turunan asam karboksilat.pdf

Click here to load reader

Post on 25-Nov-2015

153 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • TURUNAN ASAM KARBOKSILAT DAN

    REAKSI SUBSTITUSI ASIL NUKLEOFILIK

    Asam karboksilat hanya merupakan salah satu anggota kelas turunan asil, RCOX, di mana substituen X mungkin oksigen, halogen, nitrogen atau sulfur. Turunan asil yang lain adalah asil halida, anhidrida asam, ester, dan amida (Gambar 3.2.) dan disebut sebagai turunan asam karbokasilat. Semua senyawa ini mengandung gugus asil, RCO- yang terikat pada atom elektronegatif. Dalam bab ini juga akan dibahas mengenai kimiawi dari nitril, R-C-N.

    Kimiawi dari turunan asam karboksilat ini hampir sama dan didominasi oleh satu tipe reaksi umum yang disebut sebagai reaksi substitusi asil nukleofllik.

    Gambar 4.1. Reaksi umum turunan asam karboksilat

    BAB 4

  • 4.1. Reaksi substitusi nukleofilik asil. Pada pembahasan mengenai kimiawi gugus karbonil di bab 1, telah

    jabarkan bahwa adisi nukleofilik pada gugus karbonil (C=O) yang polar adalah

    merupakan ciri-ciri umum reaksi gugus karbonil dan merupakan tahap pertama

    dalam dua dari empat tipe reaksi karbonil yang utama.

    Telah dibahas juga dalam bab 1 bahwa asam karboksilat dan turunannya

    mempunyai suatu gugus asil yang terikat pada suatu 'leaving group' atau gugus

    pergi yang potensial (gugus yang dapat pergi sebagai anion yang stabil). Bila

    suatu nukleofil ditambahkan pada turunan asam karboksilat, yang mula-mula

    terbentuk adalah suatu intermediet tetrahedral. Muatan negatif pada oksigen

    dalam intermediet tetrahedral ini kemudian dengan cepat dapat melepaskan

    living group yang terikat pada karbon karbonil menghasilkan senyawa karbonil

    yang baru (asam karboksilat atau turunannya yang lain). Reaksi nettonya adalah

    substitusi asil nukleofilik. Mekanisme umum untuk substitusi asil nukleofilik pada

    turunan asam karboksilat dapat dilihat pada gambar 4.2.

    Gambar 4.3. Mekanisme umum substitusi asil nukleofilik

  • 4.2. Stabilitas relatif dari turunan asam karboksilat Reaksi substitusi asil nukleofilik terjadi dalam dua tahap, yaitu adisi

    nukleofilik dan eliminasi 'leaving group'. Kedua tahap tersebut dapat mempengaruhi kelajuan reaksi secara keseluruhan. Meskipun demikian, secara

    tahap pertama adalah merupakan tahap penentu laju, dan baik efek sterik

    maupun elektronik merupakan factor yang penting dalam menentukan reaktivitas.

    Secara sterik, dalam satu seri turunan asam karboksilat yang sama, maka gugus

    karbonil yang lebih terhalangi akan diserang lebih lambat disbanding gugus yang

    sterik tak terhalangi.

    Secara elektronik, turunan asam yang lebih polar diserang lebih cepat dibanding

    ang kurang polar.

    Lebih stabil

    Kurang reaktif

    K

    A. ASIL HALIDA

    A.1. Tata nama Asil halide diberi nama dengan menyebutkan gugus asilnya, dan

    kemudian kan halidanya.

  • A.2. Pembuatan asil halida Asil halida dapat dibuat dari reaksi antara asam karboksilat dengan tionil

    klorida (SOCl2), Fosfor triklorida (PCl3), oksalil klorida (ClCOCOCl). Sebagai

    Contoh:

    Reaksi ini terjadi melalui substitusi asil nukleofilik, di mana asam

    karboksilat diubah menjadi suatu turunan yang reaktif, yang mana kemudian

    diserang.

  • A.3. Reaksi-reaksi asil halida Asil halida merupakan turunan asam karboksilat yang paling reaktif dan

    menjalani reaksi-reaksi yang sangat berguna (Gambar 4.4.). Sebagian besar

    reaksi-reaksi asil halida terjadi melalui substitusi asil nukleofilik.

    A.3.1. Hidrolisis Asil halida bereaksi dengan air menghasilkan asam karboksilat. Reaksi

    hidrolisis ini merupakan proses substitusi asil nukleofilik dan diawali oleh

    serangan air pada gugus karbonil asil halida. Intermediet tetrahedral yang

    terbentuk akan mengalami eliminasi ion klorida dan kehilangan satu proton untuk

    menghasilkan produk asam karboksilat.

