The Art and Science of Total Synthesis

GUGUS FUNGSI SENYAWA ORGANIK

Assalamu'alaykum warohmatullahi wabarokaatuh.
         Selamat malam teman-teman, pada kesempatan ini saya akan membagikan materi kimia yang berkaitan dengan Kimia Organik Fisik yaitu gugus fungsi.
          Gugus fungsi adalah kelompok gugus khusus pada atom dalam molekul, yang berperan dalam memberi karakteristik reaksi kimia pada molekul tersebut. Senyawa yang bergugus fungsional sama memiliki reaksi kimia yang sama atau mirip.

Macam-macam gugus fungsi antara lain:
1. ALDEHID
          Aldehida merupakan senyawa organik yang memiliki gugus karbonil terminal. Gugus fungsi ini terdiri dari atom karbon yang berikatan dengan atom hidrogen dan berikatan rangkap dengan atom oksigen. Golongan aldehida juga dinamakan golongan formil atau metanoil. Kata aldehida merupakan kependekan dari alcohol dehidrogenasi yang berarti alkohol yang terdehidrogenasi. Golongan aldehida bersifat polar.
          Aldehid sudah dikenal sejak lama sehingga penataan nama menggunakan nama trivial sering dipakai. Menurut sistem IUPAC, nama aldehid diturunkan dari nama alkana dengan mengganti akhiran –a menjadi –al. Oleh karena itu, aldehid disebut juga alkanal. Tata nama pada aldehid sama dengan tata nama pada alkohol, rantai terpanjang harus mengandung gugus aldehid.

2. ALKOHOL
Alkohol merupakan suatu gugus fungsi yang berikatan dengan molekul OH. Dalam sistem IUPAC, nama rantai alkana kehilangan terminal "a" dan menambahkan "ol", misalnya, "metanol" dan "etanol" yang berasal dari metana dan etana. Bila perlu, posisi gugus hidroksil ditandai dengan nomor antara nama alkana dan "ol": propan-1-ol untuk CH3CH2CH2OH, propan-2-ol untuk CH3CH (OH) CH3. Kadang-kadang, nomor posisi ditulis sebelum nama IUPAC: 1-propanol dan 2-propanol. Jika kelompok prioritas yang lebih tinggi hadir (seperti keton, aldehida, atau asam karboksilat), maka perlu untuk menggunakan awalan "hidroksi", [2] misalnya: 1-hidroksi-2-propanon (CH3COCH2OH).

Sifat Fisika
1. Titik didih alkohol relatif tinggi.Hal ini merupakan akibat langsung dari daya tarik intermolekuler yang kuat.
2. Semua alkohol adalah polar tetapi tidak semua alkohol dapat larut dalam.
 
 Sifat Kimia
1. Dehidrasi alkohol.
2. Oksidasi alkohol.
3. Reaksi alkohol dengan logam Na&K.
4. Esterifikasi

Reaksi-Reaksi
          Reaksi-reaksi yang terjadi dalm alkohol antara lain reaksi substitusi, reaksi eliminasi, reaksi oksidasi dan esterifikasi. Dalam suatu alkohol, semakin panjang rantai hidrokarbon maka semakin rendah kelarutannya. Bahkan jika cukup panjang sifat hidrofob ini mengalahkan sifat hidrofil dari gugus hidroksil. Banyaknya gugus hidroksil dapat memperbesar kelarutan dalam air (Hart, 1990).

A. Reaksi Oksidasi
   Suatu alkohol primer dapat dioksidasi menjadi aldehid atau asam karboksilat. Alkohol sekunder dapat dioksidasi menjadi keton saja. Sedangkan pada alkohol tersier menolak oksidasi dengan larutan basa, dalam larutan asam, alkohol mengalami dehidrasi menghasilkan alkena yang kemudian dioksidasi (Fessenden, 1997).
Beberapa oksidasi dari alkohol antara lain :
a.    Oksidasi menjadi aldehid
Hasil oksidasi mula-mula dari alkohol primer adalah suatu aldehid (RCH=O). Aldehid, siap dioksidasi menjadi asam karboksilat. Oleh sebab itu, reaksi antara alkohol primer dengan zat oksidator kuat akan menghasilkan asam karboksilat, dan bukan intermediet aldehid. Pereaksi tertentu harus dipakai apabila intermediet aldehid merupakan hasil yang diinginkan.
b.    Oksidasi menjadi keton.
Suatu alkohol sekunder dioksidasi oleh oksidator yang reaktif kuat menjadi keton.

