Download - Ko i Alkohol
Alkohol dan Fenol
Based on McMurry’s Organic Chemistry, 7th edition©2008 Ronald KlugerDepartment of ChemistryUniversity of Toronto
2
Alkohol Alkohol dan Fenolmerupakan derivasi
senyawa organik dari Air (H-OH), dimana satu atom Hidrogennya diganti dengan Alkil (R-OH) atau Aril (Ar-OH).
Alkohol (R-OH) mempunyai gugus fungsional hidroksil (-OH) yang terikat pada atom karbon jenuh (terhibridisasi sp3). Sedangkan gugus Hidroksil pada Fenol (Ar-OH), terikat pada atom tidak-jenuh (terhidridisasi sp2)
Alkohol merupakan solven yang penting dan intermediet sintesis.
Metanol, CH3OH, disebut juga metil alkohol, merupakan solven , bahan bakar tambahan, diproduksi dalam jumlah banyak
Etanol, CH3CH2OH, disebut etil alkohol, merupakan solven, bahan bakar dan minuman
Fenol, C6H5OH (“fenil alkohol”) adalah alkohol aromatis
Alkohol, R-OH
3
Alkohol
Gugus OH yang terikat pada sistem vinilik, dimana C-nya terhibridisasi sp2, maka senyawa tersebut disebut enol
4
Klasifikasi Alkohol
Klasifikasi umum alkohol didasarkan pada substitusi pada atom C dimana gugus OH terikat. (disebut C-alkoholik)
Metil alkohol : (C mengikat 3 H),
Alkohol primer (1°) : (C mempunyai 1 R dan 2 H)
Alkohol sekunder (2°) : (C mempunyai 2 R dan 1 H)
Alkohol tersier (3°) : (C mempunyai 3 R dan tak mempunyai H)
Alkohol primer (10) Alkohol sekunder (20) Alkohol tersier (30)
5
Aturan IUPAC untuk Tata Nama Alkohol
Pilih rantai karbon terpanjang yang mengandung gugus OH, dan beri nama rantai utama dengan mengganti akhiran –a dari alkana yang bersesuaian dengan -ol
Beri nomer rantai dari ujung yang paling dekat dengan gugus hidroksil
Beri nomer substituen sesuai dengan posisinya pada rantai, urutkan substituen dalam urutan alfabetikal
2-Metil-2-pentanolBaru: 2-Metilpentan-2-ol
cis-1,4-SikloheksanadiolBaru: cis-Sikloheksana-1,4-diol
3-Fenil-2-butanolBaru: 3-Fenilbutan-2-ol
Aturan IUPAC untuk Tata Nama Alkohol
6
Benzil alkohol(Fenilmetanol)
Allil alkohol(2-propen-1-ol)
tert-Butil alkohol(2-metil-2-propanol)
Etilen glikol(1,2-etanadiol)
Gliserol(1,2,3-propanatriol)
Nama-nama umum, masih juga digunakan
7
Tata Nama Fenol
Gunakan “Fenol” sebagai nama hidrokarbon induk, bukan benzen
Beri nama substituen pada cincin aromatik sesuai dengan posisinya terhadap OH
Fenol(Asam Karbolat)
Metil salisilat
m-Metilfenol(m-Kresol)
2,4-Dinitrofenol
8
Sifat Alkohol dan Fenol
Struktur geometrik Oksigen pada alkohol adalah mirip dengan oksigen pada air, yaitu mempunyai susunan geometrik hibridisasi sp3
Susunan geometrik Alkohol adalah Tetrahedral, dg hibridisasi sp3;Sudut ikatan ~ 109o. (Lihat contoh diatas untuk metanol)
9
Sifat Alkohol dan Fenol
Alkoholdan fenol mempunyai titik didih yang lebih tinggi dibandingkan alkana maupun alkil halida yang sesuai. Mengapa demikian?
JAWAB:1. Atom hidrogen pada gugus OH (dari alkohol maupun fenol
yang satu) yang terpolarisasi positif, mengalami tarikan/ atraksi oleh sepasang non-bonded electrons pada atom oksigen dari gugus OH (dari molekul alkohol/fenol yang lainnya) terpolarisasi negatif,
10
Sifat Alkohol dan Fenol
2. Peristiwa ini akan menghasilkan suatu gaya yang mengikat kedua molekul secara bersama. Peristiwa ini disebut sebagai Atraksi Antarmolekul (Intermolecular attraction). Pada pustaka lama disebut: Fenomena Assosiasi.
