Kekuatan Asam dan Basa dalam Kimia Organik

1.      Asam basa Bronsted-Lowry.

Menurut bronsted-lowry, asam adalah senyawa yang dapat menyumbangkan proton (H⁺), sedangkan basa adalah senyawa yang dapat menerima proton.

2.      Asam basa Lewis

Menurut lewis, asam adalah senyawa yang dapat menerima pasangan elektron bebas (PEB), sedangkan basa adalah senyawa yang dapat mendonorkan pasangan elektron bebas (PEB). Syarat bagi basa lewis yaitu harus mempunyai PEB, sedangkan bagi asam lewis harus memiliki orbital yang kosong untuk menerima PEB.

Contohnya:

Atom C pusat yang kekurangan elektron bertindak sebagai asam lewis atau disebut dengan elektrofil. Elektrofil ini dapat stabil jika orbital yang kosong sudah terisi. Sedangkan basa lewis disebut juga sebagai nukleofil yang akan mencari atom bermuatan positif yang kekurangan elektron.

3.      Kekuatan asam basa

Untuk melihat kekuatan asam dan basa suatu spesi dapat ditinjau berdasarkan nilai tetapan ionisasi asam (K_a) dan tetapan ionisasi basa (K_b) pada teori bronsted-lowry. Semakin besar nilai K_a maka semakin banyak asam yang terurai sehingga nilai konsentrasi asam juga semakin besar. Begitu juga dengan nilai K_b yaitu semakin besar K_b maka semakin kuat kebasaannya.

Untuk memprediksi kekuatan asam dan basa dapat kita lihat berdasarkan struktur molekul suatu senyawa, mengamati pola keelektronegatifan atom pusat dan atom luar, dan memahami struktur lewisnya.

a.       Efek kekuatan ikatan

Pada golongan halida, semakin tidak efektiforbital yang tumpang tindih antara orbital 1s hidrogen dengan orbital unsur-unsur yang lebih besar, maka semakin lemah ikatan antara atom H dengan halogen, semakin mudah lepas ikatan H dengan halogen dan semakin kuat asam halida tersebut.

b.      Efek kelektronegatifan.

Pada tabel periodik unsur, dari kiri ke kanan keasaman unsur akan meningkat. Adapun faktor yang mempengaruhi keasaman adalah elektronegativitas atom yang terikat pada hidrogen. Pengaruh keelektronegarifan atom terhadap kekuatan asam ada 2, yaitu pengaruh polaritas ikatan ke proton dan pengaruh stabilitas relatif anion (basis konjugat) yang terbentuk ketika proton hilang. Pada golongan halida, yangpaling elektronegatif adalah F, sehingga ikatan H-F paling mudah terpolarisasi dan proton HF bersifat positif. Maka HF akan sangat mudah kehilangan proton  sehingga bersifat paling asam.

Semakin kuat sifat asamnya, maka semakin lemah anion yang dihasilkan. Anion yang bersifat basa kuat relatif tidak stabil.

c.       Efek hibridisasi

Pada umumnya atom pusat yang memiliki hibridisasi sp bersifat lebih asam dibandingkan sp² dan sp³. Karakter s yang besar akan membuatnya bersifat lebih elektronegatif dari yang lain.

Keasaman: CH≡CH ˃ CH₂=CH₂ ˃ CH₃-CH₃

Kebasaan dari anion: CH≡C:^- ˂ CH₂=CH:^- ˂ CH₃-CH_2:^_

d.      Efek induktif

Efek induktif merupakan efek elektronik yang ditransmisikan melalui ikatan pada gugus yang berupa dorongan elektron atau penarikan elektron. Efek induktif akan lemah jika jarak dari kelompok meningkat.

e.       Pengaruh pelarut

Solvasi (hidrasi) oleh molekul pelarut terhadap anion dan kation terlarut akan mudah membentuk ion hidronium sehingga dapat memberikan sifat asam.

Contoh: 

asam karboksilat sederhana, adanya gugus metil akan meyebabkan induksi positif sehingga menghambat pelesan proton.

