1 ALKOHOL, FENOL DAN ETER STRUKTUR ALKOHOL 2 Alkohol adalah senyawa yang molekulnya memiliki suatu gugus hidroksil, yang terikat pada suatu atom karbon jenuh. CH3OH Metanol CH3CH2OH Etanol CH3 CH3CHCH3 OH 2-Propanol (isopropil alkohol) CH3 C CH3 OH 2-Metil-2-propanol (tert-butil alkohol) Atom karbon dapat berupa suatu atom karbon 3 dari gugus alkenil atau gugus alkunil. Atau dapat pula berupa suatu atom karbon jenuh dari suatu cincin benzena. CH2 CH2OH Benzil alkohol Suatu alkohol benzilik H C CHCH2OH 2-Propenol (alil alkohol) Suatu alkohol alilik CCH2OH 2-Propunol (propargil alkohol) Senyawa yang memiliki suatu gugus hiroksil, yang terikat langsung pada cincin benzena disebut fenol. OH H3C OH p-Metilfenol Fenol Ar 4 OH Rumus umum suatu fenol Alkohol dapat dilihat secara struktural: 5 a . sebagai turunan hidroksi dari alkana. b . sebagai turunan alkil dari air. Etil alkohol = etana dimana satu hidrogen diganti dengan gugus hidroksil. Etil alkohol = air dimana satu hidrogen diganti dengan gugus etil. Gugus etil CH3CH3 1090 H Etana H CH3CH2 O Gugus hidroksil Etil alkohol 1050 O H Air Alkohol dibagi dalam tiga golongan: 6 a . Alkohol primer (1º) b . Alkohol sekunder (2º) c . Alkohol tersier (3º) Penggolongan didasarkan pada derajat substitusi dari atom karbon yang langsung mengikat gugus hidroksil. H H H C C H H O Etil alkohol (suatu alkohol 10) H CH2OH Benzil alkohol (suatu alkohol 10) Jika karbon tersebut mengikat satu atom 7 karbon lain, maka disebut karbon primer dan alkoholnya disebut alkohol primer. Jika karbon yg mengikat gugus -OH juga mengikat dua atom karbon lain, maka disebut karbon sekunder dan alkoholnya disebut alkohol sekunder. Jika karbon yg mengikat gugus -OH juga mengikat tiga atom karbon lain, maka disebut karbon tersier dan alkoholnya disebut alkohol tersier. H H H C C C H O H 8 CH2OH H Geraniol (alkohol 10 dgn aroma mawar) H H Isopropil alkohol (suatu alkohol 20) CH3 OH CH H3C CH3 Mentol (alkohol 20 dalam minyak peppermint) 9 H H C H H H3C C CH H H H OH C C C H O H H H H H O H tert-Butil alkohol (suatu alkohol 30) Noretindron (kontrasepsi oral dgn gugus alkohol 30) TATANAMA ALKOHOL 10 Dalam Tatanama Substitutif IUPAC, suatu nama harus mengandung empat karakter : lokant, awalan, senyawa induk, dan suatu akhiran. CH3CH2CHCH2CH2CH2OH CH3 4-Metil-1-heksanol lokant awalan lokant induk akhiran Lokant 4 menunjukkan bahwa substituen 11 gugus metil, yang merupakan awalan, terikat pada senyawa induk di posisi C-4. Senyawa induk mengandung enam atom karbon dan tidak ada ikatan rangkap, jadi induknya adalah heksana. Dan karena merupakan suatu alkohol, maka memiliki akhiran -ol. Lokant 1 menunjukkan bahwa C-1 mengikat gugus hidroksil. 12 Secara umum, penomoran pada rantai karbon selalu dimulai dari bagian akhir yang lebih dekat dengan gugus yang mendapat nama sebagai suatu akhiran. Prosedur berikut harus diikuti untuk memberi nama alkohol sesuai tatanama substitutif IUPAC: 1 Pilih rantai karbon utuh yang terpanjang dimana gugus hidroksil terikat langsung. Ganti nama dari alkana sesuai rantai karbon tersebut dengan menghapus huruf a terakhir dan tambahkan akhiran ol. 13 2 Nomori rantai karbon utuh yang terpanjang sedemikian sehingga atom karbon yang mengikat gugus hidroksil memiliki nomor terkecil. Tandai posisi gugus hidroksil dengan menggunakan nomor tersebut sebagai lokant. Tandai posisi gugus-gugus lain (sebagai awalan) dengan menggunakan nomor yang sesuai dengan posisi masing-masing sepanjang rantai karbon sebagai lokant. 3 2 1 1 CH3CH2CH2OH 2 3 4 5 CH3CHCH2CH3 1-Propanol 4 2 OH 3-Kloro-1-propanol 1 14 CH3 4-Metil-1-pentanol 1 ClCH2CH2CH2OH 2 CH3CHCH2CH2CH2OH 2-Butanol 3 3 CH3 1 2 3 4 5 CH3CHCH2CCH3 OH CH3 4,4-Dimetil-2-pentanol 15 Alkohol sederhana sering dinamai dengan nama radikofungsional umum yang juga telah disetujui oleh IUPAC. Beberapa contoh alkohol sederhana adalah sebagai berikut ini: CH3CH2CH2OH Propil alkohol CH3CH2CH2CH2OH Butil alkohol CH3CH2CHCH3 OH sec-Butil alkohol CH3 H3C C CH3 CH3 OH CH3 16 CH3CHCH2OH Isobutil alkohol CH3CCH2OH CH3 Neopentil alkohol tert-Butil alkohol Alkohol yang mengandung dua gugus hidroksil umumnya diberi nama glikol. Dalam sistem substitutif IUPAC alkohol tersebut dinamai sebagai diol. CH2 CH2 OH OH Etilen glikol 1,2-Etanadiol CH3CH OH CH2 CH2CH2CH2 OH OH Propilen glikol 1,2-Propanadiol OH Trimetilen glikol 1,3-Propanadiol