II. Reaksi-Reaksi Senyawa Aromatik

1. PendahuluanPada bab ini kita akan berfokus pada reaksi, melihat hubungan antara struktur dan

kereaktivan pada senyawa aromatik. Hubungan ini sangat penting sebagai landasan untuk memahami aktivitas molekul-molekul hayati maupun obat, juga sebagai landasan untuk mempelajari sintesis obat.

Reaksi yang paling banyak terjadi pada senyawa aromatik ialah substitusi elektrofilik aromatik. Pada reaksi ini elektrofil bereaksi dengan cincin aromatik dan menggantikan satu atom hidrogen. Reaksi substitusi elektrofilik aromatik dapat disebut berdasarkan substituen yang dimasukkan, misalnya halogenasi, nitrasi, sulfonasi, hidroksilasi, aklilasi dan asilasi.

2. Substitusi Elektrofilik Aromatik: BrominasiPada bab ini kita akan berfokus pada reaksi, melihat hubungan antara struktur dan

kereaktivan pada senyawa aromatik. Hubungan ini sangat penting sebagai landasan untuk memahami cara kerja berbagai molekul hayati dan obat, serta landasan untuk mempelajari sintesis obat.

Ingatkah anda pada reaksi pada mekanisme reaksi adisi alkena? Bila gambaran mekanisme di bawah ini belum dapat mengingatkan anda, silahkan baca ulang bab alkena.

Reaksi substitusi elektrofilik aromatik dimulai dengan cara yang hampir sama, tetapi dengan beberapa perbedaan. Perbedaan pertama, benzena lebih stabil dibanding alkena, sehingga kurang reaktif terhadap elektrofil. Oleh karena itu Br2 harus dipolarisasi dengan FeBr3 sehingga didapat FeBr4

Br+ yang bereaksi bagaikan Br+. Satu elektron akan mengikat Br+ sehingga didapat zat antara karbokation tidak aromatik yang memiliki tiga bentuk resonansi.

22

Perhatikan perbandingan reaksi elektrofil dengan alkena dan benzena pada diagram energi berikut (Gambar 1). Reaksi benzena lebih lambat karena energi yang dibutuhkan untuk memulai reaksi (G‡) lebih besar.

Gambar 1 Perbandingan reaksi elektrofil dengan alkena dan benzena

Perbedaan kedua adalah pada apa yang terjadi setelah terbentuk karbokation (Gambar 2). Di sini tidak terjadi adisi Br tetapi terjadi eliminasi H+ dari karbon yang mengikat Br. Jadi reaksi substitusi ini berlangsung melalui dua tahap: pertama adisi elektrofil yang berlangsung lambat, tahap kedua eliminasi H+ yang berlangsung cepat (spontan).

23

Gambar 2 Mekanisme brominasi elektrofilik pada benzena

Mengapa yang terjadi adalah eliminasi H+ dan bukan adisi Br-? Jawabnya terlihat pada diagram energi berikut ini (Gambar 3). Seandainya terjadi adisi maka energi stabilisasi resonansi akan hilang dan secara keseluruhan reaksinya endergonik (menyerap energi), Sebalinya bila terjadi eliminasi maka kestabilan cincin aromatik dipertahankan dan secara keseluruhan reaksinya eksergonik (melepas energi).

Gambar 3 Diagram energi brominasi benzena

Soal latihan 1Monobrominasi toluena menghasilkan campuran tiga macam bromotoluena. Gambarlah struktur tiga produk tersebut dan beri nama.

3. Reaksi-Reaksi Substitusi Elektrofilik LainnyaSelain brominasi ada banyak reaksi substitusi elektrofilik lainnya. Reaksi-reaksi ini

terjadi melalui mekanisme yang sama.

3.1 Klorinasi AromatikKlorinasi benzena dapat dilakukan dengan cara yang sama dengan brominasi,

dengan menggunakan Cl2 sebagai pereaksi dan FeCl3 sebagai katalis. Reaksi ini banyak digunakan dalam sintesis obat, misalnya pada pembuatan diazepam (Valium).

3.2 Iodinasi AromatikPada reaksi iodinasi biasanya digunakan zat pengoksidasi seperti hidrogen

peroksida atau garam-garam tembaga seperti CuCl2.

24

Tubuh kita juga melakukan reaksi halogenasi, misalnya pada sintesis tiroksina, suatu hormon tiroid yang berfungsi mengendalikan pertumbuhan dan metabolisme. Tahap pertama sintesis ini ialah reaksi iodinasi asam amino tirosina oleh enzim tiroid peroksidase, seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

3.3 Nitrasi AromatikNitrasi cincin aromatik dapat dilakukan dengan campuran asam nitrat dan asam

sulfat pekat. Elektrofil pada reaksi ini ialah ion nitronium yang terbentuk melalui protonasi asam nitrat yang diikuti dengan lepasnya molekul air.

Gambar 4 Mekanisme nitrasi elektrofilik aromatik

Reaksi nitrasi aromatik penting dalam pembuatan berbagai senyawa obat di industri, karena gugus nitro dapat diubah menjadi gugus amino melalui reaksi reduksi.

25

3.4 Sulfonasi AromatikSulfonasi aromatik dilakukan dengan asam sulfat berasap, yakni campuran H2SO4

dan SO3. Elektrofil dalam reaksi ini ialah HSO3+ atau SO3. Perhatikan bahwa reaksi ini

berlangsung reversibel tergantung pada kondisi reaksi. Dalam suasana asam kuat cenderung terjadi sulfonasi, pada suasana asam encer panas cenderung terjadi desulfonasi.

Gambar 5 Mekanisme sulfonasi elektrofilik aromatik

Seperti nitrasi, sulfonasi juga penting dalam pembuatan senyawa obat. Sebagai contoh, salah satu tahapan kunci pada pembuatan sulfanilamida adalah reaksi sulfonasi aromatik. Sulfanilamida adalah suatu antibiotik yang hingga saat ini masih digunakan pada pengobatan meningitis dan infeksi saluran kencing.

3.4 Hidroksilasi AromatikHidoksilasi langsung suatu cincin aromatik menghasilkan suatu fenol sangat sulit

dilakukan di laboratorium, karena kita tidak dapat membuat OH+ di laboratorium. Reaksi ini lazim terjadi pada proses biologis, misalnya pada hidroksilasi p-hidroksifenilasetat menjadi 3,4-dihidroksifenilasetat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim p-hidroksifenilasetat-3-hidroksilase dan memerlukan oksigen molekuler serta koenzim flavin adenin dinukleotida (FADH2).

26

Mekanisme reaksi ini tertera pada Gambar 6 (halaman berikut). FADH2 bereaksi dengan O2 membentuk FAD hidroperoksida (RO-OH), selanjutnya mengalami protonasi menghasilkan oksigen elektrofilik (RO-OH + H+ ROH + OH+).

Soal latihan 2Berapa macam produk yang dapat terjadi pada klorinasi o-xilena (o-

dimetilbenzena), m-xilena, dan p-xilena?

Soal latihan 3Bila benzena dicampur dengan D2SO4, perlahan-lahan deuterium menggantikan

seluruh hidrogen dari cincin aromatik. Jelaskan.

Gambar 6 Mekanisme hidroksilasi elektrofilik

4. Alkilasi dan Asilasi Cincin Aromatik: Reaksi Friedel-Crafts4.1 Alkilasi Friedel-Crafts

27

Salah satu reaksi substitusi elektrofilik aromatik yang paling bermanfaat ialah alkilasi Friedel-Crafts. Sebagai elektrofil ialah karbokation yang terbentuk dari alkil halida dan AlCl3. Perhatikan mekanismenya pada Gambar 7.

Reaksi ini hanya bisa berlangsung dengan alkil halida. Aril halida dan vinil halida tidak dapat bereaksi karena energi karbokation aril dan vinil terlalu tinggi.

Gambar 7 Mekianisme alkilasi Friedel-Crafts

Keterbatasan yang kedua, reaksi ini tidak dapat berlangsung pada cincin aromatik yang tersubstitusi oleh gugus penarik elektron yang kuat, misalnya gugus karbonil (C=O) atau gugus amino (-NH2, NHR, -NR2).

Gambar 8 Keterbatasan reaksi Friedel-Crafts

Keterbatasan yang ketiga, reaksi sulit dihentikan setelah satu substitusi. Substituen

28

pertama memudahkan terjadinya substitusi berikutnya, sehingga terjadi polisubstitusi. Pengaruh substituen yang sudah ada terhadap reaksi substitusi elektrofilik akan kita bahas belakangan.

