UJIAN MID SEMESTER KIMIA ORGANIK 2

UJIAN MID SEMESTER

MATA KULIAH      : Kimia Organik II
SKS                            : 3SKS
WAKTU                    : Mulai Jum’at, 19 sampai dengan 26 April 2013 jam 24.00
PENGAMPU            : Drs. Syamsurizal M.si
PERHATIAN: UJIAN INI DIIZINKAN UNTUK MEMBUKA BUKU, BROWSING INTERNET, ANDA DILARANG MENCONTEK JAWABAN TEMAN ATAU COPY PASTE ARTIKEL TERKAIT DI INTERNET. ANDA HARUS MENGKONSTRUKSI JAWABAN SENDIRI SESUAI DENGAN KEMAMPUAN PENALARAN MASING-MASING. Semua jawaban diposting di blog anda masing-masing, lengkapi profil anda dengan foto agar mudah dikenali.
1. Asam karboksilat dapat ditransformasi menjadi beberapa turunan. Buatlah skema reaksi perubahan dari suatu amida menjadi ester selanjutnya dikonversi menjadi asil halida.

Jawab :

Menurut pendapat saya, perubahan suatu amida menjadi ester dan dikonversi menjadi asil halida yaitu, Asil halida dapat diubah menjadi turunan asam karboksilat lainnya lewat reaksi substitusi nukleofilik asil. Asil halida bereaksi dengan ion karboksilar membentuk anhidrida, dengan alkohol membentuk ester, dengan air membentuk asam karboksilat, dan dengan amina membentuk amida. Hal ini bisa terjadi karena nukleofilik yang datang lebih basa dibanding ion halida.

Pada konversi asil klorida menjadi esterm nukleofilik alkohol menyerang karbon karbonil pada asil klorida. Karena gugus eter terprotonoasi adalah asam kuat, maka intermediet tetrahedral kehilangan protonnya. Ion klorida keluar dari intermediet tetrahedral terprotonasi karena ion klorida adalah basa lebih lemah dibanding ion alkoksida.

2. Usulkan bagaimana mensintesis suatu Ester yang beraroma buah-buahan (seperti isopentil asetat yang beraroma pisang). Jelaskan reaksi-reaksi kimia yang terlibat dalam pembuatan ester tersebut.
Jawab         :

Dalam reaksi esterifikasi, ion H⁺ dari H₂SO₄ berperan dalam pembentukan ester dan juga berperan dalam reaksi sebaliknya yakni hidrolisis ester. Sesuai dengan hukum aksi massa, untuk memperoleh rendemen ester yang tinggi maka kesetimbangan harus bergeser ke arah pembentukkan ester. Untuk mencapai keadaan ini dapat ditempuh dengan cara:
a. Salah satu pereaksi digunakan secara berlebih. Biasanya alkohol dibuat berlebih karena murah dan mudah diperoleh.
b. Membuang salah satu produk dari dalam campuran reaksi
Laju reaksi esterifikasi suatu asam karboksilat bergantung pada halangan sterik dalam alkohol dan asam karboksilatnya. Dengan bertambahnya halangan sterik di dalam zat antara, laju pembentukkan ester akan menurun. Dengan demikian rendemen ester akan berkurang.
Esterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah struktur molekul dari alkohol, suhu dan konsentrasi reaktan maupun katalis. Kereaktifan alkohol terhadap esterifikasi: CH₃OH > alkohol primer > alkohol sekunder > alkohol tersier
Kereaktifan asam karboksilat terhadap esterifikasi : HCOOH > CH₃COOH > RCH₂COOH > R₂CHCOOH > R₃CCOOH
Selain dibuart dari asam karboksilat, ester juga dapat diperoleh dengan cara mereaksikan suatu klorida asam atau suatu anhidrida asam dengan alkohol atau fenol.

