Carbonyl Chemistry (Kimia Karbonil)

Carbonyl Chemistry

(Kimia Karbonil)

3.1 Organometallic additions

            Terdapat 2 jenis reaksi adisi gugus karbonil menjadi alkohol yang menggunakan reagen organologam, yaitu :

A. Reagen Organolithium (Me-Li)

Reagen organolithium ditandai dengan ikatan C-Li. Lithium kurang elektronegatif daripada karbon sehingga ikatan C-Li dapat terpolarisasi menjadi C^{- +}Li. Reagen organolithium lebih reaktif daripada organomagnesium halida (Grignard) dan diharapkan bertindak sebagai nukleofil dan basa yang baik. Reaksi logam lithium pada suhu rendah dengan alkil halida dalam pelarut hidrokarbon menghasilkan alkil litium. Organolithium bereaksi dengan aldehid, keton dan ester untuk menghasilkan alkohol sebagai suatu reaksi adisi. Salah satu contohnya dengan menggunakan keton membentuk alkohol tersier (3°) :

Reaksi dengan : (1) Aldehida membentuk alkohol sekunder (2°), (2) Keton membentuk alkohol tersier (3°) dan (3) Ester membentuk keton.

B. Reagen Grignard (MeMg-X)

Reagen Grignard merupakan senyawa alkil-/aril- Magnesium Halida dengan rumus umum RMg-X, dimana X adalah halogen dan R adalah gugus alkil atau aril. Reagen Grignard sederhana yang umum digunakan berupa CH₃CH₂MgBr.

Pada reaksi adisi Nukleofilik oleh reagen Grignard, R bertindak sebagai nukleofil yang bermuatan parsial negatif (R:^{- +}MgX). Aldehida membentuk alkohol sekunder (2°) pada reaksi dengan pereaksi Grignard dalam larutan eter. Sedangkan keton membentuk alkohol tersier (3°).

Pada reaksi Grignard, dimulai dari kompleksasi asam-basa Mg²⁺ ke atom oksigen karbonil dari aldehida atau keton, sehingga membuat gugus karbon karbonil menjadi Elektrofil yang baik. Penambahan Nukleofil R:^- menghasilkan intermediet tetrahedral Magnesium Alkoksida (-OMgX). Protonasi menggunakan air atau asam encer secara terpisah dapat menghasilkan alkohol netral. Adisi Grignard memiliki irreversibel yang lebih efektif karena karbanion adalah leaving group yang terlalu buruk sehingga sulit dilepaskan. Mekanisme reaksinya sebagai berikut :

3.2 Alkylations

            Reaksi alkilasi enolat dilakukan menggunakan alkil halida. Alkilasi terjadi bila anion enolat (nukleofilik) bereaksi dengan alkil halida (elektrofilik) dan memaksa lepasnya leaving group melalui mekanisme SN2. Reaksi dapat terjadi pada atom oksigen enolat atau karbon alfa, tetapi secara normal terjadi pada atom karbon.

3.3 Michael reactions

            Reaksi Michael adalah reaksi adisi nukleofilik terhadap senyawa α,β-karbonil tidak jenuh yang memiliki suatu ikatan rangkap dua yang elektrofilik secara tidak biasa (akibat resonansi).

Saat karbon betanya bersifat elektrofilik karena membagi muatan positifnya secara parsial ke karbon karbonil melalui resonansi, maka terjadi serangan pada gugus karbonil. Selanjutnya akan terjadi protonasi pada oksigen yang menyebabkan adanya adisi 1,2. Sementara apabila serangan terjadi pada posisi beta, maka atom oksigen akan bersifat nuklofilik, dan adisi yang terjadi adalah 1,4 adisi.

3.4 Carbonyl condensation reactions

            Reaksi kondensasi adalah reaksi antara dua molekul atau lebih yang bergabung menjadi satu molekul yang lebih besar, dengan melepas satu atau tanpa hilangnya suatu molekul kecil (seperti air).