Selain itu, kadang-kadang juga terjadi penataan ulang karbokation, yang dapat terjadi melalui geseran alkil atau hidrida. Sebagai contoh perhatikan reaksi berikut ini.

4.2 Asilasi Friedel-CraftsBila benzena direaksikan dengan asil klorida (RCOCl) dengan adanya AlCl3, maka

gugus asil akan mensubstitusi salah satu hidrogen dari cincin. Sebagai contoh, reaksi benzena dengan asetil klorida menghasilkan asetofenon.

Mekanisme asilasi Friedel-Crafts mirip dengan reaksi alkilasi Friedel-Crafts, demikian juga keterbatasan yang berhubungan dengan substrat aromatik. Bertindak sebagai elektrofil ialah kation asil yang terstabilkan oleh interaksi antara orbital kosong dari atom karbon dengan pasangan elektron bebas dari oksigen. Karena adanya stabilisasi ini maka pada asilasi tidak terjadi penataan ulang karbokation.

29

Gambar 9 Mekanisme asilasi friedel-Crafts

Reaksi asilasi hanya dapat menghasilkan produk monoasilasi karena produk asilasi (asilbenzena) kurang reaktif dibanding bahan awal (benzena). Pengaruh ini juga akan kita bahas belakangan.

Reaksi alkilasi aromatik banyak terjadi dalam sistem biologis. Elektrofil karbokation biasanya terbentuk dari disosiasi organodifosfat. Disosiasi ini dibantu oleh terbentuknya kompleks dengan kation logam divalen (misalnya Mg2+) untuk menetralkan muatan.

Contoh reaksi alkilasi Friedel-Craft dalam sistem biologis misalnya sintesis filokuinon (atau vitamin K1) yang merupakan faktor pembekuan darah pada manusia. Silahkan cermati reaksi ini pada Gambar 10.

30

Gambar 10 Biosintesis Filokuinon (Vitamin K1)

Contoh soal: Meramalkan produk penataan ulang karbokationReaksi Friedel-Crafts antara benzena dengan 2-kloro-3-metilbutana dengan adanya AlCl3 terjadi dengan penataan ulang karbokation. Gambarkan struktur produknya.

StrategiTahap pertama reaksi Friedel-Crafts ialah pembentukan karbokation. Karbokation ini dapat mengalami penataan ulang melalui geseran hidrida atau geseran alkil. Gambarlah struktur karbokation, kemudian periksalah apakah geseran hidrida atau geseran alkil akan meningkatkan kestabilan karbokation itu. Pada soal ini, karbokation yang terbentuk ialah karbokation sekunder; geseran hidrida akan menghasilkan karbokation tersier yang lebih stabil. Gunakan karbokation tersier ini untuk menyelesaikan reaksi Friedel-Crafts.

31

Jawaban

Soal latihan 4Manakah di antara alkil halida berikut ini yang mengalami reaksi Friedel-Crafts tanpa penataan ulang? Jelaskan jawaban Anda.(a) CH3CH2Cl (b) CH3CH2CH(Cl)CH3 (c) CH3CH2CH2Cl(d) (CH3)3CCH2Cl (e) Klorosikloheksana

Soal latihan 5Apakah produk utama monosubstitusi dari reaksi Friedel-Crafts antara benzena dengan 1-kloro-2-metilpropana dengan adanya AlCl3?

Soal latihan 6Tunjukkan asil klorida yang dapat digunakan untuk membuat asilbenzena di bawah ini dari bahan awal benzena.

5. Pengaruh Substituen pada Cincin Aromatik TersubstitusiApa yang terjadi bila kita melakukan reaksi pada benzena yang sudah memiliki

substituen? Substituen yang sudah ada pada cincin memiliki dua pengaruh: Substituen mempengaruhi kereaktivan cincin aromatik, menjadikan lebih reaktif

atau kurang reaktif dibanding benzena. Contohnya, pada reaksi nitrasi benzena, substituen –OH membuat cincin 1000 kali lebih reaktif dibanding benzena, sedangkan substituen –NO2 membuat cincin 10 juta kali kurang reaktif dibanding benzena.

Substituen mempengaruhi orientasi reaksi: sifat substituen yang sudah ada menentukan posisi substitusi berikutnya. Ada substituen yang mengarahkan substitusi berikutnya ke posisi orto dan para, ada pula yang mengarahkan ke posisi meta. Lihat Tabel 1.

Tabel 1 Orientasi Nitrasi pada Benzena Tersubstitusi

32

Substituen dapat dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu aktivator pengarah orto dan para, deaktivator pengarah orto dan para, serta deaktivator pengarah meta. Tidak ada aktivator pengarah meta. Perhatikan korelasi antara pengarahan orientasi dan pengaruh substituen terhadap kereaktivan benzena. Seluruh pengarah meta bersifat deaktivator, sedang sebagian besar pengarah orto dan para bersifat aktivator. Perhatikan pula keunikan halogen, yakni pengarah orto dan para tetapi memiliki sifat deaktivator lemah.

Substituen mempengaruhi kereaktivan benzena karena adanya efek induksi dan efek resonansi. Efek induksi ialah tarikan atau sumbangan elektron melalui ikatan sigma karena adanya perbedaan keelektronegatifan. Gugus penarik elektron misalnya halogen, hidroksi, karbonil, siano dan nitro. Di antara gugus-gugus tersebut yang efeknya paling kuat ialah halogen dan hidroksil karena atom elektronegatif langsung terikat pada cincin benzena. Gugus alkil merupakan penyumbang elektron karena dapat menyumbangkan elektron melalui hiperkonjugasi. [Ingat kembali bagaimana gugus alkil menstabilkan alkena melalui hiperkonjugasi].

33

Efek resonansi ialah tarikan atau sumbangan elektron melalui ikatan , yaitu melalui tumpangsuh orbital p dari gugus dengan orbital p dari benzena. Sebagai contoh, gugus karbonil, siano dan nitro menarik elektron pi dari benzena melalui egek resonansi sehingga meninggalkan muatan positif pada cincin. Gugus penarik elektron mempunyai rumus umum –Y=Z dengan Z lebih elektronegatif daripada Y.

Sebaliknya, gugus halogen, hidroksil, alkoksil (-OR) dan amino menyumbangkan elektron melalui resonansi, meninggalkan muatan negatif pada cincin. Gugus penyumbang elektron ini memiliki rumus umum –Y: (atom Y mempunyai pasangan elektron bebas yang siap disumbangkan ke cincin).

34

Efek induksi dan efek resonansi tidak selalu bekerja dengan arah yang sama. Sebagai contoh, gugus halogen, hidroksi, alkoksi dan amino secara induksi merupakan penarik elektron karena keelektronegatifan atom halogen, oksigen dan nitrogen. Tetapi gugus-gugus tersebut secara resonansi merupakan pendorong elektron karena atom halogen, oksigen dan nitrogen memiliki pasangan elektron bebas yang dapat disumbangkan melalui resonansi. Bila ada dua efek yang bertentangan arah, maka yang menang adalah efek yang lebih kuat.

Contoh soal: Meramalkan produk reaksi substitusi elektrofilik aromatikRamalkan produk utama sulfonasi toluena.

Strategi:Periksa substituen yang ada pada cincin, kemudian tentukan apakah substituen tersebut merupakan pengarah orto dan para ataukan pengarah meta. Menurut Gambar 11 gugus alkil adalah pengarah oro dan para. Maka produk reaksi sulfonasi toluena ialah campuran asam o-toluensulfonat dan asam p-toluensulfonat.

Jawaban:

Soal latihan 7Gambarlah struktur resonansi dari nitrobenzena untuk menunjukkan bahwa gugus nitro adalah penarik elektron melalui resonansi.

Soal latihan 8Gambarlah struktur resonansi dari klorobenzena untuk menunjukkan bahwa gugus kloro adalah penyumbang elektron melalui resonansi.

Soal latihan 9Ramalkan produk utama reaksi-reaksi berikut ini.(a) nitrasi bromobenzena (b) brominasi nitrobenzena(c) klorinasi fenol (c) brominasi anilina

35

6. Penjelasan untuk Pengaruh Substituen 6.1 Aktivasi dan deaktivasi cincin aromatik

Apa yang menyebabkan suatu gugus berperan sebagai aktivator atau dekativator? Ciri umum semua gugus aktivator ialah bahwa gugus tersebut menyumbangkan elektron ke cincin, akibatnya cincin menjadi lebih kaya elektron, sehingga zat antara karbokation terstabilkan dan energi aktivasi untuk pembentukan karbokation tersebut menjadi lebih rendah. Hidroksil, alkoksil dan amino merupakan gugus aktivator karena efek penyumbangan elektron melalui resonansi lebih kuat daripada efek penarikan elektron melalui induksi. Gugus alkil bersifat aktivator karena dapat menyumbangkan elektron melalui efek induksi.

Sebaliknya, ciri umum semua gugus deaktivator ialah bahwa gugus tersebut menarik elektron dari cincin, akibatnya cincin menjadi lebih miskin elektron, mengurangi kestabilan zat antara karbokation dan meningkatkan energi aktivasi untuk pembentukan karbokation tersebut. Karbonil, siano dan nitro merupakan gugus-gugus deaktivator karena menarik elektron melalui dua efek: induksi dan resonansi. Halogen merupakan deaktivator karena efek penarikan elektron melalui induksi lebih kuat dibanding peyumbangan elektron melalui resonansi.

Gambar 12 memperbandingkan peta potensial benzena dengan benzaldehida, klorobenzena dan fenol. Cincin lebih positif (kuning-hijau) bila ada gugus penarik elektron (misalnya –CHO atau –Cl), lebih nagatif (merah) bila ada gugus penyumbang elektron (misalnya –OH). Periksalah buku asli untuk melihat warna pada gambar.

36

Gambar 12 Peta potensial elektrostatik benzena dan benzena tersubstitusi

Soal latihan 10Urutkan senyawa-senyawa pada setiap kelompok di bawah ini menurut kereaktivannya terhadap substitusi elektrofilik.(a) Nitrobenzena, fenol, teluena, benzena(b) Fenol, benzena, klorobenzena, asam benzoat(c) Benzena, bromobenzena, benzaldehida, anilina

Soal latihan 11Gunakan gambar pada halaman 32 bawah untuk menjelaskan mengapa alkilasi Friedel-Crafts sering menghasilkan polisubstitusi sedangkan asilasi Firedel-Craft menghasilkan produk tunggal.

Soal latihan 12Perhatikan peta potensial elektrostatik (trifluorometil)benzena (C6H5CF3) di bawah

ini (lihat warna pada buku asli). Bila dibandingkan dengan toluena, apakah (trifluorometil)benzena lebih reaktif atau kurang reaktif terhadap substititusi elektrofilik? Jelaskan.

6.2 Aktivator pengarah orto- dan para-: gugus alkilBaik untuk aktivator maupun deaktivator, efek induksi dan resonansi

bertanggungjawab terhadap arah masuknya substituen. Sebagai contoh, gugus alkil memiliki efek penyumbangan elektron melalui induksi dan merupakan pengarah orto- dan para-. Hasil nitrasi toluena disajikan pada Gambar 13.

37

Gambar 13 Senyawa antara katbokation pada nitrasi toluenaSeperti tampak pada Gambar 13, nitrasi dapat terjadi pada semua posisi, yakni

orto, meta dan para terhadap gugus metil, menghasilkan tiga macam zat antara karbokation. Semua karbokation mengalami stabilisasi oleh resonansi, tetapi zat antara orto dan para lebih terstabilkan dibanding zat antara meta. Substitusi pada posisi orto dan para, resonansi dapat menghasilkan muatan positif pada atom karbon yang mengikat gugus alkil. Karbokation tersier ini paling terstabilkan oleh efek induksi dari gugus metil. Energi zat antara orto dan para ini lebih rendah dibanding zat antara meta, sehingga zat antara orto dan para lebih cepat terbentuk.

6.3 Aktivator pengarah orto- dan para-: OH dan NH2

Gugus-gugus hidroksil, alkoksil dan amino juga merupakan aktivator pengarah orto dan para, tetapi cara kerjanya berbeda dengan gugus alkil. Gugus-gugus ini memiliki efek penyumbangan elektron melalui resonansi yang lebih kuat daripada efek penarikan elektron melalui induksi. Seperti tampak pada Gambar 14, semua karbokation terstabilkan oleh resonansi, tetapi pada substitusi orto dan para terdapat bentuk resonansi yang muatan postifnya terstabilkan oleh sumbangan pasangan elektron bebas dari oksigen. Substitusi pada posisi meta tidak menghasilkan stabilisasi semacam itu.