SIFAT FISIK ALKOHOL & ETER17 Titik didih butil alkohol (MW = 74) adalah 117,7ºC. Molekul-molekul alkohol dapat berikatan satu sama lain melalui ikatan hydrogen Metanol, etanol, propil alkohol, isopropil alkohol, dan tert-butil alkohol campur sempurna dengan air. Butil alkohol, isobutil alkohol, dan sec-butil alkohol memiliki kelarutan antara 8,3 dan 26,0 g per 100 mL. Kelarutan alkohol dalam air menurun secara 18 bertahap sebanding rantai hidrokarbon yang semakin panjang. Alkohol rantai panjang bersifat lebih “mirip alkana” dan oleh karena itu kurang mirip dengan air. ALKOHOL PENTING 19 METANOL Memiliki rumus struktur CH3OH dan adalah alkohol yang paling sederhana. Dahulu sebagian besar metanol dibuat dari distilasi destruktif kayu (pemanasan kayu pada suhu tinggi tanpa udara) = alkohol kayu (wood alcohol). Sekarang dibuat melalui hidrogenasi katalitik dari karbon monoksida. Metanol sangat beracun. Konsumsi dalam 20 jumlah yg sangat kecil sekalipun dapat menyebabkan kebutaan; dalam jumlah besar menyebabkan kematian. Keracunan metanol dapat pula terjadi melalui penghirupan uap atau paparan jangka panjang terhadap kulit. ETANOL 21 Merupakan alkohol dari semua minuman beralkohol. Dapat dibuat dari fermentasi gula, dengan menambahkan ragi ke dalam campuran gula dan air. Ragi mengandung enzim yang memicu suatu reaksi berseri yang panjang, dan akhirnya mengubah suatu gula sederhana (C6H12O6) menjadi etanol dan karbon dioksida. 22 Etanol sangat murah, tapi jika digunakan untuk minuman dikenakan pajak yang sangat tinggi. Etanol yang digunakan untuk keperluan sains (penelitian) dan industri diracuni atau di”denaturasi” sehingga tidak layak untuk diminum. Beberapa denaturant dapat digunakan termasuk metanol. Etanol adalah senyawa yang penting dalam industri. Sebagian besar etanol untuk keperluan 23 industri dibuat melalui reaksi hidrasi etena dengan katalis asam. Etanol adalah suatu hipnotik (penidur). Ia menekan aktivitas otak atas meskipun memberi efek ilusi sebagai suatu stimulant. Etanol juga toksik, tapi kurang toksik dibanding metanol. Pada tikus (rat), dosis letal adalah 13,7 g per kg berat badan. Penyalahgunaan etanol menjadi problem di banyak negara. 24 ETILEN GLIKOL Etilen glikol (HOCH2CH2OH) memiliki berat molekul yang rendah dan titik didih yang tinggi, serta campur dengan air. Sifat ini membuat etilen glikol menjadi suatu antibeku (antifreeze) ideal untuk kendaraan bermotor. STRUKTUR FENOL 25 Fenol adalah senyawa yang memiliki sebuah gugus hidroksil yang terikat langsung pada cincin benzena. Jadi fenol adalah nama spesifik untuk hidroksibenzena dan merupakan nama umum untuk kelompok senyawa yang diturunkan hidroksi benzena. OH Fenol H3C OH 4-Metilfenol Senyawa-senyawa yang memiliki sebuah 26 gugus hidroksil yang terikat pada cincin benzenoid polisiklik adalah mirip dengan fenol secara kimiawi, tetapi dinamakan naftol dan fenantrol. 7 6 8 OH 5 9 8 OH 1 7 OH 2 6 4 1-Naftol (-naftol) 4 1 3 3 5 10 2 2-Naftol 9-Fenantrol TATANAMA FENOL 27 Pada banyak senyawa, fenol merupakan nama dasar. Cl Br NO2 OH OH OH 4-Klorofenol (p-klorofenol) 2-Nitrofenol (o-nitrofenol) 3-Bromofenol (m-bromofenol) Senyawa metilfenol umumnya disebut kresol: CH3 CH3 CH3 28 OH OH OH 2-Metilfenol (o-kresol) 3-Metilfenol (m-kresol) 4-Metilfenol (p-kresol) Senyawa benzenadiol memiliki nama umum: OH OH OH OH OH OH 1,2-Benzenadiol (katekol) 1,3-Benzenadiol (resorsinol) 1,4-Benzenadiol (hidrokuinon) Fenol yang terdapat di alam 29 Fenol dan senyawa sejenisnya tersebar meluas di alam. Tirosina adalah asam amino yang terdapat dalam protein. Metil salisilat didapatkan dalam wintergreen oil (tumbuhan). Eugenol didapatkan dalam minyak cengkeh. Timol didapatkan dalam thyme (tumbuhan). Urushiol adalah blistering agent (vesicant) yang didapatkan dalam ivy (tumbuhan) beracun. CH2CHCO2- HO 30 Tirosina NH3 + CO2CH3 CH3 CH2CH CH2 OH OCH3 OH OH Metil salisilat OH R Urushiol Eugenol R= OH CH(CH3)2 Timol (CH2)14CH3 (CH2)7CH CH(CH2)5CH3 (CH2)7CH CHCH2CH CH(CH2)2CH3 Estradiol adalah hormon seks pada wanita. 