3. Peristiwa Atraksi Antarmolekul ini terjadinya pada fasa larutan, dan tidak pada fasa gas. Dan peristiwa inilah yang akan menaikkan itik didih larutan.
CH3-OH
11
Sifat Alkohol dan Fenol : Keasaman dan Kebasaan
Alkohol merupakan Basa Lemah sekaligus juga Asam lemah Alkohol merupakan Basa Lemah Brønsted Protonasi oleh asam kuat akan menghasilkan ion Oksonium,
ROH2+
Alkohol Ion Oksonium(Oxonium Ion)
12
Alkohol dan Fenol : Asam Lemah Brønsted
Dapat mentransfer proton ke Air to a very small extent Menghasilkan H3O+ dan ion alkoksida (alkoxide ion),
RO, atau ion fenoksida (phenoxide ion), ArO
13
Pengukuran Keasaman
Tetapan (konstante) asiditas (keasaman), Ka, mengukur sejauh mana suatu asam Brønsted mentransfer proton ke Air
[A] [H3O+]Ka = ————— dan pKa = log Ka
[HA]
Asiditas relatif lebih convenient untuk ditampilkan dalam skala logaritmik, pKa, yang secara langsung proposional dengan energi bebas dalam keseimbangan.
Senyawa dg nilai Ka kecil, atau nilai pKa besar, bersifat “kurang” asiditasnya, sedangkan senyawa dg Ka besar atau pKa kecil, adalah “lebih” asiditasnya
Perbedaan dalam pKa sesuai dengan perbedaan pada energi bebas.
14
Nilai pKa untuk Jenis Senyawa OH
Asiditas Relatif Alkohol Alkohol-alkohol sederhana mempunyai keasaman yang hampir sama
dengan Air Makin banyak/besar Gugus Alkil membuat alkohol menjadi lebih lemah
keasamannya. Makin mudah ion alkoksida disolvasi oleh air, maka formasinya makin
mendapat dukungan energi. (The more easily the alkoxide ion is solvated by water the more its formation is energetically favored)
Efek Sterik memegang peranan penting.
16
Efek Induktif Gugus Penarik-elektron (Electron-withdrawing groups, EWG) membuat
alkohol menjadi asam yang lebih kuat dengan men-stabilkan konjugat basa (ion alkoksida). Mengapa demikian?
Dengan adanya EWG, maka atom Karbon-alkoholik akan lebih bersifat positif, dan secara induksi elektronik akan menstabilkan muatan negatif dari atom O. Akibatnya akan menurunkan pKa
Sedang bila atom C-alkoholiknya mengikat Electron Donating Groups (EDG), maka atom C tsb akan lebih bersifat negatif, dan tidak bisa menstabilkan muatan O yang juga negatif. Akibatnya akan menaikkan pKa
17
Menghasilkan Alkoksida dari Alkohol Alkohol merupakan asam lemah – dibutuhkan basa kuat untuk
membentuk alkoksida. Basa kuat tersebut a.l.: NaH, natrium amida (NaNH2), dan Pereaksi Grignard (RMgX)
Alkoksida merupakan basa yg digunakan sebagai pereaksi pada kimia organik.
18
Asiditas (Keasaman) Fenol
Fenol (pKa ~10) lebih bersifat asam dibanding alkohol (pKa ~ 16), karena adanya stabilisasi resonansi dari ion fenoksida
Fenol bereaksi dengan larutan NaOH (tetapi tidak untuk alkohol), membentuk garam yang larut dalam larutan encer berair.
Komponen fenolik dapat dipisahkan dari larutan organik dengan ekstraksi pada larutan air-basa dan dapat diisolasi setelah asam ditambahkan pada larutan tersebut.
Fenol Natrium fenoksida(Natrium fenolat)
19
Nitro-Fenol
Fenol dengan gugus nitro pada posisi ortho dan para mempunyai asiditas (keasamaan) yang lebih tinggi.
Stabilisasi Resonansi akibat adanya posisi para EWG terhadap O negatif
20
Review: Peparasi Alkohol
Alkohol bisa dibuat dari beberapa jenis senyawa Gugus hidroksil (OH) alkohol dapat dikonversi menjadi
berbagai gugus fungsional lain. Hal ini membuat alkohol sangat berguna bagi proses sintesis.
