BAB II PENELAAHAN PUSTAKA
F. Elusidasi Struktur
Elusidasi struktur suatu molekul organik dapat menggunakan spektroskopi inframerah, spektroskopi resonansi magnet inti proton, dan spektrometri massa.
1. Spektroskopi Inframerah
Spektroskopi inframerah merupakan spektroskopi ikatan ulur (streching) dan ikatan tekuk (bending) karena sejumlah energi pada radiasi inframerah merupakan energi yang berpindah ke ikatan ulur maupun ikatan tekuk (Suggs, 2002). Banyaknya energi yang diserap oleh suatu ikatan bergantung pada perubahan dalam momen ikatan seperti vibrasi atom-atom yang saling berikatan. Perubahan dalam momen ikatan yang lebih besar mengakibatkan serapan sejumlah energi juga lebih besar (Fessenden dan Fessenden, 1986a).
Spektrum inframerah pada dasarnya merupakan gambaran dari pita serapan yang spesifik dari gugus fungsional yang mengalami vibrasi karena pemberian energi. Interaksi antara gugus dengan atom yang mengelilinginya dapat menandai spektrum itu dalam setiap senyawa. Untuk analisa kualitatif, ada atau
12
tidaknya serapan pada frekuensi tertentu merupakan penanda ada tidaknya gugus fungsional tertentu. Penggunaan spektroskopi inframerah pada bidang kimia organik mengunakan daerah dari 650-4000 cm-1. Daerah dengan frekuensi lebih rendah 650 cm-1 disebut inframerah jauh dan daerah dengan frekuensi lebih tinggi dari 4000 cm-1 disebut inframerah dekat (Sastrohamidjojo, 2001).
Inti-inti atom yang terikat oleh ikatan kovalen mengalami getaran (vibrasi) atau osilasi (oscillation), dengan cara serupa dengan dua bola yang terikat oleh suatu pegas. Bila molekul meresap radiasi inframerah, energi yang diserap menyebabkan peningkatan amplitudo getaran atom-atom yang terikat tersebut. Oleh karena itu, molekul ini berada dalam keadaan vibrasi tereksitasi (excited vibration state, energi yang terserap ini akan dibuang dalam bentuk panas bila molekul itu kembali ke keadaan dasar) (Fessenden dan Fessenden, 1986a).
Suatu ikatan dalam sebuah molekul dapat mengalami berbagai macam osilasi sehingga suatu ikatan tertentu dapat menyerap energi pada lebih dari satu panjang gelombang. Misalnya, suatu ikatan O-H menyerap energi pada kira-kira 3330 cm-1 (3,0 μm); energi pada panjang gelombang ini dapat menyebabkan kenaikan vibrasi ulur (stretching vibration) ikatan O-H itu. Suatu ikatan O-H itu juga menyerap energi pada kira-kira 1250 cm-1 (8,0 μm); energi pada panjang gelombang ini menyebabkan kenaikan vibrasi tekuk (bending vibration) (Fessenden dan Fessenden, 1986a).
Molekul yang tersusun dari banyak atom mempunyai sangat banyak frekuensi vibrasi. Setiap ragam vibrasi yang berbeda mungkin dapat memberikan
13
pita serapan yang berbeda. Sejumlah vibrasi yang mempunyai frekuensi sama maka pita-pita serapannya akan saling tumpang tindih (Sastrohamidjojo, 2001).
2. Spektroskopi Resonansi Magnet Inti Proton
Spektroskopi resonansi magnetik inti (RMI) proton merupakan cara yang mampu memberi keterangan mengenai struktur molekul dengan mengkaji sifat magnet atom-atom tertentu dalam molekul. Spektroskopi resonansi magnet inti dapat dilakukan pada inti yang memiliki sebuah momen magnet (Pine, 1980). Spektroskopi RMI didasarkan pada penyerapan gelombang radio oleh inti-inti tertentu dalam molekul organik, apabila molekul ini berada dalam medan magnet yang kuat (Fessenden dan Fessenden, 1986a).