31 Tetrasiklin adalah antibiotika penting. OH H3 C OH O OH OH O CONH2 H H OH H Y HO Estradiol HO CH3 H Z N(CH3 )2 Tetrasiklin (Y=Cl, Z=H; Aureomisin) (Y=H, Z=OH; Teramisin) SIFAT FISIK FENOL 32 Adanya gugus hidroksil dalam fenol berarti fenol adalah seperti alkohol yang dapat membentuk ikatan hidrogen intermolekular yang kuat. Ikatan hidrogen ini menyebabkan fenol berasosiasi sehingga memiliki titik didih yang lebih tinggi dibanding hidrokarbon dengan berat molekul yang sama. Fenol (bp, 182ºC) memiliki titik didih 70ºC lebih tinggi dibanding toluena (bp, 106ºC), meskipun berat molekulnya hampir sama. Sintesis Alkohol dari Alkena 33 1 Hidrasi Alkena Adisi air pada ikatan rangkap alkena dengan katalis asam. Metode pembuatan alkohol dengan berat molekul rendah (kegunaan utama pada proses industri skala besar). Katalis asam yg paling sering digunakan: asam sulfat & asam fosfat. Reaksi bersifat regioselektif. Adisi air pada alkena mengikuti hukum Markovnikov. Reaksi secara umum sebagai berikut: C C + 34 H+ H OH C C H OH Sebagai contoh adalah hidrasi 2-metilpropena CH3 H3C C CH3 + CH2 + H H OH 25 0C H3C C CH2 OH 2-Metilpropena tert-Butil alkohol H Sesuai hukum Markovnikov: reaksi tidak 35 menghasilkan alkohol primer, kecuali kasus khusus pada hidrasi etena. H2C CH2 + H3PO4 H OH 0 300 C CH2CH2OH Mekanisme hidrasi alkena secara sederhana merupakan kebalikan dari reaksi dehidrasi alkohol. CH2 Langkah 1 H3 C C H + H O H3 C H C + C CH3 H O H O cepat H3 C H C O H CH3 CH3 H H3 C + CH3 H H CH3 Langkah 3 C CH3 CH3 H3 C H lambat CH3 Langkah 2 36 CH2 O CH3 H H+ O H cepat H H3 C C CH3 O H + H O H Tahap penentu kecepatan adalah tahap 1: 37 pembentukan karbokation. Dihasilkan tert-butil alkohol karena tahap 1 mengarah pada pembentukan kation tert-butil yang lebih stabil dibandingkan kation isobutil yang kurang stabil. CH2 H3 C C CH3 CH2 H + H O H sangat H3 C H lambat C H CH3 karbokation 10 + O H Kerumitan yang terjadi adalah adanya penataan ulang (rearrangement). Karbokation awal yang terbentuk akan mengalami penataan ulang menjadi suatu karbokation yang lebih stabil. Jika 3,3-dimetil-1-butena dihidrasi akan dihasilkan 2,3-dimetil-2-butanol sebagai produk utama. 38 CH3 H3 C C CH H2SO4 CH2 CH3 3,3-Dimetil-1-butena 39 OH H2O H3 C C CH CH3 CH3 CH3 2,3-Dimetil-2-butanol (produk utama) Adanya penataan ulang karbokation membatasi penggunaan hidrasi alkena sebagai suatu metode laboratoris untuk pembuatan alkohol. 40 Reaksi dua tahap yang sangat berguna untuk mensintesis alkohol dari alkena. 2 Reaksi Oksimerkurasi-Demerkurasi Alkena bereaksi dgn Hg(OAc)2 dalam campuran THF dan air menghasilkan senyawa merkuri(hidroksialkil). Senyawa merkuri(hidroksialkil) dapat direduksi oleh natrium borohidrida menjadi alkohol. Persentase hasil reaksi keseluruhan 90% dengan regioselektifitas yang tinggi. O C C + H2O + Hg OCCH3 O THF 2 oksimerkurasi C C OH Hg O 413COH + CH OCCH3 O C C OH Hg O + OH + NaBH4 OCCH3 demerkurasi C C + Hg + CH3CO OH H Pada tahap 1, oksimerkurasi: air dan merkuri asetat mengadisi ikatan rangkap. Pada tahap 2, demerkurasi: natrium borohidrida mereduksi gugus asetoksimerkuri dan menggantinya dengan hidrogen. Kedua langkah tersebut dapat dilakukan 42 dalam bejana yang sama. Kedua reaksi berlangsung sangat cepat pada suhu ruangan atau dibawahnya. Tahap 1: biasanya mencapai kesempurnaan dalam kurun waktu 20 detik – 10 menit. Tahap 2: secara normal membutuhkan waktu kurang dari 1 jam. Orientasi adisi H2O di atas mengikuti aturan Markovnikov: atom H dari H2O terikat pada atom karbon ikatan rangkap yang mengikat atom H lebih banyak. CH3(CH2)2CH CH2 Hg(OAc)2 THF - H2O (15 s) CH3(CH2)2CH OH CH2 NaBH4 43 OH HgOAc (1h) 1-Pentena CH3(CH2)2CHCH3 + Hg OH 2-Pentanol (93%) H3 C CH3 Hg(OAc)2 THF - H2O (20 s) 1-Metilsiklopentena OH H3 C HgOAc H NaBH4 OH + Hg OH (6 min) 1-Metilsiklopentanol Penataan-ulang rangka karbon jarang terjadi 44 pada oksimerkurasi-demerkurasi. Dicontohkan pada reaksi oksimerkurasidemerkurasi dari 3,3-dimetil-1-butena yang menghasilkan 3,3-dimetil-2-butanol sebagai produk utama. CH3 H3C C CH3 CH CH2 (1) Hg(OAc)2/THF - H2O (2) NaBH4, OH CH3 3,3-Dimetil-1-butena - H3C C CH CH3 CH3 OH 3,3-Dimetil-2-butanol (94%) 3 Reaksi Hidroborasi - Oksidasi Adisi elemen air pada suatu ikatan rangkap dapat pula dilakukan di laboratorium dengan menggunakan diboran atau THF : BH3. Adisi air adalah bersifat tidak langsung dan melibatkan dua tahap reaksi. Pertama adalah adisi boran pada ikatan rangkap yang disebut hidroborasi. Kedua adalah oksidasi dan hidrolisis senyawa antara organoboron menghasilkan suatu alkohol dan asam borat. 