Download - 02-Turunan karboksilat
Turunan Asam Karboksilat 1) Halida asam
2) Anhidrida asam
3) Ester
4) Amida
5) Nitril
1
Dirangkum oleh :
J.S. Ami Soewandi
Tutuk B. Soewandi
Definisi turunan asam karboksilat:
2
Senyawa yang mempunyai gugus asil (R-C=O) terikat pada
atom elektronegatif
Apabila dihidrolisis akan menghasilkan bentuk asam
karboksilatnya
R
C
OH
O
R
C
X
O
R
C
O
O
R
C
OR'
O
R
C
NH2
O
R
C
O
R C N
asam karboksilat halida asamX = F, Cl, Br, I
anhidrida asam
ester amida nitril
Tatanama Turunan Asam Karboksilat
Halida asam :
asil + halida
3
asetl klorida(dari asam asetat)etanoil klorida(dari asam etanoat)
benzoil bromida(dari asam benzoat)
sikloheksanakarbonil klorida(dari asam sikloheksanakarboksilat)
Cl CH2
Cl
C
O
C
O
H3C
C
Cl
O
C
Br
O
C
Cl
O
Malonil klorida(dari asam malonat)Propanadioil diklorida(dari asam propanadioat)
Anhidrida asam : awalan anhidrida (tanpa kata asam)
4
H3C O
O O
CH3
H3C O
O O
O
O O
ClH2C O
O O
CH2Cl
O
O
O
anhidrida asetat(anhidr ida monokaroksilattak tersubstitusi)
anhidrida benzoat(anhidrida simetris)
anhidrida suksinat(anhidrida siklis)
anhidrida asetat benzoat(urutan abjad)
anhidrida bis(kloroasetat)(anhidrida monokarboksilattersubstitusi)
Ester : alkil alkanoat
5
H3C OCH2CH3
O
H3CO CH2
O
OC(CH3)3
O
OCH3
O
etil asetat(= etil etanoat)
dimetil malonat(= dimetil propanadioat)
tert-butil sikloheksanakarboksilat
Br
C
O
OCH3
metil p.bromobenzoat
COCH2CH2Br
O
2-bromoetil benzoat
O
O
-butirolakton
Amida : alkan(a) + amida
6
H3CC
NH2
O
CNH2
O
CNH2
O
NH
O
N(C2H5)2
O
CH3(CH2)3CH2
CH3
CH3CH2
etanamida(dari asam etanoat)asetamida(dari asam asetat)
heksanamida(dari asam heksanoat)
siklopentanakarboksamida(dari asam siklopentanakarboksilat)
N-metilpropanamida N,N-dietilbenzamidaNH
O
N
O
CH3
CH3
3-metilpirolidin-2-on(-metil--butirolaktam)
1-metilpirolidin-2-on(N-metil--butirolaktam)
Nitril :
7
H3C C N
C N
CH3CHCH2CH2CN
CH3
CN
H
CH3
CH3
asetonitril(dari asam asetat)= metil sianida
benzonitril(dari asam benzoat)= fenil sianida
2,2-dimetilsikloheksananitril(dari asam 2,2-dimetilsikloheksanakarboksilat)
4-metilpentananitril= 3-metil-1-sianobutana= isoamil sianida
H2C
CN
fenilasetonitril(dari asam fenilasetat)= benzil sianida
Tioester (RCOSR’) Tata nama sesuai dengan ester terkait :
Bila ester terkait mempunyai nama umum (nama trivial), ditambah
awalan tio pada bagian karboksilatnya
e.g. asetat tioasetat
Bila ester terkait mempunyai nama sistematik, akhiran –oat atau
-karboksilat diganti dengan –tioat atau –karbotioat
e.g. butanoat butanatioat
sikloheksanakarboksilat sikloheksanakarbotioat
Asil fosfat (Banyak ditemui pada makluk hidup)
Penamaan : asil + fosfat
H3CC
SCH3
O
Metil tioasetat
CH3CH2CH2
CSCH2CH3
O
Etil butanatioat
C
O
SCH3
Metil sikloheksanakarbotioat
CO
PO
O O
O
Benzoil fosfat
NH
NN
N
NH2
CH2
HO OH
OH3C
CO
PO
O O
O
Asetil adenosil fosfat
Soal Latihan Beri nama kimia senyawa berikut (IUPAC dan trivial, kalau
ada)
9
CH2=CHCCl
O
C
O
Br
C
O
Br
HCOCCH3
O
OO
CO2CH3
NH2
C6H5CN(CH2CH3)2
CH3CNHC6H5
O
(CH3)2CHCN
CH2CNH3C
1. 2. 3.
