2

SE NY A W A DE RI VA T AS AM KA RB OK SIL ATKelompok 1

3

Senyawa Derivat Asam Karboksilat(REAKSI SUBSTITUSI ASIL NUKLEOFILIK)

Golongan karbonil dengan ikatan rangkap karbon-oksigen adalah golongan dengan fungsi paling penting yang ditemukan dalam senyawa organik. Senyawa yang mengandung golongan karbonil disebut senyawa karbonil, berlimpah di alam. Banyak memainkan peran penting dalam proses biologis. Hormon, vitamin, asam amino, obatobatan, dan bumbu hanya beberapa senyawa karbonil yang mempengaruhi kita setiap Sekolah Pasca Sarjana hari. Suatu golongan asil terdiri dari kelompok karbonil yang melekat pada sebuah gugus alkil atau ke kelompok aril. Pharmaceutical Sciences and

Technology Universitas Gadjah Mada 2010Substituen terikat pada gugus asil sangat mempengaruhi reaktivitas senyawa karbonil. Kelompok 1

4 Senyawa karbonil dapat dibagi menjadi dua kelas. Kelas I senyawa karbonil adalah mereka di mana gugus asil terikat ke atom atau grup yang dapat digantikan oleh kelompok lain (mempunyai Leaving Group). Contohnya adalah asam karboksilat, asil halida, asam anhidrida, ester, dan amida. Semua senyawa ini mengandung grup (-OH, -Cl, -Br, -O(CO)R, -OR, -NH2, -NHR, atau NR2) atau yang dapat diganti oleh nukleofil. Asil halida, asam anhidrida, ester, dan amida semua disebut turunan asam karboksilat karena mereka berbeda dari asam karboksilat hanya pada gugus menggantikan gugus OH asam karboksilat. Senyawa dengan gugus yang dapat digantikan oleh nukleofil sebagai berikut. Tipe reaksi yang dijalani dinamakan Reaksi Substitusi Asil Nukleofilik (SAN).

Kelas II senyawa karbonil adalah gugus asil terikat pada gugus yang tidak dapat segera digantikan oleh gugus lain, contohnya aldehida dan keton. H dan alkil atau aril (-R atau Ar) dari aldehida dan keton tidak dapat digantikan oleh nukleofil.

Kemungkinan gugus digantikan oleh gugus lain tergantung pada kebasaan relatif dari kedua gugus. Semakin lemah kebasaan suatu gugus, kemampuan untuk pergi lebih baik. Basa lemah adalah gugus pergi yang baik karena basa lemah tidak bisa berbagi elektron mereka seperti yang dilakukan oleh basa kuat. Nilai pKa asam konjugasi dari gugus pergi berbagai senyawa karbonil tercantum pada Tabel berikut. Perhatikan bahwa kelompok asil Kelas I senyawa karbonil melekat pada basa lemah dibanding kelompok asil senyawa karbonil Kelas II. Semakin rendah nilai pKa, berarti semakin asam dan makin lemah basa konjugasinya. Tabel 1. Nilai pKa asam konjugat dari leaving group senyawa karbonil

Kelompok 1

5

Kita akan melihat bahwa senyawa mengalami reaksi substitusi karena mereka memiliki gugus asil yang melekat pada gugus yang dapat digantikan oleh nukleofil. Aldehida dan keton memiliki gugus asil yang melekat pada gugus yang tidak dapat digantikan oleh nukleofil, maka senyawa ini tidak mengalami reaksi substitusi, melainkan reaksi adisi nukleofilik. SUBSTITUSI ASIL NUKLEOFILIK Asam karboksilat dan turunannya menjalani reaksi substitusi asil nukleofilik, yang mana satu nukleofil menggantikan nukleofil yang lain pada karbon asil. Substitusi asil nukleofilik dapat mengubah semua turunan asam karboksilat, dan mekanisme reaksinya bervariasi tergantung pada kondisi asam atau basa. Nukleofil dapat berupa anion negatif (Nu:) atau molekul netral (Nu:). Jika nukleofil bermuatan negatif (R, H, HO, RO, CN) maka nukleofil menyerang karbon karbonil secara cepat dan membentuk suatu zat antara alkoksida tetrahedral, yang selanjutnya akan melepaskan gugus pergi ketika melakukan pembentukan ulang ikatan rangkap C=O gugus karbonil. Mekanisme umum dari reaksi substitusi asil nukleofilik:

