ALDEHIDA & KETON Salah satu gugus organik terpenting adalah gugus kabonil.

C O

Senyawa dengan gugus kabonil merupakan kelompok senyawa yang penting, baik secara

komersial maupun senyawa biologis. Gugus kabonil ada dalam kelompok senyawa aldehida,

keton, asam kaboksilat, ester dan beberapa kelompok lainnya.

Dalam aldehida, atom karbon kabonil paling kurang mengikat satu hidrogen dan lainnya

rantai karbon. Maka gugus aldehida dan aldehida dapat dituliskan:

C OH

atau C HO C OH

R atau CHORatau

CHOAr

gugus aldehida aldehida

Gugus karbonil dalam keton mengikat dua rantai karbon, maka:

R C RO

atau R C Ar

O

atau Ar C Ar

O

atau

C O

keton alifatik alkil aril keton keton aromatik keton siklik

Tata nama

ALDEHIDA

Nama sistematis aldehida = a di akhir nama alkana yang sesuai diganti dengan al, sedangkan nama umum dalam kurung juga digunakan

H C H

O

CH3 C

OH

CH CCH 2 H

O

3 metanal etanal propanal (formaldehida) (asetaldehida) (propionaldehida)

CH2 CH CHO

CH2 CHO

2-propenal feniletanal (fenilasetaldehida)

Tuliskan rumus strukturnya:

1

Pentanal 2-hidroksi propanal 2-butenal Aldehida yang mengandung cicncin diberi nama dengan menyebut nama cincin ditambah kata

karbaldehide. Namun, nama umum aldehida aromatik lebih sering digunakan dari pada nama

sistematisnya.

C HO

H

OC

HOC

OH sikloheksanakarbaldehida benzanakarbaldehide 2-hidroksibensanakarbaldehide (bensaldehide)

KETON

Nama sistematis keton = a di akhir nama alkana yang sesuai diganti dengan on dan rantai karbon diberi nomor sedemikian sehingga gugus krabonil mempunyai nomor terkecil. Nama umum keton dibuat dengan menyebut nama dua gugus secara terpisah yang terikat pada gugus carbonil diikuti dengan keton,

CH3-CO-CH3 CH3 CH2 CO CH2 CH3 CH3-CO-CH=CH2

Propanon 3-pentanon 3-buten-2-on (aseton) dietil keton (metil vinil keton) Nama umum keton aromatik lebih sering digunakan dari pada nama sistematiknya, misalnya:

C CH3O

CO

asetofenon Bensofenon Sebutkan nama lain dari asetofenon dan bensofenon Gugus berikut seringkali digunakan sebagai awalan dalam penamanaan:

R CO

dan CO

H

asil atau alkanoil formil

Contoh CH3-COCl CCH3 SO3HO

asetil klorida asam p-asetilbensensulfonat

Tuliskan rumus strukturnya Formil asetat, fenilasetaldehide, etil isopropIl keton

2

Beberapa contoh aldehida dan keton penting dan keberadaannya di alam

Aldehida yang paling banyak diproduksi adalah formaldehida dan disiapkan sebagai larutannya

dalam air (37% w/w) disebut formalin. Formalin diproduksi dalam jumlah jutaan ton/tahun

dengan mengoksidasi gas metanol pada suhu 700oC menggunakan katalis Ag dan kebanyakan

digunakan untuk membuat polimer resin.

Asetaldehida juga diproduksi dalam jumlah yang sangat banyak, terutama dengan mengoksidasi

etilena menggunakan katalis paladium-tembaga. Digunakan sebagai bahan dasar insutri kimia,

seperti asam asetat dan butanol.

Keton yang paling banyak diproduksi adalah aseton dengan cara mengoksidasi propilena,

membentuk isopropanol dan oksidasi lebih lanjut menghasilkan aseton. Sebagaian besar aseton

digunakan sebagai pelarut dan lainnya untuk sintesis, misalnya untuk membuat bisfenol-A.

Aldehida dan keton juga banyak ditemukan di alam dalam beberapa tanaman. Misalnya

bensaldehida dari almon, vanillin, kamper, minyak jasmine, vit K, testosterone, 2-heptanon dalam

cengkeh, dll. Banyak aldehida dan keton memiliki rasa dan bau yang menyenangkan, sehingga

sering digunakan sebagai essen dan pengharum (dalam sabun, kosmetik, penyegar udara, dll.)

CH3

O

O

C CC

O

HH

H

HO

OCH3

C

O

H

Vitamin K3 sinamon vanilin Carilah senyawa aldehida dan keton lain yang terdapat dalam tumbuhan dan hewan! SIFAT ALDEHIDA DAN KETON

Sifat-sifat fisik dan kimia aldehida dan keton sangat dipengaruhi adanya gugus karbonil yang

bersifat polar. Gugus karbonil menjadikan aldehide dan keton bersifat polar. Meski demikian,

sesama molekul aldehida dan keton tidak dapat membentuk ikatan hidrogen, sehingga interaksi

antar molekulnya lebih lemah dari pada dalam alkohol, maka titik didih aldehida dan keton lebih

rendah dari pada alkohol yang memiliki jumlah atom karbon sama.

Misalnya, titik didih propana = -0,5oC, propanal = 49 oC, aseton = 56 oC dan propanol = 97 oC.

butana = 36oC, butanal = 75 oC, butanon = 76oC dan 1-butanol = 118 oC

3

Aldehida dan keton rendah dengan atom karbon kurang dari empat larut dalam air, sedangkan

yang lebih tinggi tidak larut dalam air. Kelarutannya dalam alkohol lebih baik dari pada dalam air.

Sifat kimia aldehida dan keton sangat berhubungan dengan ikatan rangkap C=O dan bentuk

segitiga planar dari gugus karbonil. Ikatan rangkap C=O (ikatan p) terbentuk dari overlaping satu

orbital π karbon dan satu orbital π oksigen dan atom oksigen memiliki dua pasang elektron bebas.

Kelektronegatipan oksigen lebih besar dari pada karbon, sehingga elektron ikatan C=O lebih

sering beredar di sekitar oksigen dan menghasilkan polarisasi ikatan seperti berikut.

δ+ δ−C O

Terjadinya polarisasi elektron ikatan gugus karbonil dalam aldehida dan keton mengakibatkan

karbon karbonil menjadi sasaran serangan nukleofil (bandingkan dengan serangan elektrofil pada

C=C). Adanya pasangan elektron bebas dan tingginya keelektronegatifan atom O, menjadikan

oksigen karbonil aldehida dan keton bersifat sebagai basa yang dapat menerima proton

(protonasi)..Karena itu reaksi terhadap gugus karbonil aldehida dan keton dapat melibatkan reaksi

yang secara umum dituliskan:

+Hserangan Nu

δ+ δ−C O

Serangan nukleofil pada atom C karbonil menjadi lebih mudah bila atom O diprotonasi lebih

dahulu (dengan katalis asam) yang mengakibatkan atom C menjadi lebih positip dan atau

karbokation karena terjadinya stabilisasi resonansi seperti berikut:

C O + H+ C OH+ C+ OH

dan

+C+ OH C OHNu

Nu-

REAKSI ADDISI NUKLEOFIL PADA ALDEHIDA DAN KETON

4

Jika dilihat reaksi serangan nukleofil terhadap gugus karbonil yang dikatalis oleh asam di atas,

maka karbon karbonil suatu keton kurang reaktif dari pada aldehida terhadap serangan nukleofil

karena dua alasan, yaitu:

◘ Faktor halangan sterik

karena ukuran gugus R yang lebih besar dari pada H pada keton lebih menghalangi dari pada

H dalam aldehida.

◘ Faktor elektronik

R mendorong elektron lebih besar dari pada H, sehingg karbon karbonil keton kurang positip

dibandingkan aldehida

Reaksi adisi nukleofil terhadap karbonil aldehida dan keton dapat menggunakan nukleofil dari

atom O yang berasal dari air dan alkohol, N dari asam sianida dan amonia serta C (R) dari reagen

Grignard mengikuti pola yang mirip seperti di jelaskan di atas.

1. Addisi alkohol pada aldehida dan keton

Alkohol merupakan nukleofil oksigen dan merupakan nukleofil lemah, serangan nukleofil alkohol

terhadap aldehida dan keton memerlukan katalis asam.

C OH

R++ R' OHH+ C

H

RO+H C

H

R

O+R'

OH

Haldehida alkohol

dan

+C

H

R

O+R'

OH

H

CH

R

OR'

OHH+

hemiasetal

(dalam hemiasetal, gugus –OR dan gugus –OH terikat dalam satu atom karbon) Bila dalam reaksi terdapat alkohol secara berlebih, dan dikatalis asam, gugus –OH dalam

hemiasetal akan disubstitusi oleh gugus –OR sebagai berikut:

5

+H+CH

R

OR'

OH+ R" OH C

H

R

OR'

OR" H2O

asetal Tugas Perkirakan jenis mekanisme substitusi pembentukan asetal dari hemiasetal di atas Tuliskan mekanisme reaksi pembentukan asetal dari hemiasetal di atas Tuliskan raksi pembentukan hemiasetal dari asetaldehida dan etanol dan dikatalis oleh asam. Jika gugus aldehida dan gugus alkohol terletak pada posisi yang memungkinkan dalam satu rantai

yang sama, maka dapat membentuk hemiasetal siklis melalui reakdi adisi nukleofil

intramolekuler. Gugus hidroksil pada atom karbon nomor empat atau lima dari gugus aldehida

cenderung membenntuk hemiasetal siklis (akan diuraikan secara detail dalam karbohidrat)

C HCH2

CH2

CH2 CH2

OH

O

C HCH2

CH2

CH2 CH2

O+ H

O-

C HCH2

CH2

CH2 CH2

O

OH

5-hidroksipentanal hemiasetal dari

5-hidroksipentanal Jika diperhatikan reaksi pembentukan asetal, maka reaksi sebaliknya akan terjadi. Yaitu dalam

dengan lingkungan asam, asetal akan terurai menjadi aldehida dan alkohol.

Tugas Tuliskan mekanisme reaksi penguraian bensaldehida dimetilasetal dalam air dengan suasana asam! Keton bereaksi dengan alkohol dengan reaksi yang mirip seperti pada aldehida menghasilkan

hemiketal(gugus –OH dan –OR terikat dalam satu karbon), juga dikatalis oleh asam. Dengan

alkohol berlebih dihasilkan ketal (dua gugus –OR terikat dalam satu karbon). Misalnya reaksi

antara aseton dengan metanol dan dikatalis oleh asam adalah:

CH3C OCH3

CH3 OH CH3CCH3

OHCH3O+H+

aseton metanol aseton metilhemiketal Tugas

6

Tuliskan mekanisme reaksi pembentukan aseton metilhemiketal diatas!

Tuliskan mekanisme reaksi pembentukan aseton dimetilketal dari metilhemiketal dengan

metanol!

Jika diperhatikan struktur asetal, keduanya memiliki struktur seperti eter. Mana yang lebih mudah

mengalami hidrolisis dalam asam?

Adisi air pada aldehida dan keton

Air merupakan nukleofil oksigen seperti halnya alkohol, sehingga dapat mengadisi aldehida dan

keton menghasilkan suatu hidrat dari aldehida atau keton. Misalnya:

C OH

HH OH C

H

H OHOH

+

formaldehida hidrat formaldehida Meski reaksi keseetimbangan pembentukan hidrat berdasarkan adisi aldehida atau keton mungkin

terjadi, namun sangat sedikit jenis hidrat dari aldehida yang dapat diisolasii, misalnya hidrat

trikloroaasetaldehida atau juga disebut hidrat kloral.

Adisi Grignard pada aldehida dan keton

Reagen Grignard merupakan larutan RMgX (alkil magnesium halida) dalam eter kering. Gugus

alkil dalam reagen Grignard bermuatan negatip, sehingga merupakan suatu nukleofil kuat. Adisi

nukleofil reagen Grignard pada aldehida dan keton menghasilkan ikatan karbon-karbon dari suatu

senyawa alkoksida yang akan menghasilkan alkohol jika dihidrolisis dengan asam.

C OH

H+

formaldehida

H3C:- MgBr+C

H

H

CH3

O- +MgBrC

H

H

CH3

OHMg++Br-Cl-H2O, HCl

+eter

etanoletoksida Reaksi di atas dilakukan dengan cara menambahkan secara hati-hati reagen Grignard ke dalam aldehida atau keton dan setelah reaksi selesaidihidrolisis dalam asam. Adisi dengan reagen Grignard menghasilkan perpanjangan karbon aldehida/keton sebanyak atom

karbon gugus aklil reagen Grignard.

Tugas - Tuliskan reaksi adisi reagen Grignard pada aldehida selain formaldehida untuk menghasilkan

alkohol sekunder dan dengan keton untuk menghasilkan alkohol tersier. - Bagaimana anda mensintesis 1-feniletanol berdasarkan reaksi adisi suatu aldehida dengan

reagen Grignard?

7

Adisi hidrogen sianida pada aldehida dan keton.

Adisi hidrogen sianida pada aldehida dan keton dapat dilakukan dalam lingkungan basa. Dalam

basa, hidrogen sianida akan menghasilkan ion sianida yang dapat berfungsi sebagai karbon

nukleofil. Hasil adisi ion sianida pada aldehida dan keton adalah suatu sianohidrin (gugus –CN

dan –OH terikat dalam satu atom karbon). Karena atom karbon dalam hidrogen sianida tidak

memiliki pasangan elektron bebas, maka hidrogen sianida bukan merupakan karbon nukleofil.

Maka,

C OCH3

CH3

:C N+ C

CH3

CH3CN

OH :CN+ C

CH3

CH3

CNOH

CN-+

aseton aseton sianohidrin Tugas Tuliskan adisi hidrogen sianida dalam suasana basa kepada bensaldehida Adisi nitrogen nukleofil pada aldehida dan keton.

Nitrogen dalam amonia, amina dan gugus amino dalam senyawa lainnya mempunyai pasangan

elektron bebas, sehingga berfungsi sebagai nitrogen nukleofil yang dapat mengadisi aldehida dan

keton. Adisi nitrogen nukleofil pada aldehida dan keton banyak digunakan untuk mensintesis

beberapa senyawa nitrogen yang akan dibahas di bagian lain. Adsi dengan amina primer

menghasilkan suatu imina, suatu turunan nitrogen dari senyawa karbonil.

C O + RNH2 C N RO

H

HC NHROH

hasil addisi merupakan senyawa dengan struktur yang mirip dengan hemiasetal dan juga tidak

stabil. Senyawa itu menjadi stabil dengan melepaskan molekul air melalui eliminasi 1,2. Reaksi

antara gugus amino dengan gugus karbonil merupakan dasar reaksi biokimia penting yang

melibatkan enzim.

imina

C N RC NO

H

RH

Tugas Tuliskan reaksi antara bensaldehida dengan anilina! Tautomerisasi keto-enol

8

Aldehida dan keton dapat membentuk suatu sistem kesetimbangan tautomerisasi dengan dua

bentuk tautomer, yaitu bentuk keto dan bentuk enol. Kedua bentuk itu berbeda dalam lokasi dari

suatu proton dan ikatan rangkap. Tautomer merupakan isomer struktur, bukan bagian dari

resonansi.

Bentuk keto dan enol dari aseton adalah:

CH3 CO

CH3 CH3 COH

CH2bentuk keto bentuk enol

Senyawa karbonil yang dapat dalam bentuk enol dan keto adalah yang mempunyai hidrogen alfa

(Hα), yaitu atom hidrogen yang terikat pada atom karbon yang mengikat gugus karbonil. Namun

demikian, aldehida dan keton sederhana umumnya ada dalam bentuk keto. Aldehida atau keton

tinggi, misalnya fenol, dapat membentuk enol dan keto.

OH OH

H

Keasaman atom hidrogen alfa, Hα

Atom hidrogen alfa bersifat lebih asam (1030 kali) dari pada atom hidrogen yang terikat pada atom

karbon lain. Hal ini karena atom karbon karbonil secara parsial bermuatan positip, sehingga

elektron ikatan lebih ditarik ke karbon karbonil dan makin menjauhi Hα. Di samping itu, jika

ditarik oleh suatu basa kuat danHα dilepaskan maka akan dihasilkan suatu anion enolat yang

stabil karena terjadi resonansi dan muatan negatipnya didelokalisasi. Adanya pasangan elektron

bebas pada Cα enolat anion menjadikannya dapat berfungsi sebagai nukleofil.Perhatikan gambar

di bawah:

Cα CO

RHαOH- Cα CO

R

anion enolat

C CO

RC C

O

Ranion enolat dan

C CR

O

delokalisasi muatan -

δ−δ−

9

Reaksi kondensasi aldol (aldehida-alkohol)

Karbon karbonil rentan terhadap serangan nukleofil. Seperti dijelaskan di atas, bahwa karbon alfa

pada enolat anion suatu aldehida atau keton dapat berfungsi sebagai nuklefil, sehingga dapat

mengadisi gugus karbonil molekul aldehida atau keton yang lain.

Misalnya, jika asetaldehida direaksikan dalam basa kuat (seperti dalam larutan KOH), maka Hα

dari asetaldehida ditarik oleh OH-, sehingga menghasilkan enolat anion dari asetaldehida. Enolat

anion asetaldehida berfungsi sebagai nukleofil yang dapat mengaddisi molekul asetaldehida yang

lain menghasilkan kondensasi aldol dan reaksi kondensasinya dapat dituliskan:

+ + H :C H 2 C

O

H O H - :CH2 CO

H H OH

+ :C H 2 C

O

H H :C H 2 C

O

H H :CH2 CH

OH

O

C CH2

Dalam reaksi di atas, atom karbon alfa aldehida yang satu disambungkan dengan atom karbon

karbonil aldehida yang lain, sehingga hasilnya selalu 3-hidroksialdehida.

Kondensasi aldol juga dapat terjadi dari dua aldehida atau keton yang berbeda, sehingga reaksi

aldol kondensasi sangat berguna dalam sintesis. Misalnya reaksi antara bensaldehida dengan

asetaldehida dalam basa kuat, maka hanya asetaldehida yang dapat membentuk anion enolat,

sehingga jika hasilnya dipanaskan dan dalam keadaan basa kuat akan terjadi dehidrasi dan

menghasilkan sinamaldehida (sinammon).

Reaksi kondensasi aldol dari keton posisi kesetimbangannya sangat ke kiri, maka posisi

ketimbangannya harus didorong ke kanan dengan cara mengambil hasil kondensasinya dari

sistem reaksinya untuk mendapatkan hasil kondensasi yang banyak.

Reaksi kondensasi aldol juga dapat terjadi dari campuran antara keton dan aldehida dalam basa kuat mengikuti proses reaksi Claisen-Schmidt. Misalnya, reaksi antara bensaldehida dengan aseton dalam basa kuat pada suhu 100oC adalah:

H :C H 2 C H

H

O

C C H 2 O

H :OH+ OH -+H :CH2 CH

H

O

C C H 2

OH

10

CCH2

CCH3

OH O

C100o

-OH+

O

CH3CCH3

CO

H

4-fenil-4-hidroksibutan-2-on

dalam suasana basa kuat dan suhu tinggi (100oC), maka akan terjadi reaksi dehidrasi, sehingga menghasilkan:

+C

CH2

CCH3

OH O

CC

O

CH3C

H

H2O

4-fenil-3-buten-2-on

Tugas - Tuliskan mekanisme reaksi aldol kondensasi antara bensaldehida dengan asetaldehida dalam

basa kuat untuk menghasilkan sinamon! - Tuliskan mekanisme reaksi Claisen-Schmidt dari campuran bensaldehida dan asseton dalam

basa kuat di atas! Di dalam industri, reaksi kondensasi aldol juga sering digunakan sebagai salah satu rute dalam

sintesis. Misalnya butanal dan 1-butanol disintesis dari aldol kondensasi asetaldehida, diikuti

dehidrasi untuk menghasilkan 2-butenaldehida dan terakhir reduksi untuk menghasilkan butanal

atau 1-butanol. Tuliskan tahap-tahap reaksi proses tersebut!

Reaksi Cannizzaro

Dengan adanya basa, aldehida yang tidak mempunyai hidrogen alfa, misalnya bensaldehida, akan

mengalami autooksidasi-reduksi menghasilkan campuran alkohol dan garam dari asam

karboksilatnya mengikuti reaksi Cannizzaro. Dalam reaksi Cannizzaro, pada tahap awal, nukleofil

ion hidroksida mengadisi aldehida menghasilkan suatu intermediate. Kemudian senyawa

intermediate melepaskan ion hidrida yang berfungsi sebagai nukleofil yang mengadisi

bensaldehida yang lain menghasilkan bensil alkohol dan garam bensoat.

CO

H:OH -

C HOH

O -

11

C HOH

O CO

H CO:H

O C H

O

H+ +

C H

O

HCO:H

O C H

OH

HCO:

O

+ +

ion bensoat bensoil alkohol

Halogenasi keton

Hidrogen alfa suatu keton dapat disubstitusi oleh halogen melalui pembentukan anion enolat dan

dikatalis baik oleh asam maupun basa.

Dengan katalis basa, misalnya aseton:

OH- H CH2 CO

CH3+ +CH2 CO

CH3 H2O

ion enolat yang dihasilkan dapat membentuk tautomerisasi keto-enol dan brom akan

mengadisinya (mirip adisi elektrofil halogen terhadap alkena).

+ +CH2 CO

CH3Br Br Br CH2 CO

CH3 Br-

basa dihasilkan kembali:

+ +H2O Br- HBr OH-

12

Tugas Tuliskan mekanisme reaksi brominasi terhadap aseton yang dikatalis oleh asam, misalnya menggunakan HCl. (asam akan menyerang pusat muatan negatip yang selanjutnya mempolarisasi hidrogen alfa

sehingga mudah ditarik oleh sisa asam (berfungsi basa) dan menghasilkan suatu enol)

Reaksi pembentukan haloform (CHX3) Hidrogen alfa dari metil keton, dalam lingkungan basa dapat disubstitusi oleh halogen secara

berulang sehingga menghasilkan suatu haloform. Masuknya halogen pertama ke atom karbon

alfa, menjadikan atom hidrogen alfa yang ada semakin terpolarisasi dan memudahkan

terbentuknya ion enolat yang dapat diadisi oleh halogen. Misalnya, reaksi substitusi bromine pada

asetofenon dalam suasana basa kuat adalah:

Br BrCO

C HH

HOH-

CO

CH

H

CO

CH

HBr

Dengan masuknya bromin ke dalam atom karbon alfa dari bensaldehida, menjadikan hidrogen

alfa lebih terpolarisasi dan mudah dilepaskan sehingga dihasilkan ion enolat yang akan diadisi

oleh bromine dengan reaksi yang sama seperti di atas untuk menghasilkan tribromometil fenil

keton (suatu trihaloketon).

Tuliskan reaksi terbentuknya tribromometil fenil keton dari bromometil fenil keton diatas! Dalam basa kuat, ion hidroksida akan menyerang karbon karbonil dari tribromometil fenil keton

dan mengakibatkan putusnya ikatan karbon-karbon antara tribromometil dengan gugus karbonil

dan menghasilkan anion tribromometil dan ion karboksilat (ion bensoat) dengan mekanisme

berikut:

CO

CBr

BrBr OH-+ + C

Br

BrBr

CO: H

O

Pada tahap berikutnya, terjadi transfer proton dari asam bensoat ke anion tribromometil

menghasilkan bromoform dan ion bensoat sbb:

13

CO: H

O

CBr

BrBr+

CO

O

H: CBr

BrBr+

Klorinasi air minum bertujuan untuk membunuh kuman/bakteri juga dapat menghasilkan

kloroform karena adanya zat-zat organik yang mengandung gugus metil keton. Karena kloroform

dinyatakan sebagai zat yang bersifat karsinogenik, maka penggunaan klorin (kaporit) sebagai

disinfectan dalam produksi air minum dapat menghasilkan zat karsinogenik berbahaya.

Tugas

Tuliskan mekanisme reaksi pembentukan kloroform dari aseton dan gas klor dalam basa!

Reaksi haloform menggunakan iodin dalam basa disebut dengan uji iodoform. Reaksi positip uji

iodoform menghasilkan endapan kuning dengan titik leleh 119oC. Uji iodoform menghasilkan

reaksi positip terhadap gugus:

C

O

CH3(metil keton)

dan CH CH3

OH(alkohol)

Senyawa alkohol dengan gugus seperti di atas akan dioksidasi oleh iodin dalam basa

menghasilkan metil keton yang selanjutnya akan memberikan reaksi positip terhadap uji

iodoform.

C

O

CH3CH CH3

OHI2 OH- I- H2O+ ++ +2 2 2

dan

+ +C

O

CH3I2 OH-4

C

OO- CHI3 H2O33 + +

endapan kuning+ I-3

Reaksi oksidasi aldehida dan keton

Aldehida lebih mudah dioksidasi dari pada keton. Aldehida dengan mudah dapat dioksidasi oleh

pengoksidasi sedang.

Pembuatan aldehida dan keton

14

Aldehida Oksidasi alcohol (secara tepat & hati-hati) Alkohol primer → aldehida Pengoksidasi yang sering digunakan reagen PCC (piridin klorokromat) untuk aldehida.

PCC = anhidrida (CrO3) dalam asam klorida dan piridin N

Reduksi asam karboksilat (dengan LAH), sangat sulit. Reduksi asil klorida dengan LiAlH[OC(CH3)3]3 pada suhu -78oC.

CO

ClR LiHAl(OtBu)3, eter

H2O CO

HR

Keton Oksidasi alkohol sekunder → keton Umumnya dg reagen John, yaitu kromat anhidrida (CrO3) dalam asam sulfat dan aseton. Cara sintesis yang lain: ◘ Reduksi asam karboksilat / turunannya dengan Li tri-tert.butoksi Aluminium hidrida atau dengan diisobutil aluminium hidrida (bukan dengan LAH) ◘ Ozonolisis alkena

RC

R'C

R''H

O3R

CR'

O CR''H

O+

◘ Asilasi Friedel-Craft

H+ R C

OCl

CO

R

15

ASAM KARBOKSILAT DAN TURUNANNYA

Merupakan asam organik terpenting, mengandung gugus karboksil (karbonil + hidroksil),

CO

OH Rumus umum asam karboksilat dapat dituliskan:

CO

OHR atau RCOOH atau RCO2H

Tata nama

Asam karboksilat merupakan salah satu asam organik yang paling awal dipelajari, maka sering

diberi nama umum yang didasarkan asalnya, terutama asam karboksilat dengan C < 10.

Nama sistematis asam karboksilat didasarkan nama alkana yang sesuai dengan akhiran OAT

Rumus asam Nama umum Nama sistematis

HCOOH asam format (semut) asam metanoat CH3COOH asam asetat (cuka) asam etanoat CH3CH2COOH asam propionat (susu) asam propanoat CH3(CH2)2COOH asam butirat (mentega) asam butanoat CH3(CH2)3COOH asam valerat (kuat) asam pentanoat CH3(CH2)4COOH asam kaproat (domba) asam heksanoat CH3(CH2)5COOH asam enantat (bunga) asam heptanoat CH3(CH2)6COOH asam kaprilat (domba) asam oktanoat CH3(CH2)8COOH asam kaprat (domba) asam dekanoat Gugus karboksil mempunyai prioritas yang lebih tinggi dari pada gugus karbonil. Jika digunakan nama umum, rantai karbon setelah gugus karboksil ditandai dengan α, β, γ, dst.

CH3 C

OCH2 COOHαβγ

asam 3-oksobutanoat atau asam β-oksobutirat Gugus karboksil yang terikat pada karbon lingkar dan aromatis diberi nama karbon lingkarnya diakhiri karboksilat

COOH

Clasam cis-3-klorosiklopentanakarboksilat

CH2 CH2 COOH

asam 3-siklobutilpropanoat

COOH

asam sikoheksana karboksilat

16

COOH

Br

COOH

CH3

COOH

asam bensanakarboksilat (asam bensoat) asam 4-bromobensanakarboksilat

(asam p-bromobensoat)

asam 2-metilbensanakarboksilat (asam o-toluat)

Adanya dua atau tiga gugus karboksilat dalam satu senyawa diberi nama dengan menambah awalan di, tri, tetra, dst. HOOC-COOH asam etanadioat (asam oksalat), dari tumbuhan HOOC-CH2-COOH asam propanadioat (asam malonat), dari aple HOOC-(CH2)3-COOH asam glutarat (asam butandioat), dari gluten HOOC-(CH2)4-COOH asam heksanadioat (asam adipat), dari lemak Asam butenadioat sering diberi dengan nama umumnya, yaitu: HOOC

C CCOOH

HH

HOOCC C

COOH

H

H

asam cis-2-butenadioat (asam maleat)

asam trans-2-butenadioat (asam fumarat)

Asam bensana dikarboksilat hampir selalu disebut dengan nama umum

COOH

COOH

COOH

HOOC

asam isoptalat asam tereptalat

COOH

COOHasam ptalat

Nama gugus asil (R CO-) = akhiran oat pada asam diganti oil

R CO

= gugus asil,

H CO

gugus formil

CH3 CO

gugus asetil(etanoil)

CO

gugus bensoil Tugas Tuliskan struktur kimia asam berikut: Asam 3-klorobutanoat asam 3-asetilbensoat Asam 5-metil-6-oksoheksanoat butanoil klorida Asam m-nitrobensoat asam fenilasetat

17

Senyawa yang mengandung gugus asil atau yang menghasilkan asam karboksilat pada hidrolisis

merupakan senyawa turunan asam karboksilat.

Sifat asam karboksilat

Asam karboksilat bersifat polar, antar molekulnya dapat membentuk ikatan hidrogen.

Asam karboksilat dengan 1 - 4 atom C larut dalam air dengan segala perbandingan. Asam format

dan asam asetat berbau menyengat yang sangat kuat. Sedangkan asam yang lebih tinggi berbau

seperti asalnya. Makin besar jumlah atom C, makin sulit larut dalam air. Asam karboksilat

mendidih pada suhu yang cukup tinggi sebagai akibat dari molekul asam karboksilat yang dapat

membetuk ikatan hidrogen. Titik didih beberapa asam karboksilat:

Asam format 101oC asam butanoat 164oC

Asam asetat 118oC asam heksanoat 205oC

Asam propanoat 141oC asam dekanoat 270oC

Asam karboksilat berdisosiasi dalam air menghasilkan anion karboksilat:

R CO

O-R CO

OHH2O ++ H3O+

ion karboksilat

Ka = [RCOO-] [H+]

[RCOOH] Kekuatan ionisasi beberapa asam karboksilat dapat dilihat dari harga Ka nya sbb: Asam format 2,1 x 10-2

Asam asetat 1,8 x 10-5

Asam propionat 1,4 x 10-5

Asam butirat 1,6 x 10-5

Asam kloroasetat 1,5 x 10-3

Asam dikloroasetat 5,0 x 10-2

Asam trikloroasetat 2,0 x 10-1

Asam bensoat 6,6 x 10-6

Pengaruh induksi gugus yang terikat pada gugus karbonil akan mempengaruhi kekuatan asam

karboksilat. Pengaruh gugus yang terikat pada atom Cα lebih besar dari pada atom Cβ dan yang

lebih jauh. Gugus yang mempunyai daya dorong elektron lebih besar mengurangi sifat keasaman,

dan sebaliknya gugus yang menarik elektron akan meningkatkan sifat asamnya.

18

Asam karboksilat merupakan asam yang jauh lebih kuat dari pada alkohol atau fenol, meskipun

ketiga senyawa itu melepaskan proton dari gugus hidroksil. Kuatnya keasaman asam karboksilat

karena ion karboksilat hasil ionisasi memiliki struktur yang stabil dengan terjadinya delokalisasi

muatan negatip melalui resonansi sbb:

CH3 CO

O

O

OCCH3

Dibadingkan dengan ionisasi etanol menjadi ion etoksida, maka muatan negatip ion etoksida

terpusatkan pada satu atom oksigen. Sedangkan dalam ionisasi asam asetat menghasilkan ion

asetat yang merupakan basa lebih lemah dari pada ion etoksida.

Karena bersifat asam, asam karboksilat akan membentuk garam jika direaksikan dengan basa dan dapat dipisahkan dengan cara menguapkan airnya. CH3COOH + NaOH CH3COONa H2O+

natrium asetat Pembuatan Asam karboksilat i. Oksidasi alkohol primer atau aldehida dengan pengoksidasi kuat

R CH2OH R CO

OH

R COH R C

O

OH ii. Oksidasi alkil rantai cabang pada cincin aromatis dengan KMnO4 panas.

CH3 CO

OH

CH2CH2CH3 CO

OH

Bila atom C pada posisi bensilat tidak mengandung hidrogen, maka C dapa cicin aromatis akan

dioksidasi:

19

C CH3

CH3

CH3

C CH3

CH3

CH3

CO

HO

iii. Hidrolisis turunan asam karboksilat Misalnya:

R CO

Cl+H2O

R CO

OH

R C N ++ H2O, H+

R CO

OHNH3

iv. Reaksi reagen Grignar dengan karbon dioksida

Reagen Grignard dapat mengadisi gugus karbonil pada aldehida dan keton menghasilkan suatu

alkohol pada hidrolisis dengan asam. Dengan mekanisme yang sama, reagen Grignard beraksi

dengan karbon dioksida menghasilkan asam karboksilat.

R: MgBr O C O ++ R CO

O MgBr HXR C

OOH

TURUNAN ASAM KARBOKSILAT

Turunan asam karboksilat merupakan asam karboksilat yang gugus hidroksilnya disubstitusi

dengan gugus lain. Jika turunan asm karboksilat dihidrolisis akan diperoleh asam karboksilat.

Beberapa turunan asam karboksilat adalah:

R CO

X

R CO

OR'

R CO

OCO

R'

R CO

NHR'

asil halida

ester

anhidrida

amidaR C N

NitrilR C

O

NR'R''

amida

20

◘ Ester Ester diturunkan dengan mengganti gugus hidroksil dari asam dengan gugus OR. Nama ester dianalogikan seperti nama garam. R dari OR disebut pertama diikuti dengan nama asam yang diakhiri “oat”.

CO

OCH3

metil bensoatfenil etanoat(fenil asetat)

CH3CO

O

metil butanoat

CH3CH2CHCO

OCH3

Beberapa ester dikenal sebagai senyawa dengan bau yang harum dan menyenangkan, yang

menyebabkan bau enak beberapa buah dan bunga. Misalnya pentil asetat (pisang), oktil asetat

(jeruk), etil butanoat (nanas), petil butanoat (aprokot). Namun, bau alami sangat komplek, bisa

tersusun lebih dari 50 jenis senyawa yang berbeda. Karena tidak ada ikatan hidrogen sesama

molekul ester, sifat fisika ester cukup berbeda dengan asam karboksilatnya, ester memiliki titik

didih lebih rendah dari pada asamnya.

Tugas: Tuliskan struktur ester berikut: Pentil asetat etil butanoat etil 2-metilpropanoat Pentil butanoat 2-hidroksietil asetat metil bensoat Substitusi nukeofilik pada karbon asil asam karboksilat dan turunannya Karena kepolaran gugus karbonil menjadikan atom karbon karbonil dalam aldehida dan keton

serta asam karboksilat dan turunannya rentan terhadap serangan nukleofil.

Serangan nuleofil pada asam karboksilat dan turunannya menghasilkan reaksi substitusi nukleofil

pada akhirnya, sedangkan terhadap aldehida dan keton terjadi reaksi addisi.

C OR

L+ Nu C O-

Nu

LR C O

Nu

R+ L-

Reaksi substitusi nukleofil pada asam karboksilat dan turunannya pada awalnya terjadi adisi

nukleofilik seperti halnya pada aldehida, kemudian diikuti oleh eliminasi dan pembentukan

kembali ikatan C=O. Sedangkan pada aldehida dan keton dapat menerima proton untuk

menghasilkan hasil addisi yang stabil.

21

Dalam biokimia, substitusi nukleofil di atas dipandang sebagai reaksi transfer asil. Gugus asil

ditransfer dari L dalam substrat awal kepada Nu dalam hasil.

Kecepatan substitusi Nu-asil didorong oleh meningkatnya sifat keelektronegativan gugus pergi

(leaving group) L. Jika keelektronegatifan L besar, C karbonil menjadi lebih positip sehingga

mudah diserang oleh nukleofil pada reaksi tahap pertama dan menjadi gugus tinggal yang lebih

baik pada tahap kedua, sehingga menghasilkan reaksi substitusi.

Misalnya:

Reaksi ROCl dengan air (hidrolisis), dipandang sebagai reaksi substitusi nukleofil (Nu = OH)

R CCl

OOH

H+ OCR O H

H

+OH

H

OCR O

H

H3O++

+

leaving group

HHO

Cl

O-

RC

Karena Cl- basa lemah, maka merupakan leaving group yang baik. Semakin kuat sifat basa suatu

leaving group semakin sulit meninggalkan senyawa intermediate, maka semakin sulit reaksi

substitusinya dan semakin tidak reaktif. Sehingga:

R CO

R CO

ClR C

O

OC

OR

R CO

OR' NH2

R CO

H> > > >R C

OR C

OR C

OR C

OR C

O

Cl OC

OR

OR' NH2 H> > > >

Berdasarkan keaktifannya, asil klorida dapat digunakan sebagai substrat untuk membuat turunan

asam karboksilat lainnya, misalnya:

22

R CO

Cl

OCONaR' O

RC O CR'O

R'OHO

RC O R'

NH3O

RC NH2

R'NH2O

RC NHR'

+

NaCl

HCl

NH4Cl

R'NH3Cl

+

+

+

+

Hal yang sama juga terjadi terhadap anhidrida asam, bisa digunakan untuk menyiapkan turunan

asam karboksilat yang kurang aktif (ester dan amida).

Reaksi pembuatan turunan asam karboksilat pada contoh di atas mengikuti reaksi substitusi

nukleofilik.

Esterifikasi Fischer

Merupakan mekanisme pembentukan ester dari asam karboksilat dan alkohol yang dikatalis oleh

asam. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi substitusi nukleofil dan bukan reaksi asam basa.

Gugus OH dari asam karboksilat disubstitusi oleh giugus OR dari alkohol. Reaksi esterifikasi

merupakan reaksi dapat balik, karena gugus OH sebagai gugus pergi juga merupakan suatu

nukleofil. Untuk menggeser kesetimbangan ke kanan sehingga dihasilkan ester yang lebih banyak

maka dapat dilakukan dengan mengurangi/membuang air sebagai hasil reaksi dalam

kesetimbangan di atas.

