KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK

Klasifikasi Senyawa Organik

Tujuan Pembelajaran   :

1.      Menginterpretasikan kereaktifan berdasrkan bangun molekul senyawa organic rantai terbuka, tertutup.

2.      Menginterpretasikan Kereaktifan berdasarkan bangun molekul senyawa homosiklik dan heterosiklik.

Bahan Kajian               :

1.      Senyawa Rantai terbuka

2.      Senyawa Rantai tertutup

3.      Senyawa Homosiklik

4.      Senyawa Heterosiklik

A.     Senyawa Rantai Terbuka

Senyawa rantai terbuka adalah senyawa yang mengandung system rantai terbuka dari senyawa karbon. Rantai berupa rantai lurus(tidak bercabang) atau bercabang. Senyawa rantai terbuka juga disebut senyawa alifatik, yang berarti lemak.

a.       Alkana Rantai Lurus

Dalam system IUPAC Alkana adalah rantai lurus.

Banyak Karbon	Struktur	Nama
1	CH4	Metana
2	CH3CH3	Etana
3	CH3CH2CH3	Propana
4	CH3(CH2)2CH3	Butana
5	CH2(CH2)3CH3	Pentana
6	CH2(CH2)4CH3	Heksana
7	CH2(CH2)5CH3	Heptana
8	CH2(CH2)6CH3	Oktana
9	CH2(CH2)7CH3	Nonana
10	CH2(CH2)8CH3	Dekana

(Fessenden & Fessenden.2005:89-90)

b.      Rantai Bercabang

1.      Rantai Samping Bercabang

Dalam system IUPAC alkil merupakan Ranati saming bercabang. Gugus bercabang biasa mempunyai nama spesifik . misalnya gugus propil disebut gugus propil dan gugus isopropil. Untuk menekanka bahwa suatu rantai samping tidak bercabang, sering digunakan awala n-. awala n-sebenarnya berlebihan karena tak adanya suatu awalan juga menandakan suatu rantai lurus. Awalan iso untuk menyatak suatu cabang metil pada ujung rantai samping alkil.

2.      Cabang Ganda

Jika dua cabang atau lebih terikat pada suatu rantai induk, ditambahkan lebih banyak awalan pada nama induk. Awalan-awalan itu diurutkan secara alphabet. Masing-masing yang menyataka posisi lekatnya.

Jika dua subsituen atau lebih pada suatu induk itu sama (misalnya 2 gugus metil atau 3 gugus etil). Maka gugus-gugus ini digabung dalam satu nama. Misalnya: Dimetil, berarti “ dua gugus metil dan Trietil berarti “Tigas gugus etil”.

Nomor	Awalan
2	di-
3	Tri-
4	Tetra-
5	Penta-
6	Hexa-

Dalam senyawa rantai terbuka gugus-gugus yang terikat oleh ikatan sigma dapat berotasi mengelilingi ikatan itu. Oleh karena itu, atom-atom dalam suato moleku rantai terbuka dapat memiliki banyak tak terhingga posisi di dalam ruang relative satu terhadap yang lain. Contoh :etana sebuah molekul kecil, tetapi etana dapat memiliki penataan dalam ruang secara berlain-lainnan, yang disebut konformasi.

Untuk mengemukakan konformasi akan digunakan tiga jenis rumus, yaitu : rumus dimensional, rumus bola dan paksa dan proyeksi newman. Suat rumus bola dan paksa dan rumus dimensional adalah representasi tiga dimensi dari model molekul suatu senyawa.

Suatu proyeksi newman adalah pandangan ujung ke ujung dari dua atom karbon saja dalam molekul itu. Proyeksi newman dapat digambar untuk molekul denga n dua atom atau lebih. Karena pada tiap kali hanya dua atom karbon dapat ditunjukkan dalam royeksi itu, maka lebih dari satu proyeksi newman dapat di gambar untuk sebuah molekul. Misalnya : dapat dikemukakan dua proyeksi newman untuk 3-kloro-1-propanol.

