Senyawa Heterosiklik Dan Senyawa Aromatik

Senyawa Heterosiklik

Jumlah atom pada cincin senyawa heterosiklik adalah sekitar 3 sampai 10 atom. Senyawa heterosiklik adalah senyawa yang memiliki heteroatom. Heteroatom merupakan atom pengganti dari atom hidrogen atau atom karbon yang jumlah terdiri dari satu atom atau lebih.

Senyawa heterosiklik dibedakan menjadi dua berdasarkan jumlah cincin yang menyatu, yaitu :

a. Monoheterosiklik adalah senyawa heterosiklik dengan satu cincin yang menyatu.

b. Poliheterosiklik adalah senyawa heterosiklik dengan cincin lebih dari satu yang menyatu.

Senyawa heterosiklik terbagi menjadi dua jenis berdasarkan sifatnya, yaitu :

a. Heterosiklik non aromatik adalah senyawa heterosiklik yang bersifat seperti senyawa alifatik, yaitu tidak memiliki cincin benzena, dapat bersifat jenuh dan tidak jenuh, dapat berbentuk linear dan lebih mudah bereaksi.

b. Heterosiklik aromatik adalah senyawa heterosiklik yang bersifat seperti senyawa aromatik, yaitu memiliki cincin benzena, selalu bersifat tak jenuh dan memerlukan kondisi khusus.

Tata Nama Senyawa Heterosiklik

- Heteroatom mendapat nomor terendah.

Gambar di atas bermaksud menunjukkan untuk pemberian nomor pada heteroatom dengan menggunakan bentuk cincin dari senyawa naftalena.

- Pada naftalena penamaan secara trivial, posisi substituen yang biasanya ditunjukkan dengan angka dapat diganti dengan awalan α dan β sesuai posisi pada gambar berikut :

Tetapi, hal ini hanya berlaku pada substituen yang berjumlah 1.

Keterangan :

Apabila substituen terdapat pada posisi alfa, maka penamaannya mendapat awalan alfa. Begitupun jika substituen terdapat pada posisi beta, maka penamaannya mendapat awalan beta.

Contoh : 1-aminanaftalena  menjadi α-aminanaftalena

- Apabila heterosiklik aromatik memiliki satu substituen, angka untuk posisi substituen dapat diganti dengan huruf Yunani sesuai posisi pada gambar berikut :

- Pada poliheterosiklik, cincin yang mengandung heteroatom dijadikan sebagai induk, sedangkan cincin yang menyatu dijadikan sebagai awalan/nama depan.

- Apabila heteroatom adalah nitrogen, maka penamaan diawali dengan aza-.

- Apabila heteroatom adalah oksigen, maka penamaan diawali dengan okso-.

- Apabila heteroatom adalah sulfur, maka penamaan diawali dengan tio- atau tia-.

- Apabila heteroatom adalah fosfor, maka penamaan diawali dengan phospha/fosfa.

- Jika heteroatom lebih dari satu, maka dalam penamaan digunakan imbuhan dalam bahasa Yunani, seperti di-, tri-, tetra, penta- dan seterusnya.

- Apabila senyawa heterosiklik mengalami hidrogenasi, maka penamaan diawali dengan dihidro-, trihidro-, tetrahidro dan seterusnya. Imbuhan di depan kata hidro diberikan sesuai dengan jumlah atom hidrogen.

Contoh :

1,4-dihidropiridin

Rumus molekul : C₅H₇N

Terdapat akhiran -in pada nama senyawa, maka bentuk cincin adalah segi enam. Karena cincin berbentuk segi enam, sehingga sulit menentukan bagian puncaknya. Oleh karena itu, diberi angka 1,4 untuk menunjukkan posisi heteroatom.

Bentuk Cincin

Ukuran cincin menentukan bentuk cincin. Berikut ini daftar ukuran cincin :

Ukuran	Notasi
3	ir
4	et
5	ol
6	in
7	ep
8	os atau oc
9	on
10	es atau ec

Berikut ini akhiran untuk nama senyawa berdasarkan sifat kejenuhannya :

a. Jika Senyawa Mengandung Atom Nitrogen

Tidak Jenuh	Jenuh
Irina	Iridina
Et	Etidina
Ola	Olidina
Ina
Epina
Osina
Onina
Esina

b. Jika Senyawa Tidak Mengandung Atom Nitrogen

Tidak Jenuh	Jenuh
Irena	Irana
Et	Etana
Ola	Olana
In	Ana
Epin	Epana
Osin	Osana
Onin	Onana
Esin	Esana

- Penomoran dimulai dari puncak siklik, lalu berputar ke sebelah kanan atau arah jarum jam.