  • A.3.2. Alkoholisis Reaksi antara asil halide dan alcohol adalah analog reaksi asil halide dan

    air. Reaksi ini merupakan metode yang sangat baik untuk pembuatan ester.

    A.3.3. Aminolisis Asil halida bereaksi cepat dengan ammonia dan amina menghasilkan

    amida.

  • Karena HCl dibebaskan selama reaksi, 2 ekivalen amina harus

    digunakan; 1 ekivalen bereaksi dengan asil halida, dan satu ekivalen bereaksi

    dengan HCl membentuk garam ammonium halida. Meskipun demikian, bila

    aminanya berharga, maka dapat digunakan basa yang tidak mahal untuk

    menangkap HCl, misalnya NaOH (reaksi Schotten-Baumann).

    A.3.4. Reduksi Asil halida direduksi oleh litium aluminium hidrida menghasilkan alkohol

    primer.

    Reaksi terjadi melalui mekanisme substitusi asil nukleofilik yang khas di

    mana hidrida ion (H:-) mula-mula menyerang gugus karbonil dan ion klorida

    kemudian dilepaskan. Subtitusi ini menghasilkan suatu intermediet aldehid,

    yang dengan cepat direduksi oleh LiAlH4 menghasilkan alkohol primer.

  • Intermediet aldehid dapat diisolasi jika digunakan reagen hidrida yang

    kurang kuat, misalnya Litium tri-tert-butoksialuminium hidrida,

    Li+ - AlH[O-C(CH3)3]3.

    Alternatif yang lain, reduksi Rosenmund alkil halida di bawah kondisi hidrogenasi katalitik dapat digunakan, tetapi melalui mekanisme yang berbeda.

    A.3.5. Reaksi dengan organologam Reagen Grignard bereaksi dengan asil halida menghasilkan alkohol

    tersier di mana dua substituennya adalah sama.

  • Mekanisme reaksi ini mirip dengan reduksi menggunakan LiAlH4. Reagen

    Grignard yang pertama akan menyerang asil halida. Lepasnya ion klorida

    kemudian akan menghasilkan intermediet keton, yang bereaksi dengan reagen

    Grignard yang kedua menghasilkan alkohol tersier.

    Intermediet keton biasanya tidak dapat diisolasi dalam reaksi Grignard,

    karena adisi reagen Grignard yang kedua terjadi sangat cepat. Meskipun

    demikian, keton dapat diisolasi dari reaksi bila digunakan reagen

    diorganotembaga, R^Cuf Li+, tapi reagen ini hanya bereaksi dengan asil halida

    saja. Ester dan amida tidak bereaksi dengan reagen ini.

    B. ANHIDRIDA ASAM

    B.1. Tata nama Anhidrida simetris dari asam monokarboksilat rantai lurus dan anhidrida

    siklik dari asam dikarboksilat diberi nama dengan mengganti kata asam dengan

    hidrida.

  • Jika anhidrida diturunkan dari asam monokarboksilat yang tersubstitusi,

    penamaannya dengan menambahkan awalan bis- pada nama asamnya.

    B.2. Pembuatan anhidrida asam Metode yang paling umum untuk membuat anhidrida asam adalah melalui

    aksi substitusi nukleofilik asil antara suatu asil halida dan garam karboksilat. Baik

    anhidrida simetris dan tak simetris dapat dibuat dengan cara ini dengan ademen

    yang tinmggi.

    B.3. Reaksi-reaksi anhidrida

    Kimiawi dari anhidrida asam hampir sama dengan asil halida. Anhidrida

    asam bereaksi lebih lambat dari pada asil halida, tetapi macam reaksi yang

    dijalani adalah sama. Jadi, anhidrida asam bereaksi dengan air membentuk

    asam, dengan alkohol membentuk ester, dengan amina membentuk amida, dan

  • direduksi oleh LiAiH4 sebagai berikut:

    C. ESTER

    C.1. Tata nama

    Nama sistematik ester diturunkan dengan pertama-tama menyebut nama

    gugus alkil dari alkohol, kemudian menyebutkan asam karboksilatnya.

    C.2. Pembuatan ester

  • C.2.1. Dari reaksi SN2 antara garam karboksilat dengan alkil halide primer

    C.2.2. Esterifikasi Fishcher antara asam karboksilat dengan alcohol dengan bobot molekul rendah dengan adanya katalis asam mineral.

    Reaksi esterifikasi Fischer merupakan contoh yang paling dikenal dari

    reaksi substitusi asil nukleofilik yang dijalankan dalam suasana asam. Protonasi

    oksigen karbonil yang bersifat basa mengaktivasi asam karboksilat terhadap

    serangan nukleofilik oleh alkohol, dan kehilangan air sesudah itu akan

    menghasilkan produk ester. Hasil nettonya adalah substitusi -OH oleh -OR1.

