Alkena

Alkena atau olefin dalam kimia organik adalah hidrokarbon tak jenuh dengan sebuah ikatan rangkap dua antara atom karbon.^[1] Istilah alkena dan olefin sering digunakan secara bergantian (lihat bagian Tata nama di bawah). Alkena asiklik yang paling sederhana, yang membentuk satu ikatan rangkap dan tidak berikatan dengan gugus fungsional manapun, dikenal sebagai mono-ena, membentuk suatu deret homolog hidrokarbon dengan rumus umum C_nH_2n.^[2] Alkena memiliki kekurangan dua atom hidrogen dibandingkan alkana terkait (dengan jumlah atom karbon yang sama). Alkena yang paling sederhana adalah etena atau etilena (C₂H₄) adalah senyawa organik terbesar yang diproduksi dalam skala industri.^[3] Senyawa aromatik seringkali juga digambarkan seperti alkena siklik, tetapi struktur dan ciri-ciri mereka berbeda sehingga tidak dianggap sebagai alkena.^[2]

Struktur

Ikatan

Seperti ikatan kovalen tunggal, ikatan rangkap dapat digambarkan dalam bentuk orbital atom yang tumpang tindih, kecuali bahwa, tidak seperti ikatan tunggal (yang terdiri dari ikatan tunggal sigma), ikatan rangkap karbon–karbon terdiri dari satu ikatan sigma dan satu ikatan pi. Ikatan rangkap ini lebih kuat daripada ikatan kovalen tunggal (611 kJ/mol untuk C=C vs 347 kJ/mol untuk C–C)^[1] dan juga lebih pendek, dengan panjang ikatan rata-rata 1,33 Ångström (133 pm).

Setiap karbon pada ikatan rangkap menggunakan tiga orbital hibrida sp² untuk membentuk ikatan sigma ke tiga atom (satu karbon lainnya dan dua atom hidrogen). Orbital atom 2p yang tidak membentuk hibrida, yang tegak lurus terhadap bidang yang dibuat oleh sumbu tiga orbital hibrida sp², bergabung membentuk ikatan pi. Ikatan ini berada di luar sumbu utama C–C, dengan setengah ikatan di satu sisi molekul dan setengahnya di sisi lainnya.

Rotasi di sekitar ikatan rangkap karbon–karbon terbatas karena memerlukan energi besar untuk memutus kesejajaran orbital p pada dua atom karbon. Sebagai konsekuensinya, alkena tersubstitusi terdapat sebagai salah satu dari dua isomer, yang disebut isomer cis atau trans. Alkena yang lebih kompleks dapat diberi nama dengan notasi E–Z untuk molekul dengan tiga atau empat substituen (gugus samping) yang berbeda. Sebagai contoh, isomer butena, dua gugus metil (Z)-but-2-ena (alias cis-2-butena) muncul pada sisi yang sama dari ikatan rangkap, dan pada (E)-but-2-ena (alias trans-2-butena) gugus metil muncul pada sisi yang berlawanan. Kedua isomer butena ini sedikit berbeda dalam sifat kimia dan fisiknya.

Sebuah putaran 90° dari ikatan C=C (yang dapat ditentukan oleh posisi gugus fungsi yang terikat pada karbon) memerlukan lebih sedikit energi daripada kekuatan ikatan pi, sehingga ikatan dapat bertahan. Hal ni bertentangan dengan pernyataan umum pada buku teks bahwa orbital p tidak akan dapat mempertahankan ikatan semacam itu. Kenyataannya, penyimpangan orbital p kurang dari yang diharapkan karena terjadi piramidalisasi (lihat: alkena piramidal). trans-Siklooktena adalah alkena lurus yang stabil dan penyimpangan orbital hanya 19° dengan sudut dihedral 137° (normal 120°) serta tingkat piramidalisasi 18°.^[4] Isomer trans sikloheptena hanya stabil pada suhu rendah.

Bentuk

Sesuai prediksi oleh model repulsi pasangan elektron VSEPR, geometri molekul alkena meliputi sudut ikatan di sekitar masing-masing karbon dalam ikatan rangkap berkisar 120°. Sudut bervariasi karena rantai sterik dipengaruhi oleh interaksi tak berikatan di antara gugus fungsi yang terikat pada karbon ikatan rangkap. Misalnya, sudut ikatan C-C-C dalam propilena adalah 123,9°.

Untuk alkena berjembatan, aturan Bredt menyatakan bahwa ikatan rangkap tidak dapat terjadi di pangkal jembatan sistem cincin kecuali jika cincinnya cukup besar (8 atau lebih atom).