Salah satu contoh reaksi-reaksi ester yaitu :

Ester buah-buahan

Ester dari asam karboksilat suku rendah dengan alkohol suku rendah akan membentuk ester dengan 10 atau kurang atom C. Ester ini pada suhu kamar akan berbentuk zat cair yang mudah menguap dan memiliki aroma khas yang harum. Karena banyak ditemukan di buah-buahan atau bunga, ester jenis ini disebut sebagai ester buah-buahan. Contohnya adalah:

·      Etil format beraroma rum

·      Isopentil asetat beraroma pisang

·      Etil butirat beraroma nanas

·      Metil salisilat beraroma sarsaparila

·      Propil asetat beraroma pir

·      n-Oktil asetat beraroma jeruk manis

·      Metil butirat beraroma apel

3. Jelaskan pengaruh efek induksi terhadap kekuatan tiga jenis asam karboksilat yang anda sintesis dari suatu amida.

Jawab            :

Menurut saya, pengaruh efek induksi itu sendiri adalah Delokalisasi lebih jauh dari muatan negatif ion karboksilat menstabilkan anion, relative terhadap asamnya. Penambahan kestabilan dari anion menyebabkan bertambahnya keasaman dari suatu asam. Misalnya, khlor elektronegatif. Dalam asam khloroasetat, khlor menarik keerapatan elektron dari elektron dari gugusan karboksil ke dirinya. Penarikan elektron ini menyebabkan delokalisasi lebih jauh dari muatan negatif, jadi menstabilkan anion dan menambah kekuatan asam dari asamnya. Asam khloroasetat lebih kuat dari asam asetat.

Makin besar penarikan elektron oleh efek induktif, lebih kuat asamnya. Asam dikloroasetat mengandung dua atom khlor yang menarik elektron dan merupakan asam yang lebih kuat dari pada asam khlorasetat. Asam trikhloroasetat mempunyai tiga atom khlor dan lebih kuat lagi daripada asam dikhloroasetat.

   

4. Usulkan amida yang anda gunakan pada soal no.3 dapat dibiodegradasi oleh suatu mikroorganisme, bagaimana hasil penguraiannya?
Jawab         :

Menurut saya, sebelum kita mengetahui penguraiannya kita harus mengetahui apa yang dimaksud dengan Biodegradasi pada dasarnya proses transfer elektron . Biologi energi diperoleh melalui oksidasi bahan dikurangi. enzim mikroba mengkatalisasi transfer elektron. Elektron akan dihapus dari organik substrat untuk menangkap energi yang tersedia melalui proses oksidasi. Elektron bergerak melalui pernapasan atau transfer elektron rantai (jalur metabolisme) terdiri dari serangkaian senyawa ke terminal akseptor elektron . Sebagian besar dari mikroba penduduk di tanah tergantung pada oksigen sebagai terminal akseptor elektron untuk metabolisme. Hilangnya oksigen menginduksi perubahan dalam kegiatan ini dan komposisi mikroba tanah populasi. Anaerobik fakultatif organisme (yang dapat menggunakan oksigen ketika hadir atau dapat beralih ke alternatif akseptor elektron, seperti nitrat dan sulfat, dalam ketiadaan oksigen) dan organisme anaerobik wajib menjadi dominan ketika oksigen tidak tersedia, namun aerobik biodegradasi biasanya lebih efisien .

          Untuk mikroflora (jamur, bakteri dan sejenisnya) untuk mengkonversi dan mengasimilasi karbon dalam substrat apapun, sejumlah kriteria yang harus dipenuhi. substrat harus dapat dibasahi air, dan molekul konstituen harus cukup kecil bahwa jumlah yang sangat besar ujung rantai mereka dapat diakses pada permukaan material . Hidrokarbon termoplastik adalah bioinert karena mereka hidrofobik, dan karena sifat mekanik baik mereka memerlukan sangat tinggi berat molekul, yang mengarah ke rantai diakses sangat sedikit berakhir. Juga tahan terhadap hidrolisis (dan untuk alasan ini tidak dapat hydrobiodegrade) dan oksidasi dan biodegradasi karena kehadiran anti-oksidan, dan stabilisator aditif .

