ABSTRAK REGIOSELEKTIVITAS REAKSI ALILASI

ABSTRAK
REGIOSELEKTIVITAS REAKSI ALILASI FENOL DENGAN
ALIL ALKOHOL ATAU ALIL ASETAT
Oleh
RIAN PEBRIANA
NIM: 30512002
(Program Studi Doktor Kimia)
Senyawa-senyawa turunan fenilpropen merupakan komponen minyak atsiri
tumbuh-tumbuhan yang memiliki berbagai kegunaan biologis yang bernilai
ekonomi. Sebagai contoh, estragol merupakan komponen utama minyak atsiri
bunga kelapa sawit yang bersifat atraktan bagi kumbang Elaeidobius kamerunicus
Faust. Kumbang-kumbang tersebut telah diidentifikasi sebagai penyerbuk kelapa
sawit yang efisien. Dalam industri kimia, estragol adalah bahan baku untuk
memproduksi anetol. Anetol adalah senyawa tambahan yang digunakan dalam
produk makanan, minuman beralkohol, dalam formulasi produk kebersihan mulut,
dan sebagai senyawa antara penting untuk mensintesis senyawa-senyawa farmasi
dan bahan kimia parfum. Contoh lain, eugenol yang merupakan komponen utama
minyak cengkeh, bermanfaat sebagai perisa, aromaterapi, penangkal herbivora,
nematosida, fungisida, dan bakteriosida.
Fenilpropanoid sederhana, yaitu 4-alilfenol (kavikol), merupakan turunan demetil
dari estragol dan merupakan komponen dalam minyak sirih (Piper betle).
Senyawa ini kurang mudah menguap dibandingkan dengan turunan O-metilnya,
estragol, namun karena posisinya sebagai senyawa antara untuk berbagai turunan
fenilpronoid, 4-alilfenol menjadi target yang menarik dalam sintesis senyawa
turunan fenipropanoid. Berbagai metode telah dikembangkan dalam mensintesis
4-alilfenol, yang meliputi reaksi stoikiometrik, reaksi terkatalisis homogen, dan
reaksi terkatalisis heterogen. Metode reaksi secara stoikiometrik diantaranya
reaksi Friedel-Craft, reaksi dealkilasi 1-alil-4-alkiloksibenzen, dan reaksi
organologam dengan organoseng. Contoh reaksi terkatalisis homogen diantaranya
adalah reaksi alilasi ester pinakol asam aliloksifenilboronat dengan katalis
hidrazon-paladium, reaksi alilasi fenol dengan alil tosilat menggunakan katalis
rhodium, dan reaksi alilasi fenol dengan alil bromida dengan menggunakan katalis
α-siklodekstrin. Contoh lainnya adalah reaksi alilasi fenol dengan alil alkohol
menggunakan katalis paladium larut air. Selanjutnya, contoh reaksi terkatalisis
heterogen diantaranya reaksi alilasi fenol menggunakan katalis zeolit mordenit
dengan substrat alil alkohol dan reaksi alilasi fenol menggunakan katalis zeolit Hβ dengan substrat alil asetat. Metode lainnya yang dapat digunakan pada sintesis
senyawa 4-alilfenol adalah penataan ulang Claisen dan Cope terhadap substrat alil
fenil eter. Namun demikian, metode-metode tersebut belum memuaskan, baik dari
sisi rendemen ataupun aspek regioselektivitasnya, sehingga diperlukan metode
alternatif dalam mensintesis senyawa ini.
i
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji regioselektivitas reaksi alilasi fenol
dengan alil alkohol atau alil asetat untuk mensintesis 4-alilfenol dengan berbagai
metode, yang meliputi: 1) sintesis satu-wadah (one pot) 4-alilfenol melalui reaksi
stokiometrik dengan mediasi pereaksi tionil klorida, 2) sintesis 4-alilfenol melalui
reaksi terkatalisis paladium larut air, 3) sintesis 4-alilfenol melalui penataan ulang
alil fenil eter menggunakan katalis zeolit, dan 4) sintesis 4-alilfenol melalui
penataan ulang alil fenil eter menggunakan katalis paladium larut air. Produk
reaksi dari percobaan-percobaan tersebut dianalisis dengan metode GCMS-EI,
GCMS-CI, dan GC-FID untuk ditentukan kondisi optimum yang dikaitkan dengan
rendemen dan regioselektivitas reaksi.
