Setelah mengikuti kuliah pokok bahasan Alkana, mahasiswa memahami dan menjelaskan struktur, sifat

fisis, kegunaan, dan reaksi-reaksi yang dapat terjadipada senyawa alkana.

Atom karbon dalam senyawa alkana memiliki orbital hibrida sp3

Setiap atom karbon dapat membentuk 4 ikatan tunggal denganatom lain (C, H, O, N, S).

Jumlah ikatan yang dapat dibentuk adalah maksimum, sehinggasenyawa yang terbentuk disebut senyawa jenuh.

C2H6

CH4

Alkana adalah senyawa hidrokarbon yang hanya memiliki ikatantunggal.

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 metilenyang dimilikinya.

Jika suatu molekul alkana memiliki n atom C, maka jumlah atom H adalah (2n + 2), sehingga rumus molekul untuk alkana secaraumum adalah CnH2n+2.

Untuk senyawa alkana bercabang, juga mengikuti rumus molekulCnH2n+2.

NOMENKLATUR (IUPAC)

Aturan 1: Rantai utama

• Tentukan rantai kontinyu atom karbon yang terpanjang, dangunakan nama rantai ini sebagai nama dasar senyawa tsb.

• Gugus yang terikat pada rantai utama disebut substituen, karena mengganti (substitute) atom hidrogen pada rantaiutama.

• Jika ada 2 rantai terpanjang dengan panjang yang sama, makagunakan rantai terpanjang yang memiliki jumlah substituenterbanyak 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 terpanjangsebagai 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 namaumum.

• 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 (tert-butyl atau t-butyl) adalah berdasarkan derajat substitusi alkilpada atom karbon.

• Dalam gugus sec-butyl, atom karbon yang terikat pada rantaiutama adalah atom sekunder (2°), atau terikat pada dua atom karbon lain.

• Dalam gugus t-butyl, atom karbon yang terikat pada rantaiutama 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, gunakanawalan di-, tri-, tetra-, dst. untuk menghindari penggunaannama gugus yang sama lebih dari satu kali..

(FRAKSI MINYAK BUMI)

JML C TITIK DIDIH (C) KEGUNAAN

1 – 2 LNG

2 – 4 < 30 • LPG• Pengganti Freon sebagai

propellan dalam tabung “spray”

4 – 9 30 – 180 Gasoline

8 – 16 160 – 230 Kerosene

10 – 18 200 – 320 Diesel

16 – 30 300 – 450 Heavy oil

> 25 > 300 (vakum) Paraffin wax

> 35 Residu asphalt

Mengapa senyawa alkana tidak reaktif?

Alkana = paraffin (parum affinis = little affinity)

• 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)

C2H6Ikatan yang kuat

• Pada temperatur tinggi semua senyawa hidrokarbon jenuh(alkana) dapat bereaksi dengan oksigen (reaksi pembakaran).

• Jika jumlah oksigen cukup berlebihan, maka reaksi pembakarandapat berlangsung sempurna dengan hasil pembakaran berupaH2O dan CO2.

CnH(2n+2) + O2 (excess) n CO2 + (n+1) H2O

Contoh:

CH3CH2CH3 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

panas

panas

Cracking adalah reaksi pemecahan senyawa alkana besarhingga dihasilkan senyawa yang lebih kecil.

Proses cracking biasanya dilangsungkan pada kondisi yang memungkinkan dihasilkan sebanyak mungkin gasoline.

Dalam proses hydrocracking, hidrogen ditambahkan untukmenghasilkan hidrokarbon jenuh.

Cracking tanpa hidrogen akan menghasilkan campuranalkana 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 seberapacepat sehingga mudah dikendalikan.

Reaksi alkana dengan F2 berlangsung sangat cepat sehinggasulit dikendalikan.

1. Inisiasi

Atom klorin memiliki satu elektron yang tidak berpasangan, dan berlaku sebagai suatu radikal bebas.

Pemecahan homolisis terhadap molekul klorin menjadi 2 atom klorin, yang disebabkan oleh radiasi biru (diberi simbol h).

A. MEKANISME REAKSI

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 denganmenggunakan persamaan:

E = hv = 250 kJ per mol photon

dengan h = konstanta Planck

v = frekuensi

2. Propagasi berantai (2 tahap)

Ketika radikal klorin bertumbukan dengan molekulmetana, maka satu atom hidrogen ditarik dari metana, sehingga dihasilkan HCl dan radikal metil.

Radikal metil bereaksi dengan molekul klorin membentukklorometana dan radikal klorin yang baru.

Radikal klorin ini akan kembali bertumbukan dan bereaksidengan moleuk metana, membentuk HCl dan radikal metil.

