Desain Sintesis Asam Sinamat dan Mekanismenya

Asam sinamat merupakan asam trans-3-fenil-propenoat (IUPAC) dan asam trans-β-fenilakrilat (trivial). Asam sinamat yang diperoleh dari sintesis merupakan bentuk trans isomer. Isomer cis dari asam sinamat adalah asam allosinamat. Bentuk cis isomer dengan titik lebur 68°C ini tidak stabil dan akan berubah menjadi bentuk trans yang stabil. Sintesis asam sinamat dapat dilakukan dengan dua cara yaitu reaksi kondensasi Knoevenagel dan reaksi Perkin. Namun, Reaksi kondensasi Knoevenagel lebih sering digunakan dibandingkan dengan reaksi Perkin. 

Kesetimbangan isomer trans dan cis sinamat

1. Reaksi Kondensasi Knoevenagel

Pada dasarnya reaksi kondensasi Knoevenagel merupakan reaksi kondensasi antara suatu aldehid dan senyawa yang mempunyai hidrogen α dengan dua gugus karbonil dengan menggunakan katalis suatu basa organik yang memiliki gugus amina. Sintesis asam sinamat melalui reaksi knoevenagel dilakukan dengan mereaksikan benzaldehid yang merupakan aldehid aromatik tanpa hidrogen α, asam malonat (asam dikarboksilat yang memiliki hidrogen α) sebagai pendahulu karbonion atau enolat, piridin sebagai pelarut dan katalis basa, piperidin atau dietilamina sebagai katalis basa. Dietilamina (pKb = 3,02) merupakan suatu amina sekunder dan memiliki sifat basa lebih  kuat dibandingkan amonia (pKb = 4.74).  Semakin kuat basa yang digunakan maka  

atom hidrogen α semakin mudah membentuk 

ion enolat. Oleh karena itu, pembentukan asam sinamat akan semakin cepat dan rendemen yang dihasilkan lebih banyak. Yang reaksi kondensasi knoevenagel merupakan reaksi kondensasi aldol silang antara aldehid tanpa hidrogen α dan senyawa yang memiliki hidrogen α yang distabilkan oleh dua gugus penstabil karbonion/ gugus pengaktif (misalnya C=O atau C=N) dengan katalis basa. Kemudian, untuk membentuk garam HCl dari piridin dan piperidin ditambahkan HCl 2N.

Atau

Sintesis asam sinamat dari benzaldehid dengan asam malonat

 

Mekanisme :

2. Reaksi Perkin

Reaksi Perkin terjadi melalui kondensasi aldol antara benzaldehid dengan anhidrida asetat, dengan adanya garam natrium dari asam tersebut yang bertindak sebagai katalis. Kondensasi terjadi antara gugus karbonil dari benzaldehid dengan gugus metil yang teraktifkan dari anhidrida asetat, aktivitasi terhadap gugus metil tersebut sebagai nukleofilik dilakukan dengan penambahan katalis basa.

Sintesis asam sinamat dari benzaldehid dengan anhidrida asetat

Mekanisme:

Permasalahan : 

1. Sintesis asam sinamat dapat dilakukan dengan dua cara yaitu reaksi knoevenagel dan reaksi perkin. Kedua reaksi tersebut sama-sama menggunakan benzaldehid dan katalis basa. Namun mengapa reaksi knoevenagel lebih sering digunakan sebagai reaksi pada sintesis asam sinamat? (Kelantan)
2. Pada blog saya dijelaskan mengenai reaksi sintesis Asam sinamat melalui reaksi hidrolisis metil sinamat. Reaksi hidrolisis ini dapat memberikan rendemen hingga 85%. seperti pada gambar : 
   
   
   Pada reaksi tersebut hanya dijelaskan reaksi secara umum. Bagaimana mekanisme lengkap dari reaksi hidrolisis metil sinamat untuk sintesis Asam sinamat tersebut? (Siti)
3. Katalis basa, NaOH, yang digunakan dalam reaksi hidrolisis sangat berperan. Hidrolisis metil sinamat dengan basa berlangsung dalam dua tahap seperti yang telah disebutkan di blog saya. Apa yang terjadi apabila reaksi asam sinamat dengan fenol menggunakan katalis SOCl2? (Dwi)
4. Asam sinamat dapat dihasilkan melalui reaksi antara metil sinamat dengan katalis basa seperti natrium hidroksida yang mana katalis basa ini menyerang gugus karbonil dari metil sinamat dan membentuk intermediet tetrahedral. Apa yang akan terjadi jika katalis yang digunakan ialah katalis asam seperti asam sulfat? (Dewi)
5. Reaksi Knoevenagel memiliki efek mirip dengan kondensasi aldol, tetapi memiliki kekhususan. Kekhususan apa yang menyebabkan reaksi knoevenagel memiliki efek mirip dengan kondensasi aldol? (Erma J.)
6. Kenapa katalis yang digunakan dalam sintesis asam sinamat dari asam manolat dan benzaldehida menggunakan katalis dietilamina ? (Denora)
7. Sintesis asam sinamat dapat dilakukan melalui reaksi kondensasi knoevenagel dan reaksi perkin. Di antara reaksi berikut manakah yang dapat menghasilkan jumlah senyawa yang banyak? (Risa)

