MANIPULASI GUGUS FUNGSI (Menggonta ganti gugus fungsi yang bersifat heteroatom)

Gugus fungsi mengacu pada atom tertentu yang terikat dalam susunan tertentu yang memberikan sifat fisik dan kimia tertentu senyawa. Gugus fungsi adalah Sekelompok atom yang bertanggung jawab untuk reaksi karakteristik senyawa. Sebagai contoh, gugus hidroksil adalah kelompok fungsional alkohol. Dalam asam amino, dua gugus fungsional – gugus amino dan gugus karboksil – yang melekat pada atom karbon yang sama.

Dalam kimia organik, gugus fungsi adalah kelompok tertentu atom atau ikatan dalam senyawa yang bertanggung jawab untuk karakteristik reaksi kimia senyawa itu. Gugus fungsi yang sama akan berperilaku dengan cara yang sama (misalnya, mengalami reaksi yang sama) terlepas dari senyawa yang menjadi bagiannya.


Gugus fungsi juga memainkan peranan penting dalam nomenklatur senyawa organik; menggabungkan nama-nama kelompok fungsional dengan nama-nama alkana induk menyediakan cara untuk membedakan senyawa.

Atom-atom dari gugus fungsional yang dihubungkan bersama dan dengan senyawa lainnya dengan ikatan kovalen. Atom karbon yang pertama melekat pada gugus fungsional yang disebut sebagai karbon alpha; kedua, karbon beta; ketiga, karbon gamma, dll. Demikian pula, gugus fungsi dapat disebut sebagai primer, sekunder, atau tersier tergantung pada apakah itu melekat pada satu, dua, atau tiga atom karbon.


Gugus fungsi memainkan peran penting dalam mengarahkan dan mengendalikan reaksi organik. Rantai alkil sering reaktif, dan arah reaksi spesifik sulit; rantai alkil tidak jenuh dengan kehadiran gugus fungsional memungkinkan untuk reaktivitas tinggi dan spesifisitas. Seringkali, senyawa yang difungsikan dengan kelompok-kelompok tertentu untuk reaksi kimia yang spesifik. Fungsionalisasi mengacu pada penambahan kelompok fungsional untuk suatu senyawa dengan sintesis kimia. Melalui metode sintesis rutin, setiap jenis senyawa organik dapat menempel ke permukaan. Dalam ilmu material, fungsionalisasi digunakan untuk mencapai sifat permukaan yang diinginkan; kelompok fungsional juga dapat digunakan untuk menghubungkan molekul kovalen fungsional pada permukaan perangkat kimia.

Dalam kimia organik, kelompok fungsional yang paling umum adalah karbonil (C = O), alkohol (-OH), asam karboksilat (CO2H), dan amina (NH2). Hal ini penting untuk dapat mengenali kelompok fungsional dan sifat fisik dan kimia yang mereka mampu senyawa.


Gugus Fungsional Molekul Organik

    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:
1. Heteroatom–atom selain karbon atau hidrogen. Heteroatom pada umumnya adalah nitrogen, oksigen, sulfur, fosfor dan halogen.
2. 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 baru 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, bukatn 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.
Penggolongan Gugus Fungsi
  Secara umum gugus fungsional atau selanjutnya disebut gugus fungsi dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:
1. Hidrokarbon
2. Senyawa yang memiliki ikatan σ C–Z (Z = suatu unsur elektronegatif)
3. 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.
1. Hidrokarbon alifatik. Hidrokarbon alifatik dapat digolongkan menjadi 3:
1) Alkana, hanya memiliki ikatan σ C–C dan tidak memiliki gugus fungsional, misalnya etana (CH-3CH3).
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)
2. 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.
<dietil eter> <hemibrevetoksin B>

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:
1) Ikatan dan bentuk
2) Jenis dan kekuatan gaya antarmolekul
3) Sifat fisik
4) Tatanama
5) Reaktivitas kimiawi.

Fungsional Groups

  Atom Karbon dapat berikatan satu dengan atom hidrogen dalam banyak hal, yang menghasilkan jumlah sangat besar hidrokarbon. Tapi atom karbon dapat berikatan atom unsur-unsur lain juga, untuk meningkatkan jumlah molekul organik. Dalam kimia organik, setiap atom selain karbon atau hidrogen dalam molekul organik disebut heteroatom, dimana hetero-berarti "berbeda baik dari karbon atau hidrogen."
 Struktur hidrokarbon dapat berfungsi sebagai kerangka dipasangnya heteroatom. Sama seperti ornamen yang memberikan karakter ke pohon natal, jadi jangan heteroatom memberikan karakter pada molekul organik. Dengan kata lain, heteroatom dapat memiliki efek mendalam pada sifat-sifat suatu molekul organik.
  Molekul organik diklasifikasikan menurut kelompok kandungan fungsional mereka, sebuah kelompok fungsional didefinisikan sebagai kombinasi atom yang berperilaku sebagai sebuah unit. Sebagian besar kelompok fungsional dibedakan oleh kandungan heteroatom mereka.
   Heteroatom berperan dalam menentukan sifat kelas masing-masing yang merupakan tema dasar. Ketika Anda mempelajari materi ini, fokus pada pemahaman kimia dan sifat fisik ofcompounds berbagai kelas, untuk melakukan hal itu akan memberikan penghargaan yang lebih besar dari keragaman yang luar biasa dari molekul organik dan banyak aplikasi mereka.


MANIPULASI GUGUS FUNGSI

  pada suatu alkohol manipulasi gugus fungsi sangat diperlukan, yaitu bagaimana alkil yang berupa CH3 dapat disumbangkan.

   Hal ini dapat dilakukan dengan cara yaitu merubah alkohol menjadi sulfonat ester, dengan menggunakan katalis yang basa piridin.
  Basa piridin digunakan sebagai katalis, dimana PEB dari nitrogen (N) akan mengikat PEB dari atom hidrogen (H).


Nitrogen akan mengikat Hidrogen, tetapi ikatan ini hanya sementara saja karena Hidrogen belum putus, karena pada toksilat ada Cl yang lebih reaktif untuk mengikat Hidrogen maka ikatan N dan H lepas sehingga piridin terbentuk kembai (katalis terbentuk kembali) sehingga Hidrogen putus dan menyebabkan oksigen bermuatan negatif (-) dan dan S bermuatan positif (+). selanjutnya O negatif akan berikatan dengan S positif, karena ikatan pada fenol terjadi resonansi sehingga ikatan akan cenderung mengarah ke fenol sehingga atom O yang terikat pada S dapat putus sehingga terbentuk sulfonat ester dan terbentuk CKarbokation metil sebagai agen pengalkilasi.

Permasalahan :

1.   pada suatu alkohol manipulasi gugus fungsi sangat diperlukan, yaitu bagaimana alkil yang berupa CH3 dapat disumbangkan. Mengapa alkohol sangat memerlukan adanya manipulasi gugus fungsi ?



2. Mengapa Keberadaan heteroatom Z yang bersifat elektronegatif menciptakan suatu ikatan polar, memboat karbon mengalami defisiensi (kekurangan) elektron ?

3. Bagaimana suatu Heteroatom berperan dalam menentukan sifat kelas masing-masing yang merupakan tema dasar ?