Tujuan Pembelajaran
Dalam kegiatan belajar ini Anda akan mempelajari gambaran umum tentang defenisi, struktur molekul, tatanama dan sifat-sifat senyawa asam karboksilat dan ester. Anda diharapkan dapat:
- Menjelaskan defenisi senyawa asam karboksilat dan ester
- Menjelaskan perbedaan senyawa asam karboksilat dan ester
- Memberi nama asam karboksilat dan ester sesuai aturan IUPAC
- Menjelaskan perbedaan sifat-sifat asam karboksilat dan ester
- Menuliskan reaksi-reaksi yang spesifik dari asam karboksilat dan ester
- Menjelaskan kegunaan asam karboksilat dan ester dalam kehidupan sehari-hari
Uraian Materi
Asam karboksilat memiliki rumus umum
|
R = alkil Ar = aril
|
Tatanama
Asam karboksilat diberi nama sesuai nama alkana induknya dengan akhiran
oat dan ditambah kata asam di depan. Cara pemberian nama sesuai IUPAC adalah
sebagai berikut:
- Tentukan rantai karbon terpanjang yang mengikat gugus karboksilat dan turunkan nama alkananya dengan mengganti akhiran a menjadi oat ditambah awalan asam
- Rantai karbon diberi nomor dimulai dari atom karbon yang paling dekat mengikat gugus karboksilat
- Jika ada substituen, tentukan posisi, tuliskan namanya dan diurutkan sesuai alfabet
- Asam karboksilat yang membentuk cincin diberi nama dengan awalan siklo diikuti dengan jenis cincinnya
Beberapa
contoh asam karboksilat antara lain :
Sifat keasaman dari asam karboksilat
Asam
karboksilat termasuk asam organik, yang bersifat asam lemah. Asam pada larutan memiliki kesetimbangan sebagai berikut:
Sebuah atom
hidroksinium dibentuk bersama-sama dengan anion (ion negatif) dari asam.
Persamaan ini kadang-kadang disederhanakan dengan menghilangkan air untuk
menekankan ionisasi dari asam.
Asam
organik merupakan asam lemah karena ionisasi sangat tidak lengkap. Pada suatu
waktu sebagian besar dari asam berada di larutan sebagai molekul yang tidak
terionisasi. Sebagai contoh pada kasus asam asetat, larutan mengandung 99%
molekul asam asetat dan hanya 1 persen yang benar benar terionisasi. Posisi
dari kesetimbangan menjadi bergeser ke arah kiri.
Kekuatan
asam lemah diukur dengan skala pKa. Semakin kecil
semakin kuat tingkat keasamannya. Dibawah ini merupakan 3 buah senyawa dan
nilai pKa mereka.
Asam asetat (asam etanoat)
Asam asetat memiliki struktur:
Hidrogen
yang mengakibatkan sifat asam adalah hidrogen yang terikat dengan oksigen. Pada
saat asam asetat terionisasi terbentuklah ion asetat, CH3COO-.
Kalau dilihat dari strukturnya
menunjukkan adanya dua jenis ikatan tunggal dan rangkap pada ikatan
antara karbon dan oksigen, namun dari pengukuran panjang ikatan menunjukkan
bahwa ikatan karbon dengan kedua oksigen memiliki panjang yang sama. Dengan
panjang berkisar antara panjang ikatan tunggal dan ikatan rangkap.
Pada ion
etanoat, salah
satu dari elektron bebas dari oksigen yang negatif berada pada keadaan hampir paralel dengan orbtal p, dan mengakibatkan overlap antara
atom oksigen dan atom karbon, sehingga terjadi delokalisasi sistem pi dari keseluruhan -COO-
namun tak seperti yang terjadi pada benzena.
Karena hidrogen lebih elektronegatif
dari karbon, delokalisasi sistem terjadi sehingga elektron lebih lama berada
pada daerah atom oksigen. Muatan negatif dari keseluruhan molekul adalah
tersebar di antara keseluruhan molekul -COO-
,namun dengan kemungkinan terbesar menemukannya pada daerah antara kedua atom
oksigen. Ion etanoat dapat digambarkan secara sederhana sebagai:
Garis putus-putus mewakili delokalisasi.
Muatan negatif ditulis ditengah untuk menggambarkan bahwa muatan tersebut tidak
terlokalisasi pada salah satu atom oksigen. Kenyataan menunjukkan bahwa asam karboksilik
memiliki berbagai variasi keasaman, seperti berikut:
Perlu diingat bahwa semakin tinggi pKa,
semakin lemah sebuah asam. Mengapa asam asetat lebih lemah dari asam metanoat?
Semuanya tergantung pada stabilitas dari anion yang terbentuk. Kemungkinan
untuk mendislokalisasikan muatan negatif. Semakin terdislokalisasi, semakin
stabil ion tersebut dan semakin kuat sebuah asam. Struktur ion metanoat adalah
sebagai berikut:
Satu-satunya perbedaan antara ion
metanoat dan ion etanoat adalah kehadiran CH3 pada etanoat. Alkil
mempunyai kecenderungan mendorong elektron menjauh sehingga betambahnya muatan
negatif pada -COO- . Penambahan muatan membuat ion lebih tidak
stabil karena membuatnya lebih mudah terikat dengan hidrogen. Sehingga asam etanoat lebih lemah
daripada asam metanoat. Alkil
yang lain juga memiliki efek "mendorong elektron" sama seperti pada
metil sehingga kekuatan asam propanoat dan asam butanoat mirip dengan asam
etanoat. Asam dapat
diperkuat dengan menarik muatan dari -COO- . Sebagai contoh dengan
menambahkan atom elektronegatif seperti klorida pada rantai, menunjukkan semakin banyak jumlah klorin semakin
asam molekul tersebut. Hal ini dapat kita lihat harga pKa dari beberapa jenis
asam karboksilat sebagai berikut:
Mengikatkan
halogen yang berbeda juga membuat perbedaan. Florin merupakan atom paling
elektronegatif sehingga semakin tinggi tingkat keasaman.
Dan yang terakhir perhatikan juga efek
yang terjadi dengan semakin menjauhnya halogen dari -COO- .
Atom klorin efektif saat berdekatan
dengan -COO- dan efeknya berkurang dengan semakin jauhnya atom
klorin.
Beberapa reaksi yang menghasilkan asam
karboksilat
Oksidasi dari beberapa senyawa aromatik yang mengandung substituent
alkali menggunakan kalium permanganat dalam suasana netral akan menghasilkan
asam karboksilat.
Reaksi oksidasi senyawa aromatik
tersubstitusi alkil dengan ion permanganat netral tersebut dapat terjadi jika
terdapat atom hidrogen benzilik yang mengikat gugus karboksilat. Reaksi
pembentukan asam karboksilat dapat juga terjadi pada alkohol primer dengan pereaksi
CrO3/H2SO4 or sodium dikromat.
Ion MnO4-
dalam asam dapat mengoksidasi alkena yang mengikat satu alkil atau aril
membentuk asam karboksilat.
Aldehid mudah teroksidasi oleh oksidator lemah membentuk asam
karboksilat, sedangkan keton tak mengalami oksidasi dengan reagent Ag2O
dalam amonia. Keton dapat dioksidasi oleh ion MnO4 membentuk asam
karboksilat.
Beberapa sifat kimia asam karboksilat
1. Asam karboksilat dapat direduksi oleh LiAlH4 membentuk alkohol
primer.
2. Asam karboksilat dapat mengalami
reaksi dekarboksilasi pada pemanasan dengan HgO dan Br2 membentuk
alkil bromide (reaksi Hunsdiecker).
3. Asam karboksilat dapat membentuk
alkil halide dengan penambahan reagen seperti
SOCl2, phosgene, or PBr3.
4. Asam karboksilat dapat bereaksi
dengan alkohol membentuk ester, dengan adanya katalis asam (Fischer esterification), alkilasi,
maupun dengan diazometane.
Ester
Ester
merupakan salah satu turunan asam karboksilat. Suatu ester serupa dengan asam karboksilat, hanya
saja hidrogen asamnya telah digantikan oleh sebuah gugus alkil. Tatanama ester
hampir sama dengan tata nama asam karboksilat, tetapi nama asam diganti dengan nama alkil.
|
Asam etanoat metil
etanoat |
Dalam kehidupan sehari-hari ester banyak
dimanfaatkan sebagai essence atau
pemberi aroma buah-buahan pada makanan atau minuman. Beberapa jenis ester
memberikan bau atau aroma yang khas, seperti amil asetat bearoma pisang,
isopentil asetat beraroma buah pir, oktil asetat beraroma jeruk manis, metil
butirat beraroma apel, dan etil butirat beraroma nanas.
Reaksi esterifikasi dan penyabunan
Reaksi
esterifikasi terjadi antara asam karboksilat dan alkohol, dengan katalis asam
sulfat pekat. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi yang reversible. Sebagai
contoh reaksi esterifikasi antara asam asetat dan amil alkohol dengan katalis
asam sulfat pekat terjadi sebagai berikut :
Laju
esterifikasi suatu asam karboksilat tergantung pada halangan sterik pada alkohol dan asam karboksilatnya. Kuat asam dari asam
karboksilat hanya mempunyai pengaruh yang kecil dalam laju pembentukan ester.
Urutan kereaktifan alkohol terhadap esterifikasi adalah alkohol tersier <
alkohol sekunder < alkohol primer < metanol. Sedangkan urutan kereaktifan
asam karboksilat terhadap esterifikasi adalah R3CCOOH < R2CHCOOH < RCH2COOH < CH3COOH < HCOOH
Mekanisme reaksi esterifikasi
dimulai dari protonasi karbon karbonil dari asam karboksilat, diikuti oleh
penyerangan gugus hidroksil dari alkohol. Dalam reaksi esterifikasi ikatan yang
terputus adalah ikatan C-O dari asam karboksilat, bukan ikatan O-H dari asam
atau ikatan C-O dari alkohol. Tahap-tahap mekanisme reaksi esterifikasi dapat
digambarkan sebagai berikut:
Reaksi
esterifikasi bersifat reversibel,
sehingga untuk memperoleh rendemen tinggi kesetimbangan harus di geser ke arah ester atau produk. Salah satu teknik untuk
mencapai ini adalah dengan menggunakan salah satu pereaksi secara berlebihan.
Reaksi kebalikan dari esterifikasi disebut
penyabunan, karena biasanya digunakan untuk hidrolisis lemak
menghasilkan sabun. Dalam reaksi penyabunan biasanya dikatalisis oleh basa.
Reaksi penyabunan tidak bersifat reversibel, karena pada tahap akhir ion
alkoksida yang merupakan basa kuat melepaskan proton dari asam dan membentuk
ion karboksilat dan alkohol. Mekanisme reaksi penyabunan adalah sebagai berikut
: