KIMIA ORGANIK 3
description
Transcript of KIMIA ORGANIK 3
KIMIA ORGANIK 3
SENYAWA AROMATIS SENYAWA AROMATIS HETEROSIKLISHETEROSIKLIS
Daun tembakau yang merupakan bahan pembuat Daun tembakau yang merupakan bahan pembuat rokok, mengandung nikotina, suatu senyawa rokok, mengandung nikotina, suatu senyawa
aromatis heterosiklisaromatis heterosiklisN
N
CH3
Kuliah 2
SENYAWA HETEROSIKLIS ?
Senyawa heterosiklis adalah suatu senyawa berkerangka siklis (cincin) yang tersusun dari atom karbon ( C) dan atom lain, seperti nitrogen (N), oksigen (O), dan belerang (S).
Atom lain yang bukan karbon tersebut disebut heteroatom
Contoh senyawa heterosiklis
N
N
CH3
nikotina
Heteroatom N
BEBERAPA SENYAWA HETEROSIKLIS
N
CH2OH
CH2OH
HO
H3C
vitamin B 6 (piridoksol)
N
O
NH2
vitamin B 3(nikotinamida)
N N
NNO
O
CH3
CH3
kafein
CH3
N
N
NH2
NH2Cl
Et
pyrimetamina (antimalaria)
OMe
Me
Me
minyak maw ar
O
OHHO
H
O
OHH
HOCH 2
vitamin C(asam askorbat)
N N
N N
CO2HCO2H
Fe+Cl -
heme
KLASIFIKASI SENYAWA HETEROSIKLIS
BERDASARKAN SIFAT KEAROMATISAN: Senyawa Heterosiklis Aromatis Dan Nonaromatis
BERDASARKAN KERANGKA CINCIN : Monosiklis Dan Cincin Terpadu (Polisiklis)
JUMLAH HETEROATOM : Monoheteroatom Dan Poliheteroatom
JENIS HETEROATOM : OKSA (berheteroatom O), TIA (berheteroatom S), dan AZA (berheteroatom N)
KLASIFIKASI SENYAWA HETEROSIKLIS
senyawa kafein berdasarkan sifat kearomatisannya dapat dikelompokkan sebagai senyawa heterosiklis aromatis, berdasarkan kerangka cincinnya dapat dikelompokkan sebagai senyawa heterosiklis dengan cincin terpadu, berdasarkan jumlah heteroatom yang dimiliki tergolong senyawa heterosiklis poliheteroatom dengan empat heteroatom, dan berdasarkan jenis heteroatomnya dapat dikelompokkan sebagai senyawa aza.
TATANAMA SENYAWA HETEROSIKLIS
TATANAMA TRIVIAL
Merupakan sistem penamaan nonsistematis
Lazimnya nama trivial dilahirkan berdasarkan pada sifat atau sumbernya, dan tidak merujuk pada strukturnya
Nama pirola (pyrrole) berasal dari Bahasa Yunani untuk ”fiery red” (merah menyala), karena warna khas yang muncul bila batang pinus yang mengandung pirol dicelupkan dalam larutan HCl.
N
N
N
O
N
N
N
NN
N
N
SON
pteridinaisokuinolinakuinolina
purinaisoindolaindola
H
N
N
N
N
N
N
N
N
NHH
piranpirazinapirimidinapiridina
imidazolatiofenafuranpirolaHH
1
3
1
4
1
3
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
2
4
61
2
4
6
1
34
56 7
9
1
45
71
2
45
8 1
3
5
8
TATANAMA SENY HETEROSIKLIS BERSUBSTITUEN
Untuk senyawa-senyawa heterosiklis bersubstituen, diperlukan suatu sistem penomoran.
Sistem penomoran senyawa heterosiklis monosiklis dimulai dari heteroatom, dilanjutkan dengan berputar mengelilingi cincin.
Untuk senyawa berkerangka cincin terpadu, penomoran dimulai dari sebuah atom yang terletak pada posisi setelah sambungan cincin, kecuali pada beberapa kasus, seperti pada purina.
N CH3
CH3
1
2
4
6 N
ClCl
1
345
6
8
2,4-dimetilpiridina 3,6-diklorokuinolina
TATANAMA PREFIKS-SUFIKS (Hantzsch-Widman)
Merupakan gabungan prefiks (awalan) yang menunjukkan jenis heteroatom yang dimiliki, dan akhiran yang menunjukkan ukuran cincin.
Awalan untuk setiap jenis heteroatom tersebut adalah oksa (O), tia (S), atau aza (N), sedangkan akhiran sesuai ukuran cincin tak jenuh yang dimiliki adalah, irena (3), eta (4), ola (5), ina (6), atau epina (7). N
N
azina
S
tiirena
O
oksolaazeta
TATANAMA PREFIKS-SUFIKS Keberadaan dua atau lebih heteroatom dengan
jenis sama ditunjukkan melalui awalan di-, tri-, tetra-, dst, sedangkan jika berbeda jenis, heteroatom dengan prioritas lebih tinggi diberi nomor lebih awal, dan juga disebutkan lebih awal. Urutan prioritas adalah O > S > N.
Pada sistem heterosiklis dengan jumlah ikatan rangkap maksimum, tetapi masih mempunyai sebuah atom jenuh pada cincin, keberadaan atom jenuh tersebut ditunjukkan dengan awalan H dan angka sesuai posisinya
NS
1,2-tiazola
N
NONH
H
1H-azirina 1H-azola 2H-oksina 3H-azepina
TATANAMA PENGGANTIAN
Tatanama ini didasari prinsip penggantian satu atau lebih atom karbon pada suatu sistem cincin karbon oleh heteroatom. Rangka cincin karbon dinamai sesuai dengan aturan IUPAC, dan heteroatom yang terdapat dalam cincin ditunjukkan sebagai awalan. Nama awalan yang digunakan sama dengan sistem tananama prefiks-sufiks, begitu pula dengan aturan-aturan yang terkait dengan keberadaan dua atau lebih heteroatom.
N
N
S
1-tia-2,4-diazasiklopenta-2,4-diena N
N
1,3-diazanaftalena
N N
NO
O
S
azabenzena 1,3-diazabenzena oksasiklopentana 1 oksa-4-tiasikloheksa-2,5-diena-
REAKSI-REAKSI SENYAWA HETEROSIKLIS
N
N
A. Reaksi pada Piridina, senyawa heterosiklis 6 anggota
• Piridina merupakan cincin datar dgn 6 anggota : 5 C sp2 dan 1 N sp2. Ke-6-nya punya orbital p yang tegak lurus dengan bidang cincin, dan berisi satu elektron, mirip benzena.
• Benzena non polar, piridina polar.
• Dibandingkan benzena, piridina mempunyai kereaktifan terhadap elektrofil lebih rendah, sebaliknya mempunyai kereaktifan lebih tinggi terhadap nukleofil.
PEB pada N menyebabkan piridina bersifat basa / nukleofil : reaksi protonasi dan N-alkilasi.
Sebagai basa
Sebagai nukleofil : SN2
Sifat basa ini diperendah dengan keberadaan substituen penarik elektron, terutama yang berada pada posisi , tetapi pada posisi 4 meningkatkan kebasaan melalui mesomeri.
+ HCl N NH Cl+ _
piridinium klorida
N
NMe 2
H+ N
NMe 2
H
+
N + CH3I NCH3 I+ -
N-metilpiridinium iodida
I
H
C
HH
N +
H
C
HH
IN N
H
C
HH
I-+
keadaan transisi
PIRIDINA SEBAGAI BASA / NUKLEOFIL
REAKSI SUBSTITUSI ELEKTROFILIK PADA PIRIDINA
Reaktivitas substitusi elektrofilik pada piridina sejuta kali lebih rendah dibandingkan benzena.
Bila terjadi reaksi, substitusi berlangsung pada posisi 3.
Alkilasi dan asilasi Friedel-Crafts pada piridina tidak berlangsung. Nitrasi berlangsung dengan hasil rendah, begitu pula dengan klorinasi yang memberikan hasil tidak memuaskan.
Brominasi dapat berlangsung dengan baik pada temperatur tinggi (130oC) menggunakan bromin dan asam sulfat berasap untuk menghasilkan 3-bromopiridina.