RCOOH HOR' H+ + H 2+ R C OR'

OO

Mekanisme substitusi nukleofilnya adalah:

23

+O

H

OHCRR CO

OH+ H+

R CO

OH

H+

HO-R

OH

OHCROR'H+

OCROR'

H+__

asam karboksilat

alkohol

O HH

+

OR'

HOH

OHCR

Tahap-tahap esterifikasi:

1. Protonasi gugus karbonil, meningkatkan muatan positip atom C karbonil dan menambah keaktifannya terhadap nukleofi.

2. Serangan nukleofil dari alkohol, tahap yang paling menentukan, pembentukan ikatan baru C-O

3. Kestimbangan lepasnya dan terikatnya proton dari oksigen. Kedua gugus OH ekivalen, salah satu diprotonasi.

4. Setelah OH- diprotonasi berubah menjadi leaving group yang baik dan lepas sebagai molekul H2O.

5. Regenerasi katalis asam, H+ dilepaskan dan ester dihasilkan.

Reaksi esterifikasi di atas merupakan reaksi substitusi nukleofil didukung oleh percobaan

menggunakan alkohol dengan oksigen radioaktif. Dari analisa hasil reaksinya, oksigen radioaktif

hanya ditemukan dalam ester dan tidak ditemukan dalam air. Misalnya:

C

O

OHCH3 O H

18++

C

O

O CH318

H2OH+

Tugas

- Tuliskan mekanisme reaksi esterifikasi di atas!

- Tuliskan mekanisme pembuatan etil asetat yang diproduksi dalam jumlah sangat besar untuk

pelarut cat dari asam asetat dan alkohol yang dikatalis oleh asam.

Asam karboksilat yang mempunyai gugus hidroksil pada rantai atom C nomor 4 (γ) atau 5 (δ)

juga dapat membentuk ester lingkar, disebut γ lakton atau δ lakton.

24

CO

O

R

RC

CC

C

OHC

O

OH

α

β

γδ

δγβ

αH+

H2O_

laktonδ Tugas Tuliskan mekanisme reaksi esterifikasi sklis asam γ-hidroksibutirat dalam asam untuk menghasilkan γ-butirolakton!

Hidrolisis ester

Hidrolisis ester dikatalis oleh basa dan disebut saponifikasi ester (reaksi yang digunakan untuk

membuat sabun dari lemak dan minyak). Saponifikasi ester juga merupakan substitusi nukleofil

yang melibatkan serangan oleh nukleofil kuat (ion hidroksida) terhadap karbon karbonil ester

yang merupakan tahap pententu reaksi.

R-COOR’ + NaOH R-COONa + R’-OH

O

C OR'R OH-+ C OR'ROH

O

CROH

OOR'OR'CR

O

OH+

-

Reaksi saponifikasi bukan merupakan reaksi dapat balik, karena ion alkoksida yang

merupakan basa sangat juat tidak dapat memberikan H+ pada asam.

Tugas

OO

OHHO

C

H2C

HO

OHVitamin C

Vitamin C merupakan suatu γ-lakton dan akan dihidrolisis dalam basa menghasilkan suatu asam hidroksi karboksilat. Tuliskan mekanisme reaksi hidrolisis tersebut

25

Amonolisis ester

Amonolisis ester merupakan reaksi pembentukan amida dari ester dan ammonia. Reaksi

amonolisis ester sangat mirip dengan saponifikasi, karena NH3 merupakan suatu basa dan

suatu nitrogen nukleofil seperti halnya ion hidroksida.

CO

OCH3+ NH3

CO

NH2CH3OH+

Tugas

Tuliskan mekanisme reaksi amonolisis di atas!

Reaksi reagen Grignard dengan ester

Reagen Grignard dapat memberikan karbon nukleofil (karbanion) yang sangat kuat yang

dapat menyerang karbon karbonil dari ester dan menghasilkan keton. Reaksi selanjutnya dari

keton dengan reagen Grignard berlebih yang diikuti hidrolisis oleh asam menghasilkan

alkohol.

R C OR'OMgBr

R CO

OR' + R'' MgBr R''

R CO

R''

R'OMgBr-

R'' MgBr

R C R''R''

OMgBrH2OHClR C

OHR''

R''+ MgClBr

+1

2

3

4 5

Reduksi ester

Reduksi ester dapat dilakukan menggunakan pereduksi LiAlH4 . LiAlH4 mirip dengan reagen

Grignard, namun sebagai nukleofil adalah ion hidrida (H-) yang mirip dengan karbanion R- dalam

reagen Grignard, sehingga hasil akhir reaksinya setelah hidrolisis adalah R-C-OH.

Tugas Tuliskan mekanisme reaksi reduksi fenil asetat dengan LiAlH4 berlebih dan diikuti oleh hidrolisis dengan asam.

26

◘ Anhidrida asam Anhidrida asam diturunkan dari asam dengan mengambil airnya dari dua gugus karbonilnya,

CO

RR CO

OH HO CO

RR CO

Oanhidrida asam

Anhidrida asam yang paling banyak digunakan (lebih dari satu juta ton/tahun) adalah anhidrida

asetat, digunakan sebagai bahan rayon (selulosa asetat) dan aspirin.

CO

CH3CH3 CO

O anhidrida asetat

Asam dikarboksilat yang posisi strerik dua gugus karbonilnya memungkinkan dapat juga

membentuk anhidrida, misalnya anhidrida maleat dan anhidrida ptalat.

anhidrida maleat

CC

C

CO

O

O

CO

O

CO

anhidrida ptalat

Tugas: Tuliskan struktur anhidrida bensoat dan anhidrida butanoat Anhidrida asam lebih reaktif terhadap serangan nukleofil dari pada ester. Misalnya, anhidrida

asetat dapat mengalami reaksi berikut:

CH3 CO

OCCH3

O

+

+

+

+

+

H O H

H O R

H NH2

CH3 CO

OHCH3 C

O

OH

CH3 CO

OR

CH3 CO

NH2

CH3 CO

OH

CH3 CO

OH

+

Tugas Tuliskan mekanis reaksi terhada anhidrida asam di atas! Reaksi antara anhidrida asetat dengan asam salisilat ( asam o-hidroksibensoat) menghasilkan aspirin (asam asetil salisilat), karena gugus hidroksil fenolatnya diasetilasi. Aspirin yang diproduksi berdasarkan reaksi di atas mencapai 50 juta ton setahun. Aspirin digunakan sebagai obat pengurang rasa sakit.

27

Tugas Tuliskan mekanisme reaksi sintesis aspirin dengan asetilasi asam salisilat di atas. ◘ Asil Halida

Asil halida merupakan turunan asam karboksilat yang paling reaktif, sehingga tidak dapat

dihasilkan melalui substitusi nukleofil dari turunan asam karboksilat. Hal ini karena atom halogen

sangat elektronegatip dan menjadikan atom karbon karbonil sangat positip. Asil halida yang

paling umum digunakan adalah asil klorida, diantaranya adalah asetil klorida, dapat diperoleh

dengan reaksi antara asam setat dengan tionil klorida, dengan fosporpentaklorida atau dengan

fosportriklodida. Namun penggunaan tionil klorida (titik didih 70oC) paling menguntungkan,

karena SO2 dan HCl merupakan gas

tionil klorida

+ HCl++ SO2CH3 CO

ClCl S Cl

OCH3 C

O

OH

Asil klorida bereaksi sangat cepat dengan nukleofil, misalnya dengan air menghasilkan asam

karboksilat, dengan alkohol menghasilkan ester dan dengan amonia menghasilkan amida. Reaksi

dengan air belangsung sangat cepat, bersifat iritasi, karena itu bensoil klorida, misalnya,

digunakan sebagai gas air mata.

