Benzena dan Turunannya

A. Pengertian benzena

Benzena adalah senyawa organik siklik (berbentuk cincin) dengan enam atom karbon yang bergabung membentuk cincin segi enam. Rumus molekulnya adalah C₆H₆. Benzena termasuk dalam golongan senyawa aromatis.

gambar benzena (google image)

B. Struktur Benzena

Benzena pertama kali diisolasi pada tahun 1825 oleh Michael Faraday dari residu berminyak yang tertimbun dalam pipa induk gas di London. Kemudian pada tahun 1834 ditetapkan rumus molekul benzena adalah C₆H₆. Struktur yang mula-mula diusulkan pada tahun 1865 tidak mengandung ikatan rangkap karena benzena tidak mudah mengalami reaksi adisi seperti pada alkena. Akan tetapi struktur yang demikian ini tidak sesuai dengan tetravalensi karbon.

Agar tidak menyalahi tetravelensi karbon, pada tahun 1872 Friedrich August Kekule mengusulkan bahwa benzena mengandung tiga ikatan tunggal dan tiga ikatan rangkap yang berselang-seling. Untuk menerangkan adanya hanya tiga (tidak lima) benzena tersubstitusi, Kekule menyampaikan bahwa cincin benzena berada dalam kesetimbangan yang cepat dengan stuktur dalam mana ikatan rangkap berada dalam posisi alternatifnya.

Rumus struktur di atas dapat disederhanakan penulisannya menjadi:

Pengukuran spektroskopik menunjukkan bahwa molekul benzena adalah planar dan semua ikatan karbon-karbonnya sama panjang yaitu 1,39 Angstrom. Ikatan karbon-karbon pada benzena panjangnya di antara ikatan karbon-karbon tunggal (1,47 Angstrom) dan ikatan karbon-karbon rangkap (1,33 Angstrom). Hal ini dapat dibenarkan karena ikatan karbon-karbon pada benzena mengalami resonansi (berpindah-pindah). Inilah sebabnya mengapa benzena sukar mengalami adisi.

Energi resonansi adalah energi yang hilang (kestabilan yang diperoleh) dengan adanya delokalisasi penuh elektron-elektron sistem pi. Besaran ini merupakan ukuran tambahan kestabilan sistem aromatik itu bila dibandingkan dengan sistem lokalisasi.

Ikatan karbon-karbon pada benzena terdiri atas ikatan sigma (s ) dan ikatan phi ( p). Menurut teori ini ikatan valensi orbital molekul terbentuk dari tumpang tindih orbital-orbital atom. Ikatan kovalen yang terbentuk dari tumpang tindih ujung dengan ujung disebut ikatan sigma (s), sedangkan ikatan kovalen yang terbentuk dari tumpang tindih sisi dengan sisi disebut ikatan phi (p ).

Benzena mempunyai enam karbon sp² dalam sebuah cincin segi enam datar. Tiap atom karbon memiliki satu orbital p yang tegak lurus bidang cincin. Tumpang tindih keenam orbital p mengakibatkan terbentuknya enam orbital molekul p sehingga terbentuk awan elektron berbentuk “donat” pada bagian atas dan bawah cincin segi enam benzena.

C. Sifat-sifat Benzena

1. Sifat-sifat Fisis Benzena

Seperti hidrokarbon alifatik dan alisiklik, benzena dan hidrokarbon aromatik lain bersifat nonpolar. Benzena tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik, seperti dietil eter, karbon tetraklorida, atau heksana. Benzena digunakan secara meluas sebagai pelarut. Senyawa ini memiliki sifat yang berguna, yaitu membentuk azeotrop. Senyawa yang larut dalam benzena mudah dikeringkan dengan menyuling azeotrop tersebut.

Meskipun titik didih dan titik leleh hidrokarbon aromatik bersifat khas. p–xilena mempunyai titik leleh yang lebih tinggi daripada o–xilena atau m–xilena. Titik leleh yang tinggi merupakan sifat khas benzena p–substitusi; suatu p–isomer lebih simetris dan dapat membentuk kisi kristal yang lebih teratur dan lebih kuat dalam keadaan padat daripada o– dan m–isomer yang kurang simetris

2. Sifat-sifat Kimia Benzena

Secara kimia, benzena tidak begitu reaktif tetapi mudah terbakar dengan banyak jelaga. Benzena lebih mudah mengalami substitusi daripada adisi.

Substitusi Pertama

a. Halogenasi

Benzena dapat bereaksi langsung dengan halogen dengan katalisator FeCl₃ atau FeBr₃.

b. Alkilasi

Benzena dapat bereaksi dengan alkil halida membentuk alkil benzena dengan katalisator AlCl₃.

c. Nitrasi

Benzena bereaksi dengan asam nitrat pekat dengan katalisator asam sulfat pekat menghasilkan nitro benzena.

d. Sulfonasi

Benzena yang dipanaskan dapat bereaksi dengan asam sulfat pekat menghasilkan asam benzena sulfonat.

e. Asilasi

Asilasi benzena dengan senyawa halida asam yang mengandung gugus asil, R–CO– atau Ar–CO– disebut reaksi asilasi aromatik atau asilasi Friedel-Crafts.

D. Pembuatan Benzena

Benzena dapat dibuat dengan beberapa cara ,yaitu:

1. Polimerisasi asetilena, yaitu dengan mengalirkan asetilena melalui pipa kaca yang pijar.

Atau ditulis: 3C₂H₂ → C₆H₆

2. Memanaskan kalsium benzoat dengan kalsium hidroksida.

Ca(C₆H₅COO)₂+ Ca(OH)₂ → 2C₆H₆+ 2CaCO₃

3. Dengan destilasi bertingkat tir batu bara.

Pada destilasi bertingkat tir batu bara selain dihasilkan benzena juga diperoleh zat-zat lain, misalnya tokrena, xilena, naftalena, antrosena, fenantrena, fenol, dan kresol.

4. Dengan proses reforming nafta pada industri petrokimia.

E. Turunan Benzena

Turunan benzena atau derivat benzena diperoleh dari penggantian satu atom H atau lebih dari inti benzena dengan gugus-gugus lain.

Tata Nama Turunan Benzena

1. Benzena pada umumnya dipakai sebagai induk dan gugus yang terikat disebutkan lebih dulu kemudian diikuti dengan benzena.

Contoh:

Beberapa senyawa turunan benzena mempunyai nama khusus yang lebih lazim digunakan.

2. Untuk dua subtituen posisinya dapat diberi awalan : orto (o) untuk posisi 1 dan 2, meta (m) untuk posisi 1 dan 3 dan para (p) untuk posisi 1 dan 4.

contoh:

3. Gugus bervalensi satu yang diturunkan dari benzena disebut fenil dan gugus yang diturunkan dari toluena disebut benzil.

4. Untuk tiga substituen atau lebih, awalan orto, meta, dan para tidak diterapkan lagi, tetapi posisi substituen yang dinyatakan dengan angka, urutan prioritas penomoran adalah sebagai berikut.

– COOH, – SO₃H, – CHO,– CN, – OH, – NH₂, – R, – NO₂, – X

Contoh:

5. Bila cincin benzena terikat pada rantai alkana bergugus fungsi atau rantai alkana dengan 7 atom karbon atau lebih maka rantai alkana tersebut sebagai induk, sedangkan cincin benzena sebagai substituen.

Substitusi kedua

Benzena 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 katalis daripada benzena.

Substitusi kedua pada nitrobenzena harus dengan katalis, temperatur tinggi, dan waktu yang lebih lama daripada benzena.

Beberapa substituen pertama sebagai pengarah, substituen kedua pada posisi orto dan para, serta beberapa substituen pertama sebagai pengarah pada posisi meta.

Contoh:

Substituen Cl pengarah posisi orto dan para, sedangkan substituen NO2 pengarah posisi meta.

F. Kegunaan Benzena dan Turunannya yang Penting

1. Benzena

Benzena digunakan sebagai pelarut untuk berbagai jenis zat. Selain itu benzena juga digunakan sebagai bahan dasar membuat stirena (bahan membuat sejenis karet sintetis) dan nilon–66.

2. Halogen Benzena

Digunakan dalam industri cat, pembuatan zat-zat lain dan pembuatan insektisida (DDT).

3. Nitro Benzena

Nitro benzena digunakan untuk pembuatan anilin dan bahan peledak (TNT = 2,4, 6– trinitro toluena).

4. Asam Benzena Sulfonat

Asam benzena sulfonat digunakan untuk membuat zat-zat karena mudah larut dalam air, dan pembuatan obat-obat sulfa. Turunan asam benzena sulfonat yang terkenal adalah sakarin.

5. Anilina

Anilina merupakan bahan dasar untuk pembuatan zat-zat warna diazo. Reaksi anilina dengan asam nitrit akan menghasilkan garam diazonium, dan proses ini disebut diazotisasi.

6. Fenol

Fenol (fenil alkohol) dalam kehidupan sehari-hari lebih dikenal dengan nama karbol atau lisol, dan dipergunakan sebagai zat disinfektan (pembunuh bakteri) karena dapat menyebabkan denaturasi protein, selain itu juga untuk pembuatan obat-obatan, bahan peledak, dan plastik.

7. Asam Benzoat

Asam benzoat digunakan sebagai pengawet pada berbagai makanan olahan.

8. Stirena

Jika stirena mengalami polimerisasi akan terbentuk polistirena, suatu jenis plastik yang banyak digunakan untuk membuat insulator listrik, boneka-boneka, sol sepatu, serta piring dan cangkir.

9. Benzaldehida

Benzaldehida digunakan sebagai zat pengawet, zat warna, serta sebagai bahan baku pembuatan parfum karena memiliki bau yang sedap.

10. Asam Salisilat

Asam salisilat adalah nama lazim dari asam o–hidroksibenzoat. Ester dari asam salisilat dengan asam asetat digunakan sebagai obat dengan nama aspirin atau asetosal.

11. Toluena

Kegunaan toluena yang penting adalah sebagai pelarut dan sebagai bahan baku pembuatan zat peledak trinitrotoluena (TNT).

12. Natrium Benzoat

Seperti asam benzoat, natrium benzoat juga digunakan sebagai bahan pengawet makanan dalam kaleng.