Kimia Organik 2

Mekanisme Reaksi Reduksi Pada Berbagai Senyawa Organik

Agen pereduksi hidrida logam

Di laboratorium sintesis organik, gugus karbonil dapat direduksi menggunakan reaksi transfer hidrida yang secara mekanis mirip dengan reaksi biokimia dengan NAD (P) H. Tiga zat pereduksi yang umum adalah natrium borohidrida (NaBH ₄ ) , litium aluminium hidrida (LiAlH ₄ ) , dan diisobutyl aluminium hidrida (DIBAH) .

Sebagai contoh, ketika natrium borohidrida diaduk dalam larutan dengan aldehida atau keton, ion hidrida menambah karbonil karbon untuk membentuk 2 o alkohol (dari keton) atau 1 o alkohol (dari aldehida).

Sodium borohidrida adalah zat pereduksi yang relatif ringan, dan reaksi biasanya dijalankan dalam pelarut air, metanol, atau etanol. Satu mol NaBH 4 mampu mengurangi empat mol keton atau aldehida. Turunan asam karboksilat dan ikatan ganda alkena tidak terpengaruh.

LiAlH 4 bekerja dengan cara yang mirip dengan NaBH 4 , tetapi jauh lebih reaktif. Ini akan bereaksi keras dengan pelarut protik (seperti air atau metanol), dan karenanya pelarut organik seperti dietil eter harus digunakan. LiAlH 4 tidak akan mempengaruhi ikatan rangkap alkena, tetapi tidak seperti NaBH 4, ia akan mengurangi asam dan ester karboksilat (hingga 1 o alkohol), amida (menjadi amina), nitril (hingga 1 o amina), dan bahkan dapat digunakan dalam cincin reduktif. membuka reaksi dengan epoksida untuk membentuk alkohol.

DIBAH hanya memiliki satu hidrida untuk dihantarkan (berlawanan dengan empat untuk NABH 4 dan LiAlH 4 ), dan jika hanya satu ekuivalen molar yang digunakan dapat mengurangi ester menjadi aldehida. Menggunakan LiAlH 4 akan mengurangi ester menjadi alkohol primer, seperti halnya menggunakan dua padanan molar DIBAH.

Dalam semua reduksi logam hidrida ini, penambahan hidrida dapat terjadi dari kedua sisi karbonil, yang berarti bahwa reduksi keton asimetris akan menghasilkan campuran rasemat dari alkohol R dan S. Untuk kebanyakan keton, campuran ini akan hadir dengan perbandingan sekitar 50:50, karena kemungkinan serangan hidrida sama di kedua sisi. Namun dalam beberapa kasus, kedua wajah yang disajikan oleh kelompok keton tidak setara. Camphor, senyawa alami dengan aroma khas yang digunakan di banyak kosmetik dan produk kesehatan rumah, adalah contohnya. Melihat struktur molekul kapur barus, Anda dapat melihat bahwa, karena kekakuan konformasi dari struktur cincin yang menyatu, permukaan belakang dan si dari gugus karbonil tidak sama - pendekatan oleh nukleofil tampaknya kurang terhalang dari bawah. ( si ) sisi daripada dari sisi atas ( kembali ), (lebih mudah untuk memvisualisasikan ini jika Anda membangun model).

Ini dapat dikonfirmasikan dengan menganalisis spektrum 1 H NMR dari produk yang dimurnikan dari reaksi dengan NaBH 4 . Spektrum ini sebenarnya cukup kompleks, karena itu bukan sampel murni tetapi campuran dari dua diastereomer yang berbeda - ada banyak puncak yang tumpang tindih dan pola pemisahan kompleks yang sulit untuk ditafsirkan. Untungnya, bagaimanapun, sinyal yang sesuai dengan atom hidrogen yang menarik (H T dan H B untuk produk dari serangan sisi atas dan bawah, masing-masing) cukup berbeda - mereka berdua berada dalam wilayah spektrum tanpa puncak lainnya. H T dalam satu diastereomer memiliki pergeseran kimia 4,0 ppm, sedangkan H B di diastereomer lain memiliki pergeseran kimia 3,6 ppm. Nilai integrasi kedua puncak ini relatif satu sama lain tentu saja sama dengan rasio dua diastereomer dalam campuran produk dan, seperti yang diharapkan, integrasi menunjukkan bahwa ada jauh lebih banyak produk yang dihasilkan dari serangan sisi bawah. (Pavia, et al., "Pengantar Teknik Laboratorium Organik - Suatu Pendekatan Kontemporer

Reduksi Ester dan Nitril

Dapat  menggunakan  hidrida  diisobutylaluminum  untuk  reduksi  baik  ester  dan  nitril  untuk aldehida. Contoh umum adalah  reduksi  etil  etanoat (etil asetat)  dan etannitril (asetonitril)  untuk etanal (asetaldehida).

Reduksi ester dengan katalis tembaga(II) oksida dan tembaga(III) kromat menghasilkan alkohol primer.

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.

            Reduksi aldehida dan keton

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

Reduksi ikatan rangkap C=O lebih sulit direduksi daripada ikatan rangkap C=C.

      Aminasi reduktif

Menurut Fessenden (1984), Jika diinginkan suatu amina sebagai produk reduksi, maka senyawa karbonil itu diolah dengan ammonia atau suatu amina primer untuk membentuk suatu imina dengan kehadiran hidrogen dan suatu katalis. Kemudian gugus C=N imina mengalami hidrogenansi katalitik dengan cara yang sama seperti suatu  gugus C=C atau C=O. Aminasi reduktif merupakan suatu metode yang baik untuk membuat amina dengan suatu gugus alkil sekunder , R2CHNH2 .

Mekanisme reaksi amonia dengan aldehid :

Mula-mulanya electron dari O menyerang katalis H+ kemudian terbentuklah karbokation atom C dan lagsung diserang oleh electron N dari ammonia. Sehingga dilepaskan H2O, dan terbentuklah suatu imina.

Menurut Fessenden (1982), imina yang terbentuk teradsorbsi ke permukaan logam katalis, kemudian ikatan sigma dari H2 terputuskan dan terbentuk ikatan antara logam-H.

Selanjutnya, gugus karbonil juga teradsorbsi pada permukaan logam dengan ikatan phi-nya berantaraksi dengan orbital kosong dari logam. Molekul karbonil bergerak-gerak pada permukaan logam hingga menabrak atom hydrogen yang terikat pada logam, menjalani reaksi, dan kemudian terbantuk produk hidrogenasi yaitu suatu amina primer.

permasalahan :
1. 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. Apa  yang akan terjadi apabila gugus karboniil tersebut tidak dilindungi  ?
2. 

Reduksi ikatan rangkap C=O lebih sulit direduksi daripada ikatan rangkap C=C. jika hidrogenasi dilakukan pada suatu senyawa yang terdapat ikatan C=C (alifatik)  dan  C=O (gugus karbonil) . bagaimana jika kita hanya ingin menghidrogenasi gugus karbonil saja?   
3. Pada amina reduktif aldehida direaksikan dengan amonnia / amina primer akan  untuk membentuk imina. Apabila keton yang di reaksikan dengan amina primer, apakah reaksinya membentuk imina atau tidak ?