UJIAN MID SEMESTER KIMIA ORGANIK II

NAMA  : DEFI NOFITA PANCA SARI

NIM      : A1C111023

                                                                           SOAL 1                                                                          

Asam karboksilat dapat ditransformasi menjadi beberapa turunan. Buatlah skema reaksi perubahan dari suatu ester menjadi amida selanjutnya target akhirnya adalah benzoil khlorida.

PEMBAHASAN

Seperti yang telah dijelaskan pada soal, asam karboksilat dapat ditransformasi menjadi beberapa turunan, diantaranya ester, amida dan asil klorida. Pada soal dikatakan target akhirnya adalah benzoil klorida, dimana benzoil klorida itu sendiri juga merupakan turunan asam karboksilat yaitu asil klorida. Untuk menjawab pertanyaan nomor satu, dimana hasil akhir yang diinginkan adalah benzoil klorida, saya akan menjelaskannya dengan skema sistematika reaksi perubahan asam karboksilat beserta turunannya untuk mendapatkan benzoil klorida dengan mekanisme reaksi sebagai berikut :

1.Konversi asam karboksilat menjadi ester

2.Konversi ester menjadi amida

3.Konversi amida menjadi asil halida

1.      Reaksi asam karboksilat menjadi ester

Untuk mengonversikan asam karboksilat menjadi ester, saya akan mengunakan perumusan reaksi esterifikasi. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi dimana suatu asam karboksilat yang direaksikan dengan suatu alcohol sehingga akan terbentuk ester dan hasil samping berupa air. Secara matematis, reaksi esterifikasi saya gambarkan sebagai berikut :

Asam yang saya gunakan adalah asam etanoat (CH₃COOH) dan alcohol yang saya gunakan adalah fenol (C₆H₅OH), berikut ini mekanisme reaksinya :

Katalis yang digunakan dalam reaksi ini adalah katalis asam, biasanya HCl atau H₂SO₄. Bila asam karboksilat dan alcohol dipanaskan dengan kehadiran katalis asam maka kesetimbangan akan tercapai dengan menghasilkan ester dan air. Dalam hal ini, asam etanoat yang direaksikan dengan fenol kemudian dipanaskan dan dengan bantuan katalis asam maka kesetimbangan tercapai dengan menghasilkan metil benzoate dan air.

2.   Reaksi ester menjadi amida

Untuk mengonversi ester menjadi amida, saya akan menggunakan reaksi amonolisis ester. Secara matematis, reaksi amonolisis ester dapat digambarkan sebagai berikut :

Pada mekanisme reaksi sebelumnya (asam karboksilat menjadi ester) telah diperoleh produk berupa metil benzoate. Maka dengan bantuan skema reaksi amonolisis ester di atas, saya akan mencoba mengonversikan metil benzoate tersebut menjadi amida. Mekanisme reaksinya ialah sebagai berikut :

Dapat kita amati bahwa pada reaksi tersebut, ammonia mengonversi ester menjadi amida. Dalam hal ini, metil benzoate dengan bantuan ammonia akan menghasilkan amida berupa benzamida dan hasil samping berupa alcohol yaitu methanol.

3.   Reaksi konversi amida menjadi asil halida

Langkah terakhir untuk mendapatkan benzoil klorida adalah dengan mengonversikan benzamida tadi menjadi benzoil klorida itu sendiri. Menurut saya, untuk dapat menghasilkan benzoil klorida melalui benzamida harus dengan bantuan asam, dalam hal ini adalah HCl. Dengan mereaksikan benzamida dan HCl, maka akan terbentuk benzoil klorida dengan hasil samping berupa amonia. Mekanisme reaksinya ialah sebagai berikut :

                                                                           SOAL 2                                                                          

 

Temukan manfaat dari benzoil khlorida, jelaskan bagaimana mekanisme senyawa benzoil khlorida berperan.

PEMBAHASAN

Benzoil klorida, yang juga dikenal sebagai benzenakarbonil klorida, merupakan cairan tak berwarna dan berkabut C₆H₅COCl dengan bau yang menusuk dan cukup menyengat.

