Kamu dapat download modul & contoh soal serta kumpulan latihan soal Identifikasi Gugus Fungsi dengan Spektroskopi dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:

• Modul Identifikasi Gugus Fungsi dengan Spektroskopi
• Kumpulan Soal Mudah, Sedang & Sukar

Definisi

Cara atau metode penentuan gugus fungsi organik yang terdapat dalam senyawa yang belum diketahui, meliputi reaksi-reaksi khas masing-masing gugus fungsi serta penggunaan instrumentasi infra-merah (IR) dan NMR (hidrogen dan karbon).

1. Reaksi khas gugus fungsi yang sering diuji antara lain :

(a) Uji ikatan rangkap menggunakan $Br_{2}(aq)$, hasil positif ditandai dengan memudarnya warna coklat larutan

(b) Uji karbohidrat dengan iodin, hasil positif ditunjukkan dengan warna biru-hitam

(c) Uji aldehid dengan pereaksi Tollens, hasil positif timbulnya cermin perak, dengan Fehling, hasil positif timbul warna merah bata, dengan keton hasil negatif

(d) Uji protein dengan NaOH + $CuSO_{4}$, hasil positif ditandai dengan larutan berubah menjadi ungu

2. Spektrofotometri Infra Merah

Ketika suatu molekul disinari foton pada rentang energi inframerah (panjang gelombang $\mu m$) terjadi penyerapan energi yang mengakibatkan vibrasi pada ikatan-ikatan di dalam molekul, dengan variasi sebagai berikut

Berbagai jenis ikatan yang terdapat di dalam molekul organik memiliki nilai absorpsi yang berbeda-beda, yang dilambangkan dalam bilangan gelombang (wavenumber) dalam satuan $cm^{-1}$. Dalam spektra IR, sumbu X adalah bilangan gelombang (dalam range 400-4000 $cm^{-1}$ sementara sumbu Y adalah transmitans, dengan bentuk grafik yang menghadap ke bawah.

Dalam membaca spektra IR maka kita perlu memperhatikan bilangan gelombang, intensitas (transmitans) dan bentuk dari puncak-puncak yang muncul.

Contoh spektra IR dari suatu molekul dapat dilihat pada gambar berikut:

• Tabel rangkuman frekuensi spektra IR karakteristik gugus fungsi

• Efek ikatan hidrogen dapat nampak pada spektra IR ditandai dengan menguatnya absorbsi oleh gugus O-H atau N-H. Contohnya adalah perbandingan diantara spektra asam maleat dan fumarat berikut:

Terlihat adanya pelebaran puncak pada frekuensi 2500 $cm^{-1}$ milik asam maleat serta puncak karbonil yang tidak tajam akibat ikatan hidrogen intramolekuler menyebabkan merenggangnya ikatan O-H, amplitudo stretching nya pun membesar dan menjadi puncak spektra yang paling dominan.

3. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) / Resonansi Magnet Inti

Pengertian Nuclear Magnetic Resonance (NMR) adalah metode analisis pada kimia modern yang digunakan untuk menentukan struktur dari komponen alami dan sintetik yang baru, kemurnian dari komponen, dan arah reaksi kimia sebagaimana hubungan komponen dalam larutan yang dapat mengalami reaksi kimia.

NMR digunakan untuk menentukan struktur dari komponen alami dan sintetik yang baru, kemurnian dari komponen, dan arah reaksi kimia sebagaimana hubungan komponen dalam larutan yang dapat mengalami reaksi kimia.

A. Prinsip Dasar

Mempelajari apa yang terjadi jika suatu inti atom ditempatkan dalam suatu medan magnet statis kemudian dipengaruhi energi dari luar. Inti atom yang dimaksud di sini adalah inti yang mempunyai jumlah proton/neutron/proton dan neutron ganjil, yang paling umum digunakan adalah $_{1}^{1}H$ (H-NMR) dan $_{6}^{13}C$ (C-NMR).

Inti-inti atom ini dapat diibaratkan sebagai magnet-magnet kecil, yang apabila diberikan suatu medan magnet statis akan memiliki orientasi yang tetap (searah medan magnet atau berlawanan).

Bila ke dalam sistem ini diberikan suatu energi (hv) yang tepat maka akan terjadi perubahan arah spin/rotasi (spin flip) yang akan dideteksi, dimana besar hv ini tergantung kepada lingkungan di sekitar inti tersebut.

Untuk senyawa organik yang terutama tersusun atas atom C dan H, NMR yang sering dipakai adalah:

(a) H-NMR: menentukan tipe dan jumlah atom H dalam molekul

(b) C-NMR: menentukan tipe atom C dalam molekul

B. H-NMR

Informasi yang diperoleh pada spektra H-NMR:

i. Jumlah sinyal/puncak: banyaknya proton yang berbeda lingkungan

Semua proton yang ekuivalen akan memberikan 1 buah puncak serapan. Suatu proton yang ekuivalen akan memiliki lingkungan yang sama.

Contoh: molekul di bawah ini akan memberikan LIMA sinyal H-NMR. tentukan proton mana yang ekuivalen!

ii. Posisi sinyal (chemical shift)

Berikut ini beberapa tipe proton yang umum nilai chemical shiftnya :

iii. Intensitas sinyal: banyaknya masing-masing proton

Luas puncak serapan sebanding dengan banyaknya proton yang menyerap energi pada frekuensi tersebut. Sehingga kita dapat mengetahui perbandingan jumlah proton yang memberikan masing-masing puncak dengan melihat perbandingan tinggi/intensitas sinyalnya.

Contoh:

Suatu senyawa dengan rumus molekul $C_{9}H_{10}O_{2}$ memberikan spektrum H-NMR berikut. Tentukan jumlah proton masing-masing puncak!

Dengan menggunakan perbandingan:

sinyal A : $\frac{54}{54+23+33}\times10=4,9\sim5$ atom H

sinyal B : $\frac{23}{110}\times10=2,1\sim2$ atom H

sinyal C : $\frac{33}{110}\times10=3$ atom H

iv. Sinyal splitting

Terjadi akibat adanya proton ‘tetangga’ yang juga memiliki medan magnet sehingga atom proton selain menyerap hv juga menyerap energi pada frekuensi lain. Bila terdapat 1 proton tetangga maka dihasilkan pemisahan doublet, bila terdapat 2 menjadi triplet dan seterusnya.

Berikut ini contoh pola splitting yang umum dijumpai pada spektrum NMR

Untuk senyawa yang mengandung cincin benzena ciri khasnya adalah munculnya puncak multiplet pada range 6,5-8 ppm.

Dalam membaca spektrum NMR, berikut langkah-langkah yang disarankan:

• Menentukan berapa jenis proton yang ada di dalam senyawa dengan melihat jumlah puncak serapan
• Bila ada data luas puncak tentukan jumlah proton masing-masing puncak serapan
• Tentukan jenis atom C tetangga dengan melihat splitting
  • Singlet: atom C tetangga tidak mempunyai proton (H)
  • Doublet: ada 2 proton pada atom C tetangga
  • dan seterusnya
• Gunakan data chemical shift dan efek shielding/deshielding sebagai referensi. Efek shielding (oleh elektron) yang tinggi akan menyebabkan puncak bergeser ke arah upfield (ppm rendah), dan sebaliknya efek deshielding yang diakibatkan gugus penarik elektron menggeser

CONTOH:

Suatu senyawa X yang belum diketahui memiliki rumus molekul $C_{4}H_{8}O_{2}$ dan memiliki gugus C=O (diketahui dari data IR). Berikut ini spektra H-NMR nya:

(a) Langkah pertama terlihat bahwa terdapat 3 jenis puncak, maka terdapat 3 jenis proton.

(b) Jumlah proton masing-masing:

sinyal A : $\frac{15}{15+14+11}\times8=3$ proton

sinyal B : $\frac{11}{40}\times8\sim2$ proton

sinyal C : $\frac{14}{40}\times8\sim3$ proton

(c) Tentukan atom C tetangga dari tiap puncak:

sinyal A : triplet, terdapat 2 proton di C tetangga

sinyal B : kuartet, terdapat 3 proton di C tetangga

sinyal C : singlet, tidak terdapat proton di C tetangga, yang kemungkinan adalah C karbonil.

(d) Menyatukan data yang ada didapat kemungkinan struktur

Beserta kemungkinan chemical shift nya masing-masing

Kemudian kita cocokkan dengan nilai chemical shift yang ada, terlihat bahwa singlet pada 3.7 ppm (downfield) dan kuartet upfield pada 2.3 ppm, sehingga struktur B yang lebih tepat.

4. Karbon-NMR (C-NMR)

Setiap karbon yang tidak ekuivalen akan menghasilkan puncak serapan berbeda pada spektrum C-NMR, dan pembacaannya secara sederhana dilakukan dengan melihat chemical shift nya.

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Bagaimanakah cara kita mengidentifikasi masing-masing senyawa berikut:

Jawaban

Kedua senyawa ini memiliki gugus fungsi yang sama, sehingga kita tidak dapat membedakannya dengan IR, lebih baik kita gunakan H-NMR.

Pertama-tama kita identifikasi proton yang berbeda pada masing-masing senyawa, kemudian perkirakan letak chemical shift dan splitting yang mungkin terjadi, maka didapat:

Perbedaan paling mudah yang terlihat adalah pada 4.2 ppm untuk senyawa A (kiri) terlihat puncak singlet, sementara untuk senyawa B berupa triplet.