SENYAWA KARBONIL (ALDEHIDA & KETON)

Reaksi Adisi Nukleofilik

Farshid Zand

STRUKTUR GUGUS KARBONILHibridisasi karbon karbonil adalah sp2.Geometri karbon karbonil adalah trigonal planarSerangan nukleofil akan terjadi dengan tingkat kemudahan yang sama baik dari atas maupun bawah gugus karbonil. Hibridisasi oksigen adalah nominally sp2.

ProkiralKarbon karbonil adalah prokiral. Yaitu, karbon karbonil bukan merupakan pusat kiralitas, tetapi dapat menjadi kiral sejalan dengan berjalannya reaksi. Dua produk ini adalah enantiomers.Pada umumnya, kedua enantiomer terbentuk dalam jumlah sama.

REAKSI-REAKSI SENYAWA KARBONILReaksi reduksiReaksi OksidasiReaksi adisi nukleofilikAdisi Grignard membentuk alkoholAdisi air (hidrasi) membentuk gem-diolAdisi alkohol membentuk asetal/ketonAdisi HCN membentuk sianohidrin Adisi ammonia dan turunan ammoniaAdisi karbanionKondensasi AldolKondensasi ClaisenReaksi ReformatskyReaksi Wittig

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik dari Aldehida dan KetonNukleofil menyerang karbon elektrofilik C=O dari arah ~45 pada bidang gugus karbonil. Pada waktu sama: Rehibridisasi karbon karbonil dari sp2 ke sp3 terjadi, sepasang elektron dari ikatan rangkap karbon-oksigen bergerak ke atom oksigen elektronegatif, dan suatu intermediat ion alkoksida tetrahedral dihasilkan.

Farshid Zand

Penyerangan NukleofilNukleofil dapat bermuatan negatif atau netralNukleofil bermuatan negatifHO- (ion hidroksida)H- (ion hidrida)R3C- (karbanion)RO- (ion alkoksida)CN- (ion sianida)Nukleofil Netral

H2O (air)ROH (suatu alkohol)H3N (ammonia)RNH2 (amina)

Farshid Zand

Reaksi Adisi Nukleofilik Aldehida/Keton

Farshid Zand

Reaksi Gugus Karbonil dengan AsamSifat Khas

Reaksi Gugus Karbonil dengan BasaSifat Khas

Adisi Nukleofilik pada Karbonil- Mekanisme UmumNOTE: Reaksi Reversibel

Adisi Nukleofilik pada Karbonil-dalam Asam (Mekanisme Umum)NOTE: reaksi reversibel

Intermediat karbokation mempunyai resonansiKarakter muatan positif pada karbon membuat karbon tersebut merupakan posisi yang baik untuk serangan basa Lewis (nukleofil).

Bila intermediat terbentuk, apa yang terjadi dengan intermediet tersebut ? Kasus 1: Produk Adisi merupakan produk stabilReaksi berhenti disini. Ini terjadi paling sering jika nukleofiliknya karbon, oksigen, sulfur.

Kasus 2: Adisi-EliminasiProduk adisi tidak stabil, dan melepaskan molekul air. Hal ini paling sering teramati jika atom nukleofiliknya adalah nitrogen atau fosfor.

Kasus 3: Pelepasan Gugus PergiProses ini teramati jika X adalah suatu gugus pergi yang baik. is a potential leaving group. Hal ini dikenal dengan substitusi asil nukleofilik

Adisi NukleofilikPembentukan Alkohol

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik Eliminasi atom oksigen karbonil sebagai HO atau H2O untuk menghasilkan produk berikatan rangkap C=Nu.

Farshid Zand

Reaktivitas relatifReaktivitas dalam adisi nukleofilik

Aldehida >>> keton

Aldehida alifatik >>> aldehida aromatis

Farshid Zand

Alasan Sterik Aldehida Lebih Reaktif Dari KetonNukleofil mampu mendekati aldehida lebih baik, karena pada karbon C=O hanya terdapat 1 substituen besar yang terikat, sedangkan di keton ada 2. Keadaan transisi untuk aldehida-rxn kurang sesak, sehingga mempunyai energi lebih rendah. aldehida keton

Farshid Zand

Alasan Elektronik Aldehida Lebih Reaktif Dari KetonPolarisasi gugus karbonil aldehida lebih besar Aldehida lebih elektrofilik karbokation 1 (kurang stabil, lebih reaktif)

Aldehida (stabilisasi + rendah, lebih reaktif)-+-+ karbokation 2 (lebih stabil, kurang reaktif)

Keton (stabilisasi + besar, kurang reaktif)

Farshid Zand

Mengapa aldehida alifatis lebih reaktif dari aromatis ?Efek resonansi dari cincin aromatis (gugus pendonor elektron) membuat gugus karbonil aromatis kurang elektrofil dibandingkan aldehida alifatis.

Farshid Zand

Perbandingan kerapatan elektron pada formaldehida dan benzaldehidaPerbandingan kerapatan elektron dari formaldehida dan benzaldehida menunjukkan bahwa atom karbon karbonil benzaldehida (aromatis) kurang positif dibandingkan formaldehida. formaldehida benzaldehida

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik H2O : HidrasiAldehida dan keton bereaksi dengan air untuk menghasilkan suatu diol geminal. Proses hidrasi ini reversibel. Adisi nukleofilik air dikatalisis oleh asam atau basa. * berkatalis basa* Berkatalis asam-OH--+++

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik HCN : pembentukan CyanohydrinAldehida dan keton tak terhalang bereaksi dengan HCN untuk menghasilkan cyanohydrins. Pembentukan ini reversibel dan berkatalis basa.Sianohidrin dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan senyawa-senyawa begugus fungsi lain. Direduksi dengan LiAlH4, menghasilkan amina primer. Dihidrolisis dengan asam panas menghasilkan asam karboksilat.

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik: Adisi Grignard dan Hidrida Pembentukan alkoholPereaksi Grignard R-MgX, sangat terpolarisasi dan dalam bereaksi berprilaku seperti asam-basa. Adisi nukleofilik dari R- pereaksi Grignard pada aldehida atau keton yang diikuti oleh protonasi intermediet alkoksida menghasilkan suatu alkohol. Adisi ion hidrida, dari LiAlH4 atau NaBH4, dan air atau asam menghasilkan suatu alkohol+-+

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik Amina:Pembentukan Imina dan Enamina Perbedaan di antara imina dan enamina adalah ikatan C=N dan C=C.

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik Amina:Mekanisme amina 1 membentuk imina+

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik Amina:Mekanisme amina 2 membentuk enamina++

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik Hidrazina: Wolff-Kishner ReactionAdisi hidrazina mengubah aldehida/keton menjadi alkana. Suatu bentuk intermediat hidrazona terbentuk, diikuti oleh migrasi ikatan rangkap berkatalis basa, kehilangan gas N2, dan akhirnya protonasi menghasilkan suatu alkana.

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik Alkohol: Pembentukan AsetalAsetal dan Ketal terbentuk dengan mereaksikan dua ekivalen alkohol masing-masing dengan aldehida dan keton, dengan keberadaan katalis asam. Hemiasetal dan Hemiketal terbentuk dengan mereaksikan masing-masing dengan aldehida dan keton, hanya dengan satu ekivalen alkohol, dengan keberadaan katalis asam. Reaksi lebih lanjut dengan alkohol kedua akan membentuk asetal atau ketal.Suatu diol, dengan dua gugus OH pada molekul sama, dapat digunakan untuk membentuk asetal siklik. Semua tahap dalam pembentukan asetal/ketal adalah reversibel.