Kelompok 1

6

O

Adisi nukleofilik pada gugus karbonil, menghasilkan intermediet tetrahedral

C R Y

Nu

(atau : Nu - H)

O

Pasangan elektron bebas dari oksigen mendesaik gugus pergi Y, menghasilkan senyawa karbonil baru sebagai produk

R Y Nu

O

YR Nu

Y adalah leaving f\roup: -OR, -NR2, -Cl)Jika nukleofil merupakan molekul netral dengan pasangan elektron bebas (H2O, ROH), maka nukleofil membutuhkan suatu katalis asam untuk terjadinya reaksi adisi nukleofilik. Di bawah kondisi asam, gugus karbonil menjadi terprotonasi, dan dengan demikian akan teraktivasi menuju substitusi asil nukleofilik. Serangan oleh nukleofil lemah menghasilkan zat antara tetrahedral. Deprotonasi dan hilangnya gugus pergi secara simultan akan mengubah ikatan rangkap C=O karbonil.

ASIL HALIDA Asil halida adalah turunan asam karboksilat yang paling reaktif. Reaktivitas turunan asam karboksilat ditentukan oleh kebasaan gugus perginya. Basa yang lemah bersifat lebih elektronegatif, selain itu kecil kemungkinannya menyumbangkan elektronnya pada karbon karbonil levat efek resonansi. Ion halida adalah basa sangat lemah karena asam konjugasinya adalah asam kuat. Oleh karena itu, asil halida lebih reaktif dibandingkan turunan asam karboksilat lainnya.

Kelompok 1

7

Asil klorida dapat disintesis dengan mereaksikan asam karboksilat dengan tionil klorida (SOCl2) atau dengan fosfor triklorida (PCl3), sedangkan asil bromida dapat disintesis dengan mereaksikan asam karboksilat dengan fosfor tribromida.

Asil halida dapat diubah menjadi turunan asam karboksilat lainnya lewat reaksi substitusi nukleofilik asil. Asil halida bereaksi dengan ion karboksilar membentuk anhidrida, dengan alkohol membentuk ester, dengan air membentuk asam karboksilat, dan dengan amina membentuk amida. Hal ini bisa terjadi karena nukleofilik yang datang lebih basa dibanding ion halida.

Kelompok 1

8

Pada konversi asil klorida menjadi esterm nukleofilik alkohol menyerang karbon karbonil pada asil klorida. Karena gugus eter terprotonoasi adalah asam kuat, maka intermediet tetrahedral kehilangan protonnya. Ion klorida keluar dari intermediet tetrahedral terprotonasi karena ion klorida adalah basa lebih lemah dibanding ion alkoksida.

ESTER Pembuatan EsterO O

SN2 CH3CH2CH2CO Na CH3 I CH3CH2CH2COH metil butanoat (97 %) NaI Natrium butanoat

Dalam hal ini terdapat beberapa metode untuk memenuhi perubahan bentuk tersebut, termasuk reaksi SN2 dari suatu anion karboksilat dengan suatu alkil halide primer.

Kelompok 1

9 Ester dapat juga disintesis melalui reaksi substitusi asil nukleofilik dari asam karboksilat dengan alkohol. Fischer and Speier menemukan (1895) bahwa ester secara sederhana dihasilkan dari pemanasan asam karboksilat dalam suatu larutan alkohol yang mengandung sejumlah kecil katalis asam kuat. Hasil yang baik pada reaksi esterifikasi Fischer, tetapi kebutuhan untuk penggunaan alkohol berlebih sebagai pelarut membatasi metode untuk sintesis ester metil, etil dan propil. Reaksi esterifikasi Fischer meupakan reaksi substitusi asil nukleofilik yang dilakukan dibawah kondisi asam. Asam karboksilat tidak cukup reaktif untuk menyerang dengan alkohol netral tetapi dapat dibuat lebih reaktif dengan adanya asam kuat seperti HCl atau H2SO4. Katalis asam akan memprotonasi oksigen karbonil, dan mengaktivasinya terhadap serangan nukleofil. Alkohol menyerang karbon karbonil yang telah terprotonasi, dan membentuk zat antara tetrahedral. Perpindahan proton antar molekul akan mengubah hidroksil menjadi gugus pergi yang baik sebagai H2O. Deprotonasi dan hilangnya H2O secara simultan memberikan suatu ester. Mekanisme esterifikasi Fischer.