Alkohol
AlkenaKeton
Aldehida
Eter
Asam Karboksilat
Alkil halida
21
Review : Preparasi Alkohol dengan cara Hidrasi Regiospesifik
Alkena
1. Hidroborasi/oxidasi: syn, Hidrasi non-Markovnikov , dan2. Oksimerkurasi/ reduksi: Hidrasi Markovnikov
Hidroborasi/oksidasi
Oksimerkurasi/reduksi
1-Metilsikloheksena
trans-2-Metilsikloheksanol (84%), non-Markovnikov
1-Metilsikloheksanol(90%), Markovnikov
22
Review : Preparasi Alkohol dengan cara Hidrasi Regiospesifik
Alkena
1. Mekanisme Hidroborasi/oxidasi Alkena: syn, Hidrasi non-MarkovnikovReaksi terjadi dalam 1 langkah (step) dimana pembentukan ikatan C-H dan C-B terjadi pada saat yang sama dan dari muka yang sama dari ikatan rangkap. Akan menghasilkan regiokimia non-Markovnikov. Note: Tidak melalui mekanisme pembentukan Karbokation
1-Metil-siklopentena
trans-2-Metil-siklopentanol
tidak terbentuk
23
Review : Preparasi Alkohol dengan cara Hidrasi Regiospesifik
Alkena
2. Mekanisme Oksimerkurasi/reduksi: Hidrasi Markovnikov
Mekanisme oksimerkurasi alkena menjadi alkohol:1.Addisi elektrofilik Hg2+ menghasilkan ion merkurium2.Bereaksi dengan Air, disertai lepasnya proton, menghasilkan senyawa organomerkuri3.Reduksi denganh NaBH4 akan melepaskan merkuri, membentuk 1-Metilsiklopen-tanol. Produk reaksi adalah gugus OH masuk pada atom Karbon yang lebih tersubstitusi (mudah membentuk karbokation), sesuai dengan regioselektifitas Markovnikov
1-Metilsiklo-pentena
Ion Merkurium SenyawaOrganomerkuri
1-Metil-Siklopentanol (92%)
24
1,2-Diols
Review: Cis-1,2-diol dari hidroksilasi alkena dengan OsO4 diikuti oleh
reduksi dengan NaHSO3
Trans-1,2-diol dari hidrolisis asam dari Epoksida (epoxides)
I. Alkohol dari Reduksi Senyawa Karbonil
Reduksi senyawa karbonil, umumnya akan menghasilkan alkohol Catatan: Bahwa reaksi reduksi organik, akan menambah dua hidrogen (H2 ) ekivalen pada molekul itu.
25
Senyawa Karbonil Alkohol
[H] adalah reduktor
26
I.1. Reduksi Aldehida dan Keton
Aldehida akan menghasilkan alkohol primer
Keton akan menghasilkan alkohol sekunder
Aldehida Alkohol primer Keton Alkohol sekunder
27
Reduktor Hidrida
NaBH4 (Natrium Borohidrida, sodium borohydride), keuntungan: tidak sensitif terhadap kelembaban dan tidak mereduksi gugus fungsional lainnya.
LiAlH4 (Litium aluminium hidrida, lithium aluminum hydride) merupakan reduktor yg powerful, namun kurang spesifik, dan sangat reaktif terhadap air.
Kedua reduktor hidrida ini memberikan ekivalen ion “H-”
28
Mekanisme Reduksi
Reduktor memberikan ekivalen hidrida atom karbon (C=O), serta mempolarisasi gugus.
Senyawa Karbonil
Intermediat Ion Alkoksida
Alkohol
29
I.2. Reduksi Asam Karboksilat dan Ester
Asam Karbosilat dan esters dapat direduksi untuk menghasilkan alkohol primer (Alkohol 10)
Untuk tujuan tersebut, LiAlH4 lebih terpilih untuk digunakan sebagai reduktor, karena NaBH4 tidak efektif.
30
II. Alkohol dari Reaksi antara Senyawa Karbonil (Aldehida/Keton) dengan Pereaksi Grignard
Alkil, aril, dan vinilik halida bereaksi dengan magnesium dalam eter atau tetrahidrofuran, untuk menghasilkan Pereaksi Grignard, RMgX
Pereaksi Grignard bereaksi dengan senyawa karbonil menghasilkan alkohol.
Pereaksi Grignard
R = Alkil 10, 20, 30, Aril, atau VinilikX = Cl, Br, I
31
Mekanisme Addisi Pereaksi Grignard
Pereaksi Grignard bertindak sebagai Anion Karbanion Nukleofilik (karbanion, :R) dalam mengaddisi gugus karbonil.
Intermediat alkoksida kemudian terprotonasi untuk menghasilkan alkohol.
