Benzena

Penulis : Yoga Romdoni Mahasiswa FMIPA UI Jurusan Kimia 2016

Pengertian Benzena

Benzena merupakan senyawa hidrokarbon aromatis sederhana dengan rumus molekul C₆H_6. Benzena memiliki struktur cincin siklik dengan ikatan rangkap selang seling. Struktur ini pertama kali diperkenalkan oleh Kekulé.

Struktur Benzena

Memiliki empat derajat ketidakjenuhan

Derajat ketidakjenuhan adalah indeks yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap dua atau tiga dan siklik dari pengurangan hidrogen . Jumlah derajat ketidakjenuhan untuk rumus molekul tertentu dapat dihitung dengan membandingkan jumlah atom H aktual dalam suatu senyawa dan jumlah maksimum atom H yang mungkin.

Pada benzena terdapat enam atom karbon dan enam atom hidrogen. Dengan menggunakan persamaan diatas didapatkan bahwa terdapat empat derajat ketidakjenuhan yang terdiri dari 1 ikatan siklik dan 3 ikatan rangkap dua.

Hibridisasi dan Bentuk Molekul

Setiap atom karbon dalam cincin benzena dikelilingi oleh tiga atom dan tidak ada pasangan elektron bebas, menjadikannya memiliki hibridisasi sp² dan bentuk molekul trigonal planar dengan sudut ikatan 120°. Setiap karbon pada benzena juga memiliki orbital p dengan satu elektron yang memanjang di atas dan di bawah bidang molekul.

Enam orbital p yang berdekatan saling tumpang tindih dan mendelokalisasi enam elektron pada enam atom cincin dan menjadikan benzena sebagai molekul terkonjugasi.

Resonansi

Sebagai molekul terkonjugasi, penggambaran struktur benzena harus menggunakan resonansi dan orbital. Resonansi benzena terdiri dari dua struktur Lewis yang setara, masing-masing dengan tiga ikatan rangkap yang bergantian dengan tiga ikatan tunggal seperti struktur Kekulé. Struktur Kekulé dapat juga digambarkan sebagai hibrida dari dua struktur Lewis, dimana garis putus-putus menunjukkan posisi ikatan π tempat elektron akan terdelokalisasi di sekitar cincin benzena.

Senyawa Aromatik

Benzena tergolong sebagai senyawa aromatik karena memenuhi aturan Hückel. Aturan Hückel terdiri dari:

1. Molekul harus siklik (memiliki orbital p dengan sejumlah karbon yang saling tumpang tindih).
2. Planar (Semua orbital p yang berdekatan harus disejajarkan sehingga kerapatan elektron π dapat terdelokalisasi).
3. Terkonjugasi (Senyawa aromatik harus memiliki orbital p pada setiap atom secara selang-seling).
4. Mengandung sejumlah 4n + 2 elektron π (n = 0, 1, 2, dan seterusnya).

Jika ketiga persyaratan diatas terpenuhi namun mengandung sejumlah 4n elektron π maka tergolong senyawa antiaromatik. Sedangkan jika senyawa tidak memiliki satu (atau lebih) dari empat persyaratan maka tergolong senyawa nonaromatik.

Tata Nama Benzena

Benzena Monosubstituen

• Benzena yang terikat dengan satu buah substituen gugus fungsi (monosubstitusi) memiliki tata nama: nama subtituen + benzena.

• Beberapa senyawa aromatik seperti benzena memiliki nama umum selain nama strukturalnya. Berikut beberapa penamaan umum benzena dan turunannya.

• Benzena dapat berperan sebagai substituen dengan kehilangan satu atom hidrogen (C₆H₅-) yang disebut dengan fenil. Penamaannya yaitu nomor substituen + fenil + rantai utama.