Kelompok 1

10

Protonasi oksigen karbonil mengaktivasi asam karboksilat

Penyerangan nukleofilik pada alkohol, menghasilkan intermediet tetrahedral

Transfer proton dari atom oksigen satu ke yang lainnya Kelompok 1

11 Ester tidak bereaksi dengan ion halida atau dengan ion karboksilat sebab nukleofil ini merupakan basa lebih lemah daripada gugus pergi ester. Suatu ester bereaksi dengan air membentuk suatu asam karboksilat dan alkohol. Ini merupakan suatu contoh reaksi hidrolisis suatu reaksi dengan air yang mengubah satu senyawa menjadi dua senyawa.

Suatu ester bereaksi dengan alkohol membentuk ester baru dan alkohol baru. Ini merupakan contoh reaksi alkoholisis. Reaksi alkoholisis tertentu ini disebut juga reaksi transesterifikasi sebab satu ester dirubah menjadi ester lain.

Hidrolisis dan alkoholisis dari suatu ester merupakan reaksi sangat lambat sebab air dan alkohol merupakan nukleofil lemah dan ester memiliki gugus pergi yang sangat basa. Hidrolisis dan alkoholisis ester dapat dikatalisis dengan asam. Kecepatan hidrolisis dapat ditingkatkan dengan ion hidroksida dan kecepatan alkoholisis dapat ditingkatkan dengan basa konjugasi (RO) dari alkohol reaktan. Ester juga bereaksi dengan amina membentuk amida. Reaksi dengan amina mengubah satu senyawa menjadi dua senyawa yang disebut aminolisis. Sebagai catatan bahwa aminolisis dari ester membutuhkan hanya satu ekuivalen amina, tidak seperti aminolisis dari suatu asil halida atau asam anhidrida, yang membutuhkan dua ekuivalen.

Reaksi dari ester dengan amina tidak selambat reaksi dari ester dengan air dan alcohol, sebab amina merupakan nukleofil yang lebih baik. Ini merupakan keuntungan sebab kecepatan reaksi dari reaksi ester dengan amina tidak ditingkatkan dengan asam atau HO atau RO.

Kelompok 1

12 ANHIDRIDA ASAM Struktur anhidrida asam Asam karboksilat seperti asam etanoat memiliki struktur sebagai berikut:

Jika dua molekul asam etanoat dan menghilangkan sebuah molekul air diantara kedua molekul tersebut (lihat gambar berikut) maka akan diperoleh anhidrida asam yang simetris, yakni anhidrida etanoat (nama lama: anhidrida asetat). Tetapi jika dua molekul asam karboksilat yang berbeda akan menghasilkan anhidrida campuran.

Penamaan anhidrida asam Pemberian nama untuk anhidrida asam cukup mengambil nama asam induk, dan mengganti kata "asam" dengan "anhidrida". "Anhidrida" berarti "tanpa air". Dengan demikian, asam etanoat akan menjadi anhidrida etanoat; asam propanoat menjadi anhidrida propanoat, dan seterusnya. Untuk anhidrida asam yang tidak simetri penamaanya dilakukan secara alfabetik.

Sifat-sifat fisik anhidrida asam Untuk menjelaskan sifat-sifat anhidrida asam, dapat diambil contoh anhidrida etanoat sebagai anhidrida asam sederhana. Anhidrida etanoat merupakan cairan yang tidak berwarna dengan bau yang sangat mirip dengan asam cuka (asam etanoat). Bau ini timbul karena anhidrida etanoat bereaksi dengan uap air di udara (dan kelembaban dalam hidung) menghasilkan asam etanoat kembali. Kelarutan dalam air Anhidrida etanoat tidak bisa dikatakan larut dalam air karena dia bereaksi dengan air menghasilkan asam etanoat. Tidak ada larutan cair dari anhidrida etanoat yang terbentuk.

Titik didih Kelompok 1

13 Anhidrida etanoat mendidih pada suhu 140C. Titik didih cukup tinggi karena memiliki molekul polar yang cukup besar sehingga memiliki gaya dispersi van der Waals sekaligus gaya tarik dipol-dipol. Akan tetapi, anhidrida etanoat tidak membentuk ikatan hidrogen. Ini berarti bahwa titik didihnya tidak sama tingginya dengan titik didih asam karboksilat yang berukuran sama. Sebagai contoh, asam pentanoat (asam yang paling mirip besarnya dengan anhidrida etanoat) mendidih pada suhu 186C.