45 Lebih tersubstitusi CH3 CH CH2 Propena + Kurang tersubstitusi CH3 CHCH2 BH2 CH3CH CH2 46 (CH3 CH2 CH2 )2 BH H CH3CH CH2 (Faktor sterik) H BH2 Tripropilboran (CH3 CH2 CH2 )3 B Atom boron terikat pada atom karbon ikatan rangkap yang kurang tersubstitusi, dan satu atom hidrogen berpindah dari atom boron ke atom karbon lain dari ikatan rangkap. Hidroborasi bersifat regioselektif dan mengikuti aturan anti Markovnikov. Alkilboran yang dihasilkan pada tahap hidroborasi biasanya tidak diisolasi. Dalam bejana yang sama, alkilboran dioksidasi dan dihidrolisis menghasilkan alkohol dengan penambahan hidrogen peroksida dalam suatu larutan basa. (CH3CH2CH2)3B H2O2 NaOH, 250C 3 CH3CH2CH2OH Propil alkohol + 47 Na3BO3 Oksimerkurasi-demerkurasi dari 1-heksena48 menghasilkan 2-heksanol (Markovnikov). Hidroborasi-oksidasi dari 1-heksena menghasilkan 1-heksanol (anti-Markovnikov). CH3CH2CH2CH2CH CH2 H3O+, H2O CH3CH2CH2CH2CHCH3 OH 1-Heksena CH3CH2CH2CH2CH 1-Heksena 2-Heksanol CH2 (1) THF:BH3 - (2) H2O2, OH CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH 1-Heksanol (90%) Reaksi-reaksi Alkohol 49 Atom oksigen dari suatu alkohol mempolarisasi ikatan C–O dan ikatan O–H dari alkohol tersebut. Polarisasi ikatan O–H menyebabkan atom hidrogen bermuatan positif parsial, dan hal ini menjelaskan mengapa alkohol bersifat asam lemah. Polarisasi ikatan C–O menyebabkan atom karbon bermuatan positif parsial. O C H Jadi meskipun OH¯ bukan basa kuat dan 50 bukan gugus pergi yang baik, namun atom karbon dari alkohol bersifat reaktif terhadap serangan nukleofilik. Pasangan elektron pada atom oksigen membuatnya bersifat basa dan nukleofilik. Protonasi alkohol mengubah suatu gugus pergi yang buruk (OH¯) menjadi gugus pergi yang baik (H2O). H C O Alkohol H + H A Asam kuat C O H + A Alkohol terprotonasi Protonasi juga membuat atom karbon lebih51 positif (karena –H2O+ lebih bersifat penarik elektron daripada –OH¯), dan oleh karena itu menjadi lebih reaktif terhadap serangan nukleofilik. Reaksi SN2 menjadi mungkin. H Nu + C O H H Alkohol terprotonasi SN 2 Nu C + O H Karena alkohol adalah nukleofil, maka alkohol 52 dapat bereaksi dengan alkohol terprotonasi. Ini menjadi langkah penting dalam sintesis eter. H H R O H + C O H SN 2 R O C + O H H Eter terprotonasi Pada suhu yang cukup tinggi dan tanpa kehadiran suatu nukleofil yang baik, maka alkohol terprotonasi dapat menjalani reaksi eliminasi E1. Alkohol sebagai asam Alkohol memiliki keasaman yang mirip dengan air. Metanol sedikit lebih asam dibanding air (pKa = 15,7). Namun hampir semua alkohol adalah asam yang lebih lemah dari air. Pada alkohol tanpa halangan ruang, molekul air akan melingkupi dan mensolvasi oksigen negatif dari ion alkoksida yang terbentuk jika suatu alkohol melepaskan sebuah proton. 53 H R O Alkohol H O H H R O Ion alkoksida (terstabilkan oleh solvasi) + H O H Pada alkohol dengan halangan ruang besar, solvasi ion negatif (alkoksida) terhambat sehingga ion alkoksida kurang terstabilkan dan menjadi asam yang lebih lemah. 54 Harga pK a beberapa asam lemah ASAM pK a CH3 OH 15,5 H2 O 15,74 CH3 CH2 OH 15,9 (CH3 )3 COH 18,0 HC 25 CH H2 35 NH3 38 CH3 CH3 50 Alkohol bersifat asam yang lebih kuat dibandingkan dengan alkuna, dan sangat lebih kuat dibandingkan 55 dengan hidrogen, amonia dan alkana. Keasaman relatif : H2O > ROH > RC CH > H2 > NH3 > RH Basa konjugat dari alkohol adalah suatu ion alkoksida. Karena sebagian besar alkohol adalah asam yang lebih lemah dibanding air, maka ion alkoksida adalah basa yang lebih kuat dibanding ion hidroksida. Kebasaan relatif : R¯ > NH2¯ > H¯ > RC C¯ > RO¯ > OH¯ Natrium dan kalium alkoksida sering dipakai sebagai basa dalam sintesis organik. Konversi Alkohol menjadi Alkil halida Pereaksi yang paling sering digunakan adalah hidrogen halida (HCl, HBr, atau HI), fosfor tribromida (PBr3), dan tionil klorida (SOCl2). Semua reaksi di atas merupakan hasil dari pemutusan ikatan C–O dari alkohol. 56 Alkohol bereaksi dengan bermacam pereaksi menghasilkan alkil halida. 