Sedangkan jika gugus metilbenzena (toluene) dengan kehilangan satu atom hidrogen (C₆H₅CH₂-) disebut dengan benzil. Penamaannya yaitu nomor substituen + benzil + rantai utama

Benzena Disubstituen

• Benzena yang terikat dengan dua buah substituen gugus fungsi yang sama memiliki tata nama: nomor/posisi gugus fungsi+ di-nama gugus fungsi + benzena.
• Penomoran khusus untuk benzena disubstitusi yaitu

Posisi orto (o) untuk gugus yang terletak pada nomor 1 dan 2

Posisi meta (m) untuk gugus yang terletak pada nomor 1 dan 3

Posisi para (p) untuk gugus yang terletak pada nomor 1 dan 4

• Benzena yang terikat dengan dua buah gugus fungsi yang berbeda maka gugus fungsi diurutkan berdasarkan urutan abjad. Penamaannya menjadi penomoran khusus + gugus fungsi 1 + gugus fungsi 2 + benzena

• Jika salah satu gugus fungsi benzena disubstituen memiliki nama umum, maka salah satu gugus fungsi tersebut dianggap sebagai senyawa utama dan gugus lain sebagai cabang. Gugus yang menjadi senyawa utama didasarkan pada urutan prioritas.

Benzena Polisubstituen

Untuk benzena dengan tiga atau lebih substituen maka (1) penomoran gugus/substituen sekecil mungkin dan (2) penamaan gugus berdasarkan abjad. Jika salah satu gugus fungsi benzena polisubstituen memiliki nama umum, maka salah satu gugus fungsi tersebut dianggap sebagai senyawa utama dan gugus lain sebagai cabang. Gugus yang menjadi senyawa utama didasarkan pada urutan prioritas.

Sifat Kimia Benzena

Benzena bersifat kurang reaktif karena ikatan terkonjugasi yang mengalami resonansi menyebabkan ikatan pada benzena stabil. Pada umumnya benzena dapat mengalami reaksi adisi maupun substitusi. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi terhadap benzena memerlukan katalis untuk mempercepat reaksi.

Reaksi Substitusi

Halogenasi

Reaksi ini merupakan reaksi substitusi benzena dimana hidrogen pada benzena digantikan dengan gugus halogen Cl (klorinasi) dan Br (brominasi). Reaksi ini membutuhkan katalis FeCl₃.

Nitrasi

Reaksi nitrasi adalah reaksi substitusi antara atom hidrogen benzena dengan gugus nitro. Pada reaksi ini dibutuhkan katalis H₂SO₄ pekat dan HNO₃ berperan sebagai pensubstitusi. Pada substitusi kedua, gugus nitro akan menempati posisi meta karena gugus nitro merupakan gugus pengarah meta. Akibatnya pada substitusi gugus nitro ke dalam benzena, akan didapatkan maksimum 3 gugus nitro yang dapat masuk.

Sulfonasi

Reaksi sulfonasi merupakan reaksi substitusi hidrogen pada benzena dengan gugus sulfonat (-SO₃H). Reaksi ini dapat terjadi dengan reagen asam sulfat pekat berasap (H₂SO₄ + SO₃).

Alkilasi

Reaksi alkilasi atau alkilasi Friedel Crafts merupakan reaksi substitusi suatu alkil terhadap atom hidrogen pada benzena. Reaksi ini membutuhkan katalis AlCl₃.

Reaksi Adisi

Adisi Hidrogen

Reaksi adisi benzena berjalan lambat karena kestabilannya. Agar dapat berlangsung dengan baik maka digunakan katalis Ni pada 420K.

Adisi Halogen

Agar reaksi adisi halogen dapat berlangsung dengan baik maka digunakan foton/cahaya.

Sintesis dan Kegunaan Turunan Benzena

Fenol

Fenol merupakan senyawa benzena yang mengandung gugus hidroksil (-OH) pada substituennya. Sifat dari fenol adalah kristal tak berwarna, berbau (karbol), sedikit larut dalam air, dan bersifat asam lemah. Kegunaan fenol adalah sebagai antiseptik dan desinfektan. Fenol dapat disintesis dengan cara hidrolisis klorobenzena:

Nitrobenzena

Nitrobenzena merupakan senyawa benzena yang mengandung gugus nitro (-NO₂) pada substituennya. Nitrobenzena dibuat dengan cara nitrasi benzena. Berikut senyawa nitro yang banyak dikenal:

Nitrobenzena

Sifatnya yaitu zat cair berwarna kuning, higroskopis, berbau manis, dan tidak dapat bercampur dengan air. Nitrobenzena digunakan untuk membuat anilina. Terkadang juga digunakan sebagai parfum dalam sabun.

