BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari kita banyak menjumpai senyawa, baik senyawa organik maupun anorganik. Senyawa organik sangat banyak jenisnya, sehingga perlu adanya penggolongan senyawa organik. Senyawa siklik, senyawa alifatik, senyawa homosiklik, senyawa heterosiklik, senyawa polisiklik, senyawa alisiklik, dan senyawa aromatik.
Selain senyawa hidrokarbon jenuh dijumpai juga senyawa hidrokarbon tidak jenuh. Senyawa hidrokarbon tidak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap dua dengan rumus molekul CnH2n, disebut alkena, sedangkan senyawa hidrokarbon tidak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap 3 dengan rumus CnH2n-2disebut alkuna.
kelompok hidrokarbon jenuh (Alkana), di mana ikatan tunggal C-C merupakan ikatan sigma pada orbital hibrida Sp3dari dua atom karbonnya, maka pada alkena ikatan ganda dua C=C terbentuk dari ikatan σ orbital-orbital hibrida sp2dari dua karbon yang kemudian dilengkapi dengan ikatan π dari satu orbital p yang tersisa pada masing-masing atom karbon yang bersangkutan. Secara umum sifat-sifat fisika alkena mirip dengan sifat-sifat fisika alkana. larut dalam air, tetapi larut dalam alkena lain, pelarut-pelarut organik nonpolar, dan etanol.
Alkadiena adalah hidrokarbon alifatik yang memiliki dua buah ikatan rangkap karbon-karbon. Berdasarkan susunan ikatan rangkapnya, alkadiena dibedakan menjadi tiga, masing-masing adalah alkadiena terkonjugasi, yaitu alkadiena yang kedua ikatan rangkapnya dipisahkan oleh sebuah ikatan tunggal. Alkadiena terisolasi, yaitu alkadiena yang kedua ikatan rangkapnya dipisahkan oleh dua atau lebih ikatan tunggal. Alkadiena terkumulasi, yaitu alkadiena yang kedua ikatan rangkapnya berdampingan.
Konjugasi yaitu intraksi elektron antara ikatan tak jenuh. Mempunyai peranan yang sangat penting dalam menentukan banyak ciri senyawa organik. Konjugasi menunjukan bahwa ciri elektron gugus fungsi dapat dipindahkan sepanjang rantai karbon. Ikatan rangkap pada dua karbon-karbon yang dalam keadaan biasa dianggap bersifat sebagai nukleofil bila dalam keadaan terkonjugasi dengan gugus penarik elektron menjadi bersifat elekrofil.
Suatu diena atau poliena terkonjugasi dapat mengalami reaksi perisiklik. Reaksi perisiklik adalah reaksi serempak yang berlangsung dalam suatu deret siklis elektron pada
keadaan transisinya. Reaksi perisiklik terdiri dari reaksi sikloadisi, reaksi elektrosiklik,dan penataan-ulang sigmatropik.
Reaksi kimia adalah suatu proses alam yang selalu menghasilkan perubahan senyawa kimia. Secara klasik, reaksi kimia melibatkan perubahan yang melibatkan pergerakan elektron dalam pembentukan dan pemutusan ikatan kimia.
Reaksi Diels Alder merupakan salah satu reaksi yang paling menarik dan paling berguna dalam kimia organik. Reaksi ini ditemukan oleh 2 orang ahli kimia yang berasal dari Jerman yaitu Otto Diels dan Kurt Alder pada tahun 1950, atas penemuan ini mereka berhasil mendapatkan hadiah nobel. Pada makalah ini akan dibahas mengenai reaksi diels alder. 1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah 1) Apakah pengertian dari reaksi Diels-Alder ?
2) Apakah yang dimaksud dengan diena, reaksi perisiklik dan reaksi sikloadisi ? 3) Bagaimana contoh dan mekanisme reaksi Diels-Alder ?
4) Bagaimana pengaruh konformasi terhadap reaksi Diels-Alder ? 5) Bagaimana stereokimia reaksi Diels-Alder ?
1.3 Tujuan Makalah
Adapun tujuan penyusunan makalah ini adalah 1) Mahasiswa dapat mengetahui reaksi Diels-Alder.
2) Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan senyawa diena, reaksi perisiklik dan reaksi sikloadisi.
3) Mahasiswa mampu memahami mekanisme reaksi Diels-Alder.
