D i r an an g k u m o l eh eh : J . S. S. A m i S o e w a n d i T u t u k B . So So e w a n d i
1
Definisi turunan asam karboksilat:
Senyawa yang mempunyai gugus asil (R-C=O) terikat pada atom elektronegatif elektronegatif Apabila Apabila dihidrolisis akan menghasilkan bentuk bentuk asam karboksilatnya O
O
O
O
C
C
C
C
R
OH
asam karboksilat arboksilat
R
R
X
halida asam X = F, Cl, Cl, Br, Br, I
O
O
C
C OR'
est er
R
R
O
R
anhidrida asam
R
C
NH2 amida
nitril
N
Definisi turunan asam karboksilat:
Senyawa yang mempunyai gugus asil (R-C=O) terikat pada atom elektronegatif elektronegatif Apabila Apabila dihidrolisis akan menghasilkan bentuk bentuk asam karboksilatnya O
O
O
O
C
C
C
C
R
OH
asam karboksilat arboksilat
R
R
X
halida asam X = F, Cl, Cl, Br, Br, I
O
O
C
C OR'
est er
R
R
O
R
anhidrida asam
R
C
NH2 amida
nitril
N
Tatanama Turunan Asam Karboksilat Halida asam : asil + halida
H3C
O
O
O
C
C
C Br
Cl
asetl asetl klorida klorida (dari asam asetat) etan etanoil klorida klorida (dari asam etanoat)
benzoil bromida (dari (dari asam benzoat benzoat))
Cl
O
O
C
C C H2
Cl
Cl
sikloheksanakarbonil klorida (dari asam siklohek sikloheksanaka sanakarboksila rboksilat) t)
Malonil klorida (dari asam malonat) Propanadioil diklorida (dari asam propanadioat)
awalan anhidrida (tanp (tanpa a kata asam) O O
O
O O
H3C
O
CH3 O
anhidrida asetat nh i d r i d a m o n o k ar ar o k s i l a t ( a nh t a k t e r s u b s t i t u s i ) O
anhidrida benzoat ( a nh nh i d r i d a s i m e t r i s ) O O
O
O O
ClH2C
O
CH2Cl
anhidrida bis(kloroasetat) ( a nh nh i d r i d a m o n o k ar ar b o k s i l a t t e r s u b s t i t u s i )
H3C
O
anhidrida asetat benzoat (ur ut an abj abj ad )
anhidrida suksinat h i d r i d a s i k l i s ) (a n hi
alkil alkanoat O
O H3C
O
CH2CH3
H3CO
O
O C H2
dimetil malonat (= dimetil propanadioat) propanadioat)
etil etil asetat asetat (= etil etanoa etanoat) t) O C
O
OCH3
C(CH3)3
sikloheksanakarboksilat t er t -butil sikloheksanakarboksilat
O OCH3
C
O
Br metil p .bromobenzoat
O
OCH OC H2CH2Br
2-bromoetil benzoat
-butirolakton
alkan(a) + amida O
O
O
C
C
C
H3C
NH2
etanamida (dari asam etanoat) asetamida (dari asam asetat)
CH3(CH2)3CH2
NH2
heksanamida (dari asam heksanoat)
NH2
siklopentanakarboksamida (dari asam siklopentanakarboksilat)
O
CH3CH2
O
CH3
O N H
CH3
N-metilpropanamida
N
N(C2H 5)2
CH3
O N,N-dietilbenzamida
N H
1-metilpirolidin-2-on (N-metil- -butirolaktam)
3-metilpirolidin-2-on ( -metil- -butirolaktam)
C H3C
C
H2 C
N
CN
N
asetonitril (dari asam asetat) = metil sianida
benzonitril (dari asam benzoat) = fenil sianida
fenilasetonitril (dari asam fenilasetat) = benzil sianida
CN CH3 CH3CHCH 2CH2CN 4-metilpentananitril = 3-metil-1-sianobutana = isoamil sianida
H CH3 CH3 2,2-dimetilsikloheksananitril (dari asam 2,2-dimetilsikloheksana karboksilat)
Tioester (RCOSR’) Tata nama sesuai dengan ester terkait : Bila ester terkait mempunyai nama umum (nama trivial), ditambah awalan tio pada bagian karboksilatnya
e.g. asetat
tioasetat
Bila ester terkait mempunyai nama sistematik, akhiran –oat atau -karboksilat diganti dengan –tioat atau –karbotioat
e.g. butanoat butanatioat sikloheksanakarboksilat
H 3C
O
O
C
C CH3CH2CH 2
SCH3
Metil tioasetat
sikloheksanakarbotioat O C SCH3
SCH2CH3
Etil butanatioat
Metil s ikloheksanakarbotioat
Asil fosfat (Banyak ditemui pada makluk hidup) Penamaan : a s i l + f o s f a t NH2 O
O
O
O
C
P
C
P
O
O O
H 3C
O
N O
O
CH2
N
O
Benzoil fosfat OH
NH N Asetil adenosil fosfat
Soal Latihan Beri nama kimia senyawa berikut (IUPAC dan trivial, kalau ada) 1.
2.
O
C
CH2=CHCCl
4.
O O
O
Br O
5. CH2CO2CH2CH3
6.
8.
O
CH3CNHC 6H5 (CH3)2CHCN
CO2CH3 NH2
O
C 6H5CN(CH2CH3)2
10.
O
C
Br
HCOCCH3 7.
O
O
3.
9. H3C
CH2CN
Reaksi Substitusi Nukleofilik (SN) pada gugus Asil Mekanisme reaksi Serangan Nu: terhadap gugus asil berlangsung dua tahap : 1. Serangan Nu: (atau Nu:H) menghasilkan intermediat tetrahedral (tahap penentu kecepatan reaksi) 2. Pasangan elektron atom O mengantikan gugus pergi Y ( Y = leaving group) membentuk senyawa karbonil baru
Hal-hal yang mempengaruhi reaksi SN-asil Kereaktifan turunan asam karboksilat bergantung pada kemudahan pembentukan intermediat tetrahedral; dipengaruhi oleh oleh dua hal
P en g a r u h s t er i k dan p e n g a r u h e le k t r o n i k
P en g a r u h s t e r i k : Makin meruah (bulky) gugus-gugus pada C- α maka reaksi makin sulit terjadi. Contoh : asetil klorida jauh lebih reaktif dibandingkan 2,2dimetilpropanoil klorida Sehingga urutan kereaktifan ; O
O R
C C
R
R
<
R
C C
R
H
O
O
<
R
C C
H
H
<
H
C C
H
H
Pengaruh elektronik : Mempengaruhi polarisasi gugus C=O, disebabkan oleh dua hal :
Substituen pada inti aromatis
Keelektronegatifan gugus lepas Y
Pengaruh substituen: O
O
>
> H3CO polarisasi lebih mudah
O
H polarisasi C=O
Cl polarisasi lebih sulit
Pengaruh keelektronegatifan gugus Y (gugus pergi) Makin elektronegatif gugus Y, makin reaktif terhadap SN-asil Urutan kereaktifan turunan asam karboksilat O
O
O
NH2 amida
kurang reaktif
<
<
< R
O
O
R
OR' ester
R
O
R
anhidrida asam
R
Cl
klorida asam lebih reaktif
kereaktifan
Transformasi gugus fungsi berdasarkan beda kereaktifan lebih reaktif
O
R k e r e a k t i f a n
Cl
O
O
klorida asam R
O
R
O
anhidrida asam R
OR'
O
ester R kurang reaktif
NH2 amida
Jenis Reaksi Substitusi Nukleofilik (SN) pada Asil
Soal Latihan
Urutkan kereaktifannya terhadap asil substitusi nukleofilik : (a)
O
O
O
C
C
C
H3C (b)
H 3C
Cl
H3C
OCH3
NH2
O
O
O
C
C
C
H 3C
OCH3
H 3C
H 3C
OCH2 CCl3
OCH(CF 3) 2
Perkirakan produk yang terbentuk pada reaksi asil substitusi nukleofilik berikut ini : (a)
(b)
O NaOH
C H 3C
(c)
H 3C
OCH3
O
O
C
C O
H2O
? H3C
CH 3OH
NH3
C
(d)
Na+ -OCH3
CH 3
O
?