Sintesis satu wadah 4-alilfenol melalui reaksi alilasi fenol dengan alil alkohol
menggunakan reagen tionil klorida dipengaruhi secara signifikan oleh jumlah
tionil klorida, suhu reaksi, waktu reaksi, dan kecepatan pengadukan. Kondisi
optimum reaksi menghasilkan konversi sebanyak 62% dan regioselektivitas
terhadap 4-alilfenol sebesar 75%. Mekanisme regioselektivitas ditentukan oleh
adanya senyawa intermediet alil fenil sulfit yang dapat menjalani penataan ulang
lebih lanjut pada posisi para senyawa fenol.
Sintesis 4-alilfenol melalui reaksi alilasi fenol dengan alil alkohol menggunakan
katalis paladium larut air dipengaruhi secara signifikan oleh ko-katalis serbuk Zn,
jumlah sodium hidroksida, volume air, waktu dan suhu reaksi. Kondisi optimum
reaksi menghasilkan konversi sebanyak 47% dan regioselektivitas terhadap 4alilfenol sebesar 60%, yang lebih baik daripada penelitian sebelumnya, yaitu
berturut-turut 8% dan 45%. Mekanisme regioselektivitas disarankan karena
adanya solvasi oleh air dan partisipasi logam seng pada keadaan transisi sistem
katalitik paladium.
Sintesis alil fenil eter melalui reaksi O-alilasi fenol dengan alil asetat
menggunakan katalis paladium larut air dipengaruhi secara signifikan oleh waktu
dan suhu reaksi, jumlah katalis, basa, dan atmosfer udara. Pada kondisi optimum,
reaksi dapat menghasilkan alil fenil eter dengan konversi 100%. Penataan ulang
alil fenil eter dengan katalis zeolit dipengaruhi secara signifikan oleh waktu dan
suhu reaksi, jenis zeolit Na-ZSM-5, serta jumlah katalis Na-ZSM-5. Kondisi
optimum menghasilkan senyawa 2-alilfenol dengan konversi 52%. Sedangkan
reaksi isomerisasi alil fenil eter dengan katalis paladium larut air secara langsung
dipengaruhi secara signifikan oleh jumlah fenol dan zeolit Na-ZSM-5. Kondisi
optimum menghasilkan konversi 92% dan tanpa pembentukan produk lain. Tetapi
regioselektivitas terhadap 4-alilfenol masih sekitar 48%.
Reaksi isomerisasi alil fenil eter dengan katalis paladium larut air dengan
mensintesis alil fenil eter secara in situ berlangsung melalui 2 tahap, yaitu: tahap
pertama sintesis alil fenil eter dari fenol dengan alil asetat dan tahap kedua
isomerisasi alil fenil eter. Reaksi ini dipengaruhi secara signifikan oleh jumlah
fenol, waktu reaksi, jumlah katalis, jumlah sodium hidroksida, dan volume air.
Kondisi optimum menghasilkan konversi 99,8% dengan regioselektivitas terhadap
4-alilfenol sebesar 53%. Adanya solvasi berperan dalam regioselektivitas, tetapi
ii
mekanisme solvasi ini tidak memiliki kontrol yang signifikan untuk meningkatkan
regioselektivitas lebih lanjut.
Berdasarkan hasil-hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa selektivitas terhadap
C-alilasi dipengaruhi secara signifikan oleh adanya mediasi reagen tionil klorida,
penggunaan reagen alilasi alil alkohol, dan solvasi air. Sedangkan, selektivitas
terhadap O-alilasi dipengaruhi secara signifikan oleh reaktivitas reagen alil asetat.