KEREAKTIFAN ANHIDRIDA ASAM Perbandingan anhidrida asam dengan asil klorida (klorida asam) Anhidrida asam bisa dianggap sebagai asil klorida yang termodifikasi. Memahami anhidrida asam akan jauh lebih mudah jika kita menganggapnya seolah-olah asil klorida yang termodifikasi dibanding jika jika kita mempelajarinya secara terpisah

Dalam reaksi-reaksi anhidrida etanoat, gugus yang berwarna merah tersebut selalu tetap dalam keadaan utuh. Gugus-gugus ini seolah-olah merupakan sebuah atom tunggal persis seperti atom klorida pada asil klorida. Reaksi yang umum terjadi pada asil klorida adalah penggantian klorin dengan sesuatu yang lain. Dengan mengambil contoh klorida etanoil sebagai asil klorida sederhana, reaksi awal yang terjadi adalah:

Gas hidrogen klorida dihasilkan, walaupun gas ini bisa bereaksi kembali dengan komponen-komponen lain dalam campuran. Dengan anhidrida asam, reaksi berlangsung lebih lambat, tetapi satu-satunya perbedaan esensial adalah bahwa yang dihasilkan bukan hidrogen klorida sebagia produk lain, tetapi asam etanoat.

Seperti halnya hidrogen klorida, produk ini (asam etanoat) juga bisa bereaksi kembali dengan komponen lain yang ada dalam campuran.

Kelompok 1

14 Reaksi-reaksi ini (reaksi asil klorida dan reaksi anhidrida asam) melibatkan komponen seperti air, alkohol dan fenol, atau amonia dan amina. Semua komponen ini mengandung unsur yang sangat elektronegatif dengan sebuah pasangan elektron bebas yang aktif baik oksigen maupun nitrogen.

Reaksi Anhidrida Asam Anhidrida asam tidak bereaksi dengan natrium klorida atau natrium bromida hal ini karena ion halida merupakan basa yang lebih lemah dari pada ion karboksilat.

Karena dengan adanya ion halida sebagai basa yang lebih lemah, akan mengusir substituen dari intermediate tetrahedral.

Anhidrida asam bereaksi dengan alkohol membentuk ester dan suatu asam karboksilat, dengan air membentuk dua karboksilat yang sama dan dengan amina membentuk suatu amida dan ion karboksiat. Dalam setiap reaksi, adanya nukleofil akan dilepaskan proton karena merupkan basa yang lebih kuat dari pada ion karboksilat. Pada reaksi antara amina dengan anhidrida, dua senyawa ekuivalen dari amina atau satu amina ditambah dengan amina tersier seperti piridin harus digunakan untuk bereaksi dengan proton yang dihasilkan dari reaksi.

Kelompok 1

15

Reaksi Anhidrida Asam dengan Amonia dan Amina Primer Kemiripan antara reaksi-reaksi Amonia dan amina primer masing-masing mengandung sebuah gugus -NH2. Pada amonia, gugus ini terikat pada sebuah atom hidrogen sedangkan pada amina primer terikat pada sebuah gugus alkil (disimbolkan dengan "R" pada gambar berikut) atau pada sebuah cincin benzen.

Perbandingan reaksi asil klorida dan reaksi anhidrida asam dengan amonia dan amina primer Reaksi dengan asil klorida Etanoil klorida sebagai asil klorida sederhana dapat digunakan sebagai contoh, reaksi umum antara klorida etanoil dengan sebuah senyawa XNH 2 (dimana X adalah hidrogen, atau sebuah gugus alkil, atau sebuah cincin benzen) melibatkan dua tahapan reaksi: Pertama:

Setiap reaksi pada awalnya akan menghasilkan gas hidrogen klorida hidrogen berasal dari gugus -NH2, dan klorin berasal dari etanoil klorida . Komponen lain yang tersisa semuanya bergabung menjadi satu struktur. Tetapi amonia dan amina adalah asam, dan bereaksi dengan hidrogen klorida menghasilkan sebuah garam. Sehingga tahapan kedua dari reaksi adalah:

Reaksi dengan anhidrida asam Sebagai contoh anhidrida etanoat sebagai anhidrida asam yang paling umum ditemui dalam pembahasan tingkat dasar.