Contoh :

Keterangan :

Senyawa pada gambar 1 disebut 1,2,5-oksadiazola

Senyawa pada gambar 2 disebut 1,3,4-oksadiazola

Contoh 1:

Cincin beranggotakan 5 atom yang mengandung 5 atom nitrogen disebut pentazola (N₅H).

Keterangan :

Rumus molekul pentazola tidak terdapat atom karbon karena seluruh atom karbon telah digantikan dengan atom nitrogen.

Dari mana diketahui bahwa atom karbon hanya berjumlah lima? Karena ada akhiran –ol yang menunjukkan bahwa senyawa memiliki cincin berbentuk segi lima. Dan akhiran –ola menunjukkan bahwa senyawa bersifat tidak jenuh.

Atom H hanya satu dan terikat pada puncak siklik.

Kenapa pentazola harus terikat dengan atom H?

Jawab : Saya rasa mungkin untuk menunjukkan bahwa pentazola termasuk senyawa hidrokarbon.

Contoh 2 :

Cincin beranggotakan 5 atom yang mengandung 2 atom nitrogen dan 1 atom oksigen disebut oksodiazola (C₂H₂N₂O).

Keterangan :

Akhiran -ola menunjukkan bahwa senyawa tersebut bersifat tak jenuh. Karena oksodiazola mendapat akhiran -ol, maka cincin berbentuk segi lima.  

Contoh 3 :

Cincin beranggotakan 10 atom yang mengandung 1 atom nitrogen disebut kuinolina (C₉H₇N).

Keterangan :

Kuinolina bersifat tak jenuh karena memiliki akhiran -ina.

Kenapa kuinolina tidak memiliki akhiran esina/ecina jika bentuk cincinnya seperti siklodekana?.

Jawab : Kuinolina memiliki nama lain, seperti 1-azanaphthalene, 1-benzazine, leukol, chinoline, benzopiridine, benzazine dan lain-lain. Senyawa siklik sering kali memiliki nama lain. Jadi, hal ini sulit dimengerti. 

Setidaknya, dari nama 1-azanaphthalene atau 1-azanaftalena berarti menunjukkan bahwa kuinolina memiliki heteroatom berupa atom nitrogen dan bentuk cincin seperti naftalena. Angka 1 menunjukkan posisi atom nitrogen. Jika atom nitrogen terletak pada posisi kedua, maka nama senyawa menjadi 2-azanaphthalene atau 2-azanaftalena.

Contoh 4:

Cincin beranggotakan 6 atom yang mengandung 2 atom nitrogen disebut pirimidina (C₄H₄N₂). Pirimidina termasuk salah satu dari tiga jenis diazina. Pirimidina disebut juga 1,3-diazina.

Keterangan :

Akhiran –ina menunjukkan bahwa senyawa memiliki cincin berbentuk segi enam dan bersifat tak jenuh.

*Jenis diazina lainnya adalah pirazina atau 1,4-diazina dan piridazina atau 1,2-diazina.

- Pada cincin monoheterosiklik, apabila terdapat dua heteroatom yang berbeda, maka cincin yang mengandung atom oksigen diprioritaskan sebagai induk sebelum atom sulfur dan atom nitrogen (O>S>N).

Contoh :

a. Heteroatom berupa oksigen dan nitrogen, maka penamaan diawali dengan oksaza.

b. Heteroatom berupa sulfur dan nitrogen, maka penamaan diawali dengan tiaza.

c. Heteroatom berupa oksigen dan sulfur, maka penamaan diawali dengan oksatio.

- Pada cincin poliheterosiklik, apabila terdapat dua heteroatom yang berbeda, maka cincin yang mengandung atom nitrogen diprioritaskan sebagai induk sebelum atom oksigen dan atom sulfur (N>O>S).

Contoh :

a. Heteroatom berupa oksigen dan nitrogen, maka penamaan diawali dengan azoksa.

b. Heteroatom berupa sulfur dan nitrogen, maka penamaan diawali dengan azatio.

c. Heteroatom berupa oksigen dan sulfur, maka penamaan diawali dengan oksatio (sama seperti monoheterosiklik karena atom oksigen lebih diprioritaskan daripada atom sulfur).