    Semua step adalah reversibel. Mekanisme esterifikasi Fisher ini ditunjukkan

    dalam Gambar 4.4.

  • Protonasi oksigen karbonil meng- Aktivasi gugus karbonil ..

    terhadap adisi nukleofilik oleh alcohol, menghasilkan intermediet tetrahedral

    Transfer proton dari satu iksigen ke yang Lainnya menghasilkan intermediet Tetrahedral kedua dan mengubah Hidroksil menjadi leaving group yang baik

    Hilangnya air menghasilkan eter yang terprotonasi

    Lepasnya proton menghasilkan katalis Asam, dan memberikan produk ester bebas

    Gambar 4.4. Mekanisme esterifikasi Fischer

  • C.2.3. Metil ester dapat dibuat dari reaksi antara asam karboksilat dan diazometan, CH2N2.

    Proses ini tidak melibatkan reaksi substitusi asil nukleofilik, karena yang

    terputus adalah ikatan -COO-H dari asam karboksilat.

    C.3. Reaksi-reaksi terhadap ester

    Ester menunjukkan reaksi-reaksi yang sama dengan turunan asam yang

    lain, tetapi mereka kurang reaktif terhadap nukleofil dari pada asil halida dan

    anhidra asam. Bagan berikut ini menunjukkan reaksi umum dari ester. Semua

    reaksi tersebut dapat berlaku baik pada asiklik ester atau siklik ester (lakton).

    C.3.1. Hidrolisis Ester terhidrolisis baik dalam suasana basa atau asam menghasilkan

    fragmen asam karboksilat dan alkohol. Reaksi hidrolisis ester ini terjadi melalui

  • mekanisme substitusi asil nukleofilik. Hidrolisis ester dalam alkali berikut ini disebut saponifikasi (sapo = sabun).

    Hidrolisis ester dalam suasana asam adaiah merupakan kebalikan dari

    reaksi esterifikasi Fischer. Ester mula-mula diaktivasi terhadap serangan

    nukleofilik melalui protonasi atom oksigen karbonil. Serangan nukleofilik oleh air,

    diikuti oleh transfer proton dan eliminasi alkohol akan menghasilkan asam

    karboksilat.

    C.3.2. Aminolisis Amonia bereaksi dengan ester melalui mekanisme substitusi asil

    nukleofilik untuk menghasilkan amida.

  • C.3.3. Reduksi

    Reaksi antara ester dan litium aluminium hidrida adalah merupakan metode yang bagus sekali untuk membuat alkohol primer.

    Mekanisme hidrolisis ester ini hampir sama dengan reduksi asil halida

    (lihat A.3.4.). Ion hidrida mula-rnula akan menyerang gugus karbonil, diikuti oleh

    eliminasi ion alkoksida rnenghasilkan intermediet aldehida. Adisi ion hidrida

    selanjutnya pada aldehida akan menghasilkan alkohol primer.

  • Intermediet aldehida dapat diisolasi jika digunakan DIBAH

    (diisobutilaluminium hidrida) sebagai reduktornya. Satu ekivalen reagen hidrida

    harus digunakan dan reaksi harus dilakukan pada -78C.

    C.3.4. Reaksi dengan reagen organologam Ester dan lakton bereaksi dengan 2 ekivalen reagen Grignard atau

    organolitium menghasilkan alcohol tersier.

    D. A M I D A D.1. Tata nama Ester dengan gugus NH2 diberi nama dengan mengganti asam at atau

    asam oat dengan amida, atau dengan mengganti asam karboksilat dengan

    karboksamida.

  • Jika atom nitrogen tersubstitusi, senyawa tersebut diberi nama dengan

    enyebutkan gugus substituen tersebut dan kemudian menyebutkan nama

    isaraya. Perlu dicatat bahwa di depan nama substituen diberi hurufW- atau N,N-

    imk menunjukkan bahwa gugus tersebut tenkat pada atom nitrogen.

    D.2. Pembuatan amida Amida biasanya dibuat dari reaksi antara asil halida dengan amonia serta

    mnrsa mono- dan disubstitusi sebagai berikut :

    D.3. Reaksi-reaksi amida D.3.1. Hidrolisis

    Amida kurang reaktif dibanding asil halida, anhidrida asam, maupun

    ester. Amida dapat dihidrolisis dengan merefluksnya baik dalam larutan asam

    atau basa. Kondisi yang dibutuhkan lebih keras dari pada kondisi yang

    diperlukan untuk menghidrolisis asil halida atau ester, tetapi mekanismenya

    mirip. Hidrolisis amida dalam suasana basa menghasilkan amina dan ion

    karboksilat sebagai produknya. Ion hidroksida akan menyerang gugus karbonil,

    diikuti oleh eliminasi ion amida (- :NH2).