38

Gambar 14 Zat antara karbokation pada nitrasi fenol

Soal latihan 13Terhadap substitusi elektrofilik, asetanilida kurang reaktif dibanding anilina.

Jelaskan.

6.4 Deaktivator pengarah orto- dan para-: HalogenHalogen merupakan gugus deaktivator karena efek penarikan elektron melalui

induksi lebih kuat daripada efek penyumbangan elektron melalui resonansi. Meskipun efek resonansinya lemah, efek penyumbangan elektron ini dialami dan menstabilkan karbokation pada zat antara substitusi posisi orto dan para (lihat Gambar 15).

39

Gambar 15 Zat antara karbokation pada nitrasi klorobenzena

6.5 Deaktivator pengarah meta-Gugus pengarah meta (misalnya –CHO) bekerja melalui kombinasi efek tarikan

elektron melalui induksi dan resonansi yang saling memperkuat dan terasa paling kuat pada posisi orto dan para. Akibatnya zat antara substitusi orto dan para lebih tidak stabil, sehingga reaksi substitusi lebih disukai terjadi pada posisi meta (Gambar 16).

Gambar 16 Zat antara karbokation pada klorinasi benzaldehida

40

Soal latihan 14Gambarlah struktur-struktur resonansi zat antara reaksi elektrofil pada posisi orto,

meta dan para dari nitrobenzena. Zat antara mana yang paling stabil?

6.6 Ringkasan efek substituen pada substitusi elektrofilik aromatikRingkasan efek substituen pada reaksi substitusi elektrofilik aromatik disajikan

pada Tabel 2.

Tabel 2 Pengaruh Substituen pada Substitusi Elektrofilik Aromatik

7. Benzena Trisubstitusi: Penggabungan Pengaruh Substituen Substitusi elektrofilik pada benzena tersubstitusi ganda juga diarahkan oleh efek

induksi dan resonansi. Dalam hal ini kita harus memikirkan gabungan efek dari dua gugus fungsi yang berbeda. Pada prakteknya hal ini tidak sesulit yang dibayangkan. Biasanya tiga aturan berikut ini dapat digunakan.1) Bila efek pengarahan dari dua gugus saling memperkuat, maka arah substitusi

sangat jelas. Contohnya pada p-nitrotoluena, gugus metil dan gugus nitro mengarahkan substitusi berikutnya ke posisi yang sama (orto terhadap metil = meta terhadap nitro). Karena itu reaksi ini menghasilkan produk tunggal.

2) Bila efek pengarahan dari dua gugus saling berlawanan, maka gugus aktivator yang lebih kuat akan mendominasi pengaruh, tetapi seringkali dihasilkan campuran produk. Contohnya nitrasi p-metilfenol menghasilkan produk utama 4-metil-2-nitrofenol karena –OH merupakan aktivator yang lebih kuat dibanding –CH3.

3) Substitusi jarang terjadi pada posisi di antara dua gugus pada benzena meta-disubstitusi karena pada posisi ini halangan ruang terlalu besar.

41

Contoh soal: Meramalkan produk reaksi substitusi pada benzena tersubstitusi ganda

Ramalkan produk reaksi brominasi asam p-metilbenzoat.

Strategi:Periksa dua gugus yang terikat pada cincin, tentukan pengarahan dari masing-masing gugus, kemudian bila perlu tentukan gugus mana yang merupakan aktivator lebih kuat. Pada soal ini gugus karboksil merupakan pengarah meta, sedangkan gugus metil merupakan pengarah orto dan para. Kedua gugus mengarahkan substitusi ke posisi yang sama, menghasilkan asam 3-bromo-4-metilbenzoat

Jawaban:

Soal latihan 15Pada senyawa-senaawa berikut ini pada posisi mana akan terjadi substitusi

elektrofilik aromatik?

Soal latihan 16Tunjukkan produk utama bila senyawa-senyawa berikut ini direaksikan dengan (i)

CH3CH2Cl, AlCl3 dan (ii) HNO3, H2SO4.

