KIMIA ORGANIK SINTESIS: Konsep Gugus Pelindung

oleh:

Herliani Lusiana

(herlianilusiana26@gmail.com)

A.   Pengertian Sintesis Organik

Sintesis organik adalah pembangun dari senyawa organik kompleks dengan bahan awal senyawa sederhana oleh serangkaian reaksi kimia. Senyawa yang disintesis sintesis (hasil sintesis) di alam disebut produk alami. Alam menyediakan sejumlah besar senyawa organik dan kebanyakan memiliki sifat kimia dan farmasi yang menarik.

B.   Kemoselektivitas

Kemoselektivitas adalah memilih untuk dapat mereaksikan salah satu gugus fungsional dari dua gugus yang berada pada satu molekul. Dalam sintesis, masalah kemoselektivitas seringkali ditemukan, misalnya molekul yang akan direaksikan mengandung dua (2) gugus fungsi yang reaktif padahal kita hanya menginginkan salah satu dari kedua gugus fungsi tersebut yang bereaksi, maka kemoselektivitas adalah faktor penting yang harus dipertimbangkan. Sebagai contoh, pengurangan chemoselective dari kelompok aldehida dengan NaBH4 (Natrium boro- 15 hidrida) (1.17) dalam metanol pada suhu rendah untuk memberikan (1.18). Namun, dengan adanya CeCl3 (Ceric klorida), kelompok keto berkurang dengan NaBH4 untuk memberikan (1.19).

Gambar 1. Contoh Kemoselektivitas

C.   Regioselektivitas

Regioselektivitas (kontrol orientational) adalah pembentukan satu isomer konstitusional sebagai produk utama di mana dua atau lebih isomer konstitusional dapat diperoleh. Sebagai contoh, penambahan HBr (hydrogen bromide) untuk 1-methylcyclohexene (1.29) memberikan 1-bromo-1- Methylcyclohexane (1.30) sebagai produk utama dan 1-bromo-2- Methylcyclohexane (1.31) terbentuk sebagai produk minor.

Gambar 2. Contoh regioselektivitas

D.   Stereoisomerisme

Stereoisomerisme adalah susunan atom dalam molekul yang konektivitas tetap sama tetapi pengaturan mereka dalam ruang berbeda di setiap isomer (atom dihubungkan dalam urutan yang sama). Dua jenis utama stereoisomerisme adalah cis-trans atau Z-E isomerisme dan isomerisme optik.

Gambar 3. Contoh Stereoisomerisme

E.   Gugus pelindung 

Gugus pelindung atau gugus proteksi adalah suatu gugus fungsional yang digunakan untuk melindungi gugus tertentu supaya tidak turut bereaksi dengan pereaksi atau pelarut selama proses sintesis kimia berlangsung. Gugus pelindung tersebut ditambahkan ke dalam molekul melalui modifikasi kimia pada suatu gugus fungsi untuk mencapai kemoselektivitas pada reaksi kimia selanjutnya. Gugus ini memainkan peranan penting dalam sintesis organik multitahap.

Gugus pelindung yang umum digunakan:

1.    Gugus pelindung alkohol

2.    Gugus pelindung amina

3.    Gugus pelindung karbonil

4.    Gugus pelindung asam karboksilat

5.    Gugus pelindung fosfat

6.    Gugus pelindung alkuna terminal

Gambar 4. Contoh proteksi asetal pada gugus keton saat proses reduksi ester, terhadap reduksinya menjadi suatu diol ketika gugus tersebut tidak dilindungi.