Dalam rumus-rumus etana dan 3-kloro-1-propanol telah diperagakkan conformer yang dalam mana atom-atom hydrogen terpisah sejauh mungkin satu dari yang lain. Karena ikatan C-C dapat berotasi, maka atom-atom hydrogen dapat juga saling menutup.

Butana (CH3CH2CH2CH3), seperti etana dapat memiliki konformasi. Dalam butane terdapat dua gugu metil yang relative besar. Terikat pada dua rabon pusat. Dipandang dari keduakarbon pusat, hadirnya gugus-gugus metil ini menyebabkan terjadinya dua macam konformasi goyang. Yang berbeda dalam hal posisi gugus-gugus metil ini satu terhadap yang lain.

Semakin besar gugus – gugus yang terikat pada kedua atom karbon, akan makin besar selisih energy antara  konformasi-konformasi molekul itu. Diperlukan lebih banyak energy untuk mendorong dua gugus besar agar berdekatan dengan gugus kecil.

(Fessenden & Fessenden.2005:92-94)

Contoh Ikatan Rantai Terbuka yaitu: Hidrokarbon

Senyawa hidrokarbon adalah senyawa yang terdiri atas hidrogen dan karbon. Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon akan menghasilkan uap air (H₂O) dan karbon dioksida (CO₂) dan pembakaran tidak sempurna senyawa hidrokarbon akan menghasilkan uap air (H₂O), karbon dioksida (CO₂), dan karbon monoksida (CO). Sumber utama senyawa karbon adalah minyak bumi dan batu bara.Adanya uap air dapat dideteksi dengan menggunakan kertas kobalt biru yang akan menjadi berwarna merah muda dengan adanya air. Sedangkan adanya gas karbon dioksida dapat dideteksi dengan menggunakan air barit (Ca(OH)₂ atau Ba(OH)₂) melalui reaksi:

CO₂ (g) + Ca(OH)₂ (aq)        CaCO₃ (s) + H₂O (l)

Senyawa karbon yang pertama kali disintesis adalah urea (dikenal sebagai senyawa organik) oleh Friederick Wohler dengan memanaskan amonium sianat menjadi urea di laboratorium.

Karbon organic	Karbon anorganik
Di dalam strukturnya terdapat rantai atom karbon.	Di dalam strukturnya tidak terdapat rantai atom karbon
Struktur molekulnya dari yang sederhana sampai yang besar dan kompleks	Struktur molekulnya sederhana
Mempunyai isomer	Tidak mempunyai isomer
Mempunyai ikatan kovalen	Mempunyai ikatan ion
Titik didih/leleh rendah	Titik didih/leleh tinggi
Umumnya tidak mudah larut dalam air	Mudah larut dalam air
Kurang stabil terhadap pemanasan	Lebih stabil terhadap pemanasan
Reaksi umumnya berlangsung lambat	Reaksi berlangsung lebih cepat

Dalam berikatan sesama atom karbon terdapat tiga kemukinan, pertama membentuk ikatan tunggal, ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga. Untuk penyederhanaan dapat kita ibaratkan Ikatan tunggal terjadi dari orbital s dan disebut ikatan (σ) sigma pada orbital hibrid sp3 dan bentuk molekul tetrahedron dengan sudut 109,5^o. Senyawa dengan ikatan tunggal disebut dengan senyawa hidrokarbon jenuh.

Senyawa hidrokarbon dengan ikatan rangkap dua terjadi pada orbital p, dan ikatan ini dikenal dengan ikatan π, pada ikatan rangkap dua terjadi perubahan sudut akibat dua orbital p berposisi sejajar sehingga membentuk orbital sp2 (segi tiga datar) dan sudut yang terbentuk adalah 120^o. Sama halnya dengan ikatan rangkap tiga terdapat dua orbital p dalam posisi sejajar sehingga merubah bentuk orbital sp menjadi (bentuk planar) dengan sudut 180^o.