 

 Ketika benzoil klorida bereaksi di udara maka akan menghasilkan asap. Ketika mata kita bersinggungan dengan uapnya akan menyebabkan mata menjadi berair. Oleh sebab itulah salah satu penggunaan benzoil klorida ini digunakan sebagai gas iritan yang dikenal sebagai lakrimator atau gas air mata.Berikut ini akan saya jelaskan mekanisme senyawa benzoil klorida dalam peranannya sebagai suatu lakrimator atau gas air mata.

Pada reaksi diatas dapat kita amati bahwa benzoil klorida ketika dihidrolisis dengan air akan bereaksi dengan cepat membentuk asam benzoate dan asam klorida berupa uap. Karena alasan inilah benzoil klorida memiliki bau yang menyengat dan mengiritasi. Ketika uap atau gas yang berkabut dihasilkan dari reaksi ini dan bersinggungan dengan mata akan menyebabkan mata menjadi berair dan disinilah peranan benzoil klorida sebagai suatu lakrimator atau gas air mata.

                                                                           SOAL 3                                                                          

Bila benzoil khlorida dikonversi menjadi asam benzoat. Buatlah tiga contoh turunan asam benzoat sebagai model, kemudian jelaskan pengaruh efek resonansi terhadap kekuatan tiga jenis asam benzoat yang anda modelkan.

PEMBAHASAN

Untuk menjawab pertanyaan ini, saya akan membuat tiga model dari turunan asam benzoate. Turunan asam benzoate yang akan saya gunakan menjadi model sebagai hasil konversi dari benzoil klorida adalah :

1.Asam o-klorobenzoat

2.Asam m-klorobenzoat

3.Asam p-klorobenzoat

Seperti yang telah diketahui di soal, apabila benzoil klorida direaksikan denga suatu senyawa maka akan menghasilkan asam benzoate. Dalam hal ini, untuk memperoleh Asam o-klorobenzoat, asam m-klorobenzoat dan asam p-klorobenzoat, saya mereaksikan Benzoil Klorida dengan air. 

MODEL 1

MODEL 2

MODEL 3

PENGARUH EFEK RESONANSI

Untuk meninjau pengaruh efek resonansi terhadap ketiga model turunan asam benzoate tersebut, saya akan membandingkan pengaruh antara kekuatan resonansi terhadap kekuatan asam (keasaman) senyawa asam o-klorobenzoat dengan asam m-klorobenzoat dan asam m-klorobenzoat dengan asam p-klorobenzoat. Berikut ini penjelasannya :

Tabel Efek Resonansi Suatu Gugus

Ket : R = Resonansi

          I = Induksi

Berdasarkan tabel efek resonansi suatu gugus, untuk asam m-klorobenzoat, maka gugus –COOH lah yang menjadi pusat electron karena (-)R dan (-)I sehingga gugus –COOH dapat mendorong electron ke gugus –Cl dan induksi yang terjadi pada gugus –COOH semakin (+) dan gugus –Cl semakin (-) karena untuk mendorong electron dari gugus –COOH juga memerlukan electron sehingga electron pada gugus –COOH berkurang dan menjadi (+) sedangkan gugus –Cl menjadi (-).

Dari resonansi tersebut kita dapat membuat letak (+) yang terdekat ataupun jauh, jika (+) dekat dengan pusat electron berarti tingkat keasamannya lebih lemah dikarenakan H⁺ sukar masuk dan OH^- mudah masuk, sehingga kebalikan untuk asam kuat kita dapat membandingkan dengan asam o-klorobenzoat dari literature :

                                                pKa                  Ka

Asam m-klorobenzoat             2,9                   1,6 x 10^-4

Asam o-klorobenzoat              3,8                   12,5 x 10^-4

Untuk harga Ka lebih tinggi atau pKa lebih rendah, berarti sifat keasamannya semakin kuat. Data tersebut juga dapat dibuktikan melalui efek resonansi pada asam o-klorobenzoat berikut :

 

Selanjutnya saya akan membandingkan kekuatan atau tingkat keasaman berdasarkan efek resonansi dari asam m-klorobenzoat dengan asam asam p-klorobenzoat. Sama halnya seperti penjelasan sebelumnya, berdasarkan tabel efek resonansi suatu gugus, untuk asam p-klorobenzoat, maka gugus –COOH lah yang menjadi pusat electron karena (-)R dan (-)I sehingga gugus –COOH dapat mendorong electron ke gugus –Cl dan induksi yang terjadi pada gugus –COOH semakin (+) dan gugus –Cl semakin (-) karena untuk mendorong electron dari gugus –COOH juga memerlukan electron sehingga electron pada gugus –COOH berkurang dan menjadi (+) sedangkan gugus –Cl menjadi (-).

Dari resonansi tersebut kita dapat membuat letak (+) yang terdekat ataupun jauh, jika (+) dekat dengan pusat electron berarti tingkat keasamannya lebih lemah dikarenakan H⁺ sukar masuk dan OH^- mudah masuk, sehingga kebalikan untuk asam kuat kita dapat membandingkan dengan asam m-klorobenzoat dari literature :

                                                pKa                  Ka

Asam p-klorobenzoat             4,00                  1,0 x 10^-4

Asam m-klorobenzoat             3,8                   1,6 x 10^-4

Untuk harga Ka lebih tinggi atau pKa lebih rendah, berarti sifat keasamannya semakin kuat. Data tersebut juga dapat dibuktikan melalui efek resonansi pada asam m-klorobenzoat berikut :

Maka dapat disimpulkan bahwa untuk turunan asam benzoate sebagai hasil konversi dari benzoil klorida  yang saya jadikan sebagai model reaksi diatas, urutan kekuatan berdasarkan efek resonansinya adalah asam o-klorobenzoat, asam m-klorobenzoat dan asam p-klorobenzoat.

                                                                            SOAL 4                                                                         

Usulkan turunan asam benzoate yang Anda gunakan pada soal nomor 3 dapat dibiodegradasi oleh suatu mikroorganisme, bagaimana hasil akhir penguraiannya ?

PEMBAHASAN

Dalam hal ini saya akan membahas degradasi senyawa asam klorobenzat. Asam klorobenzoat memiliki rumus struktur C₇H₆O₂Cl dan merupakan senyawa hidrokarbon aromatis. Degradasi senyawa aromatis berlangsung di plasmid atau kromosom oleh gen x/y, dimana gen x/y ini berfungsi sebagai agen pembuat enzim katekol 2,3-dioksigenase yang digunakan pada proses degradasi itu sendiri.

Saya akan menggunakan bakteri pseudomonas sebagai mikroorganisme yang berperan dalam proses degradasi ini. Asam klorobenzoat yang terlarut dalam fase air akan berinteraksi dengan sel bakteri pseudomonas. Bakteri ini menganggap asam klorobenzoat sebagai substrat (sumber makanannya).  

Metabolisme senyawa asam klorobenzoat ini oleh bakteri diawali dengan pembentukan Protocatechuate atau catechol atau senyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. Asam klorobenzoat dan Protocatechuate atau catechol ini selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus asam sitrat, antara lain piruvat, asetil KoA, dan suksinat oleh enzim yang disebut katekol 2,3-dioksigenase.

BIODEGRADASI SENYAWA ORGANIK

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. Senyawa hidrokarbon dalam minyak bumi merupakan sumber karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme, sehingga senyawa tersebut dapat didegradasi dengan baik .

Biodegradasi hidrokarbon oleh komunitas mikroba tergantung pada komposisi komunitas dan respon adaptif terhadap kehadiran hidrokarbon. Laju biodegradasi senyawa hidrokarbon kompleks dengan berat molekul besar seperti senyawa aromatik, resin, dan asfalten lebih lambat dibandingkan dengan senyawa dengan berat molekul rendah. Meski demikian beberapa studi menunjukkan bahwa degradasi pada kondisi optimum terhadap senyawa kompleks memiliki laju yang tinggi. Demikian juga dengan fenol dan klorofenol.

Salah satu bahan pencemar yang sering menimbulkan masalah adalah hidrokarbon aromatis. Hidrokarbon yang sering dijumpai, terutama di perairan, adalah fenol dan derivatnya dari karbonisasi batubara, bahan kimia sintetik, dan industri minyak. Senyawa fenolik ini merupakan polutan berbahaya. Fenol alami dapat dijumpai di berbagai tanaman. Tanin merupakan suatu kelompok senyawa polifenolik yang biasanya merupakan komponen tumbuhan, dan terdiri dari 2 kelas utama, yaitu yang terkondensasi dan hidrolisat. Disamping itu tumbuhan menghasilkan lignin yang  merupakan kelompok polifenol sekerabat dengan tanin yang sangat sulit didegradasi oleh bakteri.