Sifat fisika

Sifat fisika alkena tidak berbeda jauh dengan alkana. Mereka tidak berwarna, nonpolar, mudah terbakar, dan hampir tidak berbau. Perbandingan utama di antara keduanya adalah alkena mempunyai tingkat keasaman yang jauh lebih tinggi dibandingkan alkana. Wujud zat alkena tergantung dari massa molekulnya. Tiga alkena paling sederhana: etena, propena, dan butena berbentuk gas. Alkena linear yang memiliki 5 sampai 16 atom karbon berwujud cair, dan alkena yang memiliki atom karbon lebih dari 15 berwujud padat.

Reaksi

Alkena adalah senyawa yang relatif stabil, namun lebih reaktif daripada alkana, baik karena reaktivitas ikatan pi karbon-karbon atau adanya pusat CH alilik. Sebagian besar reaksi alkena melibatkan reaksi adisi pada ikatan pi ini, membentuk ikatan tunggal baru. Alkena berfungsi sebagai bahan baku industri petrokimia karena mereka dapat berperan dalam berbagai reaksi, terutama polimerisasi dan alkilasi.

Reaksi adisi

Alkena bereaksi dalam banyak reaksi adisi, yang berlangsung dengan membuka ikatan rangkap. Sebagian besar reaksi adisi ini mengikuti mekanisme adisi elektrofilik. Contohnya adalah hidrohalogenasi, halogenasi, pembentukan halohidrin, oksimerkurasi, hidroborasi, adisi diklorokarbena, reaksi Simmons-Smith, hidrogenasi katalitik, epoksidasi, polimerisasi radikal dan hidroksilasi.

Hidrogenasi

Hidrogenasi alkena menghasilkan alkana yang sesuai. Reaksi berlangsung di bawah tekanan pada temperatur 200 °C, dengan keberadaan katalis logam. Katalis yang umum digunakan di industri adalah yang berbasis platina, nikel atau paladium. Untuk sintesis skala laboratorium, sering digunakan nikel Raney (suatu logam paduan nikel dan aluminium). Contoh paling sederhana reaksi ini adalah hidrogenasi katalitik etilena untuk menghasilkan etana:

CH₂=CH₂ + H → CH

Hidrasi

Hidrasi, penambahan air ke dalam ikatan ganda alkena, menghasilkan alkohol. Reaksi ini dikatalisis oleh asam kuat seperti asam sulfat. Reaksi ini dilakukan dalam skala industri untuk menghasilkan etanol.

CH₂=CH₂ + H₂O → CH₃–CH₂OH

Alkena dapat juga diubah menjadi alkohol melalui reaksi oksimerkurasi–demerkurasi atau reaksi hidroborasi–oksidasi.

Halogenasi

Dalam halogenasi elektrofilik, penambahan unsur brom atau klor pada alkena menghasilkan dibromo- dan dikloroalkana (1,2-dihalida atau etilen dihalida). Penghilangan warna larutan brom dalam air merupakan uji analitis untuk mengetahui keberadaan alkena:

CH₂=CH₂ + Br₂ → BrCH₂–CH₂Br

Reaksi terkait juga digunakan untuk pengujian kuantitatif terhadap ketidakjenuhan, yang dinyatakan sebagai nomor brom dan nomor iod suatu senyawa atau campuran.

Hidrohalogenasi

Hidrohalogenasi adalah adisi hidrogen halida seperti HCl atau HI pada alkena untuk menghasilkan haloalkana yang sesuai:

CH₃–CH=CH₂ + HI → CH₃–CHI-CH₂–H

Jika dua atom karbon pada ikatan rangkap terhubung dengan atom hidrogen dalam jumlah yang berbeda, halogen akan memilih menyerang ataom karbon dengan substituen hidrogen yang lebih sedikit. Pola ini dikenal sebagai aturan Markovnikov. Penggunaan inisiator radikal atau senyawa lain dapat menghasilkan produk yang berlawanan. Asam hidrobromat, terutama, cenderung membentuk radikal dengan adanya berbagai ketakmurnian (impurities) atau bahkan oksigen di atmosfer, yang dapat membalikkan aturan Markovnikov:^[5]

CH₃–CH=CH₂ + HBr → CH₃–CHH–CH₂–Br

Tata nama

Meskipun tata nama tidak diikuti secara luas, menurut IUPAC, alkena adalah hidrokarbon asiklik dengan satu ikatan rangkap antara pusat karbon. Olefin terdiri dari kumpulan alkil siklik dan asiklik yang lebih besar seperti diena dan poliena.^[6]

Tatanama IUPAC

Untuk mengikuti tatanama IUPAC, maka seluruh alkena memiliki nama yang diakhiri -ena. Pada dasarnya, nama alkena diambil dari nama alkana dengan menggantikan akhiran -ana dengan -ena. C₂H₆ adalah alkana bernama etana sehingga C₂H₄ diberi nama etena.