Link Diskusi (Jawaban permasalahan)

https://youtu.be/AVYCkEoyLsY

Desain Sintesis Aspirin dan Mekanismenya

Asam asetil salisilat (Aspirin) merupakan senyawa turunan dari asam salisilat yang dapat disintesis melalui reaksi esterifikasi (reversibel). Asam salisilat yang dilarutkan pada anhidra asam asetat sehingga terjadinya subtitusi gugus hidroksi (-OH) pada asam salisilat dengan gugus asetil (OCOCH3) pada anhidra asam asetat. Katalis yang sering digunakan yaitu asam pekat seperti asam sulfat dan asam fosfat.

Sesuai dengan reaksinya, asam salisilat menjadi pereaksi pembatas yang berarti secara teoritis, jumlah aspirin yang dihasilkan adalah setara dengan jumlah asam salisilat yang direaksikan. Asam asetat ditambahkan berlebih agar asam salisilat habis bereaksi. Selain itu, dengan bergesernya kesetimbangan menuju kearah produk, maka aspirin yang dihasilkan juga semakin banyak. Untuk mempercepat reaksi dilakukan pemanasan. Tidak ada penambahan air sebagai pelarut. Hal ini disebabkan karena glasial asetat akan berikatan dengan air membentuk asam asetat. Selain itu, asam salisilat dan aspirin sedikit larut dalam air dingin. Pada reaksi, akan didapatkan aspirin, asam asetat, anhidra asetat, katalis (misal asam sulfat), dan asam salisilat yang tidak bereaksi.

Aspirin ini dibuat dengan cara esterifikasi, dimana bahan aktif dari aspirin yaitu asam salisitat direaksikan dengan asam asetat anhidrad atau dapat juga direaksikan dengan asam asetat glasial. Asam asetat anhidrad ini dapat digantikan dengan asam asetat glasial karena asam asetat glasial ini bersifat murni dan tidak mengandung air selain itu asam asetat anhidrad juga terbuat dari dua asam asetat glasial sehingga pada pereaksian volumenya semua digandakan. Pada pembuatan aspirin juga ditambahkan air untuk melakukan rekristalisasi berlangsung cepat dan akan terbentuk endapan. Endapan inilah yang merupakan aspirin. pendinginan dimaksudkan untuk membentuk kristal, karena ketika suhu dingin, molekul-molekul aspirin dalam larutan akan bergerak melambat dan pada akhirnya terkumpul membentuk endapan melalui proses nukleasi (induced nucleation) dan pertumbuhan partikel mekanismenya adalah sebagai berikut : Anhidrida asetat menyerang H+ Anhidrida asam asetat mengalami resonansi anhidrida asam asetat menyerang gugus fenol dari asam salisilat H+ terlepas dari –OH dan berikatan dengan atom O pada anhidrida asam asetat anhidrida asam asetat terputus menjadi asam asetat dan asam asetilsalisilat (aspirin) H+ akan lepas dari aspirin.

Penggunaan anhidrat asetat karena untuk mencegah aanya air, sebab bila terdapat air maka kristal aspirin akan terurai kembali menjadi asam salisilat. Adapun fungsi dari penggunaan asam sulfat pekat yaitu sebagai katalisator yang mempercepat terjadinya reaksi namun tidak ikut bereaksi.Dilakukan pemanasan untuk menaikkan kelarutan asam salisilat yang terbentuk sehingga dapat berekasi sempurna.

Prinsip pembuatannya, yaitu Pembuatan aspirin berdasarkan reaksi asetilasi antara asam salisilat dan anhidrat asetat dengan menambahkan asam sulfat pekat sebagai katalisator yang dilanjutkan dengan proses pemanasan untuk mempercepat reaksi serta diikuti dengan proses pendinginan untuk mempercepat terbentuknya kristal.