3. AMIDA
          Amida adalah suatu jenis senyawa kimia yang dapat memiliki dua pengertian. Jenis pertama adalah gugus fungsional organik yang memiliki gugus karbonil (C=O) yang berikatan dengan suatu atom nitrogen (N), atau suatu senyawa yang mengandung gugus fungsional ini. Jenis kedua adalah suatu bentuk anion nitrogen. Amida merupakan turunan dari asam karboksilat yang paling tidak reaktif, amida yang paling penting adalah protein.
          Amida ialah suatu senyawa yang mempunyai nitrogen trivalen yang terikat pada suatu gugus karbonil. Dalam senyawa amida, gugus fungsi asil berkaitan dengan gugus –NH2. Dalam pemberian namanya, akhiran –Oat atau –At dalam nama asam induknya diganti dengan kata amida.
Contoh :
- HCOOH : Asam metanoat / asam format
- HCONH2 : metanamida(IUPAC)
Formamida (trivial)
- CH3CH2CH2COOH : asam bityanoat/asam butirat
- CH3CH2CH2CONH2 : butanamida (IUPAC)
Butiramida (trivial)

          Amida bereaksi dengan nukleofil, misalnya dapat dihidrolisis dengan air. Amida dapat direduksi dengan litium anhidrida menghasilkan amina. Amida yang sangat terkenal adalah ureum (urea), yaitu suatu diamida dari suatu asam karbonat.  Urea merupakan padatan kristal tak berwarna, dan merupakan hasil akhir metabolisme protein. Orang dewasa rata-rata menghasilkan 30 g urea dalam air seninya sehari-hari. Urea dihasilkan besar-besaran untuk pupuk. Pada tanaman-tanaman pertanian dan perkebunan. Urea juga digunakan sebagai bahan baku pembuatan obat dan plastik.
          Turunan-turunan asam karboksilat memiliki stabilitas dan reaktifitas yang berbeda tergantung pada gugus yangmelekat pada gugus karbonil. Stabilitas dan reaktifitas memiliki hubungan terbalik, yang berarti bahwa senyawa yang lebih stabil umumnya kurang reaktif dan sebaliknya. Karena asilhalida adalah kelompok paling tidak stabil, masuk akal bahwa senyawa ini dapat secara kimia diubah ke jenis lain. Karena amida adalah jenis yang paling stabil, secara logis harus mengikuti bahwa amida tidak dapat dengan mudah berubah menjadi jenis molekul lain. Stabilitas semua jenis asam karboksilat derivatif umumnya ditentukan oleh kemampuan kelompok fungsional untuk menyumbangkan elektron ke seluruh molekul. Pada dasarnya, semakin elektronegatif atom atau kelompok yang melekat pada gugus karbonil maka molekulakan kurang stabil. Hal ini mudah menjelaskan fakta bahwa asil halida yang paling reaktif karena halida biasanya cukup elektronegatif.

4. AMINA
          Amina merupakan sebatian organik dan kumpulan berfungsi yang menganduni satu atom nitrogen bes dengan pasangan tersendiri. Amina adalah terbitan ammonia, di mana satu atau lebih atom hidrogen digantikan dengan bahan pengganti organik seperti kumpulan alkil dan aril. Sebatian dengan atom nitrogen bersebelahan dengan karbonil dalam struktur R-C(=O)NR2 dipanggil amida dan mempunyai ciri-ciri kimia yang berbeza. Contoh amina yang penting termasuklah asid amino, amina biogeni, trimetilamina dan anilina; lihat Kategori:Amina untuk senarai amina.
          Untuk amina sekunder dan tersier yang asimetrik (gugus yang terikat pada atom N tidak sama), lazimnya diberi nama dengan menganggapnya sebagai amina primer yang tersubtitusi pada atom N. Dalam hal ini berlaku ketentuan bahwa gugus sustituen yang lebih besar dianggap sebagai amina induk, sedangkan gugus subtituen yang lebih kecil lokasinya ditunjukkan dengan cara menggunakan awalan N (yang berarti terikat pada atom N).
Contoh:
CH3NCH3N3N-dimetilsiklopentamina

