36  Dasar Kimia Organik: Gugus Fungsi & Reaksi Kunci

Kimia organik di OSN-K bukan soal hafalan ratusan reaksi, tapi mengenali gugus fungsi lalu memasangkannya dengan segelintir reaksi kunci. Sekali paham polanya, soal struktur dan transformasi jadi cepat ditebak.

36.1 Kenali gugus fungsi (modal utama)

Setiap gugus punya “tanda pengenal” dan kelakuan khas.

Gugus fungsi Rumus ciri Contoh
Alkena \(\ce{C=C}\) \(\ce{CH2=CH2}\)
Alkohol \(\ce{-OH}\) \(\ce{CH3CH2OH}\)
Aldehid \(\ce{-CHO}\) \(\ce{CH3CHO}\)
Keton \(\ce{C=O}\) (di tengah) \(\ce{CH3COCH3}\)
Asam karboksilat \(\ce{-COOH}\) \(\ce{CH3COOH}\)
Amina \(\ce{-NH2}\) (1°), \(\ce{-NHR}\) (2°), \(\ce{-NR2}\) (3°) \(\ce{CH3NH2}\)
Benzena (aromatik) cincin \(\ce{C6H6}\) toluena

Aturan cepat: karbon = jumlah ikatan 4, oksigen = 2, nitrogen = 3, H = 1. Kalau menggambar struktur dan jumlah ikatan tak pas, pasti ada yang salah.

36.2 Reaksi kunci OSN

1. Friedel–Crafts asilasi — menempelkan gugus asil (\(\ce{-COR}\)) ke cincin benzena, butuh katalis asam Lewis seperti \(\ce{AlCl3}\): \[ \ce{C6H6 + RCOCl ->[AlCl3] C6H5-CO-R + HCl} \] Produknya keton aril. (Asilasi lebih disukai daripada alkilasi karena tidak terjadi penataan ulang dan tidak overreaksi.)

2. Reduksi Wolff–Kishner (\(\ce{C=O -> CH2}\)) — mengubah aldehid/keton menjadi alkana memakai hidrazin \(\ce{N2H4}\) dalam basa kuat (KOH) panas: \[ \ce{R-CO-R' + N2H4 ->[KOH][\Delta] R-CH2-R' + N2 ^ + H2O} \] Pasangannya yang suasana asam adalah reduksi Clemmensen (\(\ce{Zn(Hg)/HCl}\)) dengan hasil sama. Gabungan Friedel–Crafts asilasi + Wolff–Kishner adalah cara klasik memasang rantai alkil lurus ke benzena tanpa penataan ulang.

3. Brominasi radikal (posisi benzilik/alilik) — \(\ce{Br2}\) dengan cahaya/panas menyerang ikatan C–H paling lemah, yaitu di karbon benzilik (tepat di sebelah cincin): \[ \ce{C6H5-CH3 + Br2 ->[h\nu] C6H5-CH2Br + HBr} \] Bedakan dengan brominasi cincin (butuh \(\ce{FeBr3}\), mekanisme ionik) — pemicu cahaya = radikal di rantai samping.

4. Adisi \(\ce{Br2}\) pada alkena (anti) — dua Br masuk dari sisi berlawanan (anti) lewat ion bromonium. Uji bromin (warna cokelat hilang) menandai adanya alkena: \[ \ce{CH2=CH2 + Br2 -> CH2Br-CH2Br} \]

5. Karbonil + amina — aldehid/keton bereaksi dengan senyawa \(\ce{-NH}\): \[ \ce{R2C=O + H2N-OH -> R2C=N-OH + H2O} \quad (\text{oksim}) \] \[ \ce{R2C=O + R'NH2 -> R2C=N-R' + H2O} \quad (\text{imina}) \]

Reagen Produk Butuh
Hidroksilamina \(\ce{NH2OH}\) oksim (turunan amina 1°)
Amina primer \(\ce{RNH2}\) imina (basa Schiff) amina 1°
Amina sekunder \(\ce{R2NH}\) enamina amina 2°

Kuncinya: amina primer → imina (masih ada 1 H di N untuk lepas sebagai air membentuk \(\ce{C=N}\)); amina sekunder → enamina (tak ada H di N, jadi ikatan rangkap pindah ke \(\ce{C=C}\)). Amina tersier tidak bereaksi (tak ada N–H).