Kelompok 1

16 Reaksi terjadi dalam dua tahapan. Pada tahap pertama:

Jika dibandingkan persamaan reaksi di atas dengan persamaan reaksi untuk asil klorida, bisa dilihat bahwa satu-satunya perbedaan adalah bahwa yang dihasilkan sebagai produk kedua adalah asam etanoat, bukan hidrogen klorida seperti pada reaksi asil klorida. Selanjutnya asam etanoat bereaksi dengan amonia atau amina yang berlebih menghasilkan sebuah garam.

Ini kelihatannya lebih sulit dibanding pada asil klorida karena cara penulisan struktur garam yang terbentuk. Pada struktur ini terdapat ion etanoat dan sebuah ion positif:

Sebagai rangkuman, reaksi-reaksi anhidrida asam persis sama seperti reaksi-reaksi asil klorida yang sebanding kecuali: Pada tahap pertama, asam etanoat terbentuk sebagai produk kedua bukan gas hidrogen klorida. Tahap kedua dari reaksi melibatkan pembentukan etanoat bukan klorida. Reaksi berlangsung lebih lambat. Anhidrida asam tidak terlalu reaktif seperti asil klorida, dan reaksi biasanya memerlukan pemanasan.

Reaksi masing-masing dengan amonia dan amina primer Reaksi dengan amonia Pada reaksi tersebut, "X" dalam persamaan di atas adalah sebuah atom hidrogen. Sehingga pada contoh pertama akan diperoleh asam etanoat dan sebuah senyawa organik yang disebut sebagai amida. Amida mengandung sebuah gugus -CONH2. Dalam reaksi antara anhidrida etanoat dengan amonia, amida yang terbentuk disebut etanamida.

Persamaan ini lebih sering (dan lebih mudah) dituliskan sebagai berikut:

Kelompok 1

17

Asam etanoat yang dihasilkan bereaksi dengan amonia berlebih menghasilkan amonium etanoat.

Jika digabungkan kedua reaksi ini menghasilkan satu reaksi lengkap:

Adapun reaksi untuk asil klorida adalah:

Reaksi dengan amina primer Reaksi dengan metilamin Sebagai contoh metilamin sebagai amina primer sederhana dimana gugus -NH2 terikat pada sebuah gugus alkil. Persamaan awalnya adalah sebagai berikut:

Pada reaksi ini, produk pertama disebut sebagai amida yang tersubstitusi-N. Jika dibandingkan strukturnya dengan amida yang dihasilkan pada reaksi dengan amonia, yang membedakan adalah bahwa salah satu hidrogen pada nitrogen telah disubstitusi dengan sebuah gugus metil. Senyawa ini adalah N-metiletanamida. "N" menunjukkan bahwa substitusi terjadi pada atom nitrogen, dan bukan pada unsur lain dalam molekul tersebut. Persamaannya dituliskan sebagai berikut:

Amina primer dapat dianggap sebagai amonia yang termodifikasi. Jika amonia adalah basa dan membentuk sebuah garam dengan asam etanoat, maka metilamin yang berlebih juga akan mengalami hal yang sama. Reaksinya sebagai berikut:

Kelompok 1

18 Garam yang terbentuk disebut metilamonium etanoat. Garam ini sama persis seperti amonium etanoat, kecuali bahwa salah satu hidrogen telah digantikan oleh sebuah gugus metil. Kedua persamaan reaksi di atas bisa digabungkan menjadi satu persamaan lengkap, yaitu:

Adapun reaksi untuk asil klorida adalah:

Reaksi dengan fenilamin (anilin) Fenilamin adalah amina primer yang paling sederhana dimana gugus -NH2 terikat secara langsung pada sebuah cincin benzen. Nama lamanya adalah anilin. Pada fenilamin, hanya gugus -NH2 yang terikat pada cincin. Rumus struktur fenilamin bisa dituliskan sebagai C6H5NH2. Tidak ada perbedaan esensial antara reaksi ini dengan reaksi dengan metilamin, tetapi terbentuknya struktur amida yang tersubstitusi-N perlu dipahami. Persamaan reaksi lengkapnya adalah sebagai berikut:

Produk yang terbentuk adalah N-feniletanamida dan fenilamonium etanoat. Reaksi ini terkadang terlihat lebih rumit jika fenilamin digambarkan dengan memperlihatkan cincin benzennya, dan khususnya jika reaksi dijelaskan dari sudut pandang fenilamin. Sebagai contoh, molekul produk bisa digambarkan sebagai berikut:

Dari struktur tersebut terlihat bahwa salah satu hidrogen dari gugus -NH2 telah digantikan oleh sebuah gugus asil (sebuah gugus alkil yang terikat pada sebuah ikatan rangkap C=O). Ini dapat dikatakan bahwa fenilamin telah terasilasi atau telah mengalami asilasi. Karena sifat dari gugus alkil yang khusus ini, maka proses ini juga disebut sebagai etanoilasi. Hidrogen digantikan oleh sebuah gugus etanoil, CH3CO-.