1 Reaksi alkohol dengan hidrogen halida 57 Jika alkohol bereaksi dengan suatu hidrogen halida, maka terjadi suatu reaksi substitusi menghasilkan suatu alkil halida dan air. Urutan reaktivitas dari hidrogen halida adalah HI > HBr > HCl (HF umumnya tidak reaktif). Urutan reaktivitas alkohol: 3º > 2º > 1º > metil. Reaksi ini dikatalisis oleh asam. Alkohol primer dan sekunder dapat dikonversi menjadi alkil klorida dan alkil bromida melalui reaksi alkil halida dengan natrium halida dan asam sulfat. Langkah 1 CH3 H3 C C H O H + CH3 H cepat H O H3 C C H CH3 CH3 Langkah 2 CH3 H H3 C C O H H CH3 lambat H3 C C CH3 + O CH3 Langkah 3 CH3 H3 C C CH3 cepat + Cl 58 CH3 H3 C C CH3 Cl H O H + O H H 2 Reaksi alkohol dengan PBr3 59 Alkohol primer dan sekunder bereaksi dengan fosfor tribromida menghasilkan alkil bromida. Tidak seperti reaksi dengan HBr, reaksi dengan PBr3 tidak melibatkan pembentukan karbokation. Biasanya berlangsung tanpa penataan-ulang dari kerangka karbon. Sering menjadi pereaksi terpilih untuk mengubah suatu alkohol menjadi alkil bromida yang bersesuaian. Reaksi diawali dengan terbentuknya suatu alkil dibromofosfit terprotonasi. 3R OH + PBr3 3R Br + H3 PO3 60 (10 atau 20) RCH2 OH + Br P Br R CH2 O PBr2 + Br H Br alkil dibromofosfit terprotonasi Br + RCH2 OPBr2 RCH2 Br + HOPBr2 H Gugus pergi yang baik HOPBr2 dapat bereaksi dengan lebih banyak alkohol sehingga hasil akhir dari reaksi adalah konversi 3 mol alkohol menjadi alkil bromida oleh 1 mol fosfor tribromida. 3 Reaksi alkohol dengan SOCl2 Tionil klorida mengubah alkohol primer dan61 sekunder menjadi alkil klorida (biasanya tanpa penataan-ulang). Sering ditambahkan suatu amina tersier ke dalam reaksi untuk memacu reaksi melalui reaksinya dengan HCl. Reaksi diawali dengan terbentuknya suatu alkil klorosulfit. Kemudian suatu ion klorida (hasil reaksi R3N dan HCl) melakukan substitusi SN2 terhadap suatu gugus pergi yang baik ClSO2¯. R OH 0 0 + SOCl2 refluks R Cl + SO2 + HCl (1 atau 2 ) R3 N RCH2 OH + Cl S Cl + RCH2 H Cl O S Cl O + R3 NH HCl 62 ClH RCH2 O O O alkil klorosulfit Cl S Cl + HCl Dekomposisi ClSO2¯ menjadi gas SO2 dan ion Cl¯ mendorong kesempurnaan reaksi. + RCH2 O S O Cl RCH2Cl + O S O Cl RCH2Cl + SO2 + Cl Sintesis Eter 63 1 Dehidrasi alkohol Alkohol mengalami dehidrasi membentuk alkena (lihat Bab Alkena). Alkohol primer dapat juga terdehidrasi membentuk eter. Dehidrasi menghasilkan eter berlangsung pada suhu yang lebih rendah dibanding reaksi dehidrasi membentuk alkena. Dehidrasi menghasilkan eter dibantu dengan distilasi eter segera setelah terbentuk. Dietil eter dibuat secara komersial melalui 64 reaksi dehidrasi etanol. Dietil eter adalah produk utama pada suhu 140ºC, sedangkan etana adalah produk utama pada suhu 180ºC. Reaksi ini kurang berguna pada alkohol sekunder karena alkena mudah terbentuk. Pada alkohol tersier sepenuhnya terbentuk alkena. Tidak berguna pada pembuatan eter nonsimetrik dari alkohol primer karena terbentuk campuran produk. H2SO4 CH2 0 180 C CH2 65 Etena CH3CH2 OH H2SO4 CH3CH2OCH 2CH3 140 0C Dietil eter CH3 CH2 OH + H OSO3 H CH3 CH2 OH + CH3 CH2 OH2 CH3 CH2 OH2 CH3 CH2 O + OSO3 H CH2 CH3 + H2 O H CH3 CH2 OCH 2 CH3 ROR + ROH + R'OH ROR' H2SO4 alkohol 10 + R'OR' + H2 O + H3 O 2 Sintesis Williamson Suatu jalur penting pada preparasi eter non66 simetrik adalah suatu reaksi substitusi nukleofilik yang disebut reaksi Williamson. Merupakan reaksi SN2 dari suatu natrium alkoksida dengan alkil halida, alkil sulfonat, atau alkil sulfat. Hasil terbaik dicapai jika alkil halida, alkil sulfonat, atau alkil sulfat yang dipakai adalah primer (atau metil). Jika substrat adalah tersier maka eliminasi sepenuhnya merupakan produk reaksi. Pada suhu rendah substitusi lebih unggul dibanding dengan eliminasi. R O Na + R' L R O R' + Na L 67 L = Br, I, OSO2 R", atau OSO2 OR" CH3 CH2 CH2 OH Propil alkohol + Na CH3 CH2 CH2 O Na + 1/2 H2 + Na Natrium propoksida CH3CH 2I CH3 CH2 OCH 2 CH2 CH3 Etil propil eter (70%) I 3 Tert-butil eter dari alkilasi alkohol 68 Alkohol primer dapat diubah menjadi tert-butil eter dengan melarutkan alkohol tersebut dalam suatu asam kuat seperti asam sulfat dan kemudian ditambahkan isobutilena ke dalam campuran tersebut. (Prosedur ini meminimalkan dimerisasi dan polimerisasi dari isobutilena). CH3 RCH2 OH + CH2 CCH3 CH3 Alkohol 10 Isobutilena H2SO4 RCH2 O CCH3 CH3 tert-butil eter Metode ini sering dipakai untuk “proteksi” gugus hidroksil dari alkohol primer sewaktu69 reaksi-reaksi lainnya dilakukan terhadap bagian lain dari molekul tersebut. Gugus proteksi tert-butil dapat dihilangkan secara mudah dengan penambahan larutan asam encer. 4 Trimetilsilil eter (Sililasi) Suatu gugus hidroksil juga diproteksi dalam larutan netral atau basa dengan mengubahnya menjadi suatu gugus trimetilsilil eter, – OSi(CH3)3. R Reaksi ini, yang disebut sililasi, dilakukan 70 dengan membiarkan alkohol tersebut bereaksi dengan klorotrimetilsilana dengan kehadiran suatu amina tersier. OH + (CH3 )3 SiCl (CH3CH2) 3N R O Si(CH3 )3 Klorometilsilana Gugus proteksi ini dapat dihilangkan dengan suatu larutan asam. R O Si(CH3)3 H3O+ / H2O R OH + (CH3)3SiOH Pengubahan suatu alkohol menjadi suatu trimetilsilil eter membuat senyawa tersebut 71 lebih volatil (mudah menguap). (Mengapa?) Kenaikan volatilitas (sifat mudah menguap) ini menjadikan alkohol (sebagai bentuk trimetilsilil-nya) lebih memungkinkan untuk menjalani analisis dengan kromatografi gascair. Reaksi-reaksi Eter 72 Dialkil eter bereaksi dengan sedikit pereaksi diluar asam-asam. Eter tahan terhadap serangan nukleofil dan basa. Ketidakkreaktifan dan kemampuan eter mensolvasi kation (dengan mendonorkan sepasang elektron dari atom oksigen) membuat eter berguna sebagai solven dari banyak reaksi. Eter mengalami reaksi halogenasi seperti alkana. 73 Oksigen dari ikatan eter memberi sifat basa. Eter dapat bereaksi dengan donor proton membentuk garam oksonium. CH3 CH2 OCH 2 CH3 + HBr CH3 CH2 O CH2 CH3 Br H Garam oksonium Pemanasan dialkil eter dengan asam-asam sangat kuat (HI, HBr, H2SO4) menyebabkan eter mengalami reaksi dimana ikatan ikatan karbon – oksigen pecah. CH3 CH2 OCH 2 CH3 + 2 CH3 CH2 Br HBr + H2 O 74 Mekanisme reaksi ini dimulai dari pembentukan suatu ion oksonium. Kemudian suatu reaksi SN2 dengan ion bromida yang bertindak sebagai nukleofil akan menghasilkan etanol dan etil bromida. CH3 CH2 OCH 2 CH3 + HBr CH3 CH2 O CH2 CH3 + Br H CH3 CH2 O + CH3 CH2 Br H Etanol Etil bromida Pada tahap selanjutnya, etanol yang baru terbentuk bereaksi dengan HBr membentuk75 satu mol ekivalen etil bromida yang ke dua. CH3 CH2 OH + HBr Br + CH3 CH2 O H H CH3 CH2 Br + O H H Epoksida 76 Epoksida adalah eter siklik dengan cincin tiga anggota. Dalam tatanama IUPAC, epoksida disebut oksirana. Epoksida paling sederhana memiliki nama umum etilena oksida. 2 C C 3 H2 C CH2 1 O Suatu epoksida O IUPAC: Oksirana Umum: Etilena oksida Metode yang paling umum digunakan untuk 77 mensintesa epoksida adalah reaksi dari suatu alkena dengan suatu asam peroksi organik, yaitu suatu proses yang disebut epoksidasi. O O RCH CHR Suatu alkena + Epoksidasi R'C O OH Suatu asam peroksi RHC CHR + O Suatu epoksida (atau oksirana) Dalam reaksi ini, asam peroksi memberikan suatu atom oksigen kepada alkena. Mekanismenya adalah seperti berikut ini. R'C OH O C + C O H R' C C O C O O 78 C + O H Adisi oksigen pada ikatan rangkap dalam suatu reaksi epoksidasi adalah adisi syn. Untuk membentuk suatu cincin dengan tiga anggota, atom oksigen harus mengadisi kedua atom karbon dari ikatan rangkap pada sisi yang sama. R' Asam peroksi yang paling umum digunakan 79 adalah asam peroksiasetat dan asam peroksibenzoat. Sebagai contoh, sikloheksana bereaksi dengan asam peroksibenzoat menghasilkan 1,2-epoksisikloheksana dalam jumlah yang kuantitatif. O + C6 H5 COOH H O CH2Cl2 H Asam peroksibenzoat 1,2-Epoksisikloheksana (100%) O + C6 H5 COH Reaksi antara alkena dengan asam-asam peroksi berlangsung dengan suatu cara yang stereospesifik. Sebagai contoh, cis-2-butena hanya menghasilkan80 cis-2,3-dimetiloksirana, sedangkan trans-2-butena hanya menghasilkan trans-2,3-dimetiloksirana. H3 C H C + C H3 C CH3 O 3 RCOOH H3 C H O 2 H 1 H cis-2-Butena H3 C cis-2,3-Dimetiloksirana (senyawa meso) H O C + C H CH3 RCOOH H CH3 trans-2-Butena + H O CH3 CH3 H H O CH3 Enantiomer trans-2,3-Dimetiloksirana Reaksi-reaksi Epoksida 81 Cincin tiga anggota dengan tegangan (strain) yang sangat tinggi dalam molekul epoksida menyebabkan epoksida lebih reaktif terhadap substitusi nukleofilik dibandingkan dengan eter yang lain. Katalisis asam membantu pembukaan cincin epoksida dengan menyediakan suatu gugus pergi yang lebih baik (suatu alkohol) pada atom karbon yang mengalami serangan nukleofilik. Katalisis ini sangat penting terutama jika 82 nukleofilnya adalah suatu nukleofil lemah seperti air atau suatu alkohol: ¤ Pembukaan cincin dengan katalis asam + H+ C C C _ O C H O H HO C C H+ H O H O _ H+ HO C C OH H RO Nukleofil kuat Pembukaan cincin dengan katalis basa + C C O RO C C Ion alkoksida O ROH HO 83 C C + RO OH Jika epoksidanya tidak simetris, serangan pembukaan cincin dengan katalis basa oleh ion alkoksida berlangsung terutama pada atom