4.
5.6.
7.
8.9.
10.
O
O
O
CH2CO2CH2CH3
Reaksi Substitusi Nukleofilik (SN)
pada gugus Asil Mekanisme reaksi
Serangan Nu: terhadap gugus asil berlangsung dua tahap :
1. Serangan Nu: (atau Nu:H) menghasilkan intermediat tetrahedral
(tahap penentu kecepatan reaksi)
2. Pasangan elektron atom O mengantikan gugus pergi Y (Y =
leaving group) membentuk senyawa karbonil baru
10
Hal-hal yang mempengaruhi reaksi SN-asil
Kereaktifan turunan asam karboksilat bergantung pada kemudahan
pembentukan intermediat tetrahedral; dipengaruhi oleh oleh dua hal
Pengaruh sterik dan pengaruh elektronik
Pengaruh sterik : Makin meruah (bulky) gugus-gugus pada C-α maka reaksi makin
sulit terjadi.
Contoh : asetil klorida jauh lebih reaktif dibandingkan 2,2-
dimetilpropanoil klorida
Sehingga urutan kereaktifan ;
11
CC
O
R
R R
CC
O
R
R H
C
C
O
R
H H
CC
O
H
H H
<< <
Pengaruh elektronik :
Mempengaruhi polarisasi gugus C=O, disebabkan oleh
dua hal :
Substituen pada inti aromatis
Keelektronegatifan gugus lepas Y
Pengaruh substituen:
12
H3CO
O
H
O
Cl
O
> >
polarisasi lebih sulitpolarisasi lebih mudah polarisasi C=O
Pengaruh keelektronegatifan gugus Y
(gugus pergi)
Makin elektronegatif gugus Y, makin reaktif terhadap
SN-asil
Urutan kereaktifan turunan asam karboksilat
13
R NH2
O
R OR'
O
R Cl
O
R
O
O R
O
< <<
amida ester anhidrida asam klorida asam
kurangreaktif
kereaktifan
lebihreaktif
Transformasi gugus fungsi berdasarkan beda
kereaktifan
14
R NH2
OR OR'
O
R Cl
O
R
O
O R
O
amida
ester
anhidrida asam
klorida asam
kurangreaktif
lebihreaktif
ke
rea
ktifa
n
Jenis Reaksi Substitusi Nukleofilik (SN)
pada Asil
15
Urutkan kereaktifannya terhadap asil substitusi nukleofilik :
Perkirakan produk yang terbentuk pada reaksi asil substitusi
nukleofilik berikut ini :
H3CC
Cl
O
H3CC
OCH3
O
H3CC
NH2
O(a)
H3CC
OCH3
O
H3CC
OCH2CCl3
O
H3CC
OCH(CF3)2
O(b)
H3CC
OCH3
O(a)
NaOH
H2O
NH3
Na+ -OCH3
CH3OH
CH3NH2
?
?(b)
H3CC
Cl
O
?
?