Dan seterusnya akan terjadi reaksi berantai

3. Terminasi

Rekombinasi 2 radikal bebas:

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

Reaksi secara keseluruhan

• Untuk memaksimalkan jumlah produk monohalogen, reaksisubstitusi radikal harus dijalankan dengan alkana yang berlebihan.

• Kelebihan alkana dalam sistem reaksi akan meningkatkanprobabilitas tumbukan antara radikal halogen dengan alkanadaripada dengan alkil halida.

• Untuk metana dan etana, semua atom hidrogen adalah ekivalendan memiliki kesempatan yang sama untuk diganti/disubstitusidengan 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 relatifmasing-masing: fluorin (108) > klorin (1) > bromin (7×10−11) > iodin(2×10−22).

Faktor-faktor yang menentukan distribusi produk

Klorinasi terhadap butana akan menghasilkan 2 alkil halida:

1. Substitusi satu hidrogen yang terikat pada karbon di ujung akanmenghasilkan 1-klorobutana,

2. Substitusi satu hidrogen yang terikat pada karbon di tengah akanmenghasilkan 2-klorobutana.

Cl׀

CH3CH2CH2CH3 + Cl2 CH3CH2CH2CH2Cl + CH3CH2CHCH3 + HCl

butana 1-klorobutana 2-klorobutana

Diharapkan = 60%Percob = 29%

Diharapkan = 40%Percob = 71%

B. KLORINASI

• Distribusi produk yang diharapkan adalah 60% 1-klorobutana dan 40% 2-klorobutana karena 6 dari 10 hidrogen dari butanadapat disubstitusi membentuk 1-klorobutana, sementara hanya4 hidrogen yang dapat disubstitusi untuk membentuk 2-klorobutana.

• Hasil percobaan di lab: 29% 1-klorobutanae dan 71% 2-klorobutana.

• Dapat disimpulkan bahwa lebih mudah untuk menggantihidrogen dari karbon sekunder daripada dari karbon primer.

• Radikal alkil memiliki stabilitas yang berbeda-beda.

• Semakin stabil suatu radikal, maka radikal tersebut semakinmudah terbentuk.

• Lebih mudah untuk mengambil hidrogen dari karbon sekunderuntuk membentuk radikal sekunder daripada mengambilhidrogen dari karbon primer untuk membentuk radikal primer.

R R H H׀ ׀ ׀ ׀

R – C R – C R – C H – C

׀ ׀ ׀ ׀

R H H H

Paling stabil

Paling tidakstabil

Radikal tersier

Radikal sekunder

Radikal primer

Radikal metil

Ketika radikal klorin bereaksi dengan butana, radikal tersebutdapat mengambil atom hidrogen dari atom karbon dalam, sehingga dihasilkan radikal alkil sekunder.

Radikal klorin juga dapat mengambil atom hidrogen dari karbonterluar, sehingga akan terbentuk radikal alkil primer.

Karena lebih mudah untuk membentuk radikal alkil sekunder yang lebih stabil, maka 2-klorobutana lebih cepat terbentuk daripada 1-klorobutana.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada temperatur kamar:

• radikal klorin 5 kali lebih mudah mengambil atom hidrogen darikarbon tersier daripada atom hidrogen dari karbon primer.

• radikal klorin 3,8 kali lebih mudah mengambil atom hidrogendari karbon sekunder daripada atom hidrogen dari karbonprimer.

Kecepatan relatif pembentukan radikal alkil oleh radikal klorinpada temperatur kamar:

Untuk menentukan jumlah relatif dari masing-masing produk yang diperoleh pada klorinasi radikal terhadap senyawa alkana, makakita 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):

% relatif 2-klorobutana (berasal dari radikal sekunder)

%3,28%1002,21

0,6

%7,71%1002,21

2,15

C. BROMINASIHasil penelitian menunjukkan bahwa pada temperatur 125C:

• radikal bromin 1600 kali lebih mudah menarik atom hidrogendari karbon tersier daripada atom hidrogen dari karbon primer.

• radikal bromin 82 kali lebih mudah menarik atom hidrogen darikarbon sekunder daripada atom hidrogen dari karbon primer.

Kecepatan relatif pembentukan radikal alkil oleh radikal klorinpada temperatur 125C:

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 =

% yield 1-bromoalkana =

%2%8,1%1000,334

0,6

%98%2,98%1000,334

0,328

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

% yield 2-bromo-2,5,5-trimetilheksana = %82%1001943

1600

1. Tulis mekanisme pembentuk karbon tetraklorida, CCl4, sebagaihasil dari reaksi antara metana dengan Cl2 dengan bantuan sinar.

2. Berapa macam dan jumlah relatif alkil halida yang dapat diperolehdari monoklorinasi terhadap:

a.

b.

c.

d.

e.

f.