Cl
O
CH 3NH2
C H 3C
?
SCH 3
?
Substitusi nukleofilik (SN) pada asam karboksilat 1.
Konversi asam karboksilat menjadi halida asam, dengan cara mereaksikan asam karboksilat dan tionil klorida O
C
OH
H 3C
O
CH3
SOCl2
Cl
H3C
CH3 SO2
CH3
HCl
CH3
asam 2,4,6-trimetilbenzoat
2.
C
2,4,6-trimetilbenzoil klorida
Konversi asam karboksilat menjadi anhidrida asam, e.g. dehidratasi asam dikarboksilat pada suhu tinggi
H 2C
O C OH
H 2C
OH
C
O asam suksinat
2000C
H2C
O C O
H2C
C O
anhidrida suksinat
Substitusi nukleofilik pada asam karboksilat (lanjutan) 3.
Konversi asam karboksilat menjadi amida. Tidak dapat disintesis langsung, harus diubah dahulu menjadi halida asam. Asam karboksilat dgn NH 3 atau amina membentuk garam O
O R
NH3 R
OH
asam karboksilat
4.
O NH4
amonium karboksilat
Konversi asam karboksilat menjadi ester . Disintesis dari asam karboksilat dan alkohol dengan adanya sedikit asam mineral sebagai katalis. Reaksi ini disebut esterifikasi Fischer (ditemukan tahun 1895 oleh Fischer dan Speier). O H C
OH
OH asam mandelat
CH3CH2OH
HCl etanol
O H C
OCH2CH3
OH etil mandelat (86%)
H2O
Mekanisme reaksi esterifikasi Fischer O
H+ O R
OH OH
R
R' OH
H R HO
OH
O
R'
H
O O
R H O
+
H3O
R
OR'
H
OR' H
:OH2
Halida Asam Pembuatan Halida asam : SOCl 2
O R
O R
Cl
R
OH
asam karboksilat
klorida asam
O
PBr 3
Br
bromida asam
Mekanisme reaksi asam karboksilat + tionil klorida : O O R
Cl
S
O Cl R
OH
O S
O
O Cl Cl
R
O O
S
HCl Cl
H : basa
asam karboksilat O R
O
O O
S
klorosulfit
Cl
Cl-
R Cl
klorosulfit
O O
S
O SO2 Cl
R
Cl
klorida asam
Cl-
Reaksi Halida asam
Reaksi Halida asam (1) 1. Asilasi Friedel-Crafts terhadap senyawa aromatis
2. Hidrolisis ( RCOCl
RCOOH )
Halida asam sangat reaktif, dengan H 2O segera menjadi asam karboksilatnya. Pada reaksi terbentuk HCl, perlu ditambah basa (NaOH atau piridin) agar bereaksi dengan HCl tersebut
Reaksi Halida asam (2) 3. Alkoholisis ( RCOCl
RCOOR’ )
Perlu ditambah basa NaOH atau piridin agar bereaksi dengan HCl yang terbentuk selama reaksi
Sangat dipengaruhi oleh halangan sterik pada alkohol. Urutan kereaktifan alkohol : primer > sekunder > tersier. Dapat dipakai untuk pembentukan ester secara selektif
4. Aminolisis ( RCOX
RCONH2 )
Halida asam dengan amonia, amina primer, atau amina sekunder segera membentuk amida Perlu ditambahkan dua mol. ekuivalen amina; satu mol bereaksi dengan halida asam, satu mol lagi bereaksi dengan HCl