4) Mahasiswa mampu menjelaskan pengaruh konformasi terhadap reaksi Diels-Alder. 5) Mahasiswa mampu menjelaskan stereokimia reaksi Diels-Alder.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian reaksi Diels-Alder
Diena terkonjugasi mengalami beberapa reaksi yang unik. Salah satunya ditemukan pada tahun 1928 ketika Otto Diels dan Kurt Alder menunjukkan bahwa banyak diena terkonjugasi mengalami reaksi adisi dengan alkena atau alkuna tertentu. Atas penemuan ini mereka berhasil mendapatkan hadiah Nobel di bidang Kimia pada tahun 1950.
Reaksi Diels-Alder adalah reaksi kimia organik antara diena terkonjugasi dengan alkena tersubstitusi, umumnya dinamakan sebagai dienofil, membentuk sikloheksena tersubstitusi. Reaksi ini dapat berjalan bahkan jika beberapa atom dari cincin yang terbentuk bukanlah karbon.
2.2 Diena terkonjugasi dan reaksi sikloadisi [4+2]
Diena adalah senyawa alifatik yang memiliki dua ikatan ganda. Bila ikatan ganda ini dipisahkan oleh hanya satu ikatan tunggal, senyawa ini disebut sebagai diena konjugasi (diolefin konjugasi). Diolefin tak-terkonjugasi memiliki ikatan ganda yang terpisah (terisolasi) oleh lebih dari satu ikatan tunggal.
Suatu diena atau poliena terkonjugasi dapat mengalami reaksi perisiklik. Reaksi perisiklik merupakan reaksi serempak yang berlangsung dalam suatu deret siklis elektron pada keadaan transisinya. Reaksi perisiklik terjadi pada diena ataupun poliena terkonjugasi yang berlangsung dengan mekanisme serempak seperti reaksi SN2 artinya ikatan- ikatan lama terputus ketika ikatan baru terbentuk dan semuanya terjadi dalam satu tahapan. Reaksi perisiklik dikarakteristikan oleh suatu keadaan transisi siklik yang melibatkan ikatan ikatan pi. Terdapat 3 tipe reaksi perisiklik yaitu reaksi sikloadisi, reaksi elektrosiklik dan penataan ulang sigmatropik. Reaksi sikloadisi adalah reaksi di mana dua molekul bergabung membentuk sebuah cincin. Dalam reaksi ini dua ikatan pi diubah menjadi ikatan sigma. Contoh reaksi sikloadisi ialah reaksi Diels-Alder. Sikloadisi dibagi menjadi beberapa tipe antara lain sikloadisi [2+2], [4+2], [4+4], [6+2], [6+2], [6+4], dan lain-lain. Sikloadisi (4+2) disebut juga Reaksi Diels–Alder. Dua angka tersebut melambangkan jumlah elektron pi yang terlibat dalam suatu reaksi sikloadisi. Berikut ini contoh sederhana reaksi sikloadisi:
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH 2 CH2 CH 2
Gambar 1. Reaksi sikloadisi 2.3 Mekanisme reaksi diels alder
Reaksi Diels Alder merupakan reaksi sikloadisi yang bergantung pada suhu dan mekanismenya melibatkan tumpang tindih antara orbital σ dan orbital π. Reaksi ini terjadi antara molekul dengan dua ikatan rangkap dua terkonjugasi (diena) dan molekul dengan satu ikatan rangkap dua (dienofil) serta menghasilkan dua ikatan karbon-karbon yang baru dan satu molekul sikoheksana yang tidak jenuh dalam satu langkah.
H H H H H H + H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
Gambar 2. Mekanisme Reaksi Diels - Alder
Reaksi Diels-Alder adalah proses perisiklik, yang terjadi pada satu langkah dengan pendistribusian kembali elektron ikatan secara melingkar (siklik). Dua ikatan reaktan yang sederhana bersatu melalui keadaan transisi siklik dan dua ikatan karbon baru terbentuk pada saat yang sama. Pada keadaan transisi Diels-Alder, dua karbon alkena dan karbon 1,4 pada diena terhibridisasi ulang dari sp2 menjadi sp3 untuk membentuk dua ikatan tungggal baru, sehingga karbon 2,3 pada diena terhibridisasi sp2 membentuk ikatan rangkap baru pada produk sikloheksena.
Gambar 3. Perubahan hibridisasi pada reaksi Diels – Alder
Reaksi Diels–Alder disebut juga sikloadisi (4+2) karena cincin terbentuk oleh
interaksi 4 elektron π pada diena dan 2 elektron π pada alkena atau alkuna. Reaksi sikloadisi
adalah reaksi dimana dua molekul bergabung membentuk sebuah cincin. Dalam reaksi Diels-Alder, diena adalah gugus yang kaya elektron, sedang dienofil (diene-lover) adalah gugus yang miskin elektron.