karbon yang kurang tersubstitusi. Sebagai contoh, metiloksirana bereaksi dengan suatu ion alkoksida terutama pada atom karbon primernya: Atom karbon 10 kurang terhalangi CH3 CH2 O + H2 C CHCH3 O CH3 CH2 OCH 2 CHCH3 84 CH3CH2OH O Metiloksirana CH3 CH2 OCH 2 CHCH3 + CH3 CH2 O OH 1-Etoksil-2-propanol Ini adalah apa yang seharusnya diharapkan: Reaksi secara keseluruhan adalan reaksi SN2, dan seperti telah dipelajari sebelumnya, substrat primer bereaksi lebih cepat melalui reaksi SN2 karena halangan ruangnya kecil. Pada pembukaan cincin dengan katalis asam 85 dari epoksida tidak simetris, serangan nukleofil terutama terjadi pada atom karbon yang lebih tersubstitusi. Sebagai contoh: CH3 CH3 OH + H3 C C CH3 CH2 O H+ H3 C C CH2 OH OCH3 Alasan: Ikatan pada epoksida terprotonasi adalah tidak simetris dengan atom karbon yang lebih tersubstitusi mengemban suatu muatan yang positif sekali. Oleh karena itu, nukleofil menyerang atom karbon tersebut meskipun lebih tersubstitusi. Atom karbon ini menyerupai karbokation 30 86 CH3 CH3 OH + H3C + C CH3 CH2 H+ H3 C C CH2 OH O + OCH3 H H Epoksida terprotonasi Atom karbon yang lebih tersubstitusi mengemban suatu muatan positif lebih besar karena menyerupai suatu karbokation tersier yang lebih stabil. 87 H3 C CH3 O O O O O CH3 O H3 C O O CH3 O O O CH3 Nonactin CH3 O CH3 Kemampuan membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan air memberi fenol 88 kelarutan yang sedang dalam air. bp (0 C) Kelarutan dalam air g/100 mL Nama mp (0 C) Fenol 43 182 9,3 2-Metilfenol 30 191 2,5 3-Metilfenol 11 201 2,6 4-Metilfenol 35,5 201 2,3 2-Klorofenol 8 176 2,8 3-Klorofenol 33 214 2,6 4-Klorofenol 43 220 2,7 2-Nitrofenol 45 217 0,2 3-Nitrofenol 96 1,4 4-Nitrofenol 114 1,7 2,4-Dinitrofenol 113 0,6 2,4,6-Trinitrofenol 122 1,4 SINTESIS FENOL 89 Sintesis Laboratoris Sintesis fenol secara laboratoris yang paling penting adalah hidrolisis garam arenadiazonium. Metode ini sangat serbaguna. Kondisi untuk tahap diazotasi dan hidrolisis bersifat mild. Gugus lain yang ada dalam molekul tidak berubah. 1 Ar NH2 HONO Ar N2 + H3O+ panas Ar OH NH2 OH (1) NaNO2, H2SO 4 0 - 50C 90 (2) H2O, panas Br Br 3-Bromofenol (66%) NH2 OH (1) NaNO2, H 2SO 4 0 - 5 0C (2) H 2O, panas NO2 NO2 3-Nitrofenol (80%) OH NH2 Br (1) NaNO2, H2SO 4 Br 0 - 50C (2) H2O, panas CH3 CH3 2-Bromo-4-metilfenol (80-92%) 2 Sintesis Industrial a Hidrolisis Klorobenzena (Proses Dow) 91 Fenol merupakan bahan kimia industri yang sangat penting, sebagai material awal untuk sejumlah besar produk komersial mulai dari aspirin sampai plastik. ONa Cl 3500C + 2 NaOH ONa + NaCl + H2 O (high pressure) OH HCl + NaCl b Fusi Alkali dari Natrium Benzenasulfonat ONa SO3Na + 2 NaOH 3500C + Na2 SO4 + H2 O Dari Kumena Hidroperoksida H3C CH3 CH + H2C CHCH3 92 2500C H3PO4 pressure Kumena CH3 CH3 C6H5 CH + O2 95-1350C C6H5 C O O H CH3 CH3 Kumena hidroperoksida CH3 C6H5 C CH3 + O O H H , H2O 0 50-90 C C6H5OH + C CH3 CH3 Fenol Aseton O 93 REAKSI FENOL SEBAGAI ASAM 94 Meskipun fenol secara struktural mirip dengan alkohol tapi fenol merupakan asam yang lebih kuat. Harga pKa kebanyakan alkohol adalah 18, sedangkan pKa fenol lebih kecil dari 11. Bandingkan sikloheksanol dan fenol. OH Sikloheksanol pKa = 18 OH Fenol pKa = 9,89 Meskipun fenol bersifat asam lemah bila 95 dibanding dengan asam karboksilat misal asam asetat (pKa = 4,74), namun fenol lebih asam daripada sikloheksanol. Cincin benzena bertindak sebagai gugus penarik elektron sehingga atom O dari gugus – OH bermuatan positif dan proton mudah dilepaskan. H H H H H O O O O O Struktur resonansi fenol Tetapan keasaman beberapa fenol Nama pK a (dalam air pada 25 0 C) Fenol 9,89 2-Metilfenol 10,20 3-Metilfenol 10,01 4-Metilfenol 10,17 2-Klorofenol 8,11 3-Klorofenol 8,80 4-Klorofenol 9,20 2-Nitrofenol 7,17 3-Nitrofenol 8,28 4-Nitrofenol 7,15 2,4-Dinitrofenol 3,96 2,4,6-Trinitrofenol 0,38 1-Naftol 9,31 2-Naftol 9,55 96 Membedakan dan memisahkan fenol dari 97 alkohol dan asam karboksilat Fenol larut dalam larutan NaOH, sedangkan alkohol dengan enam atom karbon atau lebih tidak larut. Sebagian besar fenol tidak larut dalam larutan Na2HCO3, tapi asam karboksilat larut. H2O OH + NaOH Asam lebih kuat pKa = 10 (sedikit larut) Basa lebih kuat O Na + H2O Basa lebih lemah (larut) Asam lebih lemah pKa = 16 Reaksi Gugus O–H dari Fenol 98 Fenol bereaksi dengan anhidrida karboksilat dan klorida asam membentuk ester. Reaksi ini serupa dengan reaksi dari alkohol. O O RC OH 2O O basa O OH RCCl basa CR O O CR + Cl O + RCO Fenol dalam Sintesis Williamson Fenol dapat diubah menjadi eter melalui sintesis Williamson. Karena fenol lebih asam dibanding alkohol, maka fenol diubah menjadi natrium fenoksida dengan memakai NaOH (logam Na dipakai untuk mengubah alkohol menjadi ion alkoksida). 