Apabila amina yang dipakai mahal harganya atau sulit didapat,reaksi dilakukan dengan satu mol amina dan satu mol basa yang murah (e.g. NaOH)
5. Reduksi ( RCOX
RCH2OH )
Halida asam dengan reduktor LiAlH 4 menghasilkan alkohol primer
Reaksi ini jarang dilakukan karena reduksi asam karboksilat memberikan hasil yang sama
6. Reaksi dengan pereaksi Grignard RMgX dengan halida asam menghasilkan alkohol tersier (mengandung dua gugus sama yang berasal dari RMgX) Senyawa keton yang terbentuk tidak dapat diisolasi karena segera bereaksi lebih lanjut dengan RMgX
Soal Latihan Selesaikan reaksi berikut, dan beri nama kimia senyawa awal maupun produk yang terjadi : 1. Asetil klorida + tert.butil alkohol + N,N-dimetilanilina 2. p. Nitrobenzoil klorida + 2 mol CH 3MgI, dilanjutkan hidrolisis 3. Benzena + propanoil klorida, katalis AlCl 3 4. Asam malonat + SOCl 2, hasilnya direaksikan dengan 2 mol etanol dengan
adanya piridin
Bagaimanakah memperoleh amida berikut dari bentuk halida asam dan amonia atau amina : a. CH3CH2CONHCH3 b. N,N-dietilbenzamida c. propanamida , Bagaimana mensintesis ester berikut dari bahan awal halida asam : 1. CH3CH2COOCH3 b. CH3COOCH2CH3 c. etil benzoat Metode mana yang dipilih untuk sintesis sikloheksil benzoat : esterifikasi Fischer atau reaksi antara suatu halida asam dan alkohol. Jelaskan !
Anhidrida Asam Pembuatan anhidrida asam Metode paling umum melalui SN-asil antara halida asam dan ion karboksilat (baik untuk anhidrida simetris maupun tak-simetris)
Untuk anhidrida siklis, diperoleh dari pemanasan asam dikarboksilat (hanya anhidrida cincin 5 dan 6 yang stabil)
Reaksi anhidrida asam Jenis reaksi mirip pada anhidrida asam sangat mirip dengan halida asam, tetapi reaksinya berlangsung lebih lambat (mengapa ?)
Beberapa contoh reaksi anhidrida asam :
Contoh manfaat reaksi anhidrida asam dalam sintesis Ester dan Amida Anhidrida asam sering dipakai untuk asetilasi terhadap gugus –OH (menghasilkan ester) atau terhadap gugus –NH2 (menghasilkan amida)
Gugus asetil juga sering dipakai sebagai gugus pelindung atau untuk mengurangi kereaktifan suatu senyawa Contoh : Senyawa o-aminotoluena dapat ternitrasi pada C-3 dengan cara lebih dahulu mengubah gugus amino menjadi gugus amido, dilakukan reaksi nitrasi, kemudian gugus amido dihidrolisis kembali menjadi senyawa amina.