Kondensasi aldol adalah sebuah reaksi organik antara ion enolat dengan senyawa karbonil , membentuk β-hidroksialdehida atau β-hidroksiketon dan diikuti dengan dehidrasi, menghasilkan sebuah enon terkonjugasi. Kondensasi aldol melibatkan adisi nukleofilik dari sebuah enolat keton (nukleofil) ke sebuah karbon aldehida (elektrofil) yang membentuk β-hidroksi keton atau sebuah "aldol" (aldehida + alkohol).

Kondensasi Aldol mengalami 2 tahap : reaksi pembentukan karbanion (enolat keton) dan reaksi dehidrasi. Terdapat 2 jalur reaksi yaitu menggunakan basa kuat (jalur enolat keton) dan menggunakan katalis asam (jalur enol).

3.5 Asymmetric synthesis via enolates

Sintesis kiral juga disebut sintesis asimetris, adalah sintesis yang mempertahankan atau memperkenalkan kiralitas yang diinginkan. Pada prinsipnya, ada tiga metode yang berbeda untuk menginduksi asimetri dalam reaksi. Ada dapat berupa satu atau beberapa pusat stereogenik tertanam dalam merangsang kiralitas substrat dalam reaksi (kontrol substrat) atau eksternal sumber menyediakan induksi kiral (kontrol reagen). Dalam kedua kasus yang diperoleh Stereoselektivitas mencerminkan perbedaan energi antara transisi diastereomerik dasar.

Contoh reaksinya yaitu pada pembantu imida kiral seperti Evans 'N-acyloxazolidinones (1.43) yang digunakan untuk alkilasi asimetris dan asimetrisaldol kondensasi (Skema 1.10) :

3.6 Ring-forming reactions

            Reaksi pembentukan cincin atau reaksi penutupan cincin dalam kimia organik adalah istilah untuk reaksi yang memperkenalkan satu atau lebih cincin ke dalam molekul. Reaksi pembentukan heterosiklik adalah reaksi yang memperkenalkan heterosiklik baru. Kelas-kelas penting dari reaksi pembentukan cincin termasuk annotes dan sikloadisi.

            Beberapa reaksi pembentukan cincin yaitu :

1.      Azide-alkyne Huisgen cycloaddition

2.      Bischler–Napieralski reaction

3.      Bucherer carbazole synthesis

4.      Danheiser annulation

5.      Diels–Alder reaction

6.      Fischer indole synthesis

7.      Larock indole synthesis

8.      Paal–Knorr synthesis

9.      Pictet–Spengler reaction

10.   Pomeranz–Fritsch reaction

11.   Ring-closing metathesis

12.   Robinson annulation

13.   Skraup reaction

The Diels–Alder Cycloaddition Reaction. Diena terkonjugasi dapat mengalami reaksi adisi dengan alkena menghasilkan produk sikloheksena tersubstitusi. Misalnya pada reaksi adisi 1,3-butadiena dengan 3-buten-2-on yang membentuk 3-sikloheksenil metil keton sebagai produk.

Contoh diatas merupakan reaksi sikloadisi Diels–Alder karena membentuk dua ikatan karbon–karbon dalam satu langkah untuk membuat molekul siklik. Mekanisme sikloadisi Diels-Alder berbeda dari reaksi lain karena tidak bersifat polar maupun radikal. Sebaliknya, reaksi Diels-Alder adalah proses perisiklik (reaksi yang berlangsung dalam satu langkah melalui redistribusi siklik dari elektron ikatan). Kedua reaktan hanya bergabung bersama melalui keadaan transisi siklik di mana dua ikatan C-C baru terbentuk pada saat yang sama.

Question???

1. Mengapa reagen organolithium lebih reaktif daripada organomagnesium halida?

2. Bagaimana pada reaksi adisi nukleofilik antara reagen organolithium dengan ester menghasilkan produk berupa keton?

REFERNSI

Clayden, J.,  N. Greeves., S. Warren dan P. Wothers. 2001. Organic Chemistry. UK : Oxford University Press.

elisa.ugm.ac.id/legacy/user/archive/.../9690b583645b336782d93f71524f0558

Heathcock, C. H. 1991. Comp. Org. Syn. Oxford : Pergamon.

http://www.chemtube3d.com/Organometallics%20%20Addition%20to%20a%20carbonyl%20group.html

McMurry, J.E. 2012. Organic Chemistry, Eighth Edition. USA : Cengage Learning.