi

                     

Sebagai elektrofil adalah NO2+ (ion nitronium), dihasilkan dari reaksi antara HNO3 dan H2SO4.

 

                

3. Reaksi sulfonasi

Benzena bereaksi lambat dengan H2SO4 pada suhu tinggi menghasilkan asam benzena

sulfonat.

Sebagai elektrofil adalah SO3 yang merupakan elektrofil relatif kuat karena atom S yang kekurangan elektron, atau +SO3H yang dihasilkan dari reaksi: