Halaman
189Benzena dan TurunannyaBenzena danTurunannyaBabVIKata Kunci• benzena• adisi• substitusi• halogenasi• alkilasi• nitrasi• sulfonasiBenzena dan turunannya (benzena tersubstitusi) dikenal dengangolongan senyawa aromatik. Pada mulanya kearomatikan benzena danturunannya ditinjau dari aromanya. Sekarang ini kearomatikan benzenadan turunannya dikaitkan dengan struktur dan sifat-sifat tertentu, karenabeberapa senyawa turunan benzena tidak memiliki aroma.Pada bab ini akan kita pelajari tentang struktur, cara penulisan, tatanama, sifat dan kegunaan dari benzena dan turunannya.Tujuan Pembelajaran•Setelah mempelajari bab ini Anda dapat memahami tentang struktur, tata nama,sifat, dan kegunaan benzena dan turunannya.
190Kimia SMA/MA Kelas XIIPeta KonseptergolongBenzenaSenyawaaromatisNitrasiSulfonasiHalogenasiAlkilasidapat memahamisubstitusi membentukOrtoMetaParaTurunanbenzenaposisisubstituenterbentukmelalui reaksimenghasilkanmenghasilkanmenghasilkanmenghasilkanNO2SO3HXR
191Benzena dan TurunannyaA. Struktur BenzenaUntuk pertama kalinya benzena diisolasi pada tahun 1825 oleh MichaelFaraday dari residu berminyak yang tertimbun dalam pipa induk gas diLondon. Kemudian pada tahun 1834 ditetapkan rumus molekul benzenaadalah C6H6. Struktur yang mula-mula diusulkan pada tahun 1865 tidakmengandung ikatan rangkap karena benzena tidak mudah mengalami reaksiadisi seperti pada alkena. Struktur yang demikian ini tidak sesuai dengantetravalensi karbon.Agar tidak menyalahi tetravelensi karbon, pada tahun 1872 FriedrichAugust Kekule mengusulkan bahwa benzena mengandung tiga ikatantunggal dan tiga ikatan rangkap yang berselang-seling.Rumus struktur di atas dapat disederhanakan penulisannya menjadi: atauPengukuran spektroskopik menunjukkan bahwa molekul benzenaadalah planar dan semua ikatan karbon-karbonnya sama panjang yaitu1,39oA. Ikatan karbon-karbon pada benzena panjangnya di antara ikatankarbon-karbon tunggal (1,47oA) dan ikatan karbon-karbon rangkap (1,33oA).Hal ini dapat dibenarkan karena ikatan karbon-karbon pada benzenamengalami resonansi (berpindah-pindah). Inilah sebabnya mengapa benzenasukar mengalami adisi.Ikatan karbon-karbon pada benzena terdiri atas ikatan sigma (s) danikatan phi (p). Menurut teori ini ikatan valensi orbital molekul terbentukdari tumpang tindih orbital-orbital atom. Ikatan kovalen yang terbentuk daritumpang tindih ujung dengan ujung disebut ikatan sigma (s), sedangkanikatan kovalen yang terbentuk dari tumpang tindih sisi dengan sisi disebutikatan phi (p).HHHHHHCCCCCCHHHHHHCCCCCC
192Kimia SMA/MA Kelas XIIContoh ikatan sigma (s) dari tumpang tindih orbital p – p (ujung denganujung).Contoh ikatan phi (p) dari tumpang tindih orbital p – p (sisi dengansisi).Ikatan yang pertama antara dua atom merupakan ikatan sigma, danikatan yang kedua merupakan ikatan phi. Jadi ikatan tunggal adalah ikatansigma, dan ikatan kovalen rangkap dua terdiri atas ikatan sigma dan ikatanphi.Benzena mempunyai enam karbon sp2 dalam sebuah cincin segi enamdatar. Tiap atom karbon memiliki satu orbital p yang tegak lurus bidangcincin. Tumpang tindih keenam orbital p mengakibatkan terbentuknya enamorbital molekul p sehingga terbentuk awan elektron berbentuk “donat” padabagian atas dan bawah cincin segi enam benzena.Gambar 6.1 (1) Susunan 6 atom C masing-masing dengan 3 ikatan sigma dan 1 elektron p.(2) Lambang keadaan elektron–elektron p yang terdelokasi. (3) Lambang benzena.Ilustrasi : Haryana(1) (2) (3)orbital p orbital ptumpang tindihikatanV
193Benzena dan TurunannyaB. Sifat-Sifat Benzena1.Benzena berupa zat cair kental seperti minyak dengan titik lebur 5,5°C.2.Benzena kurang reaktif dibanding alkena karena ikatan rangkap padabenzena mengalami resonansi.3.Dapat mengalami reaksi substitusi (penggantian)1. Substitusi Pertamaa.HalogenasiBenzena dapat bereaksi langsung dengan halogen dengan katalisatorFeCl3 atau FeBr3.b. AlkilasiBenzena dapat bereaksi dengan alkil halida membentuk alkil benzenadengan katalisator AlCl3.c.NitrasiBenzena bereaksi dengan asam nitrat pekat dengan katalisator asamsulfat pekat menghasilkan nitro benzena.d. SulfonasiBenzena yang dipanaskan dapat bereaksi dengan asam sulfat pekatmenghasilkan asam benzena sulfonat.H+ + H2ONO2H2SO4HONO2NitrobenzenaH+ HOSO3H + H2OSO3HAsam benzena sulfonatH+3CHCH3Cl2AlCl3+ HClToluenaoH++ HClCl2FeCl3CloKloro benzena
194Kimia SMA/MA Kelas XII2. Aromasitas molekulAgar suatu molekul bersifat aromatik seperti pada benzena, harusmemenuhi beberapa kriteria, yaitu:a.Struktur molekul harus siklik dan datar (hibridisasi sp2).b.Tiap atom pada cincin harus memiliki orbital p tegak lurus pada bidangcincin.c.Memenuhi aturan Huckel, yang menyatakan bahwa untuk menjadiaromatik, suatu senyawa datar monosiklik (satu cincin) harus memilikielektron p sebanyak 4n + 2, dengan n adalah bilangan bulat.Contoh:Apakah senyawa siklookta tetraena bersifat aromatik?Jawab:Rumus struktur siklookta tetraena.Banyaknya elektron p = 8 yang tidak memenuhi 4n + 2, maka dapatdisimpulkan siklookta tetraena tidak aromatik, karena senyawa ini memilikidelapan orbital p pada cincin, sehingga tumpang tindih kedelapan orbital ptidak maksimum dan senyawa itu tidak aromatik (untuk mencapai stabilisasiaromatik tumpang tindih harus maksimum dan lengkap).C. Pembuatan BenzenaBenzena dapat dibuat dengan beberapa cara ,yaitu:1.Polimerisasi asetilena, yaitu dengan mengalirkan asetilena melalui pipakaca yang pijar.Atau ditulis: 3C2H2o C6H62.Memanaskan kalsium benzoat dengan kalsium hidroksida.6522663Ca (C H COO) + Ca (OH) 2 C H + 2CaCO®3.Dengan destilasi bertingkat tir batu bara.Pada destilasi bertingkat tir batu bara selain dihasilkan benzena jugadiperoleh zat-zat lain, misalnya tokrena, xilena, naftalena, antrosena,fenantrena, fenol, dan kresol.4.Dengan proses reforming nafta pada industri petrokimia.CHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHAsetilenaBenzena
195Benzena dan TurunannyaSoal Kompetensi 6.1D. Kegunaan BenzenaBenzena terutama digunakan sebagai bahan dasar pembuatan senyawa-senyawa turunannya, misalnya stirena, kumena, dan sikloheksana padainduksi petrokimia. Selain itu benzena digunakan sebagai bahan dasar untukmembuat detergen, misalnya ABS (Alkil Benzena sulfonat), untuk bahanbakar dan pelarut dalam jumlah yang sedikit.1.Bagaimanakah struktur benzena yang diusulkan oleh Kekule?2.Mengapa benzena dan turunannya disebut senyawa aromatik?3.Apakah kegunaan benzena dalam kehidupan sehari-hari atauindustri?4.Mengapa benzena lebih stabil dari heksana?5.Tuliskan reaksi yang terjadi:a.Benzena + gas klor dengan katalis FeCl3.b.Benzena + asam sulfat pekat.c.Benzena + asam nitrat pekat dengan katalis H2SO4.d. Benzena + etil klorida dengan katalis AlCl3.e.Oksida toluena.E. Turunan BenzenaTurunan benzena atau derivat benzena diperoleh dari penggantian satuatom H atau lebih dari inti benzena dengan gugus-gugus lain.Contoh:F. Tata Nama Turunan Benzena1.Benzena pada umumnya dipakai sebagai induk dan gugus yang terikatdisebutkan lebih dulu kemudian diikuti dengan benzena.Contoh:2NOCl2NOkloro benzenaniro benzenaCletil benzenaC2H5
196Kimia SMA/MA Kelas XIIBeberapa senyawa turunan benzena mempunyai nama khusus yanglebih lazim digunakan.2.Untuk dua subtituen posisinya dapat diberi awalan : orto (o) untuk posisi1 dan 2, meta (m) untuk posisi 1 dan 3 dan para (p) untuk posisi 1 dan 4.Perhatikan contoh-contoh berikut:anilinOHfenolCH3toluenaNH2asam benzena sulfonatSO3Horto1,2 dibromo benzena(atau o-dibromo benzena)BrBrmeta1,3 dibromo benzena(atau m-dibromo benzena)BrBrasam 3 nitro benzoat(atau m-nitro benzoat)COOHNO2para1,4 dibromo benzena(atau p-dibromo benzena)BrBrasam 4 nitro benzoat(atau p-nitro benzoat)COOHNO2asam 2 nitro benzoat(atau o-nitro benzoat)NO2COOHstirenaCH2CH2benzal dehidaCOHasam benzoatCOOHanisolOCH3asetofenonCOCH3
197Benzena dan Turunannya3.Gugus bervalensi satu yang diturunkan dari benzena disebut fenil dangugus yang diturunkan dari toluena disebut benzil.4.Untuk tiga substituen atau lebih, awalan orto, meta, dan para tidak dite-rapkan lagi, tetapi posisi substituen yang dinyatakan dengan angka,urutan prioritas penomoran adalah sebagai berikut. –– COOH, –– SO3H, –– CHO, –– CN, –– OH, –– NH2, –– R, –– NO2, –– XContoh:5.Bila cincin benzena terikat pada rantai alkana bergugus fungsi atau rantaialkana dengan 7 atom karbon atau lebih maka rantai alkana tersebut sebagaiinduk, sedangkan cincin benzena sebagai substituen.12 3 4 5 6 7CH3 –– CH –– CH2 –– CH2 –– CH2 –– CH2 –– CH3Substitusi keduaBenzena yang telah tersubstitusi dapat mengalami substitusi kedua.Gugus (substituen) pertama dapat memengaruhi kereaktifan (laju reaksi)dan posisi substituen pada substitusi kedua.Contoh:Substitusi kedua pada anilin oleh Br2 berlangsung cepat tanpa katalisdaripada benzena.fenilClfenilkloridabenzilCH2–benzil kloridaCH2 – Cl3, 4 diklorofenolOHClCl1234562, 4, 6 trinitrotoluena (TNT)CH3NO2Cl123456NO2NO22 fenil heptanaNH2 + 3 HBrBrBrBr– NH2 + 3 Br2H2Oo2, 4, 6 tribromoanilinanilin
198Kimia SMA/MA Kelas XIISubstitusi kedua pada nitrobenzena harus dengan katalis, temperaturtinggi, dan waktu yang lebih lama daripada benzena.Beberapa substituen pertama sebagai pengarah, substituen kedua padaposisi orto dan para, serta beberapa substituen pertama sebagai pengarahpada posisi meta.Tabel 6.1 Efek Substituen Pertama terhadap Substituen KeduaContoh:Substituen Cl pengarah posisi orto dan para, sedangkan substituen NO2pengarah posisi meta.Contoh:– NO2 + HNO3H2SO4100oCoNO2NO2 + H2Om – dinitrobenzenaCl + O2N ClNO2– ClHNO3oo- kloronitro benzenaH2SO4p- kloronitro benzenaNO2Cl– NO2Cl2om- kloronitro benzenaFeCl3OO Pengarah –– ortoparaPengarah – meta (semua mendeaktifkan)– NH2, – NHR, – NR2– C – R– OH– CO2R– OR– SO3H– NH – C – R– CHO– C6H5 (aril)– CO2H– R (alkil)– CN– X (mendeaktifkan)– NO2– NR+3Aktifitasi bertambahDeaktifitasi bertambah
199Benzena dan TurunannyaG. Pembuatan dan Kegunaan Beberapa TurunanBenzenayang Penting1. Alkil BenzenaDiperoleh menurut sintesis Friedel CraftsToluena digunakan untuk bahan peledak.2.Halogen BenzenaDigunakan dalam industri cat, pembuatan zat-zat lain dan pembuataninsektisida (DDT).3.Nitro BenzenaDiperoleh dengan nitrasi benzena.Nitro benzena digunakan untuk pembuatan anilin dan bahan peledak(TNT = 2,4, 6– trinitro toluena).4.Asam Benzena SulfonatDiperoleh dengan mereaksikan benzena dengan asam sulfat (sulfonasi).Asam benzena sulfonat digunakan untuk membuat zat-zat karena mu-dah larut dalam air, dan pembuatan obat-obat sulfa. Turunan asambenzena sulfonat yang terkenal adalah sakarin.5.AnilinDiperoleh dengan mereduksi nitro benzena atau dari halogen benzena.+ CH3 Cl o+ HClCH3AlCl3toluena+ Cl2 o+ HClClFekloro benzena+ HNO3 o + H2ONO2nitro benzenaH2SO4+ H2SO4 o + H2OSO3Hasam benzenasulfonat+ 3H2 o + 2H2ONO2NH2anilin
200Kimia SMA/MA Kelas XII6. FenolDibuat dengan memanaskan asam benzena sulfonat dalam alkali ataumemanaskan halogen benzena dalam alkali.Fenol digunakan untuk desinfektan (larutan fenol dalam air disebutkarbol), untuk pembuatan obat-obatan, bahan peledak, dan plastik.7.Asam BenzoatDibuat dengan cara mengoksidasi toulena.a.Asam benzoat digunakan untuk pengawet bahan makanan.b.Asam o–hidroksi benzoat (asam salisilat) digunakan untuk pengawetbahan makanan.c.Asam asetil salisilat (aspirin) digunakan sebagai obat sakit kepala.8.StirenaDiperoleh dengan dehidrogenasi etil benzena dengan katalis seng atauCr2O3.+ NH3 o+ HClNH2anilinNO2+ NaOHo+ NaHSO3OHfenolSO3HCOOHO COCH3 + + H2CH2 CH2CH2– CH3630°katalisstirena>> +COOHCH3KMnO4, OH–, panasH3O++ HClOHfenolClNa2CO3H2Oo
201Benzena dan Turunannya>Soal Kompetensi 6.2Kolom Diskusi9. BenzaldehidDiperoleh dari oksidasi toluena.Benzaldehid digunakan untuk parfum dan zat warna.AromatisasiBensin yang dihasilkan dari destilasi petroleum disebut bensindestilat langsung. Bila bensin hanya diperoleh dari sumber ini, makakebutuhan bensin mungkin tidak tercukupi.Sumber-sumber lain untuk memperoleh bensin adalah denganpengubahan hidrokarbon menjadi hidrokarbon lain dengan proseskeretakan (cracking) dan aromatisasi.Proses aromatisasi bergantung pada pereaksi hidrokarbon,siklisasi, isomerisasi, dan dehidrogenasi yang terlibat dalam prosestersebut.Diskusikan tentang pengertian, tujuan, dan proses yang terjadipada aromatisasi.1.Apakah nama senyawa turunan benzena berikut ini:a.c.b.d. ++ H2OCH3 + O2Fe2O3benzaldehidCOHOCH3COOHNO2COOHOHCH3 CH SO3NaCH3
202Kimia SMA/MA Kelas XIIe.g.f.h.2.Tuliskan struktur dari:a.Benzil kloridab.Sakarinc.TNTd. Benzo fenon3.Tuliskan reaksi yang terjadi:a.b.c.d.4.Tuliskan persamaan reaksi dan tentukan produk utama padareaksi substitusi:a.Nitrasi klorobenzenab.Nitrasi nitro benzenac.Brominasi toluenad. Klorinasi anilinNO2ClBr O C CH3OCOOH CH2OH ooksidasi + Cl2odididihkanCH3+ 3HNO3oCH3 + Cl2oFeCl3CH3ClClOHCH3 (CH2)11 SO3Na
203Benzena dan TurunannyaRangkumanT okoh5. Apakah kegunaan senyawa berikut:a.c.b.d.Friedrich August Kekule Von Stradonitz (1829–1896)Kekule lahir di Darmstadt, sekarang Jerman Barat, pada tanggal7 September 1829 dan meninggal di Bonn pada tanggal 13 Juli 1896.Kekule merupakan ahli kimia Jerman, penemu teori strukturalmodern dalam kimia organik, penemu rumus bangun atau rumusstruktur, penemu teori valensi, penemu konsep cincin segi enamkarbon benzena (1865).Ia juga menemukan bahwa karbon selalu membentuk 4 ikatankovalen dan dapat saling berikatan membentuk rantai karbon yangpanjang.1.Benzena dan turunannya dikenal dengan golongan senyawa aromatis.2.Ikatan rangkap pada benzena lebih stabil daripada ikatan rangkappada elkena.3.Resonansi adalah proses perputaran ikatan rangkap pada benzena.4.Bila satu atau lebih atom H pada benzena diganti dengan gugus laindihasilkan senyawa turunan benzena.5.Benzena dan turunannya banyak kegunaannya dalam bidangindustri.OOHCOHNH2OOHCOCCH3O
204Kimia SMA/MA Kelas XIIA. Berilah tanda silang (x) huruf a, b, c, d atau e pada jawaban yang palingbenar. Kerjakan di buku tugas Anda!1. Bila air bromin masing-masing diletakkan pada alkena dan benzenamaka ....A. alkena dan benzena mengalami substitusiB. alkena dan benzena mengalami adisiC. alkena mengalami adisi sedang benzena mengalami substitusiD. alkena mengalami substitusi sedang benzena mengalami adisiE. alkena dan benzena tidak mengalami adisi dan substitusi2.Tri substitusi dari benzena di mana ketiga substituennya sama akanmenghasilkan isomer sebanyak ....A. 2B. 3C. 4D. 5E. 63.Benzena memiliki 3 ikatan rangkap, tetapi sepenuhnya seperti alkena. Alkenasangat reaktif, sedangkan benzena kurang reaktif. Hal ini disebabkanoleh ....A. struktur benzena berbentuk segi enamB. jarak ikatan C – C pada benzena semua samaC. benzena bersifat nonpolarD. ikatan rangkap pada benzena dapat beresonansiE. titik didih benzena 80°C4.Pernyataan berikut benar tentang benzena, kecuali ....A. jarak ikatan C – C semua samaB. berupa segi enam datar dengan sudut ikatan 120oCC. ikatan rangkapnya dapat bergeser (beresonansi)D. dengan gas klor terjadi reaksi adisiE. dapat dibuat dengan polimerisasi gas setrilena5.Pada destilasi bertingkat tir batu bara dihasilkan senyawa berikut, kecuali ....A. benzenaB. toluenaC. fenolD. naftalenaE. anilinPelatihan
205Benzena dan Turunannya6. Senyawa-senyawa berikut merupakan senyawa aromatik, kecuali ....A.D.B.E.C.7.Suatu senyawa karbon memiliki sifat-sifat sebagai berikut:1.Larut dalam air2.Dapat merubah lakmus biru menjadi merah3.Mengandung ikatan rangkap C = C4.Sukar mengalami adisi5.Mengandung gugus hidroksilBerdasarkan sifat-sifat tersebut, kemungkinan senyawa itu adalah ....A. asam asetatB. natrium benzoatC. benzenaD. toluenaE. fenol8.Bila senyawa P– dimetil benzena dioksida kuat akan menghasilkan ....A. asam isoftalatB. asam tereftalatC. asam ftalatD. asam benzoatE. asam salisilat9.Reaksi yang dikenal sebagai reaksi Friedel Craft adalah ....A.D.B.E.C.OCH3OHCOOHOHCH3CH3 + HNO3o + HSO3H o + Cl2o + RCI o + H2o
206Kimia SMA/MA Kelas XII10. Senyawa dengan rumus strukturdigunakan sebagai ....A. pengawetB. pelarutC. obat sakit kepalaD. bahan peledakE. obat sakit perutB. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini di buku kerja Andadengan benar!1.Mengapa titik didih benzena relatif lebih tinggi dibandingkan heksana.padahal dipandang dari segi Mr heksana lebih besar dari Mr benzena?2.Tuliskan reaksi yang terjadi:a.b.Pembuatan asam benzena sulfonat dari benzenac.Pembuatan fenol dari asam benzena sulfonat3.Tuliskan rumus struktur dari:a.2, 4, 6 trikloro fenolb.4 kloro, 2, 5 dimetil fenolc.difenil eter4.Apakah persamaan dan perbedaan alkohol dengan fenol!5.Sebutkan enam macam senyawa aromatik beserta kegunaannya! O C CH3OCOOH + CH3Cl2o