          Nama trivial untuk sebagian besar amina adalah dengan menyebutkan gugus-gugus alkil/aril yang terikat pada atom N dengan ketentuan bahwa urutan penulisannya harus memperhatikan urutan abjad huruf terdepan dalam nama gugus alkil/aril kemudian ditambahkan kata amina di belakang nama gugus-gugus tersebut.
.
SIfat Kimia
-   Pada senyawa dengan rantai pendek, merupakan senyawa polar yang mudah larut dalam air.
-  Memiliki titik didih dan titik leleh yang dengan seiring bertambah cenderung bertambah panjangnya rantai karbon.
-  Semua amina bersifat sebagai basa lemah dan larutan amina dalam air bersifat basis.

Sifat Fisika
- Suku-suku rendah berbentuk gas.
- Tak berwarna, berbau amoniak, berbau ikan.
- Mudah larut dalam air
- Amina yang lebih tinggi berbentuk cair/padat.
- Kelarutan dalam air berkurang dengan naiknya BM.


Reaksi-Reaksi Amina
 Reaksi Amina dengan Asam Nitrit
 1. Amina alifatik primer dengan HNO2 menghasilkan alkohol disertai pembebasan gas N2 menurut persamaan reaksi di bawah ini :
CH3-CH-NH2 + HNO2→ CH3-CH-OH + N2 + H2O
         │                                          │
        CH3                                     CH3
  Isopropilamina (amina 1°)  isopropil alkohol (alkohol 2°)

2. Amina alifatik/aromatik sekunder dengan HNO2 menghasilkan senyawa N-nitrosoamina yang mengandung unsur N-N=O
Contoh :
H N=O N + HNO2 → N + H2OCH3CH3
                N-metilanilina N-metilnitrosoanilina

3.  Amina alifatik/aromatik dengan HNO2 memberikan hasil reaksi yang  ditentukkan oleh jenis amina tersier yang digunakan. Pada amina alifatik/aromatik tersier reaksinya dengan HNO2mengakibatkan terjadinya substitusi cincin aromatik oleh gugus –NO.
Contoh :
CH3 CH2 N + HNO2 → N + H2O CH3 CH3
             N,N-dietilanilina p-nitroso –N,N- dimetilanilina

4.   Amina aromatik primer jika direaksikan dengan HNO2 pada suhu 0°C menghasilkan garam diazonium.
Contoh:
NH2 + HNO2 + HCl N= : Cl + 2H2O
   Anilina benzenadiaazonium klorida
Reaksi Amina dengan Asam
  Contoh :
(CH3CH2)2NH + HCl (CH3CH2)2NH+Cl-
           Dietilamonium klorida

5. ASAM KARBOKSILAT
          Asam karboksilat adalah asam organik yang diidentikkan dengan gugus karboksil. Asam karboksilat   merupakan asam Bronsted-Lowry (donor proton). Garam dan anion asam karboksilat dinamakan karboksilat. Asam karboksilat merupakan senyawa polar, dan membentuk ikatan hidrogen satu sama lain. Pada fasa gas, Asam karboksilat dalam bentuk dimer. Dalam larutan Asam karboksilat merupakan asam lemah yang sebagian molekulnya terdisosiasi menjadi H+ dan RCOO-.
Contoh : pada temperatur kamar, hanya 0,02% dari molekul asam asetat yang terdisosiasi dalam air. Asam karboksilat alifatik rantai pendek (atom karbon <18) dibuat dengan karbonilasi alkohol dengan karbon monoksida. Untuk rantai panjang dibuat dengan hidrolisis trigliserida yang biasa terdapat pada minyak hewan dan tumbuhan.