Struktur Aspirin :

Mekanisme reaksi aspirin :

Reaksi hidrolosis pada aspirin, yaitu :

Aspirin dapat bereaksi secara hidrolisis dengan NaOH sebagai berikut :

• Aspirin bereaksi hidrolisis dengan NaOH sebagai berikut :

• Aspirin dapat bereksi hidrolisis dengan air sebagai berikut 

Permasalahan: 

Secara teoritis, jumlah aspirin yang dihasilkan adalah setara dengan jumlah asam salisilat yang direaksikan. Apakah yang dapat membuat hal ini terjadi dan bagaimana cara memperbanyak produk aspirin tanpa menambah jumlah asam salisilat? (Kelantan)

Dikatakan bahwasannya sintesis aspirin diperoleh dari stating material yaitu asam asetat anhidrid yang direaksikan dengan asam salisilat diamana keduanya merupakan senyawa karboksilat Dan digunakan H2SO4 sebagai katalisnya yang dilakukan secara pemanasan dengan suhu 50-60derajat agar bisa menghasilkan senyawa asetil salisilat (aspirin) Nah bagaimana jika suhu yg digunakan lebih dari 60 misalnya saja 80 derajat apakah aspirin masih dapat terbentuk? (Nurhalimah)

Reaktan berlebih yang seperti apa yang bisa menggeser kesetimbangan ke kanan untuk mendukung pembentukan aspirin ? 

Dikatakan bahwa dibanding asam salisilat asam asetil salisilat merupakan asam yang lebih lemah. Pada pelarutan dengan penambahan basa akan terjadi hidrolisis yang cepat atau lambat menjadi salisilat dan asetat tanpa bergantung pada konsentrasi ion OH. Selain itu, dalam suasana asam juga akan terhidrolisis . Mengapa demikian? (Wisliana)

Aspirin merupakan suatu ester dari asam asetat dengan asam salisilat. Aspirin dapat dibuat dengan mereaksikan asam salisilat dengan anhidrida asam asetat menggunakan asam fosfat pekat sebagai katalisator. Bagaiman jika yang di gunakan sebagai katalisator berupa asam pekat lain? misalnya asam sulfat pekat. (Nadiya)

Aspirin ini dibuat dengan cara esterifikasi, dimana bahan aktif dari aspirin yaitu asam salisitat direaksikan dengan asam asetat anhidrad atau dapat juga direaksikan dengan asam asetat glacial bila asam asetat anhidrad sulit untuk ditemukan. Mengapa asam asetat anhidrad ini dapat digantikan dengan asam asetat glacial? Apakah karna memiliki sifat yang sama? Jelaskan! (Vika)

Link Video (Jawaban Permasalahan)

https://youtu.be/vZoKRIzia44

6. 

Kontrol Termodinamika dan Kontrol Kinetika dalam Sintesis Senyawa Organik

Kontrol Termodinamika dan Kontrol Kinetika

 

Kinetika kimia adalah ilmu yang mempelajari laju reaksi kimia, faktor yang mempengaruhi dan kaitannya terhadap mekanisme reaksi. Sedangkan termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dan energi. Pada reaksi kimia organik, kontrol termodinamika merupakan energi bebabs Gibbs (∆G) yang menyatakan reaksi yang berlangsung spontan jika ∆G < 0, dan mengutamakan kestabilan produk. Sedangkan kontrol kinetika merupakan tingkat reaksi atau harga orde yang menentukan harga konstanta kecepatan reaksi (k) dan energi aktivasi (Ea) yang berguna dalam penentuan laju atau kecepatan reaksi. Reaksi ini akan semakin cepat jika harga k juga semakin besar atau harga Ea yang semakin kecil.

 

Pada reaksi diatas, terbentuk 2 produk berupa produk B dan produk C. Energi bebas dari ∆G_C < ∆G_B sehingga produk C lebih cepat terbentuk sesuai yang dikatakan terkontrol secara kinetik, namun produk B yang terbentuk lebih stabil daripada produk C. Pada reaksi yang reversibel,  reaksi yang telah mendekati kesetimbangan produk C mula-mula membentuk kembali reaktan A dan produk B yang lebih stabil tidak berkurang banyak (kembali tapi sedikit disebabkan kestabilannya). Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa produk B tersebut terkontrol secara termodinamika.