N + Br+
N
HBr
+N
Br
+ H+
SUBSTITUSI NUKLEOFILIK PIRIDINA Cincin piridina lebih miskin elektron
dibandingkan benzena, sehingga substitusi nukleofilik pada piridina lebih mudah berlangsung. Tetapi hanya nukleofil yang sangat kuat yang dapat mensubstitusi, yaitu sodamida (NaNH2) atau organolitium (RLi).
Posisi substitusi yang paling disukai adalah posisi 2 dan 4.
N
Na+ -NH2
N NH-H2
Na+
+H2O
N NH2
N
+ NaOH
+ Li
N+ LiH
MEKANISME SUBSTITUSI NUKLEOFILIK
N
+ NH2-
NH
NH2- N
- H-
NH H
H -+ - H2
N NH-
Tahap 1 :
Tahap 2 :
NHN-
+
N NH2
HO
H
- OH-
Dalam reaksi antara piridina dengan sodamida, produk awalnya ialah anion dari 2-aminopiridina. Diperlukan proses penambahan air untuk memperoleh 2-aminopiridina. Selain 2-aminopiridina, reaksi ini juga menghasilkan 4-aminopiridina, walaupun hanya diperoleh
dalam jumlah sangat sedikit
POSISI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK
Mengapa substitusi lebih banyak berlangsung pada posisi 2 atau 4, dan tidak berlangsung pada posisi 3 ?
Zat-zat antara untuk substitusi pada posisi 2 dan 4 terutama terstabilkan oleh sumbangan struktur resonansi dengan nitrogen yang mengemban muatan negatif.
- NH2
HN N
H
NH2 NH
NH2
- -
Penyumbang utama
N
H
NH2 NH2
H
NNH2
H
N- -
-
Posisi 2:
Posisi 3:
Substitusi nukleofilik pada 2-bromopiridina atau 4- kloropiridina lebih mudah berlangsung karena terdapat gugus pergi baik, sehingga dapat menggunakan nukleofil yang lebih lemah dari sodamida atau organolitium, yaitu NH3.
N N
NH2
N N
NH3
NH2Br
Cl
NH3
2-bromopiridina
4-kloropiridina
B. REAKSI PADA PIROLA, SENY HETEROSIKLIS LIMA ANGGOTA
N HNH NH
1,81 D
• Pirola : cincin datar, jumlah elektron phi 6, 4 dari C dan 2 dari N, jadi merupakan senyawa aromatis
• Pirola tidak bersifat basa, tetapi bersifat asam lemah
• Pirola bersifat polar dengan muatan positif parsial pada nitrogen
REAKSI PIROLA SEBAGAI ASAM Pirola merupakan asam lemah (pKa =17,5) Tingkat keasaman pirola dapat meningkat dengan
keberadaan gugus penarik elektron, terutama yang berada pada posisi 2 atau 5 (alias posisi ).
Sebagai asam lemah, pirola dapat bereaksi dengan basa kuat, seperti logam Na, etilmagnesiumbromida dan alkillitium untuk menghasilkan produk pirola dengan N tersubstitusi logam, seperti garam natrium pirola, pirolmagnesiumbromida, atau 1-
litiopirola.
NH
N Na- +
NMgBr
NLi
Na
EtMgBreter
RLi
SUBSTITUSI ELEKTROFILIK PIROLA
Cincin pirola kaya elektron, pirola teraktifkan terhadap reaksi substitusi elektrofilik, tetapi terdeaktifkan terhadap reaksi substitusi nukleofilik. Reaksi substitusi elektrofilik pirola dapat berlangsung dengan berbagai elektrofil: nitrasi, sulfonasi, klorinasi, brominasi, asilasi atau alkilasi
Substitusi elektrofilik berlangsung pada posisi 2.
NH
HN
NH
SO3H
asam 2-pirolasulf onat
NO2
2-nitropirola
90%
80%
SO3
piridina
HNO3
(CH3CO)2O
MEKANISME SUBSTITUSI ELEKTROFILIK
Substitusi elektrofilik terutama berlangsung pada posisi 2, walaupun demikian produk substitusi pada posisi 3 dan polisubstitusi juga dihasilkan.