Trinitrobenzena (TNB)

Trinitrobenzena berupa zat padat yang digunakan sebagai bahan peledak. Daya ledak TNB lebih kuat dibandingkan dengan TNT.

Trinitrotoluena (TNT)

Trinitrotoluena berupa zat padat yang digunakan sebagai bahan peledak. Reaksi pembentukan TNT yaitu dengan nitrasi toluena dengan katalis asam sulfat pekat pada 25°C.

Anilina

Anilina merupakan senyawa benzena yang mengandung gugus -NH₂. Anilina memiliki sifat zat cair tidak berwarna, sukar larut dalam air, uapnya bersifat racun dan tergolong sebagai basa lemah. Anilina digunakan sebagai prekursor pembentukan bahan kimia di industri seperti garam diazonium klorida dan bahan obat-obatan seperti parasetamol dan Tylenol. Anilina dihasilkan dari reaksi hidrogenasi nitrobenzena dengan katalis logam Ni.

Asam Benzoat

Asam benzoat merupakan senyawa benzena yang mengandung gugus karboksil pada substituennya. Asam benzoat memiliki sifat kristal jenih tidak berwarna, mudah larut dalam air, dan tergolong asam lemah. Asam benzoat banyak digunakan sebagai pengawet makanan dan minuman, bahan baku zat warna dan obat dekongestan seperti efedrin dan fenilefrin. Reaksi dalam pembentukan asam benzoat dapat dilakukan dengan (1) oksidasi toluena (2) hidrolisis benzoklorida (3) hidrolisis benzonitril dan (4) dari senyawa gridnard dengan gas CO₂.

Pertanyaan Umum

Contoh Soal Latihan

1. Tentukan tata nama senyawa berikut

Jawab:

a. 1,3-dibromobenzena

b. 1-fenil-4-metilheksana

c. 1,4-dikloro-2,5-dimetilbenzena

d. 2-metil-1,3,5-trinitrobenzena (trinitrotoluena (TNT))

2. Gambarkan struktur dengan tata nama berikut

a. p-dikloroiodobenzena

b. m-bromotoluena

c. p-kloroanilina

d. 1,3,5-trimetilbenzena

Jawab:

3. Berapa banyak produk yang mungkin untuk reaksi brominasi p-xilena, o-xilena, dan m-xilena?

Jawab:

4. Buatlah reaksi untuk membentuk senyawa m-bromonitrobenzena!

Jawab:

Penjelasan: Untuk membentuk m-bromonitrobenzena mula-mula dilakukan nitrasi terlebih dahulu dengan menggunakan asam nitrat dan asam sulfat pekat. Senyawa yang dihasilkan yaitu nitrobenzena. Reaksi berikutnya adalah brominasi nitrobenzena. Atom hidrogen akan digantikan dengan gugus bromo pada posisi meta karena gugus nitro merupakan pengarah meta. Senyawa yang dihasilkan yaitu m-bromonitrobenzena.

Daftar Pustaka

• Libretexts. Chemistry of Benzene: Electrophilic Aromatic Substituion (Exercise). https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Exercises%3A_Organic_Chemistry/Exercises%3A_McMurry/16.E%3A_Chemistry_of_Benzene%3A_Electrophilic_Aromatic_Substitution_(Exercises) diakses pada tanggal 1 Juni 2020
• Smith, Janice G. (2016). Organic Chemistry (3^rd edition). New York: McGraw-Hill Education
• Solomon, TW Graham dan Fryhle, Craig B. (2011). Organic Chemistry (10^th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc
• Sudarmo, Unggul. (2013). Kimia untuk SMA/MA Kelas XII Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu Alam. Jakarta: Penerbit Erlangga

Baca juga

• Stoikiometri
• Hakikat ilmu kimia
• Senyawa karbon