H3CC
O
O
CCH3
O
H3CC
SCH3
O(c) (d)
Soal Latihan
Substitusi nukleofilik (SN) pada asam karboksilat
1. Konversi asam karboksilat menjadi halida asam, dengan cara
mereaksikan asam karboksilat dan tionil klorida
2. Konversi asam karboksilat menjadi anhidrida asam, e.g.
dehidratasi asam dikarboksilat pada suhu tinggi
17
C
CH3
CH3
H3C
O OHC
CH3
CH3
H3C
O Cl
asam 2,4,6-trimetilbenzoat 2,4,6-trimetilbenzoil klorida
SOCl2 SO2HCl
H2C
H2CC
C
O
O
OH
OH
H2C
H2CC
O
C
O
O
2000C
asam suksinat anhidrida suksinat
Substitusi nukleofilik pada asam karboksilat
(lanjutan) 3. Konversi asam karboksilat menjadi amida.
Tidak dapat disintesis langsung, harus diubah dahulu menjadi halida
asam. Asam karboksilat dgn NH3 atau amina membentuk garam
4. Konversi asam karboksilat menjadi ester.
Disintesis dari asam karboksilat dan alkohol dengan adanya sedikit
asam mineral sebagai katalis. Reaksi ini disebut esterifikasi Fischer
(ditemukan tahun 1895 oleh Fischer dan Speier).
18
R OH
ONH3
R O
O
NH4
asam karboksilat amonium karboksilat
HC OH
O
OH
HC OCH2CH3
O
OH
CH3CH2OHHCl
etanol
H2O
asam mandelat etil mandelat (86%)
Mekanisme reaksi esterifikasi Fischer
19
R OH
O
H+
R OH
OH
OR'
HOH
OHOR R'
H
O
OR'OR
H
H
H
:OH2
R OR'
O
H3O+
Halida Asam Pembuatan Halida asam :
Mekanisme reaksi asam karboksilat + tionil klorida :
R OH
O
R Cl
O O
R Br
SOCl2 PBr3
asam karboksilatklorida asam bromida asam
R OH
OCl
SCl
O
R O
O
S
O
ClCl
H
R O
O
S
O
Cl
R O
O
S
O
Cl
: basa
HCl
asam karboksilat klorosulfit
R O
O
S
O
Cl
klorosulfit
Cl-
ClR Cl
OSO2 Cl-
klorida asam
Reaksi Halida asam
21
Reaksi Halida asam (1)
1. Asilasi Friedel-Crafts terhadap senyawa aromatis
2. Hidrolisis ( RCOCl RCOOH )
Halida asam sangat reaktif, dengan H2O segera menjadi asam
karboksilatnya. Pada reaksi terbentuk HCl, perlu ditambah basa
(NaOH atau piridin) agar bereaksi dengan HCl tersebut
22
Reaksi Halida asam (2)
3. Alkoholisis ( RCOCl RCOOR’ )
Perlu ditambah basa NaOH atau piridin agar bereaksi dengan HCl
yang terbentuk selama reaksi
Sangat dipengaruhi oleh halangan sterik pada alkohol.
Urutan kereaktifan alkohol : primer > sekunder > tersier.
Dapat dipakai untuk pembentukan ester secara selektif
23
4. Aminolisis ( RCOX RCONH2 )
Halida asam dengan amonia, amina primer, atau amina sekunder
segera membentuk amida
Perlu ditambahkan dua mol. ekuivalen amina; satu mol bereaksi dengan
halida asam, satu mol lagi bereaksi dengan HCl
Apabila amina yang dipakai mahal harganya atau sulit didapat,reaksi
dilakukan dengan satu mol amina dan satu mol basa yang murah (e.g.