Senyawa Karbonil
Intermediat Alkoksida
Alkohol
II. Alkohol dari Reaksi antara Senyawa Karbonil (Aldehida/Keton) dengan Pereaksi Grignard
32
Mekanisme Reaksi antara Aldehida/Ketondengan Pereaksi Grignard
Addisi nukleofilik dari gugus alkil: R- pada aldehida/keton menghasilkan intermediat alkoksi magnesium tetrahedral, .....
....yang akan mengalami hidrolisisKetika air ditambahkan. Produk finalAdalah alkohol netral
Intermediattetrahedral
Asam Lewis Mg2+ membentuk suatu kompleks asam-basa dengan basa atom oksigen aldehida/keton, dengan demikian membuat Gugus karbonil menjadi akseptor yang lebih baik
33
Reaksi antara Pereaksi Grignard dengan Senyawa Karbonil (Aldehida/Keton)
Reaksi dg Formadehida
Reaksi dg Aldehida
Reaksi dg Keton
Formaldehida
3-Metilbutanal
Sikloheksanon
Sikloheksilmetanol (65%) (alkohol 10)
3-Metil-1-fenil-1-butanol (73%) (alkohol 20)
1-Etilsikloheksanol (89%) (alkohol 30)
Sikloheksilmagnesiumbromida
Fenilmagnesium bromida
Etilmagnesium Bromida
34
Reaksi antara Pereaksi Grignard dengan Senyawa Karbonil (Ester)
Menghasilkan alkohol tersier, dimana dua substituen karbon berasal dari perekasi Grignard.
Etil pentanoat2-Metil-2-heksanol (85%) (Alkohol 30)
35
Reaksi antara Pereaksi Grignard dengan Senyawa Karbonil (Ester)
Pereaksi Grignard TIDAK mengaddisi asam karboksilat, mereka akan mengalami reaksi asam-basa, dan menghasilkan hidrokarbon Pereaksi Grignard
Asam Karboksilat Garam asam karboksilat
Hidrokarbon
36
Pereaksi Grignard yang mengandung Gugus Fungsional Lain dalam Molekulnya
TIDAK DAPAT dibuat JIKA terdapat Gugus Fungsional reaktif lainnya dalam molekul Grignard.
Pereaksi Grignard, akan terprotonasi oleh gugus fungsional ini.
Pereaksi Grignard, akan mengaddisi gugus fungsional ini.
37
Reaksi-reaksi Alkohol 1. Konversion Alkohol menjadi Alkil Halida
Alkohol 30 bereaksi dg HCl atu HBr via mekanisme SN1 melalui intermediat karbokation
Alkohol 1˚ dan 2˚ diubah menjadi alkil halida dengan penambahan SOCl2 atau PBr3 via mekanisme SN2
Alkohol 3o Karbokation Alkil klorida/bromida
38
Alkohol 1o atau 2o
Klorosulfit Alkil klorida
Dibromofosfit Alkil bromida
Reaksi-reaksi Alkohol 1. Konversion Alkohol menjadi Alkil Halida
39
Reaksi-reaksi Alkohol 2. Konversion Alkohol menjadi Tosilat
Reaksi dg p-toluenesulfonil klorida (tosil klorida, p-TosCl) dalam piridina menghasilkan alkil tosilat, ROTos
Pembentukan tosilat tidak melibatkan ikatan C–O dengan demikian konfigurasi pada pusat khiralitas tetap.
Alkil tosilat bereaksi mirip alkil halida
40
Tosilat untuk tujuan mencapai Stereokimiawi
Reaksi SN2 alkohol via tosilat, menghasilkan inversi pada pusat khiralnya
Reaksi SN2 alkohol via alkil halida berjalan dengan dua kali inversi, memberikan produk dengan khiralitas yang sama sebagaimana starting material alkoholnya.
41
Reaksi-reaksi Alkohol 3. Dehidrasi Alkohol menghasilkan Alkena
Reaksi Umum: Pembentukan suatu alkena dari alkohol melalui hilangnya O-H dan H dari C–H tetangga (disebut dehidrasi) akan memberikan ikatan
Pereaksi Spesifik dibutuhkan
Reaksi Dehidrasi
42
Reaksi-reaksi Alkohol 3.1. Dehidrasi dengan Katalis Asam
Alkohol Tersier (3o) sangat mudah mengalami dehidrasi asam. Alkohol Sekunder (2o) membutuhkan kondisi keras (75%
H2SO4, 100°C) – sehingga molekul-molekul yg sensitif thdp kondisi tsb tidak survive
Alkohol Primer (1o) membutuhkan kondisi sangat keras, - sangat tidak praktis.