36.3 Contoh

Contoh 1. Toluena (\(\ce{C6H5CH3}\)) + \(\ce{Br2}\) dengan sinar UV menghasilkan apa?

Sinar UV → radikal → menyerang posisi benzilik. Produk: \(\ce{C6H5CH2Br}\) (benzil bromida), bukan brominasi cincin.

Contoh 2. Bagaimana memasang gugus \(\ce{-CH2CH3}\) (etil) pada benzena tanpa penataan ulang?

Dua langkah: (1) Friedel–Crafts asilasi dengan \(\ce{CH3COCl/AlCl3}\) menghasilkan asetofenon \(\ce{C6H5COCH3}\); (2) Wolff–Kishner (\(\ce{N2H4/KOH}\)) mereduksi \(\ce{C=O}\) menjadi \(\ce{CH2}\) → etilbenzena \(\ce{C6H5CH2CH3}\).

36.4 Mengapa penting di OSN-K

Blok kimia organik OSN-K 2024 ada di Soal 25–28 (gugus fungsi, struktur, dan reaksi turunan), dan OSN-K 2025 nomor 9 (spektro–organik) menuntut mengenali gugus dari data spektrum lalu memprediksi produk reaksi. Menguasai lima reaksi kunci di atas membuat soal-soal ini cepat tuntas.

Rangkuman lengkap + tautan luar: sumber lengkap. Dua bacaan inti:

36.5 Keasaman C–H & basa kuat (asetilida sebagai nukleofil)

Tidak semua C–H sama. H di ujung alkuna (\(\ce{R-C#C-H}\)) cukup asam (\(\mathrm{p}K_a \approx 25\)) sehingga bisa dicabut oleh basa sangat kuat seperti natrium amida \(\ce{NaNH2}\) atau organolitium \(\ce{CH3Li}\). Hasilnya ion asetilida \(\ce{R-C#C^-}\) — sebuah karbanion yang menjadi nukleofil kuat.

\[ \ce{R-C#C-H + NaNH2 -> R-C#C^- Na+ + NH3} \]

Asetilida lalu menyerang alkil halida primer (\(\ce{R'-X}\)) lewat substitusi (\(S_N2\)), memperpanjang rantai karbon:

\[ \ce{R-C#C^- + R'-CH2-X -> R-C#C-CH2-R' + X^-} \]

Pola “deprotonasi → alkilasi” ini bisa diulang dua kali (sekali tiap ujung) untuk membangun alkuna internal.

Contoh. Asetilena \(\ce{HC#CH}\) + \(\ce{NaNH2}\) lalu \(\ce{CH3I}\), ulangi dengan basa lalu \(\ce{CH3CH2Br}\) → produk apa?

Tahap 1: \(\ce{NaNH2}\) cabut satu H ujung → \(\ce{HC#C^-}\); menyerang \(\ce{CH3I}\) → propuna \(\ce{CH3-C#CH}\). Tahap 2: basa cabut H ujung yang tersisa → \(\ce{CH3-C#C^-}\); menyerang \(\ce{CH3CH2Br}\) → \(\ce{CH3-C#C-CH2CH3}\) (2-pentuna).

36.6 Urutan keasaman gugus organik

Untuk soal yang melibatkan deprotonasi, hafal urutan keasaman kasar (makin kecil \(\mathrm{p}K_a\) makin asam, makin mudah dicabut):

Gugus \(\mathrm{p}K_a\) (kira-kira) Sifat
\(\ce{-COOH}\) asam karboksilat \(\sim 5\) paling asam
\(\ce{-SH}\) tiol \(\sim 10\) lebih asam dari alkohol
\(\ce{-OH}\) alkohol \(\sim 16\)
\(\ce{R-C#C-H}\) alkuna ujung \(\sim 25\)

Kunci yang sering diuji: tiol (\(\ce{-SH}\)) lebih asam daripada alkohol (\(\ce{-OH}\)) karena S lebih besar sehingga muatan negatif anionnya (\(\ce{-S^-}\)) lebih stabil. Bila basa kuat (mis. \(\ce{NaH}\)) tersedia berlebih, gugus yang lebih asam dicabut lebih dulu, dan dengan ekuivalen cukup semua proton asam bisa lepas.