  • Reaksi hidrolisis dalam suasana asam terjadi melalui adisi nukleoGlik air pada

    amida yang terprotonasi.

    D.3.2. Reduksi

    Seperti turunan asam karboksilat lain, amida dapat direduksi oleh Litium

    aluminium hidrida menghasilkan suatu amina dari pada suatu alcohol.

  • Efek netto dari reaksi reduksi amida ini adalah perubahan gugus karbonil

    amida menjadi gugus metilena (C=O J CH2). Reaksi semacam ini adalah spesifik untuk amida dan tidak terjadi pada turunan asam karboksilat lain. Reaksi

    ini diawali oleh adisi nukleofilik ion hidrida pada gugus karbonil amida, diikuti oleh

    pengeluaran atom oksigen sebagai anion aluminat. Intermediet imina yang

    terbentuk kemudian direduksi lebih lanjut oleh LiAlH4 menghasilkan amina. Perlu

    diperhatikan bahwa mekanisme reduksi ini hampir sama dengan reaksi antara

    keton atau aldehida dengan suatu amina menghasilkan imina (C=O J C=NR). Dalam kedua kasus tersebut, atom oksigen gugus karbonil dihilangkan dan

    ikatan C=O berubah menjadi ikatan C=Nu).

    E. N I T R I L E.1. Tata nama

    Senyawa yang mempunyai gugus fungsional C=N disebut nitril. Alkana

    yang tak siklik dan sederhana diberi nama dengan menambahkan akhiran pada

    nama alkananya.

    Nitril yang lebih kompleks biasanya dianggap sebagai turunan dari asam

    karboksilat, dan diberi nama dengan mengganti asam -at atau asam -oat diakhiri

    dengan -onitril, atau dengan mengganti asam -karboksilat diakhiri dengan -

    karbonitril. Perlu dicatat bahwa untuk system yang terakhir, atom karbon nitril

    tidak diberi nomer.

  • E.2. Pembuatan

    E.2.1. Reaksi SN2 antara ion sianida dengan alkil halida primer.

    E.2.2. Dehidrasi amida Dalam reaksi ini tionil klorida sering digunakan, meskipun 'dehydrating

    agent' yang lain, seperti P2O5, POCl3, atau anhidrida asetat dapat digunakan.

    Reaksi ini lebih umum dibanding yang pertama, karena tidak dibatasi oleh

    adanya hambatan sterik dalam alkil halida

    Dehidrasi ini diawali dengan reaksi pada atom oksigen amida, diikuti oleh

    reaksi eliminasi.

    E.3. Reaksi-reaksi nitril Dua reaksi yang paling penting dari nitril adalah bidrolisis dan reduksi.

    Sebagai tambahan, nitril dapat direduksi dan dihidrolisis secara parsial

    menghasilkan aldehida, dan dapat direaksikan dengan reagen Grignard

  • menghasilkan keton.

    E.3.1. Hidrolisis Nitril dihidrolisis baik dalam larutan asam atau basa dalam air untuk

    menghasilkan asam karboksilat dan ammonia.

    Mekanisme hidrolisis alkali melibatkan adisi nukleofilik ion hidroksida

    pada ikatan polar +C=N- dengan cara yang sama dengan adisi nukleofilik pada

    ikatan karbonil C=O yang polar. Produk awal yang terbentuk adalah hidroksi

    imina, yang dengan cepat diubah menjadi amida dalam tahap yang mirip dengan

    konversi enol ke keton. Hidrolisis lebih lanjut dari suatu amida kemudian akan

    menghasilkan asam karboksilat.

  • Kondisi yang diperlukan untuk hidrolisis alkali nitril adalah keras (KOH,

    200C), dan intermediet amida kadang-kadang dapat diisolasi jika digunakan

    kondisi yang lebih lunak.

    E.3.2. Reduksi Nitril bereaksi dengan LiAlH4 menghasilkan amina primer dengan

    rendemen yang tinggi.

    Reaksi terjadi melalui adisi nukleofilik ion hidrida pada ikatan C=N yang

    polar, menghasilkan anion imina. Intermediet ini selanjutnya akan mengadisi ion

    hidrida kedua menghasilkan amina primer. Meskipun demikian, jika reduktor

    yang lebih lemah dari pada LiAlH4 digunakan, adisi hidrida kedua tidak terjadi,

    dan imina dapat dihidrolisis menghasilkan aldehida. Reagen DIBAH berguna

    untuk reduksi parsial nitril dan merupakan metode yang baik untuk membuat

    aldehida.

  • E.3.3. Reaksi dengan reagen organologam.

    Nitril bereaksi dengan reagen Grignard memberikan intermediet anion

    imina yang dapat dihidrolisis menjadi keton.