MANIPULASI GUGUS FUNGSI (III)

Oksidasi dan Reduksi

Oxidation and reduction protocols

Oksidasi senyawa organik merupakan keadaan terjadinya pembentukan ikatan antara karbon dan atom yang lebih elektronegatif (biasanya O, N, atau halogen) atau dengan pemutusan ikatan antara karbon dan atom kurang elektronegatif (biasanya H) sehingga dapat menghilangkan kerapatan elektron pada karbon yang disebabkan oleh. Sebaliknya, reduksi organik menghasilkan penguatan kerapatan elektron pada karbon yang disebabkan oleh pembentukan ikatan antara karbon dan atom yang kurang elektronegatif atau dengan pemutusan ikatan antara karbon dan atom yang lebih elektronegatif. 

Oksidasi mengurangi densitas elektron pada karbon dengan :

-   Membentuk salah satu dari  : C-O; C-N; C-X

-   Memutuskan ikatan            : C-H

Reduksi meningkatkan kerapatan elektron pada karbon dengan :

     Membentuk                        : C-H

-    Memutuskan salah satu dari : C-O; C-N; C-X

Berdasarkan definisi ini, maka reaksi klorinasi metana untuk menghasilkan klorometana adalah oksidasi karena ikatan C-H rusak dan terbentuk ikatan C-Cl. Sedangkan, pada konversi alkil klorida menjadi alkana melalui pereaksi Grignard diikuti oleh protonasi adalah reduksi karena ikatan C-Cl rusak dan terbentuk ikatan baru C-H. 

Berikut skemanya :

Namun pada contoh lain, reaksi alkena dengan Br₂ menghasilkan 1,2-dibromide adalah reaksi oksidasi karena dua ikatan C-Br terbentuk, tetapi reaksi alkena dengan HBr menghasilkan alkil bromida bukanlah oksidasi maupun reduksi karena ikatan C-H dan C-Br terbentuk.

Berikut daftar senyawa berdasarkan peningkatan tingkat oksidasinya :

      Alkana berada pada tingkat oksidasi terendah karena mereka memiliki jumlah maksimum ikatan C-H per karbon, dan CO₂ berada pada tingkat tertinggi karena memiliki kemungkinan jumlah maksimum ikatan C-O per karbon. Setiap reaksi yang mengubah senyawa dari tingkat yang lebih rendah ke tingkat yang lebih tinggi adalah oksidasi, setiap reaksi yang mengubah suatu senyawa dari tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah adalah reduksi, dan setiap reaksi yang tidak mengubah tingkat bukanlah oksidasi maupun reduksi.

     Aldehid dan keton sama-sama mempunyai gugus karbonil (C=O). Dengan demikian, sifat fisika dan kimia keduanya hampir sama. Aldehid dan keton dapat dikenai reaksi reduksi maupun oksidasi, dan menghasilkan senyawa organik golongan lain.

Reaksi oksidasi terhadap aldehid menggunakan reagen oksidator yang bervariasi akan menghasilkan asam karboksilat. Oksidator yang paling umum digunakan untuk aldehid adalah kalium dikromat. Aldehid juga dapat teroksidasi menjadi asam karboksilat oleh oksigen bebas di udara.

  Senyawa golongan keton sukar dioksidasi menggunakan oksidator apapun, termasuk kalium dikromat dan oksigen molekuler. Aldehida mudah dioksidasi sedangkan keton tidak bisa dioksidasi

Aldehida direduksi menghasilkan alkohol primer, sedangkan keton menghasilkan alkohol sekunder.

    Reduksi ikatan rangkap C=O lebih sulit direduksi daripada ikatan rangkap C=C. Dengan demikian, jika suatu senyawa mengandung gugus C=O dan C=C dikenai reaksi reduksi, maka C=C akan tereduksi terlebih dahulu.

PERMASALAHAN : 

1. Apa yang menyebakan senyawa golongan keton sukar dioksidasi menggunakan oksidator apapun, termasuk kalium dikromat dan oksigen molekuler. Aldehida mudah dioksidasi sedangkan keton tidak bisa dioksidasi seperti aldehida direduksi menghasilkan alkohol primer, sedangkan keton menghasilkan alkohol sekunder, bagaimana itu bisa terjadi, coba anda jelaskan ?

2. Mengapa pada setiap reaksi yang mengubah senyawa dari tingkat yang lebih rendah ke tingkat yang lebih tinggi adalah oksidasi, setiap reaksi yang mengubah suatu senyawa dari tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah adalah reduksi, dan setiap reaksi yang tidak mengubah tingkat bukanlah oksidasi maupun reduksi ?

3. Apa yang akan terjadi bila pada reaksi oksidasi terhadap aldehid menggunakan reagen oksidator yang tidak bervariasi, sedangkan dalam blog saya Menjelaskan reagen yang di gunakan nya itu bervariasi, apa yang akan dihasilkan dari hal tersebut ? 

MANIPULASI GUGUS FUNGSI (II)

Gugus Pelindung ( Protecting Group)

  Gugus pelindung atau gugus proteksi adalah suatu gugus fungsional yang digunakan untuk melindungi gugus tertentu supaya tidak turut bereaksi dengan pereaksi atau pelarut selama proses sintesis kimia berlangsung. Gugus pelindung tersebut ditambahkan ke dalam molekul melalui modifikasi kimia pada suatu gugus fungsi untuk mencapai kemoselektivitas pada reaksi kimia selanjutnya. Gugus ini memainkan peranan penting dalam sintesis organik multitahap.

Proteksi asetal pada gugus keton saat proses reduksi ester, terhadap reduksinya menjadi suatu diol ketika gugus tersebut tidak dilindungi.

Dalam banyak preparasi senyawa organik, beberapa bagian spesifik pada molekul tidak dapat bertahan pada kondisi reaksi atau pereaksi yang digunakan. Sehingga, bagian tersebut, atau gugus, harus dilindungi. Contohnya, litium aluminium hidrida sangat reaktif namun merupakan pereaksi yang sangat beguna untuk mereduksi ester menjadi alkohol. Pereaksi tersebut akan mudah sekali bereaksi dengan gugus karbonil, tanpa dapat menseleksi mana gugus karbonil yang seharusnya direduksi. Ketika reduksi ester dibutuhkan namun terdapat gugus karbonil lainnya dalam molekul target, penyerangan hidrida pada gugus karbonil tersebut harus dicegah. Misalnya, karbonil tersebut diubah ke dalam gugus asetal, yang tidak bereaksi dengan hidrida. Asetal tersebut kemudian disebut sebagai gugus pelindung bagi karbonil. Setelah tahapan yang memerlukan hidrida selesai dilakukan, asetal tersebut dihilangkan (direaksikan dengan asam berair), mengembalikannya ke gugus karbonil semula. Tahapan ini disebut sebagai deproteksi.

  Gugus pelindung umum digunakan dalam pekerjaan laboratorium skala kecil dan pengembangan awal dalam proses produksi industri karena penggunaannya akan menambah tahapan reaksi dan biaya material pada proses tersebut. Namun, ketersediaan unit dasar pembangun kiral yang murah mampu menanggulangi tambahan biaya tersebut (misalnya asam sikimat untuk oseltamivir).

   Gugus pelindung yang baik harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

1.mudah dimasukkan dan mudah dihilangkan

2.resisten terhadap reagen yang akan menyerang gugus fungsional yang tidak terlindungi

3.sedapat mungkin resisten terhadap berbagai macam varietas reagen,

Deproteksi adalah penghilangan atau reduksi gugus pelindung menjadi gugus fungsi awal yang dilindungi.

Pemilihan gugus pelindung :

1. Mudah dimasukkan dan dihilangkan

2. Tahan terhadap reagen yang akan menyerang gugus fungsional yang tidak terlindungi.

3. Stabil dan hanya bereaksi dengan pereaksi khusus untuk mengembalikan gugus fungsi aslinya.

4.Gugus pelindung seharusnya tidak mengganggu reaksi yang dilakukan sebelum dihapus. 

         

           Contoh sintesis alkohol dari ketoester :

Apabila molekul mengandung beberapa gugus fungsional yang mirip, mungkin perlu dilindungi dengan cara yang berbeda, sehingga mereka dapat dihilangkan dengan kondisi yang berbeda-beda. 

Penghilangan gugus pelindung dapat terjadi karena:

1.      Solvolisis dasar  Penguraian oleh pelarut

contoh: Hidrolisis, Alkoholisis

2.      Hidrogenolisis

3.      Logam berat

4.      Ion fluoride

5.      Fotolitik

6.      Asam / basa

7.      Elektrolisis

8.      Eliminasi reduktif

9.      β – eliminasi

10.  Oksidasi

11.  Substitusi nukleofilik

12.  Katalisis logam transisi

13.  Enzim

B. Protecting Group

Protection of Alcohols (Pelindung Alkohol)

         Metode perlindungan gugus alkohol yang umum digunakan adalah mereaksikan alkohol dengan klorotrialkilsilana (Cl-SiR₃) untuk menghasilkan trialkilsilil eter (R′-O-SiR₃). Dalam reaksi dengan klorotrialkilsilana, digunakan basa seperti trietilamina, untuk membantu membentuk anion alkoksida dari alkohol dan untuk menghilangkan produk samping HCl dari reaksi.

Langkah pembentukan eter dari ion alkoksida pada silikon mirip dengan reaksi SN₂ dimana terjadi pelepasan anion klorida (halida). Reaksi ini terjadi pada pusat tersier atom silikon-trialkil tersubstitusi. Eter TMS (OTMs) relatif tidak reaktif karena tidak memiliki hidrogen asam dan tidak bereaksi dengan oksidator, reduktor atau reagen Grignard. Namun masih bisa bereaksi dengan asam encer atau ion fluorida untuk meregenerasi alkohol.

Perlindungan gugus alkohol dengan MOM-Cl dan i-Pr₂NEt (0°C,1 jam -> 25°C,8 jam memberikan 86% hasil) adalah prosedur yang paling umum digunakan untuk pengenalan gugus MOM (Methoxy Methyl). Pembentukan natrium alkoksida dan reaksi dengan MOM-Cl juga sangat efektif. Metode ini sangat berguna untuk melindungi enol (-OH) dari β-keto ester. Karena karsinogenisitas MOM-Cl, sejumlah metode untuk pengenalan gugus MOM telah dikembangkan yang tidak bergantung pada klorida. Metode ini didasarkan pada penggunaan CH₂(OMe)₂ dengan berbagai katalis seperti : P₂O₅, Me₃SiI, Nafion H, CH₂=CHCH₂SiMe₃/TMSOTf/P₂O₅, FeCl₃, lempung Montmorillonite (H⁺) atau TsOH/LiBr. Dalam kasus terakhir, 1,3-diol memberikan metilen asetal dengan skema reaksi :

       Karena gugus MOM adalah asetal, sehingga dapat dilepas menggunakan hidrolisis asam. Secara umum, asam encer dalam ko-solven organik telah terbukti efektif. Penggunaan asam lemah Pyridinium p-Toluenesulfonate dalam refluks t-BuOH atau 2-butanon sangat efektif untuk melepas MOM eter dari alkoholalilik.

Reaksi diatas menunjukkan bahwa gugus MOM dapat dilepas dengan menggunakan asam Trifluoroasetat anhidrat dengan adanya asetonida yang biasanya dilepas dengan asam berair (asam encer).

Protection for Aldehydes and Ketones (Pelindung untuk Aldehid dan Keton)

       Asetal dapat bertindak sebagai gugus pelindung untuk aldehida dan keton dengan cara yang sama seperti eter-trimetilsilil bertindak sebagai kelompok pelindung untuk alkohol. Caranya dengan melindungi gugus keto sebagai gugus asetal. Asetal bersifat tidak reaktif terhadap basa, agen reduksi hidrida, pereaksi Grignard dan kondisi hidrogenasi katalitik, tetapi reaktif dengan asam.

Pada reduksi selektif dari etil-4-oksopentanoat terlebih dahulu diubah gugus keto menjadi asetal, kemudian direduksi gugus ester dengan LiAlH₄ dan kemudian menghilangkan asetal dengan perlakuan dengan asam encer.

PERMASALAHAN :

1. Menagapa Gugus ini (gugus pelindung /proteksi) memainkan peranan penting dalam sintesis organik multitahap ?

2. Mengapa asetal dapat bertindak sebagai gugus pslindung untuk aldehida dan keton ? 

3. Mengapa pada gugus pelindung yang baik harus menenuhi syarat sedapat mungkin resisten terhadap berbagai macam varietas reagen ?

4. Mengapa bisa terjadi, apabila molekul mengandung beberapa gugus fungsional yang mirip, mungkin perlu dilindungi dengan cara yang berbeda, dan sehingga mereka dapat dihilangkan dengan kondisi yang berbeda-beda pula ?