Atom karbon pada senyawa hidrokarbon memiliki posisi yang berbeda-beda.Semua atom karbon (merah) yang dapat mengikat 3 atom hidrogen dan berposisi di tepi, disebut dengan atom karbon primer. Atom karbon nomor 3 (hijau) yang mengikat 2 atom hidrogen disebut dengan atom karbon sekunder. Demikian pula atom karbon yang mengikat hanya 1 atom hidrogen (warna abu-abu) memiliki posisi sebagai atom karbon tersier.

Setiap atom Karbon dalam kerangka senyawa hidrokarbon dapat mengikat atom lain seperti atom hidrogen, oksigen, nitrogen, belerang, klor dan lainnya. Perbedaan atom yang diikat menyebabkan perubahan khususnya pada polaritas sehingga menyebabkan perbedaan sifat-sifat kimia molekul yang dibentuk.

Secara umum senyawa hidrokarbon memiliki ciri-ciri seperti, dibangun oleh kerangka atom karbon, ikatan yang membentuk senyawa merupakan ikatan kovalen. Senyawa ini titik didih yang rendah sesuai dengan berkurangnya jumlah atom karbon penyusunnya, mudah terbakar.

Senyawa Hidrokarbon, yaitu : Alkana, Alkena, Alkuna

Ø  Senyawa Hidrokarbon alifatik

Senyawa hidrokarbon alifatik adalah senyawa karbon yang rantai C nya terbuka dan rantai C itu memungkinkan bercabang. Berdasarkan jumlah ikatannya, senyawa hidrokarbon alifatik terbagi menjadi senyawa alifatik jenuh dan tidak jenuh.

a. Senyawa alifatik jenuh adalah senyawa alifatik yang rantai C nya hanya berisi ikatan-ikatan tunggal saja. Golongan ini dinamakan alkana. Deret homolog senyawa alkana: senyawa hidrokarbon

Suku ke	n	rumus molekul	nama	Titik didih (°C/1 atm)	massa 1 mol dalam g
1	1	CH4	metana	-161	16
2	2	C2H6	etana	-89	30
3	3	C3H8	propana	-44	44
4	4	C4H10	butana	-0.5	58
5	5	C5H12	pentana	36	72
6	6	C6H14	heksana	68	86
7	7	C7H16	heptana	98	100
8	8	C8H18	oktana	125	114
9	9	C9H20	nonana	151	128
10	10	C10H22	dekana	174	142

b. Senyawa alifatik tak jenuh adalah senyawa alifatik yang rantai C nya terdapat ikatan rangkap dua atau rangkap tiga. Jika memiliki rangkap dua dinamakan alkena dan memiliki rangkap tiga dinamakan alkuna. Contoh senyawa hidrokarbon alifatik tak jenuh: senyawa hidrokarbon

1. Senyawa alkena

Lima suku pertama alkena

Suku ke	n	Rumus struktur	Nama
1 2 3 4 5	2 3 4 5 6	CH2=CH2 CH2=CH–CH3 CH2=CH–CH2–CH3 CH2=CH–CH2–CH2–CH3 CH2 = CH – CH2 – CH2 -CH2 – CH3	etena propena 1-butena 1-pentena 1-heksena

2. Senyawa Alkuna

Suku ke	n	rumus molekul	nama
2	2	C2H2	etuna
3	3	C3H4	propuna
4	4	C4H6	butuna
5	5	C5H8	pentuna
6	6	C6H10	heksuna
7	7	C7H12	heptuna
8	8	C8H14	oktuna
9	9	C9H16	nonuna
10	10	C10H18	dekuna

Ø  Senyawa hidrokarbon siklik

Senyawa hidrokarbon siklik adalah senyawa karbon yang rantai C nya melingkar dan lingkaran itu mungkin juga mengikat rantai samping. Golongan ini terbagi lagi menjadi senyawa alisiklik dan aromatik.