Seperti halnya elektron, inti atom-atom tertentu dapat dianggap berputar. Inti atom hidrogen mempunyai satu proton yang dianggap berputar, dan dalam melakukan putarannya inti tersebut dipandang sebagai sebuah batang magnet kecil. Bila sejumlah proton ditempatkan dalam medan magnet, beberapa proton akan terletak searah sedangkan beberapa yang lain terletak berlawanan arah terhadap medan magnet yang digunakan. Proton yang terletak searah dengan medan magnet dianggap lebih stabil. Dibutuhkan energi untuk “membalik” magnet proton kecil ke arah yang lebih tidak stabil yang berlawanan arah dengan medan magnet. Apabila inti yang berputar ini dikenai radiasi elektromagnetik pada frekuensi yang tepat (frekuensi radio), proton yang berenergi spin lebih rendah dapat menyerap energi dan akan “meloncat” ke keadaan spin berenergi lebih tinggi (Bresnick, 1996).
14
Pergerakan elektron mengelilingi proton akan menciptakan medan magnet tersendiri. Medan magnet ini terletak searah sedemikian rupa sehingga melawan medan magnet yang diberikan. Dengan demikian, pengaruh medan magnet yang dirasakan oleh proton akan berkurang dan proton dikatakan terperisai. Apabila sirkulasi elektron (terutama elektron-π) menginduksi suatu medan yang memperkuat medan yang diberikan, proton tersebut dinyatakan tak terperisai.
Suatu senyawa standar digunakan sebagai pembanding terhadap senyawa yang diuji. Tetrametil silan (TMS) sering digunakan sebagai standar internal. Proton metil pada senyawa ini sangat terperisai sehingga menghasilkan pemisahan energi yang realtif kecil antara kedua status spin. Dengan demikian, energi frekuensi radio yang dibutuhkan agar proton beresonansi relatif lebih rendah. Standar TMS selalu ditandai dengan 0 hertz (Hz), sedangkan frekuensi lain dinyatakan sesuai dengan banyaknya hertz yang menunjukkan jarak dari sinyal TMS. Resonansi sering kali dinyatakan sebagai δ atau part per million (ppm) (Bresnick, 1996).
Hidrogen-hidrogen benzena dikatakan terlindungi oleh anisotropi diamagnetik dari cincin. Dalam terminologi elektromagnetik medan isotropik salah satu kerapatan yang sama dimana-mana atau dalam distribusi sferis simetris; medan anisotropik adalah “tidak isotropik” atau “tidak sama”, medan magnetik yang diberikan (Ho) adalah anisotropik di dekat molekul benzena, karena elektron-elektron labil dalam cincin berinteraksi dengan medan magnet yang diberikan. Ini menciptakan ketidakhomogenitasan di dekat molekul sehingga proton yang terikat
15
pada cincin benzena dipengaruhi oleh tiga medan magnet yaitu medan magnet kuat yang diberikan oleh elektromagnet dari spektrometer RMI dan dua medan yang lebih lemah, satu yang disebabkan oleh lindungan biasanya oleh elektron valensi di sekitar proton, dan yang lain disebabkan anisotropi yang dihasilkan oleh elektron-elektron sistem cincin. Efek anisotropi inilah yang mengakibatkan proton-proton benzena mempunyai pergeseran kimia yang lebih besar daripada yang diharapkan (Sastrohamidjojo, 2001).
3. Spektrometri Massa
Dalam spektrometri massa, molekul-molekul organik ditembak dengan berkas elektron dan diubah menjadi ion-ion bermuatan positif yang bertenaga tinggi (ion-ion molekular atau ion-ion induk), yang dapat pecah menjadi ion-ion yang lebih kecil (ion-ion pecahan atau ion-ion anak); lepasnya elektron dari molekul menghasilkan radikal kation dan proses ini dinyatakan sebagai M→M+. Ion molekular M+ biasanya terurai menjadi sepasang fragmen/pecahan yang dapat berupa radikal dan ion, atau pecahan molekul kecil dan radikal kation (Sastrohamidjojo, 2001).
Kromatografi gas dan spektrometri massa merupakan teknik dengan kompatibilitas tinggi. Pada kedua teknik tersebut, sampel berada pada fase uap dan kedua berhubungan dengan kesamaan jumlah sampel (biasanya kurang dari 1 ng) (Hites, 1997).
Metode kromatografi gas dan spektrometri massa memberikan keuntungan saat dua metode ini digunakan secara bersamaan. Proses pemisahan
16
dilakukan oleh kromatografi gas, sedangkan proses identifikasi dan kuantitatif dilakukan oleh spektrometri massa. Keuntungan dari kromatografi gas-spektrometri massa antara lain metode ini dapat digunakan untuk hampir semua jenis analit, memiliki batas deteksi yang rendah, dan memberi informasi penting tentang spektrum massa dari suatu senyawa organik (Dean, 1995).