CH3 CO

ClH O H ++ CH3 C

O

OHHCl

Tugas Tuliskan mekanisme reaksi asetil klorida dengan metanol menghasilkan metil asetat ◘ Amida

Salah satu amida (amida komplek) terpenting di alam adalah protein. Amida sederhana dapat

diperoleh dari hasil reaksi amonia dengan ester atau dengan asil halida atau anhidrida asam dan

dapat pula dengan memanaskan garam amonium dari asam karboksilat.

RCOONH4 RCONH2 + H2O Ammonium karboksilat dapat dihasilkan berdasarkan reaksi asam basa biasa antara asam

karboksilat dengan amonia,:

R CO

OH R CO

ONH4NH3+

28

Amida diberi nama dengan menyebut nama asam dan mengganti akhiran oat atau at dengan amida HCONH2 = metanamida (formamida) CH3CONH2 = etanamida (asetamida) C6H5CONH2 = bensamida (bensanakarboksamida) Jika satu atau dua atom H yang terikat pada N amida diganti dengan gugus organik dihasilkan amida sekunder dan amida tersier.

CH3CO

NH

CH3

CH3CO

NCH3

CH3N-metilasetamida N,N-dimetilasetamida Meski ikatan amida C-N ikatan tunggal, namun rotasi ikatan tersebut sangat dibatasi, karena

adanya struktur resonansi amida yang menjadikan seolah-olah ikatan C – N merupakan ikatan

rangkap, sehingga molekul amida adalah planar.

CH3 CO

NHH

CH3 CN

HH

O

Amida bersifat polar dan dapat membentuk ikatan hidrogen antar molekulnya. Karena daya

dorong elektron gugus alkil lebih besar dari pada hidrogen, maka amida primer paling polar dan

memiliki titik didih yang paling besar.

H CO

NH2 H CO

N(CH3)2 H3C CO

NH2 H3C CO

N(CH3)2 titik didih 210oC 153oC 222oC 165oCsebagai

Gugus amino pada posisi δ atau γ dalam asam karboksilat dapat membentuk (hampir selalu)

amida siklis yang disebut laktam. Meskipun juga dapat terbentu, β-laktam sangat reaktif karena

adanya regangan ikatan dan akan segera membuka dengan adanya reagen nukleofil.

CH3 CHNH2

CH2 CH2 CO

OHNH

O

CH3

αβγ

γ -laktam

29

Tugas Sebagai turunan asam karboksilat, hidrolisis amida, baik dalam asam atau basa, menghasilkan

asam karboksilat. Tuliskan mekanisme reaksinya!

Reduksi amida, misalnya menggunakan LiAlH4 menghasilkan amina.

Bagaimana tahap-tahap reaki pembuatan bensilamina (C6H5 CH2 NH2) dari asam bensoat?

◘ Nitril

Nitril digolongkan juga sebagai turunan asam karboksilat, meski tidak mengandung gugus

karbonil, tetapi akan menghasilkan asam karboksilat pada hidrolisis. Nitril juga dikenal sebagai

sianida organik, sehingga dapat dibuat dengan mereaksikan alkil halida dengan NaCN.

HC N = asam sianida

RC N = nitril CH3CH2Cl + NaCN CH3CH2CN + NaCl Nitril juga dihasilkan dari reaksi pada suhu 100oC antara amida dengan anhidrida asam asetat atau

dengan fospor pentoksida,

R CO

NH2 ++P2O5

(CH3COO)2OR C N

H3PO4

CH3COOH

Nitril diberinama dengan menyebut nama asam dan mengganti akhiran oat atau at dengan nitril

atau dengan nama alkil + sianida.

CH3CN = etananitril (metil sianida)

CH3CH2CH2CN = butananitril (propilsianida)

Nitril dapat dihidrolisis baik oleh asam maupun oleh basa menghasilkan asam karboksilat. Dalam

hidrolisis dengan asam, pertama terjadi protonasi atom nitrogen dari nitril sehingga atom karbon

nitril menjdai positip yang mudah diserang oleh nukleofil oksigen dari air sehingga melalui

beberapa tahap reaksi menghasilkan asam karboksilat dan ion amonium. Sedangkan dalam

suasana basa, basa akan menyerang karbon nitril dan dengan beberapa tahap reaksi yang

melibatkan air akhirnya dihasilkan ion karboksilat dan amonia.

30

Dalam reaksi substitusi nukleofil turunan asam karboksilat, gugus pergi (leaving group) dapat

dikelompokkan menjadi:

baik : Cl-, HS-, RCOO-

menjadi baik setelah protonasi: -OH, -OR, -NH2, -NR2

tidak baik: H-, C-

Sifat asam Hidrogen alfa dari ester

Karena efek induksi gugus karbonil dari suatu ester, hidrogen alfa merupakan suatu asam yang

lebih kuat dari pada hidrogen yang terikat pada atom C beta atau yang lebih jauh, sehingga atom

hydrogen alfa bisa ambil oleh suatu basa kuat dan menghasilkan enolat ester.

C COR

OC C

O

OR

basaCH

C OOR

Cαβ

Basa kuat yang sering digunakan untuk membentuk enolat ester adalah natrium alkoksida. Enolat

ester dapat bertindak sebagai nukleofil terhadap atom C karbonil molekul ester lain (ingat reaksi

kondensasi aldol!).

CH3 CO

O CH2 CH3

α

αCH3 C

OO CH2 CH3+

CH3 CO

CH2 CO

O CH2 CH3

etil asetat

etil asetoasetat/etil-3-oksobutaoat

NaOCH2CH3EtOH

Di dalam etanol, Na-etanoat atau NaH akan diionkan, ion etoksi atau hidrida akan menarik H+ α

dari etil asetat yang bersifat asam, menjadikan atom C α bermuatan negatip dan bersifat sebagai

Nukleofil yang baik, yang mampu melakukan substitusi gugus etoksi dari etil asetat (ester) yang

lain. Reaksi ini di sebut kondensasi Claisen.

31

NaO CH2 CH3etil asetat

CCO

OCH2H3CH

HH

α

αCC

OOCH2H3C

H

Hetil asetatCH3 C

OO CH2 CH3+

etil asetat

CH3 CH H

CH2

OOC

C

CH3

OO CH2 CH3

α

αO CH2 CH3+

H

HCH2O

OCC CH3

OCCH3

HCH2O

OCC CH3

OCCH3

α

etil asetoasetat

CH3C

CC

OC2H5

O O

H3CC

CC

OC2H5

O O

Untuk mengakhiri reaksi di atas, larutan di asamkan sehingga menghasilkan suatu ester-β-keto.

Ester -β-keto sangat penting pada sintesis organik. Misalnya etil asetoasetat dapat diubah menjadi

etil butanoal melalui reduksi gugus keton (dengan NaBH4) diikuti dengan eliminasi H2O (dengan

katalis asam) dan hidrogenasi (katalis Pt).

32

AMINA DAN SENYAWA NITROGEN

Amina: turunan organik dari ammonia, yaitu dengan mengganti satu, dua atau tiga atom hidrogen

dari ammonia dengan gugus organik.