Farshid Zand

Asetal Ketal

Hemiasetal Hemiketal

Farshid Zand

Mekanisme Pembentukan Asetal

Farshid Zand

Karbohidrat mengandung gugus fungsi alkohol dan karbonil pada molekul yang sama, disebut pula polihidroksialdehida atau polihidroksiketon. Karbohidratdapt membentuk hemiasetal melalui interaksi intramolekular dari gugus-gugus fungsinya.Sebagai suatu model, pertimbangkan reaksi:Pembentukan Asetal/hemiasetal

Siklisasi Monosakarida

Cincin piranosaCincin furanosa65Pembentukan Hemiasetal siklis pada monosakaridaUntu kejelasan, gugus hidroksil tidak ditunjukkan secara lengkap

Reaksi CanizzaroMemerlukan dua ekivalen aldehida dan basa. Menghasilkan campuran asam karboksilat dan alkohol 1: 1.Aldehida yang bereaksi terbatas hanya pada aldehida yang tidak mempunyai H alfa, seperti formaldehida dan benzaldehida. Produk merupakan proses reduksi dan oksidasi yang simultan, disproporsionasi. Tahapan:1. Adisi nukleofilik OH- pada aldehida pertama membentuk intermediet tetrahedral. 2. Intermediat tetrahedral kemudian melepaskan ion hidrida sebagai gugus pergi. 3. Aldehida kedua mengambil ion hidrida. 4. Oksidasi produk kedua menghasilkan asam, sementara reduksi produk pertama menghasilkan alkohol.

Farshid Zand

MEKANISME REAKSI CANIZARO

Farshid Zand

Reaksi yang terkait dengan KarbanionKondensasi Aldol Diri vs SilangKondensasi ClaisenDiri vs Silang Siklisasi DieckmannReaksi ReformatskyReaksi WittigReaksi Alkilasi/Asilasi/ Adisi Konyugasi Karbanion

Farshid Zand

Kondensasi AldolKondensasi DiriKondensasi Silang

Farshid Zand

Kondensasi AldolTerjadi pada aldehida berhidrogen alfaDapat terjadi kondensasi diri atau silang (dengan aldehida berhidrogen alfa lain atau aldehida tidak berhidrogen alfa) Dapat dikatalis oleh basa atau asamMenghasilkan produk berupa aldol (aldehida dan alkohol) Aldol dapat mengalami dehidrasi sehingga diperoleh aldehida tak jenuh (enal)Bila melibatkan keton, maka reaksinya dinamakan Kondensasi Claisen-Schmidt

Farshid Zand

MEKANISME KONDENSASI ALDOL

Farshid Zand

Kondensasi ClaisenTerjadi pada ester berhidrogen Dapat terjadi kondensasi diri atau silangMenghasilkan keto esterDapat terjadi kondensasi intramolekuler (Kondensasi Dieckmann)

Farshid Zand

Kondensasi ClaisenKondensasi DiriKondensasi SilangKondensasi Dieckmann

Farshid Zand

Reaksi Reformatsky

Farshid Zand

REAKSI WITTIGPada awalnya mengubah suatu aldehida/keton menjadi Fosfor ylida (aka fosforana) Ylida bertindak sebagai nukleofil yang menyerang karbon karbonil dan menghasilkan cincin 4 anggota, dan intermediat dipolar yang disebut betaina. Betaina terurai secara spontan untuk menghasilkan suatu alkena dan trifeniloksida.Dapat menghasilkan alkena monosubstitusi, disubstitusi, dan trisubstitusi.