1. Senyawa alisiklik yaitu senyawa karbon alifatik yang membentuk rantai tertutup.Contoh senyawa alisiklik
2. Senyawa aromatik yaitu senyawa karbon yang terdiri dari 6 atom C yang membentuk rantai benzena.

(Allinger, Norman L. et.al. 1976. Organic Chemistry. Second edition. New York: Worth Publishers Inc)

B.     Senyawa Rantai Tertutup

Senyawa Rantai Tertutup adalah senyawa yang mengandung rantai tertutup atau lebih (cincin) yang dikenal senyawa siklik atau cincin. Dalam tahun 1885 Adoli Von Baeyer seorang ahli kimia Jerman, melontarkan teori bahwa senyawa siklik membentuk cincin-cincin datar. Kecuali siklopentena semua seyawa siklik menderita tarikan, karena sudut ikatan mereka menyimpang dari sudut tetrahedral 109,5 ^.0. Ia menyarankan bahwa, karena sudut cincin luar biasanya kecilnya, maka siklopropana dan siklibutana lebih reaktif dari pada alkana rantai-terbuka.  Menurut Baeyer Sikloprntena merupakan system cincin yang paling stabil. Dan kemudian reaktivitasnya meningkat lagi mulai dengan sikloheksana. Teori Baeyer tidak seluruhnya benar. Sikloheksena dan cincin yang lebih besar lagi tidak lebih reaktif dari pada siklopentena. Sekarang diketahui bahwa sikloheksana bukanlah suatu cincin datar dengan sudut ikatan 120⁰, melainkan suatu cincin yang agak telipat dengan sudut ikatan mendekati 109⁰, sudut ikatan sp³ biasa.

	-AH (kkal/mol)	-AH per CH2(kkal/mol)	Energi tarikan per CH2 (kkal/mol)6	Energitarikan total (kkal/mol)
Siklopropana	449,8	166,6	9,2	27,6
Siklobutana	655,9	164,0	6,6	26,4
Siklopentena	793,5	158,7	1,3	6,5
Sikloheksana	944,5	157,4	0	0

Teori sekarang akan mengatakan bahwa orbital sp3 atom-atom karbon dalam siklopropana tak dapat tu,psng tindih lengkap satu sama lain. Karena sudut antara atom-atom karbon siklopropana secara geometris harus 60⁰. Ikatan-ikatan sigma cincin siklopropana berenergi lebih tinggi dari pada ikatan-ikatan sigma sp3 yang mempunyai sudut ikata normal. Ikatan-ikatan sigma cincin siklopropana berenergi lebih tinggi dari pada ikatan-ikatan sigma C-C lainnya, serta dalam reaksi-reaksi yang sepadan, dibebaskan lebih banyak energy.

Siklobutana tak sereaktif siklopropana , tetapi lebih reaktif dari siklopentena. Tunduk dari teori Beeyer, cincin siklopentena stabil dan jauh kalah reaktif dibandingkan dengan cincin tiga dan empat anggota.

Ramalan Bleyer meleset untuk sikloheksana dan cincin-cincinnya lebih besar. Ternayata Sikloheksana memiliki konformasi terlipat dan bukan sebagai cincin rata, seperti tidak sangat reaktif.

            Contoh Senyawa Rantai Tertutup:

v  CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – C  = O

                                          |

                                          H

v  CH₃ – CH = CH – CH₂ – CH₃

                      |

             CH₃ – CH– CH₂ – CH₃

v  CH₃ – CH₂ – CH₂ – C – O – CH – CH₃

                                              ||           |

                                              O           CH₃

v  CH₃ – CH₂ – C     CH

(Fessenden & Fessenden.2005:123-124)

C.     Senyawa Homosiklik

Senyawa Homosiklik adalah dimana cincinnya terdiri dari atom-atom. Senayawa Homsiklik dibagi menjadi 2 yaitu:

1.      Senyawa Alisiklik

Senyawa Alisiklik adalah sebuah cincin yang beranggota tiga atau lebih atom karbon yang menyerupai senyawa alifatik seperti dalam homosiklik disebut senyawa alisiklik. Hidrokarbon alisiklik mempunyai rumus Cn H2n. Contoh : Siklopropana, siklobutana, sikloheksana.

