Sintesis organik

Dibandingkan dengan sintesis senyawa anorganik, sintesis senyawa organik jauh lebih sukar. Kelahiran kimia organik dinisbahkan pada sintesis urea CO(NH₂)₂ (suatu senyawa organik umum) dengan memanaskan amonium sianat (senyawa anorganik), pertama dilakukan oleh kimiawan Friedrich Wöhler (1800-1882). Hanya akhir-akhir ini saja desain dan sintesis senyawa yang diinginkan mungkin dilakukan.
Reaksi yang digunakan dalam sintesis organik dapat digolongkan menjadi dua golongan;

1. pembentukan ikatan karbon-karbon
2. pengubahan gugus fungsi

Sebagian besar reaksi yang Anda pelajari di sekolah menengah adalah konversi gugus fungsi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Bagi bidang sintesis organik pembentukan ikatan C-C dan pengubahan gugus fungsi seperti roda kendaraan. Tidak pantas menanyakan mana yang lebih penting. Berbagai reaksi pembentukan ikatan C-C telah dilaporkan. Berdasarkan gaya dorong reaksinya, reaksi ini dapat digolongkan atas tiga jenis, kondensasi aldol, reaksi Grignard dan reaksi Diels-Alder. Di sini dua yang terakhir yang akan dibahas.

a. Reaksi Grignard

Reaksi Grignard ditemukan oleh kimiawan Perancis Auguste Victor Grignard (1871-1935) di tahun 1901. Tahap awal reaksi adalah reaksi pembentukan metilmagnesium iodida, reagen Grignard, dari reaksi antara alkil halida (metil iodida dalam contoh di bawah ini) dan magnesium dalam dietil eter kering.

CH₃I + Mg –> CH₃MgI (11.17)

Anda pasti melihat bahwa magnisium terikat langsung dengan karbon. Senyawa semacam ini yang sering disebut sebagai reagen Grignard dengan ikatan C-logam dimasukkan dalam golongan senyawa organologam. Ikatan C-logam sangat labil dan mudah menghasilkan kabanion seperti CH₃- setelah putusnya ikatan logam-karbon. Ion karbanion cenderung menyerang atom karbom bermuatan positif. Telah dikenal luas bahwa atom karbon gugus aldehida atau gugus keton bermuatan positif karena berikatan dengan atom oksigen yang elektronegatif. Atom karbon ini akan diserang oleh karbanion menghasilkan adduct yang akan menghasilkan alkohol sekunder dari aldehida atau alkohol terseir dari keton setelah hidrolisis.

C₆H₅CHO + CH₃MgI –> C₆H₅CH(CH₃)OMgI (11.18)

benzaldehida

C₆H₅CH(CH₃)OMgI + HCl –> C₆H₅CH(CH₃)OH + MgClI (11.19)

1-fenilletanol

C₆H₅COC₂H₅ + CH₃MgI –> C₆H₅CH(CH₃)(C₂H₅) OMgI (11.20)
propiofenon

C₆H₅CH(CH₃)(C₂H₅)OMgI + HCl –> C₆H₅CH(CH₃)(C₂H₅)OH + MgClI (11.21)
2-fenil-2-butanol

Reaksi Grignard adalah contoh reaksi senyawa oragnologam. Karena berbagai jenis aldehida dan keton mudah didapat, berbagai senyawa organik dapat disintesis dengan bantuan reaksi Grignard.
Contoh Soal 11.1 Reaksi Grignard
Dalam teks disebutkan kombinasi C₆H₅COC₂H₅ dan CH₃MgI digunakan untuk mensintesis 2fenil-2-butanol C₆H₅CH(CH₃)(C₂H₅)OH. Indikasikan kombinasi lain yang dapat digunakan untuk menghasilkan senyawa yang sama.
Jawab
Tiga jenis gugus alkil ada dalam produk akhirnya. Gugus alkil ini mungkin merupakan bagian bahan awal. Jadi, selain kombinasi C₆H₅COC₂H₅ dan CH₃MgI, dua kemungkinan kombinasi lain juga dapat diterima ??

1. acetofenon C₆H₅COCH₃ dan etilmagnesium iodida C₂H₅MgI
2. etilmetilketon CH₃COC₂H₅ dan fenilmagnesium iodida C₆H₅MgI

b. Reaksi Diels-Alder

Gaya dorong reaksi Grignard adalah tarik-menarik antara dua muatan listrik yang berbeda antara dua atom karbon. Reaksi semacam ini disebut dengan reaksi ionik atau reaksi polar. Ada pula jenis lain reaksi organik. Salah satunyaa adalah reaksi radikal, yang gaya dorongnya adalah radikal reaktif yang dihasilkan dalam reaksi. Bila dihasilkan radikal fenil, radikal ini akan menyerang molekul benzene akan menghasilkan bifenil.
C₆H₅ + C₆H₆ –> C₆H₅- C₆H₅ + H 11.22)
Sebagian besar reaksi organik diklasifikasikan dalam reaksi ionik dan reaksi radikal. Di pertengahan pertama abad 20, kemudian muncul, golongan lain reaksi yang tidak dapat dimasukkan dalam dua golongan tadi. Salah satu yang khas adalah reaksi Diels-Alder yang ditemukan di tahun 1928 oleh dua kimiawan Jerman Paul Hermann Diels (1876-1954) dan Kurt Alder (1902-1958).
Dalam reaksi ini butadiena yang secara muatan netral bereaksi dengan anhidrida maleat yang juga netral menghasilkan produk siklik.