- Apabila pada poliheterosiklik terdapat dua induk, maka cincin heterosiklik yang lebih besar yang dijadikan sebagai induk.

- Apabila terdapat substituen, maka nama substituen ditaruh di depan. Jika substituen lebih dari satu, maka disusun berdasarkan abjad.

Contoh : 3-etil-5-metil pirazol.

Senyawa Aromatik

Senyawa aromatik adalah senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua, serta bersifat tak jenuh.

Senyawa aromatik dapat bersifat heterosiklik (memiliki heteroatom), monosiklik (memiliki satu cincin yang menyatu), bisiklik (memiliki dua cincin yang menyatu) dan polisiklik (memiliki lebih dari satu cincin yang menyatu). Sebagian besar senyawa aromatik polisiklik berupa zat padat.

Contoh senyawa aromatik berupa monosiklik adalah benzena.

Contoh senyawa aromatik berupa bisiklik adalah naftalena. Naftalena memiliki dua cincin benzena yang menyatu.

Contoh senyawa aromatik berupa polisiklik adalah antrasena. Antrasena memiliki tiga cincin benzena yang menyatu.

Cincin aromatik monosiklik yang paling sederhana adalah berjumlah 5-6 anggota. Oleh karena itu, senyawa aromatik umumnya memiliki cincin berbentuk segi lima dan segi enam.

Jika senyawa aromatik berjumlah 6 anggota, maka dianggap memiliki cincin benzena. Umumnya, senyawa aromatik memiliki elektron pi berdasarkan aturan Huckle.

Mengenai aturan Huckle terdapat pada artikel Senyawa Hidrokarbon (Siklik)

Cincin Aromatik Heterosiklik

Jika pada cincin terdapat atom nitrogen, maka cincin dibedakan menjadi dua jenis, yaitu :

- Cincin aromatik basa

Senyawa dengan cincin aromatik basa ditunjukkan dengan atom nitrogen yang tidak berikatan dengan atom hidrogen.

- Cincin aromatik non basa

Senyawa dengan cincin aromatik basa ditunjukkan dengan atom nitrogen yang berikatan dengan atom hidrogen dan adanya delokalisasi pasangan menyendiri elektron dari atom nitrogen.

Pada cincin aromatik yang mengandung atom oksigen dan sulfur, satu dari dua pasangan elektron heteroatom berkontribusi dengan sistem aromatik.

Contoh 1:

Pirol (C₄H₄NH). Pirol merupakan senyawa aromatik heterosiklik karena atom karbon digantikan dengan atom nitrogen. Bentuk cincin pirol adalah segi lima terlihat dari jumlah atom karbonnya yang mana salah satunya digantikan oleh atom nitrogen. Pirol memiliki cincin aromatik non basa atau basa lemah karena atom nitrogen berikatan dengan atom hidrogen.

Contoh 2 :

Tiazola (C₃H₃NS). Tiazola termasuk senyawa aromatik heterosiklik karena atom karbon digantikan dengan atom nitrogen dan atom sulfur. Bentuk cincin tiazola adalah segi lima terlihat dari jumlah atom karbonnya yang mana dua di antaranya digantikan oleh atom nitrogen dan sulfur. Tiazola memiliki cincin aromatik basa karena atom nitrogen tidak berikatan dengan atom hidrogen.

Contoh 3 :

Furan (C₄H₄O). Furan termasuk senyawa aromatik heterosiklik karena atom karbon digantikan dengan atom oksigen. Bentuk cincin furan adalah segi lima terlihat dari jumlah atom karbonnya yang mana salah satunya digantikan oleh atom oksigen. Furan bersifat basa lemah karena tidak mengandung atom nitrogen yang berikatan dengan atom hidrogen. 

Tetapi, furan kurang aromatik jika dibandingkan dengan pirol karena sifat keelektronegatifan oksigen yang lebih besar daripada nitrogen. Karena oksigen lebih elektronegatif daripada nitrogen, maka oksigen lebih sulit memberikan pasangan elektron bebasnya.

Cincin Benzena

Resonansi (↔) pada benzena menyebabkan ikatan pada benzena menjadi lebih stabil. Resonansi adalah delokalisasi elektron pada molekul atau ion.

 
Delokalisasi adalah perpindahan elektron valensi dari satu atom ke atom lainnya. Delokalisasi tidak hanya terjadi pada cincin, melainkan meluas ke atom nitrogen dan oksigen.