4.      Kestabilan asam/basa konjugat.

Jika asamnya merupakan asam kuat, maka akan menghasilkan basa lemah yangbersifat stabil dan merupakan gugus pergi yang baik. Dan sebaliknya, jika asamnya merupakan asam lemah maka akan menghasilkan basa konjugat kuat yang bersifat tidak stabil dan merupakan gugus pergi yang sulit lepas. Adapun faktor penentu kestabilan baja konjugat sebagai berikut:

a.       Jika muatannya semakin tinggi maka semakin tidak stabil

b.      Jika keelektronegatifan semakin tinggi maka akan semakin stabil

c.       Untuk golongan dari atas ke bawah, jika polarisasi semakin besarmaka maka akan semakin stabil pada spesi yang bermuatan negatif.

d.      Semakin banyak jumlah struktur, maka resonansinya akan semakin stabil  

e.       Efek induksi pada gugus penarik elektron dapat menstabilkan basa konjugat, sehingga semakin banyak gugus penarik elektron maka semakin stabil

f.       Orbital hibrida sp lebih stabil dibandingkan sp²dan sp³.

g.      Spesis basa yang mempunyai struktur aromatis bersifat lebih stabil.

5.      Reaksi kimia organik berdasarkan reaksi asam basa  

Reaksi transfer proton merupakan langkah awal dalam reaksi alkohol, eter, aldehid, keton, ester, amida, dan asam karboksilat. Contoh: reaksi alkilasi friedel crafts

R-Cl + AlCl₃ → R⁺ + AlCl₄^-

Asam karboksilat (asam alkanoat) merupakan asam organik alifatik yang mempunyai gugus karboksil (-COOH) yang termasuk asam lemah (dalam larutan hanya terdisosiasi sebagian menjadi kation H⁺ dan anion RCOO^- ), semakin panjang rantai karbon maka semakin lemah keasamannya. Didalam air molekulnya akan terionisasi dengan melepaskan atom hidrogen menjadi ion H⁺. Contoh asam karboksilat beserta nilai pKa sebagai berikut:

Manfaat asam karboksilat:

1.      Asam formiat (CH₂O₂)

Berdasarkan strukturnya, asam formiat bersifat asam lemah, sehingga asam formiat dalam jumlah yang sedikit terdapat dalam keringat, keringat akan berbau asam, digunakan dalam industri tekstil, Jika terkena kulit dapat membuatnya lepuh, serta dapat mereduksi senyawa lain.

2.      Asam asetat/asam etanoat (CH₃COOH)

Larutan cuka digunakan dalam makanan merupakan 25% dari volume asam asetat, sedangkan asam asetat murni disebut asam asetat glasial.

3.      Asam glutamat (C₅H₉NO₄)

Berdasarkan struktur molekulnya, rantai karbon asam glutamat lebih panjang dibandingkan asam formiat dan asam asetat sehingga sifat asamnya akan lebih lemah. Oleh karena itu, dalam bentuk monosodium glutamat (MSG) digunakan sebagai penyedap rasa.

4.      Asam oksalat (C₂H₂O₄)

Berdasarkan strukturnya, asam oksalat bersifat asam lemah, terhidrolisis sebagian dalam air, sehingga ssam oksalat biasanya digunakan sebagai pelarut produk perawatan kebersihan pada wanita, sebagai pelarut senyawa organik, sebagai bahan aditif pada makanan, dan campuran produk pembersih seperti detergent.
5. Asam benzoat (C6H5COOH)

Asam benzoat meruapak jenis pengawet yang digunakan pada saos dan sambal. Asam benzoat berperan untuk mencegah ragi, khamir dan bakteri pada makanan kemasan yang sudah dibuka pada pH 2,5-4. Asam benzoat dapat ditemukan pada cengkeh dan kayu manis. Cara kerja asam benzoat sebagai pengawet yaitu dengan menghambat, mencegah dan menghentikan proses pembusukan serta fermentasi pada bahan makanan. Mekanisme kerjanya berdasarkan pada tngkatan permeabilitas membran sel mikroba terhadap molekul asam. Dimana asam benzoat ini dapat menembus membran sel mikroba yang memiliki pH netral, sehingga dapat menaikkan pH didalam sel mikroba menjadi lebih asam. Kondisi asam inilah yang dapat mengganggu metabolisme organ-organ sel sehingga menyebabkan selnya mati.  

                                                                                                                      

Permasalahan:

1. Berdasarkan Struktur Kinuklidin, pirolidine, dan pirol. Mengapa pirolidine dapat memiliki pKa yang paling besar diantara ketiga senyawa tersebut?
2. Asam maleat dan asam fumarat mempunyai rumus molekul sama yaitu C₄H₄O_4, dimana pada struktur asam maleat memiliki posisi cis pada ikatan hidrogennya, sedangkan pada asam fumarat membentuk posisi trans pada ikatan hidrogennya. Asam maleat bersifat lebih asam dibandingkan asam fumarat. Bagaimana pengaruh dari posisi cis dan trans ini terhadap sifat keasaman kedua senyawa tersebut?
3. Bagaimana pengaruh efek induksi pada asam oksalat terhadap potensi pemanfaatannya sebagai campuran produk pembersih detergent?