Dalam banyak preparasi senyawa organik, beberapa bagian spesifik pada molekul tidak dapat bertahan pada kondisi reaksi atau pereaksi yang digunakan. Sehingga, bagian tersebut, atau gugus, harus dilindungi. Contohnya, litium aluminium hidrida sangat reaktif namun merupakan pereaksi yang sangat beguna untuk mereduksi ester menjadi alkohol. Pereaksi tersebut akan mudah sekali bereaksi dengan gugus karbonil, tanpa dapat menseleksi mana gugus karbonil yang seharusnya direduksi. Ketika reduksi ester dibutuhkan namun terdapat gugus karbonil lainnya dalam molekul target, penyerangan hidrida pada gugus karbonil tersebut harus dicegah. Misalnya, karbonil tersebut diubah ke dalam gugus asetal, yang tidak bereaksi dengan hidrida. Asetal tersebut kemudian disebut sebagai gugus pelindung bagi karbonil. Setelah tahapan yang memerlukan hidrida selesai dilakukan, asetal tersebut dihilangkan (direaksikan dengan asam berair), mengembalikannya ke gugus karbonil semula. Tahapan ini disebut sebagai deproteksi.

Ketika reaksi kimia yang akan dilakukan secara selektif pada satu situs reaksi dalam multifungsi senyawa organik (molekul organik mengandung dua atau lebih dari dua reaktif kelompok) dan diinginkan reaksi pada satu tempat yang reaktif, maka tempat reaktif lain harus sementara diblokir atau diprotek. Langkah ini disebut deproteksi. Penyusunan molekul organik kompleks menuntut tersedianya berbagai gugus untuk memungkinkan kelangsungan hidup kelompok fungsional reaktif selama berbagai operasi sintesis, akhirnya mengakibatkan produksi selektif dari molekul target.

Sebuah kelompok pelindung harus memenuhi sejumlah persyaratan. Sebuah gugus pelindung yang baik harus mudah untuk mengenakan, tanpa generasi pusat stereogenik baru, dan mudah untuk dihilangkan. Untuk melindungi kelompok harus memiliki minimal fungsi tambahan untuk menghindari tempat lanjut reaksi. Gugus pelindung harus membentuk turunan kristal dengan reaksi yang tinggi, hasil yang dapat dengan mudah dipisahkan dari produk samping. Gugus pelindung seharusnya tidak mengganggu reaksi yang dilakukan sebelum dihilangkan. Gugus pelindung dapat dibelah dalam berbagai kondisi termasuk solvolisis dasar, asam, logam berat, ion fluorida, eliminasi reduktif, eliminasi, hidrogenolisis, oksidasi, reduksi melarutkan logam, substitusi nukleofilik, transisi katalis logam, cahaya dan enzim. Metode elektrolit dan dibantu fotolisis penting dalam metode untuk menghilangkan gugus pelindung. Gugus Photolabile disebut senyawa dikurung atau phototriggers, dilindungi dari radiasi pada panjang gelombang 254-350nm dengan tinggi hasil kuantum.

Gugus pelindung harus tetap melekat sepanjang sintesis dan mungkin dihapus setelah selesai sintesis. Namun, kelompok-kelompok pelindung tidak dimasukkan ke dalam produk akhir, dengan demikian, penggunaannya membuat reaksi kurang atom ekonomis. Dengan kata lain, penggunaan gugus pelindung kelompok harus dihindari sebisa mungkin. Berbagai gugus pelindung kelompok saat ini tersedia untuk fungsional yang berbeda kelompok.

Gugus pelindung umum digunakan dalam pekerjaan laboratorium skala kecil dan pengembangan awal dalam proses produksi industri karena penggunaannya akan menambah tahapan reaksi dan biaya material pada proses tersebut. Namun, ketersediaan unit dasar pembangun kiral yang murah mampu menanggulangi tambahan biaya tersebut (misalnya asam sikimat untuk oseltamivir).

Sources:

https://www.academia.edu/3818740/Sintesis_Organik

https://id.wikipedia.org/wiki/Gugus_pelindung

http://staffnew.uny.ac.id/upload/130530945/pendidikan/buku-kimia-organik-sintesis.pdf

KIMIA ORGANIK FISIK

POLARIZABILITAS

Polarizibilitas/polarizabilitiez/kebolehpolaran merupakan pergerakan elektron yang mengakibatkan dipol sesaat dalam suatu molekul untuk mengimbas suatu molekul. Pergerakan atau perpindahan elektron pada suatu atom dapat mengakibatkan tidak meratanya kepadatan elektron pada atom, sehingga atom tersebut mempunyai satu sisi dipol dengan muatan lebih negatif dibandingkan sisi yang lain. Pergerakan ini menimbulkan dipol sesaat.