2.      Senyawa Aromatik

Senayawa Aromatik adalah senyawa yang mengandung cincin dari atom karbon dengan ikatan ganda dan tunggal yang berseling-seling dan memiliki bau dan harum.

(Eicher, T.; Hauptmann, S. (2nd ed. 2003). The Chemistry of Heterocycles: Structure, Reactions,

Syntheses, and Applications. Wiley-VCH)

D.     Senyawa Hetorosiklik

senyawa heterosiklik aromatik adalah suatu senyawa siklik di mana atom-atom yang terdapat dalam cincin terdiri atas dua atau lebih unsur yang berbeda. Cincin heterosiklik dapat bersifat aromatik, sama seperti pada cincin benzena. Senyawa heterosiklik banyak terdapat di alam sebagai suatu alkaloid (seperti, morfin, nikotin dan kokain), asam-asam nukleat (pengemban kode genetik), dan senyawa biologi lainnya.Contoh:

Senyawa Hetorosiklik adalah ketika lebih dari satu cincin. Dalam senyawa ini umumnya satu atau lebih atom unsur seperti nitrogen, sulfur atau oksigen berada ada di dalam cincin. Senyawa heterosiklik atau heterolingkar adalah sejenis senyawa kimia yang mempunyai struktur cincin yang mengandung atom selain karbon, seperti belerang, oksigen, ataupun nitrogen yang merupakan bagian dari cincin tersebut. Senyawa-senyawa heterosiklik dapat berupa cincin aromatik sederhana ataupun cincin nonaromatik. Beberapa contohnya adalah piridina (C5H5N),pirimidina (C4H4N2) dan dioksana (C4H8O2).Menurut Erich Huckel, suatu senyawa yang mengandung cincin beranggota lima atau enam bersifat aromatik jika:

· Semua atom penyusunnya terletak dalam bidang datar (planar)

· Setiap atom yang membentuk cincin memiliki satu orbital 2p

· Memiliki elektron pi dalam susunan siklik dari orbital-orbital 2p sebanyak 4n+2

Di samping benzena dan turunannya, ada beberapa jenis senyawa lain yang menunjukkansifat aromatik, yaitu mempunyai ketidakjenuhan tinggi dan tidak menunjukkan reaksi-reaksiseperti alkena. Senyawa benzena termasuk dalam golongan senyawa homosiklik, yaitu senyawa yang memiliki hanya satu jenis atom dalam sistem cincinnya terdapat senyawa heterosiklik, yaitu senyawa yang memiliki lebih dari satu jenis atom dalam sistem cincinnya, yaitu cincin yang tersusun dari satu atau lebih atom yang bukan atom karbon. Sebagai contoh, piridina dan pirimidina adalah senyawa aromatik seperti benzena. Dalam piridina satu unit CH dari benzene digantikan oleh atom nitrogen yang terhibridisasi sp2 dan dalam pirimidina dua unit CHdigantikan oleh atom-atom nitrogen yang terhibridisasi sp2

.

Ø  MACAM-MACAM SENYAWA HETEROSIKLIK AROMATIK

1.      Piridina

Piridina mempunyai struktur yang serupa dengan benzena: Masing-masing atom penyusun cincin, terhibridisasi sp2 dan mempunyai satu electron dalam orbital p yang disumbangkan ke awan elektron p aromatik.Bila suatu cincin benzena disubstitusi dengan gugus penarik elektron, seperti –NO2 maka substitusi nukleofilik aromatik sangat dimungkinkan. Nitrogen dalam piridin menarik rapatan elektron dari bagian lain cincin itu, sehingga piridin juga mengalami substitusi nukleofilik. Substitusi berlangsung paling mudah pada posisi2, diikuti oleh posisi 4, tetapi tidak pada posisi 3.