NaOH)
5. Reduksi ( RCOX RCH2OH ) Halida asam dengan reduktor LiAlH4 menghasilkan alkohol primer
Reaksi ini jarang dilakukan karena reduksi asam karboksilat memberikan hasil
yang sama
6. Reaksi dengan pereaksi Grignard RMgX dengan halida asam menghasilkan alkohol tersier (mengandung dua
gugus sama yang berasal dari RMgX)
Senyawa keton yang terbentuk tidak dapat diisolasi karena segera bereaksi
lebih lanjut dengan RMgX
Soal Latihan Selesaikan reaksi berikut, dan beri nama kimia senyawa awal maupun
produk yang terjadi :
1. Asetil klorida + tert.butil alkohol + N,N-dimetilanilina
2. p. Nitrobenzoil klorida + 2 mol CH3MgI, dilanjutkan hidrolisis
3. Benzena + propanoil klorida, katalis AlCl3
4. Asam malonat + SOCl2, hasilnya direaksikan dengan 2 mol etanol dengan adanya piridin
Bagaimanakah memperoleh amida berikut dari bentuk halida asam dan amonia atau amina :
a. CH3CH2CONHCH3
b. N,N-dietilbenzamida
c. propanamida
,
Bagaimana mensintesis ester berikut dari bahan awal halida asam :
1. CH3CH2COOCH3 b. CH3COOCH2CH3 c. etil benzoat
Metode mana yang dipilih untuk sintesis sikloheksil benzoat : esterifikasi Fischer atau reaksi antara suatu halida asam dan alkohol. Jelaskan !
Anhidrida Asam
Pembuatan anhidrida asam Metode paling umum melalui SN-asil antara halida asam dan ion karboksilat
(baik untuk anhidrida simetris maupun tak-simetris)
Untuk anhidrida siklis, diperoleh dari pemanasan asam dikarboksilat
(hanya anhidrida cincin 5 dan 6 yang stabil)
Reaksi anhidrida asam
Jenis reaksi mirip pada anhidrida asam sangat mirip dengan halida asam,
tetapi reaksinya berlangsung lebih lambat (mengapa ?)
Beberapa contoh reaksi anhidrida asam :
Contoh manfaat reaksi anhidrida asam dalam sintesis
Ester dan Amida
Anhidrida asam sering dipakai untuk asetilasi terhadap
gugus –OH (menghasilkan ester) atau terhadap
gugus –NH2 (menghasilkan amida)
Gugus asetil juga sering dipakai sebagai gugus pelindung
atau untuk mengurangi kereaktifan suatu senyawa
Contoh :
Senyawa o-aminotoluena dapat ternitrasi pada C-3 dengan cara lebih
dahulu mengubah gugus amino menjadi gugus amido, dilakukan reaksi
nitrasi, kemudian gugus amido dihidrolisis kembali menjadi senyawa amina.
Apa yang terbentuk bila o-aminotoluena langsung mengalami nitrasi ?
Hasil samping (± 45%) dalam bentuk senyawa apa ?
NH2
CH3
H3CC
OC
O
CH3
O
H3C
C
O
O
CH3HN
C
CH3
O
CH3
NH2
NO2
HNO3 / H2SO4
H2OOH
-
CH3HN
C
CH3
O
NO2
o-aminotoluena
2-amino-3-nitrotoluena (55%)
Ester Senyawa ester banyak dijumpai di alam, umumnya berbau spesifik.
Ikatan ester juga terdapat pada lemak hewani maupun molekul biologis lain.
CH3CH2CH2CH2
OCH3
O
H3C OCH2CH2CH(CH3)2
O
CHOCOR
CH2OCOR
CH2OCOR
metil butanoat(dari nenas)
isopentil asetat(dari pisang)
struktur lemak
R = rantai as lemak C11-17
Nama Trivial Struktur Bau
Metil asetat
Etil asetat
Propil asetat
Etil butirat
Isoamil asetat
Isobutil propionat
Metil salisilat
CH3CO2CH3
CH3CO2CH2CH3
CH3CO2(CH2)2CH3
CH3(CH2)2CO2CH2CH3
CH3CO2CH2)2CH(CH3)2
CH3CH2CO2CH2CH(CH3)2
o-OHC6H4CO2CH3
Harum
Harum
Buah peer
Nenas
Pisang
Rum
Minyak
gondopuro
Pembuatan ester 1) Dari ion karboksilat dan alkil halida primer (melalui SN-2)
2) Dari asam karboksilat dan alkohol dengan katalis asam
mineral. (disebut esterifikasi Fischer); bersifat reversible
3) Dari halida asam dan alkohol dengan adanya basa
Contoh reaksi pembuatan ester (1)
1. Dari ion karboksilat dan alkil halida primer (SN-2)
2. 2. Dari asam karboksilat dan alkohol, katalis asam
Contoh reaksi pembuatan ester (2)
35
3. Dari halida asam dan alkohol (untuk fenol dan alkohol gugus meruah)
4. Dari anhidrida asam dan alkohol atau fenol
Lakton (Ester siklis) Asam hidroksi karboksilat apabila dipanaskan dalam larutan asam
akan membentuk ester siklis yang disebut lakton.