Kelompok 1

19 Amida Amida adalah senyawa yang sangat tidak reaktif, karena protein terdiri dari asam amino yang dihubungkan oleh ikatan amida. Amida tidak bereaksi dengan ion halida, ion karboksilat, alkohol, atau air karena dalam setiap kasus, nukleofil yang masuk adalah basa lemah dari gugus pergi amida.O C H3C NHCH2CH2CH3

Cl-

tidak bereaksi

N-propilasetamidaAmida dapat bereaksi dengan air dan alkohol jika campuran reaksi dipanaskan dalam suasana asam.

O C H3C NHCH2CH3

O

H2O

HCl C H3C OH

CH3CH2NH3

N-etilasetamidaTeori orbital molekul dapat menjelaskan mengapa amida yang tidak reaktif. Amida memiliki kontributor resonansi penting di mana saham nitrogen satu pasangan dengan karbon karbonil, orbital yang berisi pasangan bebas tumpang tindih orbital kosong dari gugus karbonil.

O C R NH2 R

OC NH2

Keadaan tumpang tindih menurunkan energi-satu pasangan itu bukan basa atau nukleofilik-dan menimbulkan energi dari orbital gugus karbonil, sehingga kurang reaktif terhadap nukleofil. Amida dengan kelompok NH2 bisa didehidrasi dengan sebuah nitril. Reagen dehidrasi umumnya digunakan untuk tujuan ini adalah P2O5, POCl3, dan SOCl3.

Kelompok 1

20

O C H3CH2C NH2

P2O5 80 Co

CH3CH2C

N

Hidrolisis Amida dengan katalis asam Ketika amida dihidrolisis dalam kondisi asam, proton asam dari karbonil oksigen, meningkatkan kerentanan karbon karbonil untuk menyerang nukleofilik. Serangan nukleofilik oleh air pada karbon karbonil menyebabkan senyawa intermediet tetrahedral I, yang berada dalam kesetimbangan dengan bentuk bukan protonnya, intermediet tetrahedral II. Reprotonasi dapat terjadi baik pada oksigen untuk reformasi intermediet tetrahedral I atau pada nitrogen untuk membentuk intermediet tetrahedral III. Protonasi pada nitrogen disukai karena kelompok NH2 tersebut merupakan basa yang lebih kuat daripada kelompok OH. Dari dua kemungkinan gugus pergi pada kelompok intermediet tetrahedral III (-OH dan NH3), NH3 adalah basa lemah, sehingga dilepas, membentuk asam karboksilat sebagai produk akhir. Karena reaksi dilakukan dalam larutan asam, NH3 akan terprotonasi setelah diusir dari intermediet tetrahedral. Hal ini mencegah terjadinya reaksi berkebalikan. Mekanisme hidrolisis amida dengan katalis asam :

Mengapa amida tidak dapat dihidrolisis tanpa katalis? Dalam reaksi tanpa katalis, amida tidak terprotonasi. Oleh karena itu, air, yang sangat miskin nukleofil, harus menyerang amida netral yang jauh lebih rentan terhadap nukleofilik daripada serangan dari amida

Kelompok 1

21 terprotonasi. Selain itu, kelompok dari intermediat tetrahedral tidak terprotonasi dalam reaksi tanpa katalis. Oleh karena itu, -OH adalah gugus pergi dari tetrahedral menengahkarena OH merupakan basa yang lemah dari NH2 amida reformasi tersebut. Sebuah amida bereaksi dengan alkohol dalam suasana asam untuk alasan yang sama akan bereaksi dengan air dalam suasana asam.