N HH

H N HH

R N HR

R N RR

R

ammonia amina primer amina sekunder amina tersier

Tatanama:

- menyebutkan gugus alkyl yang terikat pada atom N diikuti dengan amina

CH3CH2NH2 = Etilamina

(CH3CH2)2NH = Dietilamina

(CH3CH2)3N = Trietilamina

- Dengan menyebut gugus –NH2 sebagai gugus amino

= dimetilamino sikloheksana

CH3N(C2H5)CH2CH2CH3 = 1- (etilmetilamino) propana

CH3NHCH2CH2CH3 = 1-Metilamino propana

CH3CH2NH2 = Aminoetana

N(CH3)2

- Dinamakan sebagai alkanamina

CH3CH2NH2 = Etanamina

CH3NHCH2CH2CH3 = N-Metilpropanamina

CH3N(C2H5)CH2CH2CH3 = N-Etil-N-metil-1-propanamina

= N,N-DimetilsikloheksanaminaN(CH3)2

- Gugus –NH2 sebagai substituen dinamakan sebagai gugus amino:

= 1-Amino-3-pentanonH2NCH2-CH2-C-CH2-CH3

O

CH3-CH-CH2COOH = asam 3-aminobutanoatNH2

33

- Amina aromatik sering dinamakan sebagai turunan anilin

NH2

= anilin = benzanamina = fenil amina

N(CH3)2

= N,N-Dimetilanilin

Tugas

Tuliskan struktur kimia dipropilamina, pentametilanilina, 3-aminoheksana, isobutilamina

Sifat-sifat amina

Sifat fisika suatu amina berhubungan dengan strukturnya. Posisi gugus organik di sekitar atom N

mirip dengan ammonia.

NH H

H

Pasangan electron bebas pada atom N menjadikan ammonia dan amina bersifat polar. Antar

molekul amina dapat membentuk ikatan hidrogen meski tidak sekuat alkohol, sehingga amina

mendidih dan meleleh pada suhu yang lebih tinggi dari pada alkana yang setara.

Amina sederhana dengan atom karbon kurang dari 6 larut dalam air.

Pembuatan amina:

Mereaksikan ammonia dengan alkil halida (alkilasi):

Tahap 1, substitusi nukleofil (SN2):

NH3R-X + R-NH3+ X-

alkilamonium halida

12

Tahap 2, pembebasan amina dengan mereaksikan alkilamonium halida dengan basa:

R-NH3+ X- + NaOH R-NH2 H2O + NaCl

Amina primer dapat dialkilasi lebih lanjut untuk menghasilkan amina sekunder dan seterusnya

sehingga menghasilkan amina terseier.

R-X + R-NH2NaOH R2NH2

Tuliskan reaksi antara anilin dengan CH3I !

34

Alkilasi juga dapat terjadi dalam satu molekul (intramolekul).

N

CHBr

CH2 CH2CH2NH

CH3 N

NCH3

nikotin

-HBr

Alkilamonium halida dan amonia pada reaksi di atas membentuk kesetimbangan:

RNH3 X NH3 NH4 X RNH2

Agar alkilasi lebih banyak menghasilkan amina primer, maka harus digunakan NH3 berlebih.

Iktan N-H dalam amina merupakan bentuk tereduksi dari nitrogen, sedangkan ikatan N-C dan N-

O merupakan bentuk yang teroksidasi. Karena itu, amina dapat dihasilkan dengan mereduksi

senyawa yang lebih teroksidasi.

NO2

H3CH2, katalis Ni

NH2

H3C

Reduksi amida dan nitril dengan LiAlH4 juga menghasilkan amina,

R CO

NHR'LiAlH4

R CH2 NHR'

LiAlH4 R CH2 NH2R C N

Sifat basa amina

Pasangan elektron bebas pada nitrogen amina menjadikan amina bersifat basa atau nukleofil

N + H-OH N-H OH

amina alkilamonium hidroksida

Ion alkil amonium merupakan asam konjugat dari basa amina,

35

Kesetimbangan asam basa ion alkilamonium:

R-NH3 + H2O RNH2 + H3O+

asam basa Semakin besar kekuatan asam ion alkilaminium (Ka), semakin kecil kekuatan basa aminanya.

Tuliskan tetapan kesetimbangan asam ion alkilaminium!

Mana yang merupakan basa lebih kuat, CH3NH2 atau (CH3)3N?

Ka CH3NH3+ = 2.29 x 10-10 dan (CH3)3NH+ = 1.69 x 10-10

Secara umum, semakin besar kemampuan mendorong elektron suatu alkil, semakin tinggi

kekuatan basa aminanya.

Mana yang lebih besar kekuatan basanya, anilina atau sikloheksilamina?

Dalam anilina, pasangan elektron disebarkan melalui resonansi, tidak dipusatkan hanya pada N,

sehingga menstabilkan bentuk tidak terprotonkan dan meningkatkan sifat asamnya.

NH2 NH2 NH2NH2

Pasangan elektron dalam sikloheksana hanya terlokalisasi di sekitar atom N, menjadikan sifat

basanya meningkat.

NH2

Penyebaran pasangan elektron bebas (delokalisasi) di sekitar atom N melalui resonansi juga

terjadi pada amida. Sifat basa amida jauh lebih kecil dari pada amina yang setara.

Gambarkan resonansi dalam amida!

Karena sifat basanya, amina bereaksi dengan asam kuat (dan asam organik) menghasilkan garam

amoniumnya.

Tuliskan reaksin reaksi antara HCl dengan:

a. CH3CH2NH2 b. (CH3)3N

36

Konsep ini digunakan untuk memisahkan hasil reaksi pada sintesa p-toluidina dengan

mereduksikan p-nitrotoluena. Tuliskan reaksinya!

Amina berfungsi sebagai nukleofil, mengikuti SN2.

Bereaksi dengan asil halida atau anhidrida asam menghasilkan amida dan asam (asam halida atau

asam organik).

Tuliskan reaksi substitusi nukleofil antara:

a. anilina + anhidrida asetat

b. dietilamina + benzoil klorida

Anilina bereaksi dengan asam nitrit pada 0oC menghasilkan senyawa diazonium (bersifat basa)

dan bereaksi dengan asam menghasilkan garam diazonium

N N ClNH2

benzenadiazonium klorida+ H2O+ HCl+ HNO2

HNO2 merupakan senyawa yang tidak stabil pada suhu kamar. Umumnya disiapkan dari garam

nitrit (NaNO2) dengan asam dan disimpan pada suhu rendah.

Di dalam asam, asam nitrit akan menghasilkan ion nitrosonium (NO+).

HO-N=O H+

HO-N=OH+

H2O + N=O

Anilina, sebagai nukleofil akan menyerang ion nitrosonium, diikuti lepasnya proton, kemudian protonasi pada atom oksigen diikuti eliminasi molekul air dan menghasilkan ion diazonium.

N=ONH2 N

HN

HO N=N=O

H

H+

N=N-O-HH

N N

ion benzenadiazonium

37

Ion diazonium cukup stabil pada 0oC, sangat berguna dalam sintesis organik berdasarkan

substitusi nukleofil. Gugus diazonio (-N2+) akan disubstitusi oleh nukleofil dan dilepaskan sebagai

gas nitrogen.

Ar-N≡N + Nu Ar Nu + N2 Misalnya

N N

+ K CN

CN

Ion arildiazonium merupakan suatu elektrofil. Karena muatan positip dari ion itu dapat

didelokalisasi dalam struktur resonansinya, maka bersifat sebagai elektrofil lemah.

N N N N

Ion arildiazonium sebagai elektrofil dapat melakukan reaksi substitusi elektrofilik aromatik

dengan cincin aromatik yang teraktifkan (umumnya tersubstitusi pada posisi para) melalui reaksi

coupling diazo, misalnya fenol atau anilina menghasilkan senyawa azo.

N N

O+

N N

OH

N N

OHsenyawa azo

Semua senyawa azo adalah berwarna, sehingga digunakan sebagai zat warna komersial dalam

industri tekstil atau fotografi. Salah satu senyawa azo yang digunakan sebagai indikator asam basa

adalah metil orange yang berwarna kuning pada pH >4,5 dan berwarna merah pada pH<3.

N N

SO3 Na(CH3)2N

metil orange

Tugas - Tuliskan jalur sintesis metil orange dari N,N-dimetilanilina dengan asam p-

aminobensenasulfonat.

38

- Bagaimana reaksi antara anilina dengan asam klorida, trietilamina dengan asam sulfat,

dietilamonium klorida dengan NaOH dan sikloheksilamina dengan anhidrida asetat.

39