Memanipulasi Gugus Fungsi (I)

Mengganti Gugus Fungsi Yang Bersifat Heteroatom

1.      Mengganti gugus fungsi yang bersifat heteroatom

Gugus fungsi adalah Sekelompok atom yang bertanggung jawab untuk reaksi karakteristik senyawa. Gugus fungsi mengacu pada atom tertentu yang terikat dalam susunan tertentu yang memberikan sifat fisik dan kimia tertentu senyawa

Gugus fungsi merupakan bagian aktif dari senyawa karbon yang menentukan sifat-sifat senyawa karbon. Gugus fungsi tersebut berupa ikatan karbon rangkap dua, ikatan karbon rangkap tiga, dan atom/ gugus atom. Meskipun senyawa-senyawa karbon mempunyai unsure dasar sama yaitu karbon, tetapi sifat-sifatnya jauh berbeda satu dengan yang lainnya. Perbedaan ini disebabkan oleh gugus fungsi yang diikat berbeda. Ketiga senyawa tersebut dibedakan oleh gugus –H, gugus – C = C -, dan gugus – OH. Gugus inilah yang membedakan sifat ketiganya, baik sifat fisika dan sifat kimia. Senyawa-senyawa karbon yang mempunyai gugus fungsional yang sama dikelompokkan dalam satu golongan.

Sebagian besar molekul organik memiliki ikatan σ C–C and C–H. Ikatan ini bersifat kuat, nonpolar, dan tidak mudah terputus. Molekul-molekul organik memiliki ciri khas berupa sifat struktural sebagai berikut:

Heteroatom–atom selain karbon atau hidrogen. Heteroatom pada umumnya adalah nitrogen, oksigen, sulfur, fosfor dan halogen. Ikatan π. Sebagian besar ikatan π terdapat pada ikatan rangkap dua C–C dan C–O.

Sifat struktural inilah yang membedakan suatu molekul organik dengan molekul lainnya. Sifat ini menentukan geometri, sifat fisik dan reaktivitas suatu molekul, dan termasuk dalam apa yang disebut sebagai gugus fungsional.

Gugus fungsional adalah suatu atom atau kelompok atom yang memiliki karakteristik fisikokimia tertentu. Gugus fungsi merupakan bagian yang reaktif daru sebuah molekul.

Suatu heteroatom dapat memberikan reaktifitas pada suatu molekul tertentu karena heteroatom memiliki pasangan elektron bebas yang dapat membuat atom karbon menjadi kekurangan elektron. Sedangkan ikatan π memberi pengaruhnya karena sifatnya yang mudah terputus pada reaksi kimia. Suatu ikatan π membuat suatu molekul menjadi basa dan bersifat nukleofil.

Meskipun ikatan π memiliki pengaruh yang kuat dalam menentukan karakteristik molekul, bukan berarti ikatan σ C–C dan C–O tidak penting. Ikatan-ikatan tersebut membentuk skeleton atau rangka dasar karbon tempat gugus-gugus fungsional terikat.

Misalnya etana, yang hanya memiliki ikatan σ C–C dan C–O, sehingga tidak memiliki gugus fungsional. Etana tidak memiliki ikatan polar, pasangan elektron bebas, maupun ikatan π, sehingga tidak ada sisi reaktif. Karena itu, etana dan molekul-molekul yang sejenis dengannya sangat tidak reaktif. Di sisi lain, etanol memiliki dua atom karbon dan lima atom hidrogen pada rangka induknya, serta satu gugus OH, suatu gugus fungsional yang disebut gugus hidroksi. Etanol memiliki pasangan elektron bebas dan ikatan polar yang membuatnya bersifat reaktif dengan berbagai macam pereaksi.

Secara umum gugus fungsional atau selanjutnya disebut gugus fungsi dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

a)      Hidrokarbon

b)      Senyawa yang memiliki ikatan σ C–Z (Z = suatu unsur elektronegatif)

c)      Senyawa yang memiliki ikatan σ C=Z

Hidrokarbon

Hidrokarbon merupakan senyawa yang hanya terdiri dari unsur karbon dan hidrogen. Ikatannya dapat bersifat alifatik maupun aromatik. Hidrokarbon alifatik. Hidrokarbon alifatik dapat digolongkan menjadi 3:

1)      Alkana, hanya memiliki ikatan σ C–C dan tidak memiliki gugus fungsional, misalnya etana (CH­3CH3).

2)      Alkena, memiliki ikatan rangkap dua C–C sebagai suatu gugus fungsi, misalnya etena/etilen (CH2=CH2)

3)      Alkuna, memiliki ikatan rangkap tiga C–C sebagai suatu gugus fungsi, misalnya etena/asetilen (HC≡CH)

Hidrokarbon aromatik. Kelompok ini dinamakan demikian karena saat pertama diketahui senyawa ini memiliki karakteristik aroma yang kuat.

Hidrokarbon aromatik yang paling sederhana adalah benzen. Cincin anggota-enam dan tiga ikatan π pada benzen membentuk gugus fungsi tunggal. Benzen adalah komponen dari campuran BTX (B untuk benzen) yang ditambahkan ke gasolin untuk meningkatan nilai oktan.

Ketika cincin benzen diikatkan pada gugus lain, maka disebut gugus fenil. Misalnya pada fenilsiklohekana, suatu gugus fenil terikat pada cincin sikloheksana.

Karena alkana tidak memiliki gugus fungsi, maka sifatnya tidak reaktif kecuali di bawah kondisi yang sangat drastis. Misalnya, polietilen, suatu plastik sintetik yang merupakan alkana dengan berat molekul tinggi yang terdiri dari rantai –CH2– yang terikat satu sama lain, sepanjang ratusan hingga ribuan atom. Karena merupakan alkana yang tidak memiliki sis reaktif, maka senyawa ini sangat stabil dan tidak mudah terdegradasi, namun akibatnya mampu bertahan selama bertahun-tahun di tempat pembuangan sampah.

Senyawa yang memiliki ikatan σ C–Z

Keberadaan heteroatom Z yang bersifat elektronegatif menciptakan suatu ikatan polar, memboat karbon mengalami defisiensi (kekurangan) elektron. Pasangan elektron bebas pada Z dapat bereaksi dengan proton dan elektrofil lainnya, khususnya jika Z = N atau O. berbagai senyawa sederhana dalam kategori ini telah banyak dimanfaatkan. Misalnya, kloroetana (CH3CH2Cl, umumnya disebut etil klorida) merupakan suatu alkil halida yang digunakan sebagai anestesi lokal. Kloroetana menguap dengan cepat ketika disemprotkan pada luka, menyebabkan raa dingin yang menyebabkan rasa kebas pada bagian terjadinya cedera.

Molekul-molekul yang mengandung gugus fungsi ini ada yang sederhana, namun ada pula yang sangat kompleks. Dietil eter, anestesi umum pertama yang merupakan eter sederhana dikarenakan mengandung atom O tunggal yang terikat pada dua atom C. Sedangkan hemibrevetoksin B, megnandung empat gugus eter, disamping gugus fungsi lainnya.

Senyawa yang memiliki gugus C=O

Ada banyak jenis gugus fungsi yang mengandung ikatan rangkap dua C–O (gugus karbonil). Ikatan polar C–O membuat karbon karbonil bersifat elektrofil, sedangkan pasangan elektron bebas pada O menjadikannya nukleofil dan basa. Gugus karbonil juga mengandung satu ikatan π yang lebih mudah putus dibandingkan ikatan σ C–O. Atenolol dan donepezil merupakan contoh obat yang mengandung berbagai gugus fungsi. Atenolol merupakan suatu β-bloker, suatu kelompok obat yang digunakan untuk menangani hipertensi. Sedangkan donepezil, digunakan untuk menangani demensia yang berkaitan dengan penyakit Alzheimer.

Peran dari suatu gugus fungsi tidak dapat ditentukan. Suatu gugus fungsi menentukan sifat-sifat molekul berikut:

-          Ikatan dan bentuk

-          Jenis dan kekuatan gaya antarmolekul

-          Sifat fisik

-          Tatanama

-          Reaktivitas kimiawi.

Permasalahan :

1.      Apa dan bagaimana bisa suatu ikatan π membuat suatu molekul menjadi basa dan bersifat nukleofil? Jelaskan.

2.      Ikatan π memiliki pengaruh yang kuat dalam menentukan karakteristik molekul, bukan berarti ikatan σ C–C dan C–O tidak penting. Lalu apa yang menyebabkan ikatan π ini pengaruhnya sangat kuat?