Delokalisasi elektron menyebabkan suatu senyawa terkonjugasi. Konjugasi merupakan sifat senyawa organik yang mana atom-atom akan membentuk struktur Kekule. 

Struktur Kekule adalah struktur di mana atom karbon membentuk hexagon (segienam) dan terdapat ikatan tunggal, serta ikatan rangkap dua yang tersusun secara bergantian/berselang-seling. Adanya ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal menyebabkan semua orbital pi saling tumpang-tindih pada setiap sisi.

Meskipun struktur Kekule dijadikan sebagai acuan untuk struktur benzena, tetapi struktur Kekule memiliki kelemahan, yaitu :

- Struktur Kekule menggambarkan bahwa Benzena mudah mengalami adisi, tetapi kenyataannya Benzena lebih mudah mengalami substitusi daripada mengalami adisi.

- Struktur Kekule menggambarkan bentuk Benzena sebagai molekul yang planar yang mana semua atom berada pada satu bidang datar dengan panjang ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua antara atom karbon yang berbeda-beda. Panjang ikatan tunggal antara atom karbon adalah 0,154 nm, sedangkan panjang ikatan rangkap dua antara atom karbon adalah 0,134 nm.

Padahal seharusnya, benzena berbentuk segienam sama sisi dengan panjang yang sama pada ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua antara atom karbon, yaitu 0,139 nm. Apabila panjang ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua berbeda-beda, maka bentuk heksagon menjadi tidak beraturan.

Untuk tata nama benzena terdapat pada artikel Turunan Benzena Dan Tata Nama Benzena.

Sifat-Sifat Benzena

- Non polar maupun polar. Apabila bersifat polar, maka akan mudah larut dalam air. Apabila bersifat non polar, maka sulit larut dalam air dan tidak mempunyai pasangan elektron bebas (PEB).

- Tidak terlalu reaktif.

- Tidak berwarna.

- Mempunyai bau yang manis.

- Mudah menguap.

- Memiliki bilangan oktan yang tinggi. Bilangan oktan adalah angka/ jumlah ketukan yang. menunjukkan besar tekanan yang dapat diberikan sebelum bensin dibakar secara spontan. Oleh karena benzena memiliki bilangan oktan yang tinggi, sehingga benzena mudah terbakar.

Semakin sedikit jumlah ketukan yang ditimbulkan, semakin tinggi bilangan oktan dan semakin tinggi kualitas bensin tersebut.

- Tahan terhadap serangan oksidasi/pembakaran.

- Lebih mudah mengalami reaksi substitusi daripada reaksi adisi.

Alasan mengapa benzena sulit mengalami reaksi adisi adalah karena adanya resonansi tersebut. Jika suatu pereaksi direaksikan pada benzena, kumpulan elektron pada ikatan rangkap akan mengalami delokalisasi menuju ikatan tunggal, sehingga ikatan tunggal tersebut berubah menjadi ikatan rangkap. Proses ini akan terus berlangsung, sehingga benzena sulit mengalami reaksi adisi.

Untuk memudahkan benzena mengalami reaksi adisi, maka diperlukan katalis yang tepat.

Reaksi substitusi umumnya terjadi pada senyawa yang bersifat jenuh.

Reaksi Substitusi Pada Benzena

a. Reaksi Halogenasi adalah reaksi benzena dengan bromin dengan katalis Ferri Bromida (FeBr₃). Pada reaksi halogenasi, atom H digantikan dengan atom-atom golongan halogen.

b. Reaksi Nitrasi adalah reaksi benzena dengan  HNO₃ dengan katalis H₂SO_4. Pada reaksi nitrasi, atom H digantikan dengan gugus nitro (NO₂).

c. Reaksi Alkilasi atau reaksi Friedel-Crafts adalah reaksi benzena dengan alkil halida dengan katalis aluminium klorida (AlCl₃). Pada reaksi alkilasi, atom H digantikan oleh gugus alkil.

d. Reaksi Sulfunasi adalah reaksi benzena dengan asam sulfat, sehingga menghasilkan asam benzena sulfonat. Pada reaksi sulfunasi, atom H digantikan oleh gugus sulfonat (SO₃H).

e. Reaksi Asilasi adalah reaksi benzena dengan halida asam dengan katalis aluminium klorida (AlCl₃). Pada reaksi asilasi, atom H digantikan oleh gugus asil (CH₃C=O).