Apa yang terbentuk bila o-aminotoluena langsung mengalami nitrasi ? Hasil samping (± 45%) dalam bentuk senyawa apa ? O
CH3 NH2
O
C H 3C
CH3
C O
CH3
H N
O C
CH3
HNO3 / H2SO4
CH3 NO2
o-aminotoluena H2O CH3 NH2
C H3C
O
O C
CH3
O
H N
NO2
2-amino-3-nitrotoluena (55%)
-
OH
Ester Senyawa ester banyak dijumpai di alam, umumnya berbau spesifik. Ikatan ester juga terdapat pada lemak hewani maupun molekul biologis lain. O
CH2OCOR
O
CHOCOR CH3CH2CH2CH2
OCH3
metil butanoat (dari nenas)
H3C
OCH2CH2CH(CH3)2 isopentil asetat (dari pisang)
CH2OCOR struktur lemak R = rantai as lemak C11-17
Nama Trivial
Struktur
Bau
Metil asetat
CH3CO2CH3
Harum
Etil asetat
CH3CO2CH2CH3
Harum
Propil asetat
CH3CO2(CH2)2CH3
Buah peer
Etil butirat
CH3(CH2)2CO2CH2CH3
Nenas
Isoamil asetat
CH3CO2CH2)2CH(CH3)2
Pisang
Isobutil propionat
CH3CH2CO2CH2CH(CH3)2
Rum
Metil salisilat
o-OHC6H4CO2CH3
Minyak gondopuro
Pembuatan ester 1)
Dari ion karboksilat dan alkil halida primer (melalui SN-2)
2)
Dari asam karboksilat dan alkohol dengan katalis asam mineral. (disebut esterifikasi Fischer); bersifat reversible
3)
Dari halida asam dan alkohol dengan adanya basa
Contoh reaksi pembuatan ester (1) 1. Dari ion karboksilat dan alkil halida primer (SN-2)
2. 2. Dari asam karboksilat dan alkohol, katalis asam
Contoh reaksi pembuatan ester (2)
3. Dari halida asam dan alkohol (untuk fenol dan alkohol gugus meruah)
4. Dari anhidrida asam dan alkohol atau fenol
Lakton (Ester siklis)
Asam hidroksi karboksilat apabila dipanaskan dalam larutan asam akan membentuk ester siklis yang disebut l a k t o n .
Beberapa senyawa lakton di alam :
Bentuk lakton yang stabil adalah cincin-5 dan cincin-6.
Sifat kimia lakton sama seperti ester pada umumnya.
Reaksi Ester
1. Hidrolisis ester ( RCOOR’
RCOOH )
Ester akan terhidrolisis baik dalam larutan asam maupun larutan basa. 1.
Hidrolisis dalam asam merupakan reaksi reversible. Mekanisme reaksi merupakan kebalikan dari mekanisme reaksi esterifikasi Fischer,
2.
Hidrolisis dalam basa, disebut juga reaksi saponifikasi atau reaksi penyabunan. Reaksinya berlangsung searah.
1. Hidrolisis ester ( RCOOR’ (lanjutan)
RCOOH )
3. Mekanisme reaksi saponifikasi (penyabunan ester) :
2. Aminolisis ( RCOOR’
RCONH2 )
Jarang dilakukan, karena lebih mudah dari bahan awal halida asam.
3. Reduksi ( RCOOR’
RCH2OH )
Ester mudah direduksi oleh LiAlH4 menjadi alkohol primer (dari asam karboksilat) dan alkohol lain (dari gugus alkil).
4. Dengan pereaksi Grignard Ester maupun lakton dengan RMgX akan menghasilkan alkohol tersier yang mempunyai dua substituen sama.
Amida Amida
kurang reaktif dibandingkan turunan asam karboksilat lainnya.
Ikatan
amida cukup stabil seperti yang terdapat pada ikatan antar asam amino dalam protein.
Amida merupakan basa yang sangat lemah (bandingkan dengan amina).
Hal ini disebabkan adanya resonansi pada amida, sehingga atom N tidak bersifat basa dan tidak bersifat nukleofilik
Pembuatan Amida Dari halida asam atau anhidrida asam dengan amonia, mono- atau dwisubstitusi amina (bagaimana dengan amina tersier ?)
Pemanasan asam amino karboksilat akan membentuk laktam (amida siklis)
Reaksi Amida 1. Hidrolisis ( RCONH2 RCOOH ) Amida mengalami hidrolisis menjadi asam karboksilat dan amina bila dipanaskan dalam larutan asam maupun basa. Hidrolisis amida oleh asam atau basa berjalan searah (irreversible) Mekanisme reaksinya mirip hidrolisis ester tetapi perlu kondisi reaksi lebih kuat.
Hidrolisis oleh asam
Hidrolisis oleh basa
2. Reduksi ( RCONH2
RCH2NH2 )
Amida direduksi oleh LiAlH4 menghasilkan amina Reduksi terhadap laktam menghasilkan amina siklis
Produk apa yang terjadi bila 5,5-dimetil-2-pirolidon direduksi dengan litium aluminium hidrida ?