99 Reaksi Umum ArOH NaOH ArO Na R X X = Cl, Br, I, OSO 2OR atau OSO 2R' ArOR + NaX Contoh spesifik OH O Na OCH2 CH3 CH3 CH2 I NaOH + NaI OH OH OH OH O Na OCH3 NaOH CH3OSO2OCH3 10 0 + NaOSO2OCH3 H 2O Anisol (Metoksibenzena) Pemutusan Alkil Aril Eter 10 1 Jika dialkil eter dipanaskan dengan HBr atau HI berlebih, maka terjadi pemutusan eter dan dihasilkan alkil halida dari kedua gugus alkil. HX pekat R O R panas R X + R' X + H2 O Jika alkil aril eter bereaksi dengan asam kuat seperti HI dan HBr akan menghasilkan suatu alkil halida dan fenol. 10 Fenol tidak akan bereaksi lebih lanjut untuk 2 menghasilkan aril halida karena ikatan karbon – oksigen sangat kuat dan karena kation fenil tidak mudah terbentuk. Reaksi Umum HX pekat Ar O R Ar panas OH + R X Contoh spesifik OCH3 + HBr H3C p-Metilanisol H2O OH + CH3Br H3C 4-Metilfenol HBr no reaction Metil bromida Reaksi Cincin Benzena dari Fenol Brominasi OH OH Br Br + 3 Br2 + H 2O Br 2,4,6-Tribromofenol (~ 100%) OH OH + Br2 50C + CS2 Br p-Bromofenol (80-84%) HBr 3 HBr 10 3 Nitrasi Hasil relatif rendah karena oksidasi cincin. Dihasilkan campuran o- dan p-nitrofenol. Isomer orto dan para dipisahkan dengan distilasi uap air. oNitrofenol lebih mudah menguap karena ikatan hidrogennya adalah intramolekular. p-Nitrofenol lebih sukar menguap karena memiliki ikatan hidrogen intermolekular yang menyebabkan asosiasi antar molekulnya. o-Nitrofenol terdistilasi bersama uap air, sedangkan p-nitrofenol tertinggal dalam labu distilasi. 10 4 OH OH OH NO2 20% HNO3 + 0 25 C NO2 (30-40%) 15% 10 5 Sulfonasi OH SO3H 250C Produk utama, kontrol kecepatan OH H 2SO4 H 2SO4, pekat, pekat OH Produk utama, kontrol kesetimbangan 100 0C SO3H 10 6 dan dipanaskan pada Reaksi Kolbe Natrium fenoksida mengabsorpsi CO2 125ºC di bawah tekanan beberapa atmosfer CO2. O Na O O H C C O O Na tautomerisasi - H+, + H+ O O H O H C C O Na O Natrium salisilat H+ O Asam salisilat OH Penataan-ulang Claisen 10 7 Pemanasan alil fenil eter sampai 200ºC menyebabkan suatu reaksi intermolekuler yang dinamakan penataan-ulang Claisen. Produk yang dihasilkan adalah o-alilfenol. OCH2CH CH2 OH CH2CH CH2 2000C Alil fenil eter H2C CH2 O o-Alilfenol CH CH2 O H2C CH OH CH2 CH2 tautomerisasi H Intermediat tidak stabil CH - H+, + H+ Kuinon (Quinon) 10 Oksidasi hidrokuinon (1,4-benzenadiol) menghasilkan suatu senyawa8 yang dikenal sebagai p-benzokuinon. Vitamin K1, yang berperan pada pembekuan darah, mengandung struktur 1,4-naftokuinon. OH O - 2e- + 2 H+ + 2e- OH O Hidrokuinon O p-Benzokuinon O CH3 CH2 CH C(CH2 CH2 CH2 CH)3 CH 3 CH3 O 1,4-Naftokuinon CH3 O Vitamin K1 Struktur Eter 10 9 Eter berbeda dari alkohol, dimana atom oksigen dari suatu eter terikat pada dua atom karbon. Gugus hidrokarbon dapat berupa alkil, alkenil, vinil, atau aril. Eter memiliki rumus umum R-O-R atau R-O-R’ dimana R’ adalah gugus alkil yang berbeda dari gugus R. Eter = air dimana kedua atom hidrogen diganti dengan gugus alkil. 11 0 R’ R O O atau R CH3 1100 R CH3 Rumus umum suatu eter Dimetil eter H2C C O O CH2 C O Gugus fungsional suatu eter O Etilen oksida Tetrahidrofuran (THF) ETER SIKLIK 11 1 Nama substitutif IUPAC harus dipakai untuk menamai eter yang rumit dan senyawa dengan lebih dari satu ikatan eter. Dalam sistem IUPAC, eter dinamai sebagai alkoksialkana, alkoksialkena, dan alkoksiarena. Gugus RO- merupakan suatu gugus alkoksi. Dua eter siklik yang sering dipakai sebagai solven memiliki nama umum tetrahidrofuran (THF) dan 1,4-dioksana. 11 2 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CH2O CH3 OCH3 2-Metoksipentana 1-Etoksi-4-metilbenzena O CH3OCH2CH2OCH3 O 1,2-Dimetoksietana Tetrahidrofuran (oksasiklopentana) O Dioksana (1,4-dioksasikloheksana) 11 3 TATANAMA ETER Eter sederhana sering dinamai dengan nama radikofungsional umum. Tuliskan kedua gugus yang terikat pada atom oksigen (sesuai urutan abjad) dan tambahkan kata eter. CH3 CH3OCH2CH3 CH3CH2OCH2CH3 Etil metil eter Dietil eter C6H5OC CH3 CH3 tert-Butil fenil eter