Reaktivitas adalah sebagai hasil dari sifat intermediat karbokation.
2-Metil-2-butanol 2-Metil-2-butena (trisubstitusi)
2-Metil-1-butena (disubstitusi)
43
Reaktivitas Dehidrasi dengan Katalis Asam
44
Reaksi-reaksi Alkohol 3.1. Dehidrasi dengan Katalis Asam
Sepasang elektron non-bonded dariatom oksigen alkohol mengikat H+, meng-hasilkan intermediat alkohol terprotonasi
Ikatan C-O pecah, dan sepasang elektron dari ikatan tersebut diambiloksigen, sehingga memberikanIntermediat karbokation,
Sepasang elektron dari ikatanC-H tetangga membentuk ikatan alkena, Dan H+ tereliminasi
Mekanisme Dehidrasi-Asampada Alkohol 3o : Reaksi E1Melibatkan Karbokation
45
Reaksi-reaksi Alkohol 3.2. Dehidrasi dengan POCl3
Fosforus oksiklorida dalam pelarut piridina dapat melakukan dehidrasi terhadap alkohol 2o maupun 3o pada suhu rendah.
Mekanisme E2 via intermediat ester POCl2
Gugus hidroksi alkohol bereaksidg POCl3 membentuk intermediatdiklorofosfat
Eliminasi E2 terjadi dg langkah mekanisme yang umum, yi: amina piridina mengambil satu proton dari karbon tetangga, pada saat yang sama ketika gugus
diklorofosfat lepas.
46
Reaksi-reaksi Alkohol 4. Konversi Alkohol menjadi Ester
Asam Benzoat(Suatu asm karboksilat)
Metil benzoat (ester)
Benzoil klorida (asil klorida)
47
Reaksi-reaksi Alkohol 5. Oksidasi Alkohol
Dapat dilakukan dg pereaksi anorganik, seperti KMnO4, CrO3, dan Na2Cr2O7 atau dg Oksidator yang lebih selektif, dan tentu lebih mahal
48
Reaksi-reaksi Alkohol 5. Oksidasi Alkohol
Oksidator yang lebih selektif, dan tentu lebih mahal, a.l.:Piridinium klorokromat (Pyridinium Chlorochromate = PCC)
Sitronellol(dari minyak mawar)
Sitronellal (82%)
49
Reaksi-reaksi Alkohol 5.1. Oksidasi Alkohol Primer
Untuk membentuk aldehida: oksidator terpilih adalah pyridinium chlorochromate (PCC, C5H6NCrO3Cl) dalam diklorometana
Oksidator lain akan menghasilkan asam karboksilat
Sitronellol (dari Minyak mawar) Sitronellal (82%)
50
Reaksi-reaksi Alkohol 5.2. Oksidasi Alkohol Sekunder
Efektif dg menggunakan oksidator yg tidak mahal, spt: Na2Cr2O7 dm asetat
PCC digunakan untuk alkohol yg sensitif atau alkohol yang mahal, karena reaksi dg PCC dapat berlangsung lunak serta pada suhu rendah
Mekanisme Oksidasi Asam Kromat
Alkohol membentuk ester kromat, diikuti oleh eliminasi (E2) dg transfer elektron sehingga terbentuk keton.
Mekanisme ditentukan oleh observing the effects of isotopes on rates
Alkohol IntermedietKromat
ProdukKarbonil
52
Reaksi-reaksi Alkohol 6. Proteksi Gugus Alkohol
Gugus Hidroksil (OH) dapat dengan mudah mentransfer protonnya ke pereaksi basa.
Peristiwa ini dapat menghalangi terjadinya reaksi yang kita kehendaki
Konversi hidroksil menjadi gugus fungsional (removable, mudah dilepas kembali) yang tidak mengandung proton-asidik, akan dapat memproteksi gugus alkohol tersebut.
53
Metode untuk Proteksi Gugus Alkohol Reaksi gugus OH dengan chlorotrimethylsilane (klorotrimetilsilan) yg
dikatalisis basa organik, menghasilkan eter trimetilsilan (TMS) yg tidak reaktif.
Eter-TMS ini dapat dipecah kembali dg asam atau ion fluorida untuk kembali menjadi gugus alkohol.
Alkohol Klorotrimetilsilan Eter Trimetilsilill (TMS)
Sikloheksanol Eter SikloheksilTrimetilsilil (94%)
54
Reaksi-reaksi Alkohol 6.1. Proteksi-Deproteksi
Contoh proteksi alkohol-TMS dalam sintesis