NH
+ E+NH
HE
+
NH
HE+
NH
HE+ + H+
HN E
2-substitusi(disukai)
3-substitusi(tidak disukai)
+
EH
HNN
H
HE
+
E
NH
+ H+
E = NO 2, SO3H, Cl, Br, R, COR
REAKSI PADAKUINOLINA, SENY HETEROSIKLIS
CINCIN TERPADU Kuinolina adalah suatu senyawa heterosiklis
dengan cincin terpadu yang mempunyai struktur mirip naftalena, tetapi terdapat heteroatom N pada posisi 1.
Kuinolina mengandung struktur cincin nitrogen yang berprilaku mirip cincin piridina.
Kuinolina tergolong senyawa aromatis, ditunjukkan oleh jumlah elektron kuinolina (= 10 elektron) yang memenuhi aturan Huckel, 4n + 2, dengan n = 2
N N
REAKSI-REAKSI KUINOLINA BEBERAPA REAKSI KUINOLINA ANALOGI DENGAN PIRIDINA.
PROTONASI (MENGHASILKAN GARAM), N-ALKILASI (MENGHASILKAN GARAM KUARTERNER), DAN SUBSTITUSI NUKLEOFILIK KHUSUSNYA PADA POSISI 2 DAN 4.
N
N H+Cl
-
N
BF 3
NCH 3
+
N C(CH3
)
I-
HCl
reaksi asam-basa
BF 3
pembentukan kompleks
CH 3 I
N-alkilasi
(CH 3 )3 Li
reaksi substitusi nukleofilik
SUBSTITUSI ELEKTROFILIK KUINOLINA
Substitusi elektrofilik pada kuinolina lebih mudah berlangsung dibandingkan pada piridina.
Substitusi tidak berlangsung pada cincin yang mengandung nitrogen (terdeaktifkan), tetapi pada posisi 5, 8, atau keduanya.
Elektrofil yang dapat bereaksi dengan kuinolina adalah NO2
+, Br+, SO3H+.
N
N N
N
NO2
NO2
+
Br
HNO3,H2SO4
0oC
Br2, AlCl3
80oC
52%
48%
SULFONASI KUINOLINA Sulfonasi kuinolina menghasilkan asam 8-kuinolinsulfonat bila
reaksi dilangsungkan pada 90oC (produk kontrol kinetika), akan tetapi pada 300oC, asam 6-kuinolinsulfonat yang dihasilkan (produk kontrol termodinamika).
N N N
H2SO4, SO3
90oC
H2SO4
300oC
SO3H
SO3H
asam 8-kuinolinsulf onat asam 6-kuinolinsulf onat
Koordinat Reaksi
E
N
SO3H
NSO3H
N
SINTESIS SENYAWA HETEROSIKLIS AROMATIS
Sintesis cincin piridina
Pada rute A, diperoleh starting materialnya adalah senyawa karbonil berhidrogen dan suatu aldehida. Kedua senyawa tersebut diperlukan untuk memperoleh senyawa 1,5 dikarbonil yang dapat dilakukan melalui dua tahap reaksi kondensasi aldol. Senyawa 1,5 dikarbonil inilah yang selanjutnya mengalami siklisasi membentuk cincin piridina dengan bantuan ammonia.
Pada rute B, bahan dasar yang diperlukan adalah suatu senyawa 1,3-dikarbonil, ammonia, dan senyawa karbonil berhidrogen .
N
A
H N
N
N OH2
OO
+ NH3
OO
+
O O+
NO OH
B
H2N
O+
O
O
+NH3
1,5-dikarbonil
ammonia
seny . karbonilberhidrogen
seny . 1,3 karboniltak jenuh
aldehidaseny . karbonil
berhidrogen
1,3 dikarbonil
ammonia
seny . karbonil
-
berhidrogen
Analisis retrosintesis
CONTOH SINTESIS CINCIN PIRIDINA YANG DIDASARI ANALISIS RETROSINTESIS RUTE A (SINTESIS HANTZSCH).
Digunakan suatu -ketoester (sebagai senyawa karbonil berhidrogren ), aldehida, dan ammonia.