Farshid Zand

REAKSI WITTIGTahapan Reaksi Wittig :Pembentukan garam Fosfonium Pembentukan YlidaPembentukan Alkena

Farshid Zand

Mekanisme Reaksi Wittig:

Farshid Zand

Reaksi Alkilasi/Asilasi/Adisi Konyugasi dengan KarbanionReaksi Ester Malonat Reaksi Ester AsetoasetatReaksi Stork EnaminaAdisi Michael/Adisi Konyugasi

Farshid Zand

Sintesis Asam asetat TeralkilasiReaksi Ester Malonat

Farshid Zand

Reaksi Ester AsetoasetatSintesis Aseton teralkilasi

Farshid Zand

Reaksi Stork EnaminaSintesis Aldehida/Keton Teralkilasi

Farshid Zand

Sintesis Aldehida/Keton TerasilasiReaksi Stork Enamina

Farshid Zand

Adisi Nukleofilik Konyugasi pada Aldehida/keton takjenuh ,Adisi langsung (adisi 1,2) terjadi jika suatu nukleofil menyerang karbon karbonil secara langsung. Adisi konyugasi (adisi 1,4) terjadi bila nukleofil menyerang karbonil secara tidak langsung pada karbon kedua (karbon beta) dalam aldehida/keton takjenuh. Adisi konyugasi membentuk produk awal yang disebut enolat, yang terprotonkan pada karbon alfa untuk memberikan produk akhir aldehida/keton jenuh. Adisi konyugasi dapat dilakukan dengan nukleofil seperti amina primer, skunder, atau gugus alkil.

Farshid Zand

Adisi Langsung vs Adisi Konyugasi Sistem Karbonil tak jenuh ,

Farshid Zand

Mekanisme Adisi Konyugasi (1,4)

Farshid Zand

Adisi MichaelDonorAkseptor

Farshid Zand

Anulasi RobinsonAdisi Michael

Farshid Zand

Reaksi Reduksi Aldehida dan KetonPembentukan AlkoholHidrogenasiReduksi Hidrida

Pembentukan AlkanaReduksi ClemmensenReduksi Wolff-Kishner

Farshid Zand

Beberapa Reaksi Adisi Nukleofilik BiologisOrganisme hidup menggunakan reaksi adisi nukleofilik yang melibatkan senyawa aldehida dan keton di alam. Contoh : -Dalam Metabolisme : Pemutusan Alanin -Dalam Pertahanan : pelepasan racun oleh lipan

Farshid Zand

Reaksi adisi nukleofilik: MetabolismeBadan manusia menggunakan asam amino alanina bereaksi dengan piridoksal fosfat, suatu aldehida, dalam reaksi metabolisme untuk menghasilkan suatu imina.

Farshid Zand

Reaksi Adisi Nukleofilik: Metode Pertahanan DiriApheloria corrugata, suatu lipan, melepaskan racun HCN pada penyerang. Lipan melepaskan molekul mandelonitril, dan enzim memecahkannya menjadi aldehida dan HCN.

Farshid Zand

Oksidasi Aldehida dan KetonKonversi Aldehida menjadi Asam karboksilatOksidasi Aldehida/Keton aromatis menjadi Turunan asam BenzoatReaksi Haloform dari metilkarbonil Pemutusan dial/diketon visinal oleh asam periodat

Farshid Zand

Oksidasi Aldehida/Keton

Farshid Zand

Oksidasi Aldehida dan KetonAldehida mudah teroksidasi membentuk asam karboksilat Keton-inert, tetapi dapat teroksidasi dengan KMnO4 alkalin panas. ALASAN: aldehida mempunyai sebuah proton CHO yang dapat dihilangkan dengan oksidasi, keton tidak. OKSIDATOR: KMnO4 HNO3 CrO3 dalam kondisi asam Pereaksi Tollens (Ag2O) dalam ammonia cair

Farshid Zand

Oksidasi AldehidaTerjadi melalui intermediat 1,1 diol atau hidrat..H2OhidratAldehidaAsam karboksilat

Farshid Zand

Mekanisme Oksidasi Aldehida

Farshid Zand

Mekanisme Oksidasi Aldehida, lanjutan

Farshid Zand

Oksidasi KetonInert terhadap oksidator paling kuat. Keton mengalami pemisahan jika direaksikan dengan KMnO4 alkalin panas.

1.2.

Farshid Zand