Ketika polarisasi terjadi, elektron-elektron dan inti atom dalam suatu molekul mengalami perpindahan dari posisi rata-ratanya. Mudah tidaknya dipol sesaat atau dipol indiksian terbentuk pada suatu molekul tergantung kepada kemudahan awan elektron untuk mengalami polarisasi, kemudahan awan elektron suatu molekul untuk dipolarisasi dinyatakan dengan kebolehpolaran (polarizabilitiez, disimbolkan dengan α dan satuan m³).

Semakin mudah awan elektron suatu molekul dipolarisasi, maka kebolehpolaran malekul tersebut semakin tinggi pila. Kebolehpolaran suatu molkul tergantung pada jumlah dan bentuk awan elektron. Untuk molekul-molekul dengan bentuk yang sama, bertambahnya jumlah elektron menyebabkan pengaruh inti atom terhadap awan elektron semakinlemah awan elektron semakin lunak sehingga semakin mudah dipolarisasi dan kebolehpolarannya semakin tinggi seperti ditunjukan tabel  berikut:

Tabel 1. Kebolehpolaran α beberapa Molekul

Zat	Bentuk	α
He	Bola	2,0
Ar	Bola	16,6
CH₄	Tetrahedral	26,0
CCl₄	Tetrahedral	105
H₂	Linear	8,2
N₂	Linear	17,7
CO₂	Linear	26,3

Jumlah elektron dalam suatu molekul berbanding lurus dengan massa molekulnya oleh karena itu kebolehpolaran suatu molekul semakin tinggi dengan bertambahnya massa molekulnya. Kenaikan kebolehpolaran molekul menyebabkan semakin mudahnya molekul tersebut membentuk dipol sesaat dan dipol induksian sehingga gaya london yang yang terjadi semakin kuat.

Dengan adanya gaya london antara molekul-molekul nonpolar menyebabkan pada waktu peleburan dan pendidihan diperlukan sejumlah enengi untuk memperbesar jarak antara molekul-molekul nonpolar. Semakin kuat gaya london antar molekul-molekul, semakin besar pula energi yang digunakan untuk terjadinya peleburan dan pendidihan. Hal ini ditunjukkan dengan titik lebur dan titik didih zat seperti contoh pada tabel

Tabel 2. Titik Lebur dan Titik Didih beberapa zat

Zat	Bentuk	Jumlah Elektron	Ar (Mr)	Tl (°C)	Td (°C)
He	Bola	2	4,003	-270	-269
Ne	Bola	10	20,18	-249	-246
Ar	Bola	18	39,95	-189	-186
Kr	Bola	36	83,80	-157	-152
Xe	Bola	54	131,3	-112	-108
H₂	Linear	2	2,1060	-259	-252
N₂	Linear	14	28,0134	-210	-196
O₂	Linear	16	31,9988	-218	-183
F₂	Linear	18	37,9968	-220	-188
Cl₂	Linear	34	70,906	-101	-34,7
Br₂	Linear	106	159,808	-7,2	58,8
I₂	Linear	106	235,8090	114	184
CH₄	Tetrahedral	10	16,0334	-182	-162
CF₄	Tetrahedral	42	88,00	-184	-129
CCl₄	Tetrahedral	74	153,82	-23,0	76,8
CBr₄	Tetrahedral	146	331,65	92	190

Pengaruh kenaikan kekuatan gaya london terhadap titik lebur dan titik didih zat yang teramati pada sejumlah alkana tidak bercabang terlihat bahwa titik lebur dan titik didih alkana tidak bercabang cenderung naik dengan bertambahnya massa molekul alkana. Hal ini terjadi karena bertambahnya massa molekul alkana menyebabkan bertambahnya gaya london antara molekul-molekul alkana. Kenaikan gaya london juga terlihat pada fase alkana. Semakin banyak jumlah atom karbon pada alkana, fase alkana semakin dekat dengan fase terkondensasi (fase cair dan padat). Pada temperatur ruang, alkana tidak bercabang dengan jumlah atom sampai empat memiliki vase gas, lima sampai sembilanbelas memiliki fase cair, dua puluh atau lebih memiliki fase padat