8. Substitusi Nukleofilik Aromatik Reaksi substitusi nukleofilik aromatik hanya dapat terjadi pada cincin aromatik

yang memiliki gugus penarik elektron yang kuat. Misalnya 2,4,6-trinitroklorobenzena

42

dapat bereaksi dengan NaOH berair pada suhu kamar menghasilkan 2,4,6-trinitrofenol. Jadi, nukleofil OH menggantikan Cl.

Bagaimana reaksi ini terjadi? Reaksi tidak mungkin berlangsung melalui mekanisme SN1 karena aril kation yang terbentuk sangat tidak stabil. Reaksi juga tidak mungkin berlangsung melalui mekanisme SN2 karena nukleofil tidak dapat menyerang dari arah ‘belakang’ karena adanya halangan ruang oleh cincin; selain itu inversi Walden juga tidak mungkin terjadi pada karbon cincin aromatik.

Reaksi substitusi nukleofilik aromatik berlangsung melalui mekanisme sebagaimana tampak pada Gambar 17. Pertama nukleofil mengadisi aril halida yang miskin elektron, membentuk zat antara bermuatan negatif yang terstabilkan oleh resonansi. Pada tahap selanjutnya ion halida dieliminasi.

43

Gambar 17 Mekanisme reaksi substitusi nukleofilik aromatik

Reaksi substitusi elektrofilik aromatik hanya terjadi bila pada cincin terdapat gugus penarik elektron pada posisi orto atau para terhadap gugus pergi. Sebagaimana terlihat pada Gambar 18, hanya gugus penarik elektron pada posisi orto dan para yang dapat menstabilkan zat antara anion melalui resonansi. Sebaliknyha gugus penarik elektron pada posisi meta tidak dapat menstabilkan anion tersebut. Karena itu m-kloronitrobenzena tidak bereaksi dengan OH.

Gambar 18 Substitusi nukleofilik aromatik pada nitroklorobenzena

Perhatikan perbedaan antara substitusi elektrofilik aromatik dan substitusi nukleofilik aromatik. Reaksi substitusi elektrofilik aromatik dipermudah oleh gugus penyumbang elektron yang menstabilkan zat antara karbokation, sedangkan reaksi substitusi nukleofilik aromatik dipermudah oleh gugus penarik elektron yang menstabilkan zat antara karbanion. Gugus penarik elektron (nitro, karbonil, siano, dll). yang merupakan deaktivator pada reaksi substitusi elektrofilik aromatik, merupakan aktivator pada reaksi substitusi nukleofilik aromatik. Gugus penarik elektron tersebut berperan sebagai pengarah meta pada substitusi elektrofilik aromatik, tetapi berperan sebagai pengarah orto dan para pada substitusi nukleofilik aromatik. Pada substitusi elektrofilik aromatik yang diganti adalah hidrogen, sedangkan pada substitusi nukleofilik aromatik yang diganti adalah suatu gugus pergi (biasanya ion halida).

Soal latihan 17Herbisida oksifluorfen dibuat dengan reaksi antara suatu fenol dan suatu aril

fluorida. Tulislah mekanisme reaksinya.

44

9. Benzuna Lazimnya halobenzena tidak bereaksi dengan nukleofil. Namun pada suhu dan

tekanan tinggi reaksi dapat terjadi, seperti contoh di bawah ini.

Reaksi ini berlangsung melalui zat antara benzuna, yang terbentuk melalui eliminasi HCl dari klorobenzena. Benzuna sangat reaktif sehingga tidak dapat diisolasi. Benzuna bereaksi dengan air membentuk fenol.

Seperti tampak pada Gambar 19, ikatan rangkap tiga pada benzuna berbeda dengan pada alkuna. Pada alkuna ikatan rangkap tiga terjadi pada karbon berhibridisasi sp, sedangkan pada alkuna atom karbon berhibridisasi sp2. Ikatan rangkap tiga pada alkuna memiliki dua ikatan yang terbentuk dari tumpangsuh orbital p-p, sedangkan pada benzuna satu ikatan berasal dari tumpangsuh orbital p-p dan satu lagi berasal dari tumpangsuh sp2-sp2. Ikatan yang berasal dari tumpangsuh sp2-sp2 ini sangat lemah.