Khusus untuk polimer biodegradable dalam tanah, tingkat di biodegradasi yang terjadi tergantung pada kondisi tanah seperti suhu, kadar air (ukuran dari konsentrasi air), tingkat aerasi (ukuran konsentrasi oksigen), keasaman (ukuran konsentrasi asam) dan konsentrasi mikroorganisme sendiri. Di bawah sangat tidak menguntungkan kondisi laju degradasi dapat dikurangi menjadi hampir nol. Suhu rendah sangat menghambat degradasi dalam tanah. Kadar air tanah juga penting, melainkan mendukung degradasi hidrolitik. Aerasi mendukung oksidatif degradasi dan tingkat aerasi menentukan apakah biotik degradasi aerobik atau anaerobik atau keduanya mengambil tempat. Meskipun ada banyak bakteri yang berkembang pada lingkungan bebas oksigen, ada banyak lagi yang menggunakan oksigen. Degradasi biotik juga mensyaratkan bahwa tanah dapat menjadi mikroba aktif. Tingkat degradasi biotik dapat dikurangi menjadi hampir nol dalam lingkungan steril, atau ketika konsentrasi mikroorganisme sangat rendah atau bahkan jika material tidak benar-benar biodegradable. 

Terdapat tiga cara transpor hidrokarbon ke dalam sel bakteri secara umum yaitu :

1.    Interaksi sel dengan hidrokarbon yang terlarut dalam fase air. Pada kasus ini, umumnya rata-rata kelarutan hidrokarbon oleh proses fisika sangat rendah sehingga tidak dapat mendukung.

2.   Kontak langsung (perlekatan) sel dengan permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar daripada sel mikroba. Pada kasus yang kedua ini, perlekatan dapat terjadi karena sel bakteri bersifat hidrofobik. Sel mikroba melekat pada permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar daripada sel dan pengambilan substrat dilakukan dengan difusi atau transpor aktif. Perlekatan ini terjadi karena adanya biosurfaktan pada membrane sel bakteri Pseudomonas.

3.   Interaksi sel dengan tetesan hidrokarbon yang telah teremulsi atau tersolubilisasi oleh bakteri. Pada kasus ini sel mikroba berinteraksi dengan partikel hidrokarbon yang lebih kecil daripada sel. Hidrokarbon dapat teremulsi dan tersolubilisasi dengan adanya biosurfaktan yang dilepaskan oleh bakteri pseudomonas ke dalam medium.

Mekanisme degradasi hidrokarbon di dalam sel bakteri Pseudomonas

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. Reaksi lengkap dalam proses ini terlihat pada gambar 1.

Gambar 1. Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik

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. Gambar 2 menunjukkan reaksi perubahan senyawa benzena menjadi katekol.

Gambar 2. Reaksi degradasi Hidrokarbon aromatis

                                                                           DISKUSI                                                                        

Pada artikel di atas, dikatakan bahwa "Khusus untuk polimer dalam tanah, tingkat biodegradasi yang terjadi tergantung pada kondisi tanah seperti suhu, kadar air (ukuran dari konsentrasi air), tingkat aerasi (ukuran konsentrasi oksigen), keasaman (ukuran konsentrasi asam) dan konsentrasi mikroorganisme sendiri". Dan pada sebuah artikel dikatakan bahwa sampah plastik membutuhkan waktu sekitar lebih kurang 50 tahun untuk dapat didegradasi.

Permasalahan yang saya ajukan adalah :

Bagaimana dengan sampah-sampah plastik yang menggenang di perairan, misalnya seperti di laut, sungai, rawa atau sejenisnya. Dapatkah sampah-sampah plastik yang menggenang di daerah perairan ini didegradasi ?

Jika ya bagaimana mekanisme degradasi yang terjadi, apa perbedaannya dengan penguraian plastic oleh mikroorganisme tanah ? 

Dan jika tidak, bagaimana agar sampah-sampah plastik tsb tetap dapat diuraikan tanpa merusak ekosistem perairan ?