Menariknya, ternyata kemudaian banyak contoh reaksi semacam ini: diena (senyawa dengan ikatan rangkap) dan alkena diaktivasi oleh gugus karbonil dan bereaksi menghasilkan produk siklik. Harus ditambahkan bahwa tidak ada reaksi antara dua molekul butadiena atau dua anhidrida maleat.
Di tahun 1965, dua kimiawan Amerika, Woodward dan Roald Hoffmann (1935-) menjelaskan bahwa jenis reaksi ini bukan reaksi ionik maupun reaksi radikal, tetapi reaksi yang dihasilkan oleh tumpang tindih orbital molekul dua reaktan. Interpretas ini memungkinakan elusidasi mekanisme reaksi yang sebelumnya belum dikenal.
Menurut mereka, interaksi yang disukai akan ada bila salah satu reaktan (misalnya butadiena) memiliki empat elektron π dan reaktan lain (misalnya anhidrida maleat) memiliki elektron πmenghasilkan produk siklik. Dapat ditunjukkan bahwa orbital molekul yang terisi dengan energi tertinggi [highest occupied molecular orbitals (HOMO)] dan orbital molekul tak terisi terendah [lowest unoccupied molecular orbitals (LUMO)] yang mngatur jalannya reaksi. Pada waktu yang sama Kenichi Fukui (1918-1999) menamakan orbital-orbital ini orbital frontir (frontier orbital).
Pentingnya reaksi yang dibahas ini jelas dengan diberikannya hadiah Nobel untuk Grignard, Diels, Adler, Woodward, Hoffmann dan Fukui.

Selingan- Klimaks Sintesis Organik

Dari awal kimia organik, sintesis organik dapat dianggap sebagai inti kimia organik. Kimia organik dapat dikatakan mencapai puncaknya sekiatar pertengahan abad 20 ketika Woodward paling aktif dalam bidang ini. Woodward berhasil mensintesis kuinin (1944), striknin (1954), khlorofil (1960) dan sefalosporin (1966). Ia mendapatkan anugerah Nobel tahun 1965. Robert Burns Woodward (1017-1979) Yang paling penting dari prestasi Woodward adala keberhasilan sintesis vitamin B12 yang diilakukannya dengan kerjasama dengan kimiawan Swiss Albert Eschenmoser (1925-). Kedua kelompok riset ini masing-masing separuh molekulnya. Setelah spesies targetnya disintesis, keduanya digabung menghasilkan vitamin B12.

c. Sintesis asime trik

Sebagaimana telah dibahas di Bab 4, banyak senyawa organik alami, semacam asam amino, gula dan steroid, memiliki atom karbon asimetrik. Kuinin, yang dikenalkan di bab ini juga mengandung atom karbon asimetrik. Atom karbon asimetrik memainkan peran dalam aktivitas fisiologis semua senyawa ini. Harus ditambahkan bahwa dalam banyak kasus hanya satu dari pasangan enansiomer ini bermanfaat bagi manusia. Dengan demikian, apakah kita dapat mencapai sintesis asimetrik, seni sintesis selektif satu dari pasangan enansiomer, adalah isu yang sangat penting.
Dalam contoh-contoh sintesis asimetrik yang berhasil, senyawa dengan atom karbon asimetrik, seperti terpen, asam amino dan gula, dipilih sebagai salah satu reaktan. Atom karbon asimetrik mungkin akan lebih menyukai pembentukan salah satu enansiomer. Pembentukan selektif salah satu isomer mungkin dipengaruhi oleh efek sterik. Dalam kasus tertentu, laju reaksi mungkin berbeda antara kedua stereoisomer. Dalam kasus lain, kesetimbangan antara dua produk isomer akan bergeser ke salah satu sisi kesetimbangan. Sintesis selektif isomer yang penting akan sangat penting dan topik yang paling banyak dilakukan di kimia organik abad 21.
Terdapat pula pendekatan yang lebih sukar yakni tidak digunakannya senyawa dengan atom karbon asimetrik. Bila sintesis asimetrik ini dapat direalisasikan, kita dapat mengatakan bahwa kimia telah dapat meniru alam!
Latihan
11.1 Proses Solvay
Jawablah pertanyaan tentang proses Solvay:

1. Tuliskan persamaan reaksi dari bahan awal menjadi natrium karbonat.
2. Beri nama gas yang digunakan secara berulang dalam proses ini.
3. Hitung massa natrium karbonat yang dapat diperoleh dari 1 ton natrium khlorida.

Jawab.
(1) lihat teks. (2) CO₂, NH₃ (3) 0,906 ton
11.2 Reaksi Grignard
Anda diharapkan mensintesis alkohol C₃H₇C(CH₃)(C₂H₅)OH dengan reaksi Grignard. Tuliskan semua kombinasi yang mungkin (aldehida atau keton) dan reagen Grignard (yang didapatkan dari bromida).
Jawab:
CH₃COC₂H₅ dan C₃H₇MgBr, C₂H₅COC₃H₇ dan CH₃MgBr, CH₃COC₃H₇ dan C₂H₅MgBr