Contoh. 2-merkaptoetanol \(\ce{HSCH2CH2OH}\) (punya \(\ce{-SH}\) dan \(\ce{-OH}\)) + 2 ekuivalen \(\ce{NaH}\).

\(\ce{NaH}\) basa kuat melepas \(\ce{H2}\) tiap kali mencabut proton. Dengan 2 ekuivalen, kedua gugus terdeprotonasi: \(\ce{HSCH2CH2OH + 2NaH -> ^-SCH2CH2O^- + 2H2 ^}\). (Bila hanya 1 ekuivalen, yang dicabut lebih dulu adalah \(\ce{-SH}\) yang lebih asam.)

36.7 Derajat ketaktidakjenuhan (DBE)

Dari rumus molekul saja kita bisa tahu berapa banyak ikatan rangkap + cincin dalam sebuah senyawa. Inilah DBE (degree of unsaturation, derajat ketaktidakjenuhan):

\[ \text{DBE} = \frac{2C + 2 + N - H - X}{2} \]

dengan \(C\) = jumlah karbon, \(N\) = nitrogen, \(H\) = hidrogen, \(X\) = halogen. Oksigen dan sulfur tidak ikut dihitung. Tafsirnya: tiap ikatan rangkap dua (\(\ce{C=C}\), \(\ce{C=O}\)) atau tiap cincin menyumbang DBE = 1; ikatan rangkap tiga menyumbang 2. Cincin benzena = 4 (tiga \(\ce{C=C}\) + satu cincin).

Contoh. Senyawa \(\ce{C5H11NO}\) (\(M=101\), sering muncul dari analisis unsur + spektrum massa). Berapa DBE-nya dan apa artinya?

\(\text{DBE} = \dfrac{2(5)+2+1-11}{2} = \dfrac{2}{2} = 1\). Jadi ada satu ketaktidakjenuhan — biasanya satu gugus \(\ce{C=O}\) (amida/keton) tanpa cincin tambahan. Dipadukan dengan serapan IR \(\ce{C=O}\) kuat di \(\sim 1650\text{–}1700\ \text{cm}^{-1}\), ini mengarah ke gugus amida.

36.8 Monomer penyusun biopolimer

Biopolimer = polimer alami dari monomer berulang yang berikatan kovalen. Soal sering meminta mencocokkan monomer dengan biopolimernya:

Monomer Biopolimer
Asam amino protein
Glukosa pati / selulosa
Nukleotida asam nukleat (DNA/RNA)
Isoprena karet alam (poliisoprena)

Catatan: asam lemak bukan monomer biopolimer (lemak/trigliserida bukan rantai monomer berulang yang panjang) — ini jebakan klasik di pilihan ganda.

36.9 Membaca proyeksi Fischer

Proyeksi Fischer menggambar rantai karbon tegak (vertikal): garis horizontal = ikatan mengarah ke depan (ke arah kita), garis vertikal = ikatan menjauh (ke belakang). Untuk menentukan konektivitas rantai, baca dari atas ke bawah dan rangkai tiap karbon beserta substituennya.

Contoh. Sebuah proyeksi Fischer dari atas ke bawah: \(\ce{CH3CH2-}\) (etil), lalu C dengan \(\ce{Cl}\), lalu C dengan \(\ce{CH3}\), lalu C dengan \(\ce{OH}\), lalu \(\ce{-CH3}\). Tulis kerangkanya.

Rangkai berurutan menjadi \(\ce{CH3CH2-CHCl-CH(CH3)-CH(OH)-CH3}\). Dari sini rantai terpanjang dan penomoran (untuk penamaan IUPAC) baru ditentukan, lalu posisi \(\ce{Cl}\), \(\ce{CH3}\), dan \(\ce{OH}\) diberi nomor.

Tip✅ Cek kesiapan
  1. Etilbenzena + \(\ce{Br2}\) dengan sinar UV, Br masuk ke karbon mana? (karbon benzilik, yang langsung menempel cincin)
  2. Aseton + amina sekunder menghasilkan apa? (enamina, karena N tak punya cukup H untuk membentuk imina)
  3. Reagen apa yang mengubah \(\ce{C=O}\) keton menjadi \(\ce{CH2}\) dalam suasana basa? (hidrazin \(\ce{N2H4}\) + KOH panas, yaitu Wolff–Kishner)