Antibiotika Penisilin dan Sefalosporin Adalah antibiotika yang mengandung cincin β-laktam. Penisilin ditemukan oleh Alexander Fleming (1928); diisolasi dari jamur Penicillium notatum. Dapat menghambat pertumbuhan bakteri Staphylococcus aureus. Cincin β-laktam (dari Penisilin maupun Sefalosporin) berinteraksi dengan enzim transpeptidase sehingga enzim tersebut tidak aktif. Bakteri akan mati karena kekurangan enzim transpeptidase yang diperlukan untuk pembentukan dinding sel bakteri.
Senyawa ter kait dengan amida (1) Kelebihan Nitrogen pada metabolisme protein oleh hewan tingkat tinggi diekskresi sebagai u r e a . Pada hewan tingkat rendah ekskresi berupa a m o n i a , sedangkan pada reptil dan burung mengekskresi g u a n i d i n .
Urea dipakai untuk sintesis golongan obat barbiturat (untuk obat penenang) dengan cara mereaksikan dengan dietil malonat
Senyawa yang ter kait dengan amida (2)
Nitril Pembuatan Nitril 1. Substitusi nukleofilik (SN-2) antara anion CN dan alkil halida
primer
2. Aril nitril paling baik dibuat dari garam diazonium
3. Dehidratasi terhadap amida primer menggunakan SOCl 2; P2O5;
atau anhidrida asetat (prosedur umum pembuatan nitril)
Reaksi Nitril 1. Hidrolisis nitril Reaksi hidrolisis terjadi dalam larutan asam maupun basa Hidrolisis asam : Mula-mula akan terbentuk amida, yang akan terhidrolisis lebih lanjut menjadi asam karboksilat dan ion amonium
Hidrolisis basa :
Adanya basa mengubah nitril menjadi ion karboksilat dan amonia. Dengan pengasaman ion karboksilat diubah menjadi asamnya
2. Reduksi nitril Dengan pereaksi LiAlH 4 nitril direduksi menjadi amina primer Bila dipakai reduktor DIBAH (diisobutil Aluminium Hidrida) yang terbentuk adalah aldehid
3. Dengan pereaksi Grignard Nitril akan menghasilkan keton
Contoh senyawa nitril pada organisme hidup OH O
CN
H3 CO
N
HOH 2C
H H3 C
N
H O
H
CH3
atom C-asetal
O
HO HO
O OH H 3C
N O
H
Cyanocycline A Diisolasi dari bakteri Streptomyces lavendulae Mempunyai aktivitas antimikroba dan antitumor
CN
Lotaustralin (suatu glikosida sianogenik) Hidrolisis dalam a sam a.l. menghasilkan HCN (beracun) Untuk perlindungan bagi tanaman
Reaksi Hell-Volhard-Zelinskii Brominasi Cα dari karbonil
Brominasi Cα dari asam karboksilat
Asam β-keto Contoh :
1. Dekarboksilasi Apabila dipanaskan, asam β-keto akan melepaskan CO2
Pada pemanasan, senyawa bukan asam β-keto tidak dapat mengalami dekarboksilasi.
Soal : 1. Bagaimana caranya agar dietil malonat dapat terkarboksilasi ? 2. Apa yang terbentuk pada pemanasan asam suksinat ? 3. Tentukan asam karboksilat yang terjadi pada pemanasan asam 2-isopropilpropanadioat
2. Keasaman Hα: Karena diapit oleh dua gugus C=O yang berperan sebagai penarik elektron, maka atom Hα bersifat asam ( dengan basa membentuk ion enolat )
3. Substitusi nukleofilik ( ion enolat ) pada Cα
R – X + :Nu
R-Nu + :X -
Sintesis asam karboksilat dari ester malonat Bagaimana cara mensintesis asam butanoat dari etil malonat ?