Beberapa senyawa lakton di alam :
Bentuk lakton yang stabil adalah cincin-5 dan cincin-6.
Sifat kimia lakton sama seperti ester pada umumnya.
Reaksi Ester
1. Hidrolisis ester ( RCOOR’ RCOOH )
Ester akan terhidrolisis baik dalam larutan asam
maupun larutan basa. 1. Hidrolisis dalam asam merupakan reaksi reversible. Mekanisme
reaksi merupakan kebalikan dari mekanisme reaksi esterifikasi
Fischer,
2. Hidrolisis dalam basa, disebut juga reaksi saponifikasi atau reaksi
penyabunan. Reaksinya berlangsung searah.
1. Hidrolisis ester ( RCOOR’ RCOOH )
(lanjutan)
39
3. Mekanisme reaksi saponifikasi (penyabunan ester) :
2. Aminolisis ( RCOOR’ RCONH2 )
Jarang dilakukan, karena lebih mudah dari bahan awal halida
asam.
3. Reduksi ( RCOOR’ RCH2OH ) Ester mudah direduksi oleh LiAlH4 menjadi alkohol primer (dari asam
karboksilat) dan alkohol lain (dari gugus alkil).
4. Dengan pereaksi Grignard
Ester maupun lakton dengan RMgX akan menghasilkan alkohol tersier
yang mempunyai dua substituen sama.
Amida Amida kurang reaktif dibandingkan turunan asam karboksilat lainnya.
Ikatan amida cukup stabil seperti yang terdapat pada ikatan antar asam
amino dalam protein.
Amida merupakan basa yang sangat lemah (bandingkan dengan amina).
Hal ini disebabkan adanya resonansi pada amida, sehingga atom N tidak
bersifat basa dan tidak bersifat nukleofilik
Pembuatan Amida
Dari halida asam atau anhidrida asam dengan amonia, mono- atau
dwisubstitusi amina (bagaimana dengan amina tersier ?)
Pemanasan asam amino karboksilat akan membentuk laktam (amida
siklis)
Reaksi Amida
1. Hidrolisis ( RCONH2 RCOOH )
Amida mengalami hidrolisis menjadi asam karboksilat dan amina bila
dipanaskan dalam larutan asam maupun basa. Hidrolisis amida oleh
asam atau basa berjalan searah (irreversible)
Mekanisme reaksinya mirip hidrolisis ester tetapi perlu kondisi reaksi
lebih kuat.
Hidrolisis oleh asam
Hidrolisis oleh basa
2. Reduksi ( RCONH2 RCH2NH2 )
Amida direduksi oleh LiAlH4 menghasilkan amina
Reduksi terhadap laktam menghasilkan amina siklis
Produk apa yang terjadi bila 5,5-dimetil-2-pirolidon direduksi
dengan litium aluminium hidrida ?
Antibiotika Penisilin dan Sefalosporin
Adalah antibiotika yang mengandung cincin β-laktam.
Penisilin ditemukan oleh Alexander Fleming (1928); diisolasi dari
jamur Penicillium notatum. Dapat menghambat pertumbuhan
bakteri Staphylococcus aureus.
Cincin β-laktam (dari Penisilin maupun Sefalosporin) berinteraksi
dengan enzim transpeptidase sehingga enzim tersebut tidak
aktif. Bakteri akan mati karena kekurangan enzim
transpeptidase yang diperlukan untuk pembentukan dinding sel
bakteri.