Regioselektivitas reaksi terhadap 4-alilfenol dipengaruhi secara signifikan oleh
mediasi pereaksi tionil klorida, partisipasi ko-katalis seng, jumlah fenol dan
solvasi air. Sedangkan penggunaan zeolit Na-ZSM-5 menekan pembentukan
produk samping pada reaksi isomerisasi alil fenil eter. Faktor-faktor yang
menentukan baik selektivitas C-alilasi maupun regioselektivitas reaksi terhadap 4alilfenol seperti solvasi air dan jumlah fenol selaras dengan penelitian
sebelumnya, sedangkan faktor lainnya merupakan kontribusi baru dari penelitian
ini.
Kata kunci: fenilpropen, 4-alilfenol, regioselektivitas, tionil klorida, paladium, alil
alkohol, alil asetat, zeolit Na-ZSM-5
iii
ABSTRACT
REGIOSELECTIVITY OF PHENOL ALLYLATION REACTION
WITH ALLYL ALCOHOL OR ALLYL ACETATE
By
RIAN PEBRIANA
NIM: 30512002
(Doctoral Program in Chemistry)
Phenylpropene derivatives are the essential oil component of plants that have
various biological uses of economic value. For example, estragole is a major
component of palm oil flower essential oil that is attractant to the Elaeidobius
kamerunicus Faust beetle. The beetle has been identified as an efficient pollinator
of palm oil. In the chemical industry, estragole is the raw material for producing
anethole. Anethole is an additive compound used in food products, alcoholic
beverages, in oral hygiene product formulations, and as an intermediate
compound essential for synthesizing pharmaceutical compounds and perfume
chemicals. Another example, eugenol which is a major component of clove oil, is
useful as a flavour, aromatherapy, herbivorous antifeedant, nematocide,
fungicide, and bacteriocide.
A simple phenylpropanoid, 4-allylphenol (chavicol), is a demethyl derivative of
estragole and is a component in betle oil (Piper betle). This compound is less
volatile than its O-methyl derivative, estragole, but due to its position as an
intermediate for various phenylpronoid derivatives, 4-allylphenol becomes an
attractive target in the synthesis of phenipropanoid derivatives. Various methods
have been developed in the synthesis of 4-allylphenol, which included
stoichiometric reactions, homogeneous catalyzed reactions, and heterogeneous
catalyzed reactions. Stoichiometric reaction methods included Friedel-Craft
reactions, dealkylation reaction of 1-allyl-4-alkyloxybenzene, and organometallic
reactions with organozinc. Examples of homogeneous catalyzed reactions
included the allylation reaction of allylphenylboronate pinacole ester with
hydrazone-palladium catalyst, phenol allylation reaction with allyl tosylate using
rhodium catalyst, and phenol allylation reaction with allyl bromide using an αcyclodextrin catalyst. Another example was the allylation reaction of phenol with
allyl alcohol using a water-soluble palladium catalyst. Furthermore, examples of
heterogeneous catalyzed reactions were phenol allylation reaction using a
mordenite zeolite catalyst with an allyl alcohol substrate and a phenol allylation
reaction using an H-β zeolite catalyst with an allyl acetate substrate. Another
method that can be used in the synthesis of 4-allylphenol was the Claisen and
Cope rearrangement of the allyl phenyl ether substrate. However, the methods
have not been satisfactory, either from the side of the yield or the regioselectivity
aspect, so an alternative method is needed in synthesizing this compound.
v
This research aimed to examine the regioselectivity of phenol allylaltion reaction
with allyl alcohol or allyl acetate to synthesize 4-allylphenol by various methods,
which included: 1) 4-allylphenol synthesis by stoichiometric reaction with the
mediation of thionyl chloride reagent, 2) synthesis of 4-allylphenol by the watersoluble palladium-catalyzed reaction, 3) synthesis of 4-allylphenol by the
rearrangement of allyl phenyl ether using zeolite catalyst, and 4) synthesis of 4allylphenol by the rearrangement of allyl phenyl ether using water soluble
palladium catalyst. The reaction product of the experiments were analyzed by
GCMS-EI, GCMS-CI, and GC-FID methods to determine the optimum conditions
associated with the yield and reaction’s regioselectivity.