Produk tersebut dikatakan terkontrol secara kinetika saat tidak ada satu pun reaksi yang reversibel (irreversible) dan produk utamanya terbentuk sangat cepat. Sedangkan produk yang terkontrol secara termodinamika saat reaksi mendominasi yaitu reaksi reversibel dan produk yang dihasilkan merupakan produk yang paling stabil. Produk dari kontrol termodinamika merupakan produk yang memiliki temperatur tinggi, sedangkan produk dari kontrol kinetika merupakan produk yang memiliki temperatur lebih rendah. Pada produk kontrol kinetika memiliki energi aktivasi yang lebih rendah sehingga lebih mudah berlangsung, sedangkan produk kontrol termodinamika itu terstruktur yang lebih stabil atau  memiliki energi aktivasi yang tinggi.

Kontrol termodinamika dan kontrol kinetika pada reaksi kimia dapat menentukan komposisi dari campuran produk reaksi saat jalur bersaingan mengarah pada produk berbeda dan selektivitas karna pengaruh kondisi reaksi tersebut. Pada kondisi reaksi ini (suhu, tekanan atau pelarut) dapat mempengaruhi jalur reaksi, oleh sebab itu kontrol termodinamika atau kinetik merupakan satu kesatuan dari suatu reaksi kimia. Kedua kontrol tersebut disebut sebagai faktor termodinamika dan faktor kinetika. Berikut ini adalah uraian dari kedua faktor tersebut :

1. Faktor termodinamika (stabilitas realitif dari produk). Pada suhu tinggi, reaksi berada di bawah kontrol termodinamika (ekuilibrium, kondisi reversibel) dan produk utamanya berada pada system yang lebih stabil.
2.  Faktor kinetik (kecepatan pembentukan produk). Pada suhu rendah, reaksi berada di bawah kontrol kinetik (tingkat, kondisi irreversible) dan produk utamanya merupakan produk hasil dari reaksi tercepat.

Contoh :

 

Pada reaksi diatas dapat dilihat bahwa produk A berlangsung lebih cepat dibandingkan produk B. hal ini disebabkan oleh basa yang lebih mudah menyerang atom H pada posisi keenam daripada pada posisi kedua. Produk B lebih satabil secara termodinamika dibandingkan produk A (∆G lebih rendah), tetapi produk A lebih cepat terbentuk (∆G lebih rendah), sehingga dapat dikatakan bahwa produk tersebut terkontrol secara kinetik. Namun, jika reaksi reversibel dan dibiarkan hingga mendekati kesetimbangan maka produk yang dominan yaitu B. di bawah kondisi tersebut, produk A yang mula-mula terbentuk kembali ke keadaan awal dan produk B yang lebih stabil tidak akan berkurang banyak. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa produk tersebut terkontrol secara termodinamik.

 

Permasalahan:

1. Kondisi reaksi seperti suhu, tekanan atau pelarut mempengaruhi jalur reaksi. Pada temperatur tinggi, reaksi dibawah kontrol termodinamika. Sedangkan pada temperatur rendah, reaksi di bawah kontrol kinetika. Jika reaksi berada pada temperatur ruang, apakah kontrol termodinamika atau kinetika yang mengendalikan reaksi tersebut? Jelaskan ! (Kelantan)
2. Mengapa suhu dijadikan sebagai kunci utama atau faktor utama dalam kestabilan relatif dan kecepatan relatif dalam mengontrol sintesis senyawa kimia organik supaya produk yang diperoleh lebih stabil dan banyak ? (Bella)
3. Dikatakan bahwasanya, kondisi reaksi seperti suhu, tekanan, pelarut akan mempengaruhi jalur reaksi mana yang lebih disukai, yakni terkendali secara kinetik maupun termodinamika. Dan kondisi tersebut hanya berlaku jika adanya energi aktivasi dari dua jalur yang berbeda. Nah, mengapa energi aktivasi menjadi faktor penting untuk mengetahui jalur mana yang lebih disukai yakni antara kontrol kinetika maupun termodinamika? (Khusnul)
4. Bagaimanakah pengaruh kontrol kinetika maupun kontrol termodinamika terhadap energi yang dihasilkan dalam suatu reaksi? (Vika)
5. Hal apa yang harus diperhatikan atau dilakukan dalam kontrol kinetika dan kontrol termodinamika untuk didapatnya produk hasil reaksi yang stabil? (Jony)
6. Sebagaimana contoh yang telah saya paparkan, dinyatakan bahwa pada kontrol termodinamika produk yang terbentuk ialah B dengan suhu tinggi, apakah produk B ini tidak akan terbentuk jika suhu yang di gunakan ialah suhu rendah? (Dewi)
7. Mengapa energi bebas produk dalam suatu reaksi harus lebih kecil dari pada energi reaktan yang menghasilkan ∆G negatif? (Andrika)