Senyawa terkait dengan amida (1)
Kelebihan Nitrogen pada metabolisme protein oleh hewan tingkat tinggi
diekskresi sebagai urea. Pada hewan tingkat rendah ekskresi berupa
amonia, sedangkan pada reptil dan burung mengekskresi guanidin.
Urea dipakai untuk sintesis golongan obat barbiturat (untuk obat
penenang) dengan cara mereaksikan dengan dietil malonat
Senyawa yang terkait dengan amida (2)
Nitril Pembuatan Nitril
1. Substitusi nukleofilik (SN-2) antara anion CN dan alkil halida
primer
2. Aril nitril paling baik dibuat dari garam diazonium
3. Dehidratasi terhadap amida primer menggunakan SOCl2; P2O5;
atau anhidrida asetat (prosedur umum pembuatan nitril)
Reaksi Nitril
1. Hidrolisis nitril
Reaksi hidrolisis terjadi dalam larutan asam maupun basa
Hidrolisis asam :
Mula-mula akan terbentuk amida, yang akan terhidrolisis lebih lanjut
menjadi asam karboksilat dan ion amonium
Hidrolisis basa :
Adanya basa mengubah nitril menjadi ion karboksilat dan amonia.
Dengan pengasaman ion karboksilat diubah menjadi asamnya
2. Reduksi nitril
Dengan pereaksi LiAlH4 nitril direduksi menjadi amina primer
Bila dipakai reduktor DIBAH (diisobutil Aluminium Hidrida) yang
terbentuk adalah aldehid
3. Dengan pereaksi Grignard
Nitril akan menghasilkan keton
Contoh senyawa nitril pada organisme hidup
N
N
N
H3CO
H3C CH3
CN
H H
O
O
OH
OH
H
Cyanocycline ADiisolasi dari bakteri Streptomyces lavendulaeMempunyai aktivitas antimikroba dan antitumor
O
HO
HO
OH
HOH2C
O
H3C CN
atom C-asetal
Lotaustralin(suatu glikosida sianogenik)Hidrolisis dalam asam a.l. menghasilkanHCN (beracun)Untuk perlindungan bagi tanaman
Reaksi Hell-Volhard-Zelinskii
Brominasi Cα dari karbonil
Brominasi Cα dari asam karboksilat
Asam β-keto
Contoh :
1. Dekarboksilasi
Apabila dipanaskan, asam β-keto akan melepaskan CO2
Pada pemanasan, senyawa bukan asam β-keto tidak
dapat mengalami dekarboksilasi.
Soal :
1. Bagaimana caranya agar dietil malonat dapat terkarboksilasi ?
2. Apa yang terbentuk pada pemanasan asam suksinat ?
3. Tentukan asam karboksilat yang terjadi pada pemanasan asam
2-isopropilpropanadioat
2. Keasaman Hα:
Karena diapit oleh dua gugus C=O yang berperan sebagai penarik elektron,
maka atom Hα bersifat asam ( dengan basa membentuk ion enolat )
3. Substitusi nukleofilik ( ion enolat ) pada Cα
R –X + :Nu R-Nu + :X -
Sintesis asam karboksilat dari ester malonat
Bagaimana cara mensintesis asam butanoat dari etil malonat ?
Tahapan sintesis asam butanoat dari ester malonat
1. pembentukan ion enolat
2. substitusi gugus alkil
3. hidrolisis dalam asam
4. dekarboksilasi
CH2
C
OEt
O
C
EtO
O
NaOEtEtOH
CH
C
OEt
O
C
EtO
O
Na
CH
C
OEt
O
C
EtO
O
C2H5Br
CH
C
OEt
O
C
EtO
O
C2H5
Br-
CH
C
OEt
O
C
EtO
O
C2H5
H3O+
CH
C
OH
O
C
HO
O
C2H5
EtOH
CH
C
OH
O
C
HO
O
C2H5
H2C OH
O
C2H5
CO2
t >