Substitusi pada posisi C-3 berlangsung lewat zat antara dalam mana nitrogen tak dapat membantu menstabilkan muatan negatif, sehingga memiliki energi yang lebih tinggi yang menyebabkan laju reaksi lebih lambat.

v Benzena tanpa subtituen, tidak mengalami substitusi nukleofilik.

v Piridin mengalami substitusi nukleofilik, jika digunakan basa yang sangat kuat, seperti reagensia litium atau ion amida.

2.      Kuinolin dan Isokuinolin

Kuinolin dan isokuinolin, keduanya merupakan basa lemah (pKb masing-masing 9,1 dan 8,6). Kuinolin dan isokuinolin, keduanya menjalani substitusi elektrofilik dengan lebih mudahMdari piridin, tetapi dalam posisi 5 dan 8 (pada cincin benzenoid, bukan pada cincin ntrogen).

3.       Furan

Furan, juga dikenal sebagai furfuran dan furana, adalah sejenis senyawa kimia heterosiklik. Furan umumnya diturunkan dari dekomposisi termal bahanbahan yang mengandung pentosa. Furan tidak berwarna, mudah terbakar, sangat mudah menguap dengan titik didih mendekati suhu kamar. Ia beracun dan kemungkinan karsinogenik. Hidrogenasi katalitik furan dengan katalis paladium menghasilkan tetrahidrofuran.Furan bersifat aromatik karena satu pasangan menyendiri elektron pada atom oksigen terdelokalisasi ke dalam cincin, menghasilkan sistem aromatik 4n+2 (lihat kaidah Hückel) yang sama dengan benzena. Oleh karena aromatisitasnya, molekul berbentuk datar dan tidak mempunyai ikatan rangkap dua yang diskret. Oleh karena aromatisitasnya, sifat-sifat furan berbeda dengan eter heterosiklik yang umumnya dijumpai seperti tetrahidrofuran.

4.      Pirol

Pirola atau pirol, adalah sejenis senyawa organik aromatik heterosiklik beranggota lima dengan rumus kimia C4H4NH. Turunan tersubstitusinya juga disebut pirola. Sebagai contoh,C4H4NCH3 adalah N-metilpirola. Porfobilinogen adalah pirola yang ter-trisubstitusi yang merupakan prekursor biosintetik banyak produk alami.  Pirola merupakan komponen makrolingkar yang lebih kompleks,meliputi porfirin heme, klorin dan bakterioklorin klorofil, dan porfirinogen.

Pirola mempunyai kebasaan yang sangat rendah dibandingkan amina dan senyawa aromatik lainnya seperti piridina, di mananitrogen pada cincin tidak berikatan dengan atom hidrogen. Kebasaan yang lebih rendah ini disebabkan oleh delokalisasi pasangan menyendiri elektron atom nitrogen apada cincin aromatik.

Ø  TATA NAMA SENYAWA HETEROSIKLIK

Sama seperti senyawa polisiklik aromatik, senyawa heterosiklik aromatik juga memiliki nama tertentu sebagai berikut.

Ø   

Penataan nama senyawa heterosiklik menggunakan sistem penomoran. Nomor terendah sedemikian rupa diberikan kepada atom selain karbon yang terkandung dalam cincin. Contoh :

Ø   

Penataan nama dapat juga menggunakan huruf Yunani untuk substituen mono, sama seperti pada senyawa polisiklik aromatik.

Purin merupakan kerangka dasar pembentukan adenine dan guanin (senyawa pembentuk DNA)

(Budimarwanti, 2008, Struktur, tatanama, aromatisitas dan reaksi substitusi elektrofilik senyawa

benzena, Jogjakarta: Ebook digital)