Reaksi Substitusi Asil Nukleofilik dalam Sistem Biologis Bagaimana sistem dalam tubuh mengaktivasi iona karboksilat dalam reaksi asil nukleofilik? Jawabannya tentunya tidak dalam bentuk asil halida atau anhidrida asam karena kedua senyawa ini terlalu reaktif untuk digunakan sebagai reagen sistem biologis. Padahal kita tahu bahwa sel berada pada lingkungan berair, sehingga kedua senyawa tersebut akan cepat terhidrolisis dalam air. Sehingga kehidupan organisme harus mengaktifkan asam karboksilat dalam berbagai cara. Salah satu caranya adalah mengkonvert menjadi asil fosfat, asil profosfat, dan asil adenilat.

Asil fosfat adalah campran anhidrida asam karbosilat dan asam fosfat, asil pirofosfat dari asam karboksilat dan asam pirofosfat; sedangkan asil adenilat dari asam karboksilat dan adenosin monofosfat (AMP).

Struktur adenosine triphosphate (ATP) disimbolkan dengan Ad pada gugus adenosil.

Asil fosfat terbentuk dari serangan nukleofil pada ion karboksilat pada -fosfor (ujung fosfat) pada ATP. Serangan nukleofil pada gugus P = O memecah ikatan fosfoanhidrida (dibanding ikatan ) sehingga tidak terbentuk intermediet.

Kelompok 1

22

Pentingnya, ini adalah reaksi SN2 dengan gugus pergi adenosin pirofosfat. Asil pirofosfat terbentuk dari serangan ion karboksilat pada -fosfor ATP.

Asil adenilat dibentuk dari serangan nukleofilik ion karboksilat pada -fosfor ATP.

Karena merupakan anhidrida campuran dan bermuatan negatif, maka tidak siap oleh pendekatan nukleofil. Maka digunakan enzim sebagai katalis reaksi. Fungsi enzim pada reaksi SAN ini adalah menetralkan muatan negatif pada anhidrida campuran. Fungsi lain enzim yaitu meniadakan air dari situs tempat reaksi berlangsung. Karena reaksi hidrolisis pada anhidrida campuran akan saling bersaing dengan reaksi SAN yang diharapkan. Tioester merupakan ester dengan atom sulfur pada posisi atom O antara asil dan gugus alkil. Tioester merupakan bentuk paling umum asam karboksilat teraktivasi pada sel. Walaupun tioester terhidrolisis dengan kecepatan yang sama dengan ester dengan atom O, namun lebih reaktif terhadap serangan N dan C nukleofil. Oleh karena itu tioester mampu survive pada lingkungan berair sel, tanpa terhidrolisis, menunggu substrat dengan reaksi SAN.

Karbon karbonil pada tioester lebih mudah terkena serangan nukleofilik dibanding karbon karbonil pada ester oksigen karena adanya delokalisasi elektron yang lebih rendah ke karbonil oksigen saat Y adalah S dibanding saat Y adalah O. Delokalisasi elektron yang lebih rendah ini dikarenakan adanya overlap yang lebih rendah antara orbital 3p pada Kelompok 1

23 sulfur dan orbital 2p pada karbon, dibandingkan dengan sejumlah overlap antara orbital 2p oksigen dan orbital 2p karbon. Dengan tambahan, ion tiolat adalah basa lebih lemah dan dengan demikian merupakan leaving group yang lebih baik dibanding ion alkoksida.

Tiol yang digunakan pada sistem biologis pada formasi tioester adalah sebagai coenzim A. Senyawa ini ditulis CoASH untuk menekankan gugus tiol yang reaktif pada bagian molekul ini.

Tahap pertama pada konversi asam karboksilat menjadi tioester adalah mengubah asam karboksilat menjadi asil adenilatt. Asil adenilat kemudian bereaksi dengan CoASH untuk membentuk menjadi tioester. Asetil-Coa adalah tioster paling umum pada sel.

Asetilkolin, suatu ester, adalah salah satu contoh derivat asam karboksilat yang disintesis sel menggunakan asetil-Coa. Asetilkolin adalah neurotransmiter yaitu senyawa yang mentrasmit impuls syaraf melalui sinapsis antar sel syaraf.

DAFTAR PUSTAKA

Kelompok 1

24 Bruice, PY., 2000, Organic Chemsitry, 4th ed Sarker, SD dan Nahar, L. 2009. Kimia untuk Mahasiswa Farmasi. Pustaka Pelajar. Yogyakarta. McMurry, J. 2000. Organic chemistry. 5th edition. Brooks/Cole.USA.

Kelompok 1