Pada alkena yang memiliki kemungkinan ikatan rangkap di beberapa tempat, digunakan penomoran dimulai dari ujung yang terdekat dengan ikatan tersebut sehingga atom karbon pada ikatan rangkap bernomor sekecil mungkin untuk membedakan isomernya. Contohnya adalah 1-heksena dan 2-heksena. Penamaan cabang sama dengan alkana.

Pada alkena yang lebih tinggi, di mana terdapat isomer yang letaknya berbeda dengan letak ikatan rangkap, maka sistem penomoran berikut ini dipakai:

Penomoran rantai karbon terpanjang dilihat dari ujung yang terdekat dengan ikatan rangkap, sehingga atom karbon pada ikatan rangkap tersebut mempunyai nomor sekecil mungkin.
Ketahui letak ikatan rangkap dengan letak karbon rangkap pertamanya.
Penamaan rantai alkena itu mirip dengan alkana.

Notasi cis-trans

Dalam sebuah kasus khusus pada alkena di mana 2 atom karbon mempunyai 2 gugus yang sejenis, maka notasi cis-trans dapat dipakai. Jika gugus sejenis terletak pada tempat yang sama dari ikatan rangkap, maka disebut sebagai (cis-). Jika gugus sejenis terletak berseberangan, maka disebut sebagai (trans-).

Lihat pula

Bacaan lebih lanjut

Hans Beyer, Wolfgang Walter: Lehrbuch der organischen Chemie. Hirzel Verlag, Stuttgart 2004, ISBN 3-7776-1221-9.
Reinhard Brückner: Reaktionsmechanismen. Organische Reaktionen, Stereochemie, moderne Synthesemethoden. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2004, ISBN 3-8274-1579-9.
Ulfert Onken, Arno Behr: Chemische Prozeßkunde (Lehrbuch der technischen Chemie; 3). Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1996, ISBN 3-13-687601-6.
K. Peter C. Vollhardt, Niel E. Schore: Organische Chemie. Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 3-527-31380-X.
Klaus Weissermel, Hans-Jürgen Arpe: Industrielle organische Chemie. Bedeutende Vor- und Zwischenprodukte. Wiley-VCH, Weinheim 1998, ISBN 3-527-28856-2.

Referensi

^ ^a ^b Wade, L.G. (Sixth Ed., 2006). Organic Chemistry. Pearson Prentice Hall. hlm. 279. ISBN 1-4058-5345-X.
^ ^a ^b Moss, G. P.; Smith, P. A. S.; Tavernier, D. (1995). "Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure (IUPAC Recommendations 1995)". Pure and Applied Chemistry. 67 (8–9): 1307–1375. doi:10.1351/pac199567081307.
^ "Production: Growth is the Norm". Chemical and Engineering News. 84 (28): 59. July 10, 2006. doi:10.1021/cen-v084n034.p059.
^ Barrows, Susan E.; Eberlein, Thomas H. (2005). "Understanding Rotation about a C=C Double Bond". J. Chem. Educ. 82 (9): 1329. Bibcode:2005JChEd..82.1329B. doi:10.1021/ed082p1329.
^ Streiwieser, A.; Heathcock, C.H.; Kosower, E.M. (1992). "11.6.G. Alkenes: Reactions: Free Radical Additions". Introduction to Organic Chemistry (edisi ke-4th). New York: Macmillan. hlm. 288.
^ Olefins, IUPAC Goldbook

Artikel bertopik kimia ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya.

[Wade-1] Wade, L.G. (Sixth Ed., 2006). Organic Chemistry. Pearson Prentice Hall. hlm. 279. ISBN 1-4058-5345-X.

[PAC1995-2] Moss, G. P.; Smith, P. A. S.; Tavernier, D. (1995). "Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure (IUPAC Recommendations 1995)". Pure and Applied Chemistry. 67 (8–9): 1307–1375. doi:10.1351/pac199567081307.

[cenews-3] "Production: Growth is the Norm". Chemical and Engineering News. 84 (28): 59. July 10, 2006. doi:10.1021/cen-v084n034.p059.

[4] Barrows, Susan E.; Eberlein, Thomas H. (2005). "Understanding Rotation about a C=C Double Bond". J. Chem. Educ. 82 (9): 1329. Bibcode:2005JChEd..82.1329B. doi:10.1021/ed082p1329.

[5] Streiwieser, A.; Heathcock, C.H.; Kosower, E.M. (1992). "11.6.G. Alkenes: Reactions: Free Radical Additions". Introduction to Organic Chemistry (edisi ke-4th). New York: Macmillan. hlm. 288.

[6] Olefins, IUPAC Goldbook

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]