Rute reaksi melibatkan pembentukan senyawa 1,5-dikarbonil jenuh melalui dua tahap reaksi kondensasi aldol, dilanjutkan dengan reaksi siklisasi yang melibatkan ammonia
H2CO + CH 2
CO2Et
COMe
H2C C
CO2Et
COMe
Et2NH MeCOCH2CO2Et
Et2NH
MeMe
EtO 2C CO2Et
OO
NH3/EtOH
NMe
EtO 2C CO2Et
Me
MEKANISME REAKSI SINTESIS HANTZSCH
C
C
O
OCH2CH3
C CH3
O
H H Et2NHH
O
CH3C
OCH2CH3
O
C
C HCH
O
- H+ H
O CH3C
OCH2CH3
O
C
C CH2
O-
O
CH2C
C
O
OCH2CH3
CCH3O
H
H+H
- H2O
CH3C
OCH2CH3
O
C
C CH2
O
- H+C
C
O
OCH2CH3
C CH3
O
HEt2NHHH
O
CH3C
OCH2CH3
O
C
C
C
C
O O
C
CC
CH3
CO2EtEtO 2C
H3C
H H
H H
NH3
O ON
C
CO2EtEtO 2C
CH3
H3
H2 H
H
-H2O
H2
H3
CH3
EtO 2C CO2Et
O
C
N
NOH
H
CO2EtEtO 2C
CH3H3CH H
H3C CH3
EtO 2C CO2Et
N
- H2O
CONTOH SINTESIS CINCIN PIRIDINA YANG DIDASARI ANALISIS RETROSINTETIS RUTE B
Bahan dasar (starting material) yang diperlukan adalah senyawa 1,3-dikarbonil, ammonia, dan senyawa karbonil berhidrogen .
Pada contoh ini, digunakan pentan-2,4-dion sebagai senyawa 1,3-dikarbonil sekaligus sebagai senyawa karbonil berhidrogen , dan ammonium asetat.
NH3C CH3
COCH3
CH3
OO
H3C CH3
O
H3C
CH3
NH2
O
OH3C
CH3
NH4OCCH3
O
MEKANISME REAKSI CONTOH RUTE B
H3C
CH3O
NH4+ OCCH3
CH3
H3C O
O -NH3 + HOCCH3
O
O
H2N OH
H
H
NH2
O
H3C
CH3
- H2O
O
O
H3C
CH3
O
N
O
CH3
O
CH3
H
CH3
H3C
H
H3C CH3
O
CH3
O
N
- H2O
CH3
- H+
CH3
O
NCH3
O
CH3H3C -H
H
H
H3C
CH3
O
CH3
CH3 OH
N N
CH3
CH3
O
CH3
H3C
-H2O
SINTESIS CINCIN PIROLA Sintesis Paal-Knorr menggunakan senyawa 1,4-dikarbonil
dan suatu amina primer Dalam sintesis ini senyawa 1,4-dikarbonil berperan sebagai
elektrofil, pada tahap awal reaksi dengan amina, maupun siklisasi. Pembentukan ikatan pada tahap siklisasi terjadi tatkala gugus amina zat antara melakukan serangan nukleofilik ke gugus karbonil.
Mekanisme reaksi :
O O
R2NH2 R1 R1
NR1 R1
+
R2
O O
R2NH2 R1 R1
NR1 R1
+
R2
NHR2
HO
R1
O
R1
NR2 R1
OHHO
R1
- 2 H2O
SINTESIS CINCIN KUINOLINA
Sintesis Combes menggunakan turunan benzena tersubstitusi sebagai bahan awal. rantai samping dibangun dan proses siklisasi berlangsung pada posisi ortho benzena yang bebas dari substituen. Sebagai contoh adalah
Mekanisme
1,3-diketonanilina
OO
RR
+
NH2
R
RN
2 H+
NH2
+
R R
O O
N
O
R
R R
RN
OH+
N R
R
anilina 1,3-diketon
H+
2 H+- H2O
R
RN
O
O
H
+
_
H
O
N
O
R
R
H
H-H2O
- H2O
H
N R
R OH
++
H HH
- 2 H+