Untuk kebolehpolaran molekul yang berisomer tergantung pada bentuknya. Dalam hal ini semakin tinggi tingkat simentri suatu molekul, maka awan elektronnya akan semakin sulit untuk dipolarisasi sehingga Kebolehpolarannya semakin rendah, akibat dipol sesaat molekul tersebut semakin sulit terbentuk. Molekul n-pentana dan neopentana merupakan senyawa yang berisomer tetapi dengan bentuk awan elektron yang berbeda. Molekul n-pentana yang berbentuk lurus awan elektronnya dapat dianggap bentuk silinder, sedangkan neopentana yang berbentuk tetrahedral awan elektronnya dapat dianggap berbentuk bola. Karena bola lebih simetri dari pada silinder n-pentana lebih mudah dipolarisasi dari pada awan elektron neopentana, kebolehpolaran n-pentana lebih tinggi dari pada kebolehpolaran neopentana. Akibatnya pada molekul n-pentana lebih mudah terbentuk dipol sesaat atau dipol induksian dibanding pada molekul neopentana. Mudahnya dipol sesaat dan dipol induksian terbentuk memperbesar kekuatan gaya london yang terjadi.

Source:

https://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_london

                                               

Kimia Organik Fisik

Gaya Van Der Waals

Gaya van der Waals dalam ilmu kimia merujuk pada jenis gaya antara molekul. Istilah ini pada awalnya merujuk pada jenis gaya antarmolekul, dan hingga saat ini masih digunakan dalam pengertian tersebut, tetapi saat ini lebih umum merujuk pada gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul menjadi dipol.Hal ini mencakup gaya yang timbul dari dipol tetap (gaya Keesom), dipol rotasi atau bebas (gaya Debye) serta pergeseran distribusi awan elektron (gaya London).

Nama gaya ini diambil dari nama kimiawan Belanda Johannes van der Waals, yang pertama kali mencatat jenis gaya ini. Potensial Lennard-Jones sering digunakan sebagai model hampiran untuk gaya van der Waals sebagai fungsi dari waktu.

Interaksi van der Waals teramati pada gas mulia, yang amat stabil dan cenderung tak berinteraksi. Hal ini menjelaskan sulitnya gas mulia untuk mengembun. Tetapi, makin besar ukuran atom gas mulia (makin banyak elektronnya) makin mudah gas tersebut berubah menjadi cairan.

Gaya Tarik Dipol

Molekul-molekul polar cenderung menyusun diri dengan cara saling mendekati kutub positif dari suatu molekul dengan kutub negatif molekul yang lain. Gaya tarik-menarik ini disebut gaya tarik dipol. Semakin besar momen dipol yang dimiliki suatu senyawa, semakin besar gaya tarik dipol yang dihasilkan. Gaya ini lebih kuat daripada gaya London. Oleh karena itu, molekul yang mengalami gaya tarik dipol memiliki titik didih dan titik leleh yang lebih tinggi daripada molekul yang mengalami gaya London (Mr hampir sama).

Ada 3 jenis gaya tarik dipol sebagai berikut.

1.     Interaksi Dipol Terimbas (Dipol Terinduksi)

Gaya antarmolekul ini terjadi saat molekul polar mengirnbas (menginduksi) molekul nonpolar. Sebagai contoh, molekul air (H₂O) yang bersifat polar dapat menginduksi molekul oksigen (O₂) yang bersifat nonpolar. Dipol terimbas inilah yang mengakibatkan gas oksigen larut dalam air.

2.    Interaksi lon-Dipol

Gaya antarmolekul ini terjadi saat ion (kation maupun anion) berinteraksi dentjan molekul polar. Kekuatan interaksi ini bergantung pada muatan dan ukuran ion serta kepolaran dan ukuran molekul polar. Kation memiliki interaksi yang lebih kuat dengan molekul polar dibandingkan anion. Salah satu contoh interaksi ini adalah hidrasi senyawa NaCI dalam air (proses ion-ion dikelilingi oleh molekul air).