Soal latihan 18Reaksi p-bromotoluena dengan NaOH pada 300 ˚C menghasilkan dua produk,

tetapi reaksi m-bromotoluena menghasilkan tiga produk. Jelaskan.

10. Oksidasi Senyawa Aromatik10.1 Oksidasi rantai samping alkilbenzena

Berbeda dengan alkena, cincin benzena tidak bereaksi dengan oksidator kuat

45

seperti KMnO4 dan Na2Cr2O7. Tetapi adanya cincin aromatik menyebabkan rantai samping mudah dioksidasi menjadi gugus karboksil. Jadi, alkilbenzena diubah menjadi suatu asam benzoat, seperti concoh di bawah ini. Mekanisme reaksi ini terlalu rumit, tetapi jelas melibatkan ikatan C-H dari atom C yang terikat pada cincin aromatik. Reaksi tidak terjadi bila tidak ada H benzilik.

Oksidasi rantai samping juga terjadi pada proses biosintesis di dalam tubuh. Sebagai contoh, neurotransmiter norepinefrin disintesis dari dopamin melalui reaksi hidroksilasi benzilik yang dikatalisis oleh enzim dopamin -monooksigenase. Reaksi terjadi melalui mekanisme radikal.

Soal latihan 19Produk apakah yang terbentuk bila senyawa-senyawa berikut ini dioksidasi dengan

KMnO4?

10.2 Brominasi rantai samping alkilbenzenaBrominasi pada posisi benzilik terjadi bila alkilbenzena direaksikan dengan N-

bromosuksinimida (NBS), seperti contoh di bawah ini. Reaksi ini menggunakan benzoil peroksida sebagai inisiator radikal.

Reaksi ini berlangsung melalui mekanisme radikal. Lepasnya atom hidrogen benzilik akan menghasilkan zat antara radikal benzilik yang kemudian bereaksi dengan Br2, menghasilkan produk dan Br radikal yang kembali bereaksi (meneruskan reaksi rantai).

46

Reaksi hanya berlangsung pada posisi benzilik karena zat antara radikal benzilik terstabilkan oleh resonansi. Pada Gambar 20 terlihat bagaimana radikal ini terstabilkan melalui tumpangsuh orbital p dari dari radikal benzilik dengan orbital dari cincin.

Gambar 20 Stabilisasi radikal benzilik

Soal latihan 20Rujuklah data pada Tabel 5.3 buku Organic Chemistry McMurry edisi 7 halaman

156. Berapa besar (dalam kJ/mol) radikal benzil lebih stabil dibanding radikal alkil primer? Bagaimana kestabilan radikal benzil dibanding radikal alil?

Soal latihan 21Stirena, alkenilbenzena paling sederhana, adalah bahan untuk pembuatan plastik.

Senyawa ini dibuat melalui dehidrogenasi katalitik dari etilbenzena. Bagaimana anda bisa membuat stirena dari bahan awal benzena melalui reaksi-reaksi yang sudah anda pelajari?

11. Reduksi Senyawa Aromatik11.1 Hidrogenasi katalitik cincin aromatik

Pada kondisi hidrogenasi katalitik yang biasa digunakan untuk menghidrogenasi alkena, cincin aromatik tidak bereaksi. Oleh karena itu alkena bisa dihidrogenasi secara selektif seperti contoh di bawah ini.

Cincin aromatik dapat dihidrogenasi bila digunakan katalis platinum dan tekanan tinggi, atau digunakan katalis yang lebih efektif seperti rhodium dalam karbon.

47

11.2 Reduksi aril alkil ketonSebagaimana cincin aromatik mengaktifkan hidrogen benzilik terhadap oksidasi,

cincin aromatik juga mengaktifkan karbonil yang terikat langsung pada cincin. Oleh karena itu, alkil aril keton yang dibuat dengan asilasi Firedl-Crafts dapat diubah menjadi alkilbenzena melalui hidrogenasi katalitik menggunakan katalis paladium.

Soal latihan 22Bagaimana anda membuat difenilmetana (Ph2CH2) dari bahan awal benzena dan

asil klorida?

12. Soal-Soal Latihan

48

49

50

51

52

SELAMAT BELAJAR

53