Link Video Diskusi (jawaban permasalahan)

https://youtu.be/jCmt-jiFUy0

Pembentukan Kerangka Karbon dan Transformasi Gugus Fungsi

A. Pembentukan Kerangka Karbon

Karbon adalah salah satu senyawa yang dapat membentuk rantai panjang dengan atomnya sendiri. Pencabangan adalah sesuatu yang umum dalam kerangka karbon. Kerangka dari semua molekul organik akan terbentuk dari ikatan C-C. Berikut ini ialah reaksi pembentukan ikatan karbon, yaitu:

1. Reaksi Grignard. 

Reagen Grignard saat ditambahkan ke keton, aldehid, dan ester akan membentuk ikatan C-C. Reagen Grignard adalah alkil atau aril magnesium halida yang memiliki rumus RMgX. Reagen Grignard berfungsi sebagai nukleofil, menyerang atom karbon elektrofil dalam ikatan gugus karbonil. 

2. Alkilasi Enolat

Enolat adalah nukleofil baik. Penambahan keton/ester dengan basa kuat yang kemudian sebuah alkil halida akan berguna untuk pembentukan ikatan C-C melalui reaksi SN2. Alkilasi terjadi jika anion enolat yang nukleofilik bereaksi dengan alkil halida berupa elektrofilik dan memaksa keluar melalui mekanisme reaksi SN2. Reaksi ini terjadi pada atom oksigen enolat/karbon alfa, namun secara normal terjadi pada atom karbon.

3. Reaksi Aldol 

Reaksi aldol adalah reaksi penggabungan dua senyawa karbonil. Enolat yang direaksikan dengan aldehid dan keton akan membentuk ikatan C-C. Pembentukan suatu senyawa baru β-hidroksi karbonil. 

4. Kondensasi Claisen

Sama seperti reaksi aldol, saat enolat direaksikan dengan ester untuk membentuk ikatan C-C. Produk yang dihasilkan yaitu ester β-keton.

B. Transformasi Gugus Fungsi

Ada gugus fungsi yang dapat dimasukkan dengan cara tertentu, namun ada yang tidak. Terkadang perlu interkonvensi atau transformasi gugus fungsi dengan cara lain, tanpa mempengaruhi bagian molekul lain. Suatu gugus fungsi dapat ditransformasi menjadi gugus fungsi lain dengan berbagai cara yaitu substitusi, adisi, eliminasi, oksidasi dan reduksi. Suatu molekul target dapat disintesis dengan menggabungkan fragmen melalui yang lebih kecil untuk membentuk molekul yang lebih besar atau sebaliknya dapat memecah ikatan untuk menghasilkan dua atau lebih molekul yang lebih kecil dari molekul yang besar.

1. Transformasi alkohol

2. Transformasi gugus amino

NH2 bersifat basa sehingga akan bereaksi sebagai nukleofil

3. Adisi Nukleofilik C=X

Permasalahan :

1. Suatu gugus fungsi dapat ditransformasikan menjadi gugus fungsi lain dengan berbagai cara yaitu substitusi, adisi, eliminasi, oksidasi dan reduksi. Apakah suatu transformasi gugus fungsi dapat menggunakan lebih dari 1 cara untuk melakukan transformasi nya? Jelaskan dengan memberikan contoh reaksi yang bertransformasi! (Kelantan)
2. Mengapa Enolat dapat bertindak sebagai nukleofil dalam reaksi tipe SN2 ? (Sandi)
3. Bagaimanaita bisa mengetahui bahwa pada transformasi gugus fungsi itu melalui reaksi subtitusi ataupun eleminasi? (Nurkhalisah)
4. Benzema tergolong ikatan karbon, apa yang menyebabkan benzena lebih cenderung mengalami reaksi? (Nadiya)
5. Mengapa pembentukan ikatan C-C melalui reaksi radikal bebas tidak terkendali dan tidak dapat digunakan dalam sintesis sedangkan pemebentukan melalui reaksi ion lebih terkendali serta dapat digunakan dalam sintesis? (Ermawaty)
6. Reaksi grignard termasuk salah satu reaksi pembentukan ikatan karbon. Mengapa organolitium nukleofil lebih kuat daripada gridnard yang sebanding ? (Zulia)
7. Manipulasi gugus fungsi pada alkohol sangat diperlukan. Mengapa demikian? (Jony)

Link Diskusi (Jawaban permasalahan)

https://youtu.be/rWpSmmrx9rM