Berbagai macam bahan organik mudah terdegradasi dalam kondisi aerobik. Dalam metabolisme aerobik, O2 adalah terminal akseptor elektron. Ketika  biodegradasi berikut pola ini, populasi mikroba cepat beradaptasi dan mencapai kepadatan tinggi. Akibatnya, laju biodegradasi cepat menjadi terbatas oleh laju pasokan oksigen atau beberapa gizi, bukan kapasitas mikroba yang melekat untuk menurunkan polimer atau kontaminan lainnya . Beberapa senyawa organik juga bisa diturunkan dalam kondisi anaerobik. Ketika oksigen tidak ada, nitrat (NO₃), sulfat (SO₄), ferric besi (Fe³⁺), mangan (Mn³⁺, Mn⁴⁺), dan bikarbonat
(HCO3 -) dapat berfungsi sebagai akseptor elektron terminal, jika mikrobamemiliki sistem enzim yang sesuai .

Biodegradasi Senyawa Organik (Hidrokarbon)

Biodegradasi Senyawa Organik (Hidrokarbon)

Biodegradasi merupakan proses perombakan senyawa organik kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana oleh aktifitas mikroorganisme. Senyawa sederhana yang dihasilkan seperti asam-asam organik dan asam-asam amino diuraikan lebih lanjut menjadi gas metana (CH₄), karbon dioksida (CO₂) dan sejumlah H₂, hidrogen sulfida (H₂S), dan nitrogen serta biomassa. Secara umum biodegradasi atau penguraian bahan (senyawa) organik oleh mikroorganisme dapat terjadi bila terjadi transformasi struktur sehingga terjadi perubahan integritas malekuler. Proses ini berupa rangkaian reaksi kimia enzimatik atau biokimia yang mutlak memerlukan kondisi lingkungan yang sesuai dengan pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroorganisme.

Pelepasan biosurfaktan yang dihasilkan oleh mikroba diperlukan pada tahap awal biodegradasi. Dengan adanya biosurfaktan, substrat yang berupa cairan akan teremulsi, dibentuk menjadi misel-misel, dan menyebarkannya ke permukaan sel mikroba. Substrat yang padat dipecah oleh biosurfaktan, sehingga lebih mudah masuk ke dalam sel. Ada tiga cara transport hidrokarbon ke dalam sel mikroba yaitu :
1. interaksi sel dengan hidrokarbon terlarut dalam fase cair. Pada kasus ini umumnya rata-rata kelarutan hidrokarbon oleh proses fisika sangat rendah sehingga tidak mendukung pertumbuhan mikroba.

2. Kedua kontak langsung (perlekatan) sel dengan permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar daripada sel mikroba. Pada kasus yang kedua ini sel mikroba melekat pada permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar daripada sel dan pengambilan substrat dilakukan dengan difusi atau transport aktif. Ketersediaan substrat untuk penempelan sel merupakan faktor yang membatasi pengambilan substrat. Kontak langsung antara hidrokarbon dengan sel menunjukkan adanya mekanisme yang penting dalam pengambilan substrat.

3.  interaksi sel dengan tetesan hidrokarbon yang teremulsi atau tersolubilisasi oleh mikroba. Pada kasus ini sel mikroba berinteraksi dengan partikel hidrokarbon yang lebih kecil daripada sel. Cara yang ketiga ini merupakan kebalikan dari kasus yang kedua. Dengan berkurangnya partikel substrat, maka daerah antar permukaan antara hidrokarbon dengan air akan bertambah, sehingga dapat meningkatkan pengambilan substrat oleh mikroba

Mikroorganisme, terutama bakteri yang mampu mendegradasi senyawa yang terdapat didalam hidrokarbon minyak bumi disebut bakteri hidrokarbonoklastik.  Bakteri ini mampu men-degradasi senyawa hidrokarbon dengan memanfaatkan senyawa tersebut sebagai sumber karbon dan energi yang diperlukan bagi pertumbuhannya. Mikroorga-nisme ini mampu menguraikan komponen minyak bumi karena kemampuannya mengoksidasi hidrokarbon dan menjadikan hidrokarbon sebagai donor elektronnya. Mikroorganisme ini berpartisipasi dalam pembersih-an tumpahan minyak dengan mengoksidasi minyak bumi menjadi gas karbon dioksida (CO2), bakteri pendegradasi minyak bumi akan menghasilkan bioproduk seperti asam lemak, gas, surfaktan, dan biopolimer yang dapat meningkatkan porositas dan permeabilitas batuan reservoir formasi klastik dan karbonat apabila bakteri ini menguraikan minyak bumi.
Berikut adalah reaksi degradasi senyawa hidrokarbon fraksi aromatik oleh bakteri  yang diawali dengan pembentukan Pro-to-ca-techua-te atau catechol atau senyawa yang secara struktur berhubung-an dengan senyawa ini. Kedua senyawa ini selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs (siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat.

Bakteri hidrokarbonoklastik diantaranya adalah Pseudomonas, Arthrobacter, Alcaligenes, Brevibacterium, Brevibacillus, dan Bacillus.  Bakteri-bakteri tersebut banyak tersebar di alam, termasuk dalam perairan atau sedimen yang tercemar oleh minyak bumi atau hidrokarbon. Kita hanya perlu mengisolasi bakteri hidrokarbonoklastik tersebut dari alam dan mengkulturnya, selanjutnya kita bisa menggunakannya sebagai peng-olah limbah minyak bumi yang efektif dan efisien, serta ramah lingkungan.

Mekanisme degradasi hidrokarbon di dalam sel bakteri Pseudomonas

1.        1        . Hidrokarbon Alifatik

Pseudomonas sp. menggunakan hidrokarbon tersebut untuk pertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobik (menggunakan oksigen). Tanpa adanya O2, hidrokarbon ini tidak didegradasi. Langkah pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh Pseudomonas sp. meliputi oksidasi molekuler (O2) sebagai sumber reaktan dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi. 

2. Hidrokarbon Aromatik

Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara aerobik oleh bakteri Pseudomonas. Degradasi senyawa hidrokarbon aromatik disandikan dalam plasmid atau kromosom oleh gen xy/E. Gen ini berperan dalam produksi enzim katekol 2,3-dioksigenase. Metabolisme senyawa ini oleh bakteri diawali dengan pembentukan Protocatechuate atau catechol atau senyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. Kedua senyawa ini selanjutnya didegradasi oleh enzim katekol 2,3-dioksigenase menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs (siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat.

Faktor Pembatas Biodegradasi

Kemampuan sel mikroorganisme untuk melanjutkan pertumbuhannya sampai minyak bumi didegradasi secara sempurna bergantung pada suplai oksigen yang mencukupi dan nitrogen sebagai sumber nutrien. Seorang ilmuwan bernama Dr. D. R. Boone menemukan bahwa nitrogen tetap merupakan nutrien yang paling penting untuk degradasi bahan bakar. Selain itu keaktifan mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan seperti temperatur dan pH. Kondisi lingkungan yang tidak sesuai menyebabkan mikroba ini tidak aktif bekerja mendegradasi minyak bumi. Sebagai contoh, penambahan nutrien anorganik seperti fosfor dan nitrogen untuk area tumpahan minyak meningkatkan kecepatan bioremediasi secara signifikan.

Permasalahan :

Bagaimana caranya jika penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh secara anaerob, bakteri dapat bekerja?

BAB 3 KIMIA ORGANIK

^AMIDA

^{Amida adalah suatu jenis senyawa kimia yang memiliki gugus fungsional organik yang memiliki gugus karbonil (c=o) yang berkaitan dengan suatu atom nitrogen(N) atau suatu senyawa yang mengandung gugus fungsional dan suatu bentuk anion nitrogen.}

^{Sifat-sifat fisik Amida}

^{·          Polar}

^{·          Mudah larut di dalam air karena adanya gugus karbonil C=O dan N=H  yang memungkinkan terbentuk ikatan hidrogen.}

^{·          Umumnya berupa padat pada suhu kamar kecuali formamida berbentuk.}

PEMBUATAN AMIDA :

Ø Reaksi asam karboksilat dengan amoniak

Ø Garam amoniumamida dipanaskan

Ø Reaksi anhidrid asam dengan amponiak

PENGGUNAAN AMIDA :

ä Formamida berbentuk cair, sebagai pelarut.

ä Untuk identifikasi asam yang berbentuk cair.

ä Untuk sintesis nilon

^{HIDRILISIS AMIDA}

^{Amida sangat kuat atau tahan terhadap hidrolisis.Tetapi dengan adanya asam atau basa pekat,hidrolisis dapat terjadi menghasilkan asam karboksilat.}

^KLORIDA

^{Asam klorida adalah larutan akuatik dari gas hidroen klorida (HCL). Asam klorida adalah asam kuat,dan merupakan komponen utama dalam asam lambung.Senyawa ini juga digunakan secara luas dalam industri.Asam klorida harus ditangani dengan hati-hati karena merupakan cairan yang sangat korosif dan berbau menyengat dan termasuk bahan kimia berbahaya.}
Asam klorida dapat pula merujuk pada senyawa kimia yang satu atau lebih atom klornya memiliki ikatan kovalen dalam molekul, berarti klorida dapat berupa senyawa anorganik maupun organik. Contoh paling sederhana dari suatu klorida anorganik adalah hydrogen klorida (HCl), dan (CH₃Cl)  atau sering disebut metal klorida.

Kegunaan HCL dalam kehidupan sehari-hari dalam skala industri dan skala rumah tangga diantaranya adalah :
1.       Biasa digunakan pada industri logam untuk menghilangkan karat atau kerak besi oksida dari besi atau baja.
2.       Sebagai bahan baku pembuatan vinyl klorida, yaitu monomer untuk pembuatan plastic polyvinyl chloride atau PVC.
3.       HCl merupakan bahan baku pembuatan besi (III) klorida (FeCl3) dan polyaluminium chloride (PAC), yaitu bahan kimia yang digunakan sebagai bahan baku koagulan dan flokulan. Koagulan dan flokulan digunakan pada pengolahan air.
4.       Asam klorida dimanfaatkan pula untuk mengatur pH (keasaman) air limbah industri.

5.       Asam klorida berguna sebagai bahan pembuatan cairan pembersih porselen.
6.       Pada skala industri, HCL juga digunakan dalam proses pengolahan kulit.
7.       Campuran asam klorida dan asam nitrat (HNO3) atau biasa disebut dengan aqua regia, adalah campuran untuk melarutkan emas.
8.       Kegunaan lainnya adalah pada proses produksi baterai, kembang api dan lampu blitz kamera.

Permasalahan:

Mengapa saat pembuatan Hamida dari asam lemak harus dicampurkan dengan amoniak terlebih dahulu? Bagaimana jika dengan senyawa lain?

ester dan anhidrida

ESTER

Ester atau alkil alkanoat adalah senyawa turunan alkana dengan gugus fungsi -COO- dan rumus umum C_nH_2nO_2. Ester merupakan salah satu senyawa yang istimewa karena dapat ditemukan baik di buah-buahan, lilin, dan lemak. Ester juga memiliki bau yang harum sehingga banyak dimanfaatkan oleh manusia dalam berbagai bidang. Ester diberi nama alkil alkanoat, dimana alkil adalah gugus karbon yang terikat pada atom O (gugus R’) dan alkanoat adalah gugus R-COO-.

Ester memiliki beberapa sifat, yaitu:

1. Sifat Fisis

• Lebih polar dari eter tapi kurang polar dibandingkan alkohol
• Semakin panjang rantainya, ester semakin tidak larut dalam air
• Dalam ikatan hidrogen, ester berperan sebagai akseptor hidrogen, tapi tidak dapat berperan sebagai donor hidrogen
• Lebih volatil dibandingkan asam karboksilat dengan berat molekuler yang sama

2. Sifat Kimia

• Dapat mengalami hidrolisis
• Dapat mengalami reaksi penyabunan

Reaksi-reaksi ester:

1. Hidrolisis

Ester terhidrolisis dalam suasana asam membentuk alkohol dan asam karboksilat. Reaksi hidrolisis ini merupakan kebalikan dari reaksi esterifikasi / pembentukan ester. Adapun reaksinya dapat ditulis sebagai:

CH₃-COO-C₂H₅ + H₂O → CH₃COOH + C₂H₅OH

2. Saponifikasi / penyabunan

Ester, khususnya ester lemak dan minyak, dapat bereaksi dengan basa kuat seperti NaOH atau KOH menghasilkan sabun. Reaksi ini disebut saponifikasi atau penyabunan. Hasil samping reaksi ini adalah gliserol.

Berdasarkan jenis asam dan alkohol penyusun, ester dapat dikelompokkan dalam 3 golongan, yaitu ester buah-buahan, lilin, serta lemak dan minyak. Berikut adalah ketiga golongan tersebut:

- Ester buah-buahan

Ester dari asam karboksilat suku rendah dengan alkohol suku rendah akan membentuk ester dengan 10 atau kurang atom C. Ester ini pada suhu kamar akan berbentuk zat cair yang mudah menguap dan memiliki aroma khas yang harum. Karena banyak ditemukan di buah-buahan atau bunga, ester jenis ini disebut sebagai ester buah-buahan. Contohnya adalah:

Etil format beraroma rum

Isopentil asetat beraroma pisang

Etil butirat beraroma nanas

Metil salisilat beraroma sarsaparila

Propil asetat beraroma pir

n-Oktil asetat beraroma jeruk manis

Metil butirat beraroma apel

- Lilin

Lilin atau wax adalah ester dari asam karboksilat berantai panjang dengan alkohol berantai panjang juga. Beberapa jenis lilin tersebut contohnya:

Lilin lebah dari sarang lebah memiliki rumus C_22,25H_47,51COOC_32,34H_65,69

Spermacet dari rongga kepala ikan paus memiliki rumus C₁₅H₃₁COOC₁₆H₃₃

Carnacauba dari daun palem Brazil memiliki rumus C_25,27H_51,55COOC_30,32H_61,65

Namun perlu diperhatikan bahwa lilin yang dimaksud di sini bukan lilin yang sering dipakai ketika mati lampu, karena lilin tersebut termasuk golongan hidrokarbon parafin bukan ester.

- Lemak dan minyak

Lemak merupakan ester dari gliserol dengan asam-asam karboksilat suku tinggi. Lemak merupakan salah satu golongan ester yang paling banyak terdapat di alam. Adapun contoh lemak adalah lemak sapi, sedangkan contoh minyak adalah minyak jagung dan minyak kelapa. Yang membedakan lemak dan minyak, Lemak pada suhu kamar memiliki bentuk padat sedangkan minyak berbentuk cair, serta lemak bersumber dari hewan sedangkan minyak bersumber dari tumbuhan.

ANHIDRIDA

Anhidrida asam asetat, (Nama IUPAC: etanoil etanoat) dan disingkat sebagai Ac₂O, adalah salah satu anhidrida asam paling sederhana. Rumus kimianya adalah (CH₃CO)₂O. Senyawa ini merupakan reagen penting dalam sintesis organik. Senyawa ini tidak berwarna, dan berbau cuka karena reaksinya dengan kelembapan di udara membentuk asam asetat.

 
  Rumus  Anhidrida

Anhidrida asam karboksilat yang umum digunakan adalah asetat anhidrida dan tersedia secara comersial.

Reaksi Anhidrida Asam

1. Hidrolisis

Hidrolisis anhidrida asam dalam larutan asam atau basa menghasilkan 2 asam karboksilatnya.

2. Reaksi dengan Alkohol

Reaksi anhidrida asam dengan alkohol menghasilkan ester dan asam karboksilat.

3. Reaksi dengan Ammonia

Anhidrida bereaksi dengan ammonia (sangat cepat) menghasilkan suatu amida dan satu garam karboksilat.

Permasalahan :

1.     Mengapa Ester semakin panjang rantainya semakin tidak larut dalam air?