3.    Interaksi Dipol-Dipol

Gaya antarmolekul ini terjadi jika ujung positif dari salah satu molekul dipol ditarik ke ujung negatif dari dipol molekul lainnya. Gaya ini lebih kuat dari gaya London, tetapi tetap sangat lemah. Interaksi ini terjadi pada senyawa kovalen polar, seperti HCI dan HBr.

Gaya London

Gaya London ditemukan oleh fisikawan Jerman yang bernama Fritz London pada tahun 1928. Gaya London (gaya dispersi) merupakan gaya tarik- menarik antarmolekul nonpolar akibat adanya dipol terimbasyang ditimbulkan oleh perpindahan elektron dari satu orbital ke orbital yang lain membentuk dipol sesaat. Gaya London mengakibatkan molekul non¬polar bersifat agak polar.

Jenis gaya tarik yang sangat lemah ini umumnya terjadi di antara molekul-molekul kovalen nonpolar, seperti N2, H2, atau CH4. Gaya tarik ini dihasilkan oleh menyurut dan mengalirnya orbital-orbital elektron sehingga memberikan pemisahan muatan yang sangat lemah dan sangat singkat di sekitar ikatan. Gaya London meningkat seiring bertambahnya jumlah elektron. Gaya London juga meningkat seiring bertambahnya massa molar zat, sebab molekul yang memiliki massa molar besar cenderung memiliki lebih banyak elektron. Adanya percabangan pada molekul akan menurunkan kekuatan gaya London, sebab adanya percabangan akan memperkecil area kontak antarmolekul. Titik didih senyawa sebanding sekaligus mencerminkan kekuatan gaya London.

Menurut London, elektron-elektron di dalam molekul selalu bergerak dengan jarak yang tertentu dari inti. Gerakan ini memungkinkan elektron pada suatu saat lebih banyak berada di salah satu sisi dibandingkan sisi yang lain sehingga molekul memiliki momen dipol. Momen dipol ini disebut dipol sesaat karena hanya berlangsung sepersekian detik. Saat berikutnya, elektron berada di tempat yang berbeda dan menyebabkan dipol sesaat yang lain. Dipol sesaat yang terjadi dapat menginduksi dipol sesaat dari molekul tetangganya. Akibatnya terjadi gaya tarik antara molekul-molekul nonpolar tersebut. Contoh pembentukan dipol sesaat pada molekul neon (Ne).

Kekuatan gaya tarik London sebanding dengan polarisabilitas molekul. Polarisabilitas menunjukkan kemudahan terganggunya distribusi elektron dalam molekul. Pada umumnya, makin besar massa molar (M ) molekul yang berarti jumlah elektron makin banyak, polarisabilitas makin tinggi (distribusi elektron semakin mudah terganggu) sehingga gaya London makin kuat.

Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen merupakan ikatan antarmolekul yang terjadi pada molekul-molekul yang sangat polar dan mengandung atom hidrogen. Ikatan hidrogen disebabkan oleh gaya tarik-menarik antara atom hidrogen dari molekul yang satu dengan atom molekul lain yang sangat elektronegatif (F, O, atau N).

Contoh senyawa yang mempunyai ikatan hidrogen yaitu HF, H₂O, dan NH₃. Dalam molekul air, atom O bersifat sangat elektronegatif sehingga pasangan elektron antara atom O dan H lebih tertarik ke arah atom O. Dalam keadaan cair, atom hidrogen dalam molekul air yang parsial positif (O⁺) ditarik oleh pasangan elektron atom O molekul lain yang elektronegatif sehingga terbentuk ikatan hidrogen. Akibatnya, atom H dari salah satu molekul terikat kuat pada atom unsuryang sangat elektronegatif (F, O, atau N) dari molekul tetangganya melalui pasangan elektron bebas pada atom unsur yang mempunyai elektronegatif besar tersebut.

Sources:

http://artikeltop.xyz/pengertian-gaya-van-der-waals.html

https://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_van_der_Waals

http://www.pelajaransekolahonline.com/2016/31/penjelasan-gaya-van-der-waals-dan-ikatan-hydrogen.html