The one-pot synthesis of 4-allylphenol through the phenol allylation reaction with
allyl alcohol using thionyl chloride reagent was significantly influenced by the
amount of thionyl chloride, reaction temperature, reaction time, and stirring rate.
The optimum condition of the reaction resulted in a conversion of 62% and a
regioselectivity to 4-allylphenol of 75%. The regioselectivity mechanism is
determined by the presence of an allyl phenyl sulphite intermediate compound
which may undergo further rearrangement to the para position of phenol
compound.
The synthesis of 4-allylphenol through the allylation reaction of phenol with allyl
alcohol using a water-soluble palladium catalyst was significantly affected by Zn
powder as co-catalyst, the amount of sodium hydroxide, the volume of water,
reaction time, and temperature. The optimum condition of the reaction resulted in
a conversion of 47% and a regioselectivity to 4-allylphenol of 60%, which were
better than the previous study, i.e. 8% and 45%, respectively. The regioselectivity
mechanism was suggested because of the solvation by the water and the
participation of the zinc metal in the transition state of the palladium catalytic
system.
The synthesis of allyl phenyl ether by the allylation reaction of phenol with allyl
acetate using water soluble palladium catalyst was significantly affected by
reaction time and temperature, the amount of catalyst, base, and air atmosphere.
Under optimum condition, the reaction can produce allyl phenyl ether with 100%
conversion. The rearrangement of allyl phenyl ether with zeolite catalysts was
significantly affected by the reaction time and temperature, the Na-ZSM-5 zeolite,
and the amount of Na-ZSM-5 catalyst. The optimum condition yielded 2allylphenol with a 52% conversion. While the isomerization reaction of allyl
phenyl ether with a water soluble palladium catalyst was directly influenced
significantly by the amount of phenol and Na-ZSM-5 zeolite. The optimum
condition resulted in 92% conversion and no other product formation. But the
regioselectivity to 4-allylphenol was still about 48%.
The isomerization reaction of allyl phenyl ether with water soluble palladium
catalyst by synthesizing allyl phenyl ether in situ proceeded in 2 steps, i.e. the first
step was allyl phenyl ether synthesis from phenol and allyl acetate and the second
step was isomerization of allyl phenyl ether. This reaction was significantly
influenced by the amount of phenol, reaction time, the amount of catalyst, sodium
vi
hydroxide, and volume of water. The optimum condition resulted in a 99.8%
conversion with a regioselectivity to 4-allylphenol of 53%. The presence of
solvation played a role in regioselectivity, but this solvation mechanism had no
significant control to enhance further regioselectivity.
Based on the results of the experiments it can be concluded that the selectivity of
C-allylation was significantly influenced by the mediation of thionyl chloride
reagent, the use of allyl alcohol as an allylation reagent, and the water solvation.
Meanwhile, selectivity to O-allylation was significantly influenced by the
reactivity of allyl acetate reagent. The reaction regioselectivity to 4-allylphenol
was significantly affected by the mediation of thionyl chloride reactant, the
participation of the zinc as co-catalyst, the amount of phenol, and the water
solvation. While the use of Na-ZSM-5 zeolite suppressed the formation of
byproducts in isomerization reaction of allyl phenyl ether. Factors determining
both the selectivity of C-allylation and the reaction regioselectivity to 4allylphenol such as the water solvation and the amount of phenol are in
agreement with the previous study, while other factors are new contributions from
this study.
Keywords: phenylpropene, 4-allyphenol, regioselectivity, thionyl chloride,
palladium, allyl alcohol, allyl acetate, Na-ZSM-5 zeolite
vii