6. HALOALKANA
          Haloalkana disebut juga alkil halida. Haloalkana merupakan senyawa karbon yang mengandung halogen. Atom halogen ini menggantikan posisi atom hidrogen. Haloalkana mempunyai rumus struktur yang sama dengan alkana, hanya satu atau lebih atom H-nya diganti dengan atom halogen (X = F,Cl,Br,I). Haloalkana dapat mengalami reaksi hidrolisis menjadi alkohol.

Tata Nama
a)  Tata nama IUPAC
Haloalkana merupakan nama IUPAC. Sedangkan urutan penamaanya sebagai berikut:
1). Menentukan rantai induk, yaitu rantai atom terpanjan yang mengandung atom hydrogen (X = F,Cl,Br,I)
2). Member nomor. Penomoran dimulai dari salah satu ujung rantai sedemikian sehingga posisi atom halogen mendapatkan nomor terkecil. Jika terdapat lebih dari satu atom halogen, maka prioritas penomoran berdasarkan kereaktifannya, yaitu F,Cl,Br,I.

7. KETON
          Keton bisa berarti gugus fungsi yang dikarakterisasikan oleh sebuah gugus karboni (O=C) yang terhubung dengan dua atom karbon ataupun senyawa kimia yang mengandung gugus karbonil.
          Senyawa karbonil yang berikatan dengan dua karbon membedakan keton dari asam karboksilat, aldehida, ester, amida, dan senyawa-senyawa beroksigen lainnya. Ikatan ganda gugus karbonil membedakan keton dari alcohol dan eter. Keton yang paling sederhana adalah aseton (secara sistematis dinamakan 2-propanon).
Atom karbon yang berada disamping gugus karbonil dinamakan karbon- alpa. Hydrogen yang melekat pada karbon ini dinamakan hydrogen-alpa. Dengan keberadaan asam katalis, keton mengalami tautomerisme keto-enol. Reaksi dengan basa kuat menghasilkan enolat.
          Secara umum, keton dinamakan dengan tatanama IUPAC dengan menggantikan sufiks-a pada alkana induk dengan –on. Untuk keton yang umumnya dijumpai, nama-nama tradisional digunakan, seperti pada aseton dan benzofenon, nama-nama ini dianggap sebagai nama IUPAC yang dipertahankan walaupun beberapa buku kimia menggunakan nama propanon.
Contohnya :
                              O
CH3 – CH2 – CH – C – CH3
 (2-pentanon)
          Okso adalah tatanama IUPAC resmi untuk gugus fungsi keton. Nama prefix lainnya juga digunakan dalam berbagai buku dan jurnal. Untuk senyawa-senyawa yang umum (terutama pada biokimia), keto atau okso adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan gugus fungsi keton (juga dikenal dengan nama alkanon). Okso juga merujuk pada atom oksigen tunggal yang berkoordinasi dengan logam transisi (okso logam).
          Tata nama trivial keton, diambil dari nama alkil yang melekat pada gugus karbonil kemudian ditambahkan kata keton.
Contohnya :
                     O
CH3 – CH2 – C – CH3           (Metil etil keton)

SIFAT SIFAT FISIKA
Gugus karbonil bersifat polar, sehingga mengakibatkan senyawa keton polar. Gugus karbonil akan berinteraksi dengan air melalui ikatan hydrogen, sehingga keton larut dalam air. Ia merupakan akseptor ikatan hydrogen, dan bukannya donor, sehingga ia tidak akan membentuk ikatan hydrogen dengan dirinya sendiri. Hal ini membuat keton lebih mudah menguap daripada alcohol dan asam karboksilat.


Semoga bermanfaat, jikalau ada pertanyaan silahkan komentar di bawah ini.


Wassalamu'alaykum warohmatullahi wabarokatuh.



Referensi:
https://id.m.wikipedia.org/wiki/Gugus_fungsional
http://erwinalien.blogspot.co.id/2014/06/makalah-gugus-fungsi.html?m=1