C C W H H H (heat) C C H W H H diena electron-rich dienophile
electron-poor a cyclohexena ring
Reaksi Diels-Alder akan terjadi lebih cepat jika dienofil mempunyai gugus substituen penarik elektron, karena substituen penarik elektron ini menyebabkan ikatan rangkap dua atau tiga dari dianofil menjadi terpolarisasi positif. Berikut adalah gambar potensial elektrostatik yang menunjukkan C ikatan rangkap berkurang kenegatifannya akibat substituen penarik elektron. Contoh dienofil yang sering digunakan dalam reaksi Diels-Alder :
C C C O C O O H H C C C C C C H H H H O O C C C H H H N C C H C OCH3 O C C H H H H C C H H H C H O Maleic anhydride Benzoquinone
Propenenitrile
(acylonitrile) Methyl propynoate
Ethylene: unreactive Propenal (acrolein) C C H H H C O OCH2CH3 Ethyl propenoate (ethyl acrylate)
Gambar 5. Dieofil yang sering digunakan dalam reaksi Diels-Alder
Saat diena berbentuk siklik, maka produk bisiklik akan diperoleh dalam reaksi Diels-Alder. Faktanya, reaksi ini adalah salah satu cara terbaik untuk membuat senyawa bisiklik.
2.4 Pengaruh Konformasi Diena pada Reaksi Diels - Alder
Konformasi molekul merupakan salah satu aspek dalam stereokimia yang menjelaskan tentang bentuk molekul dan bagaimana bentuk molekul dapat diubah. Dalam senyawa rantai terbuka, gugus-gugus terikat pada ikatan dapat berotasi atau mengelilingi ikatan tersebut. Oleh karena itu atom-atom dalam rantai terbuka dapat memiliki jumlah tak hingga posisi dalam ruang relatif satu terhadap yang lain. Penataan molekul dalam ruang secara berlainan akibat rotasi terhadap ikatan inilah yang disebut sebagai konformasi. Beberapa jenis rumus
digunakan untuk menyatakan konformasi molekul yakni; rumus garis, rumus dimensional, rumus bola dan pasak serta proyeksi Newman (bola pasak dari ujung ke ujung).
Reaksi Diels-Alder mengubah senyawa rantai terbuka menjadi senyawa siklik, sehingga penggunaan rumus garis akan sangat memudahkan untuk menyatakan persenyawaan rantai-rantai karbon dalam reaksi. Rumus garis analog dengan rumus segi banyak yang menyatakan cincin. Seperti contoh berikut;
atau berarti CH2CH2 berarti atau CH2-CH CH2 atau berarti H2C C H CH CH2 berarti CH3 CH(CH3)2 s-trans s-cis s-trans s-cis
Konformasi molekul untuk diena konjugasi digunakan istilah s-cis dan s-trans. Awalan s- menunjukkan geometri di sekitar ikatan tunggal (single) pusatlah yang menentukan konfomasi molekul. Untuk senyawa rantai terbuka, rumus-rumus ini tidaklah menyatakan isomer yang sebenarnya melainkan hanya konformer. Hal ini karena hanya rotasi ikatan sigma
saja yang diperlukan untuk mengubah satu menjadi yang lain. Beberapa contoh konformasi s-cis dan s-trans adalah sebagai berikut.
s-cis 1,3-diena s-trans 1,3-diena
Gambar 8. konformasi s-cis dan s-trans
Dalam reaksi Diels-Alder, diena harus memiliki konformasi s-cis, bukan s-trans. Fakta eksperimen membuktikan bahwa diena tertutup dengan konformasi s-trans tidak reaktif dalam reaksi Diels-Alder. Pada keadaan transisi reaksi Diels-Alder, diena dan dienofil saling mendekat pada bidang datar paralel. Dari gambar terlihat bahwa diena berada pada konformasi s-cis. Ikatan terbentuk oleh overlap atau tumpang tindih awan elektron π dari kedua molekul.
Perbandingan laju reaksi antara konformasi s-cis dan s-trans terdapat pada reaksi antara 1,3-pentadiena dan maleat anhidrat. Konformasi s-cis bereaksi dengan maleat anhidrat dengan laju sekitar seribu kali lebih cepat dari konformasi s-trans. Untuk beberapa reaksi, adanya konformasi s-cis dan s-trans pada diena bahkan dinyatakan dalam berlangsung atau tidak berlangsungnya suatu reaksi seperti pada reaksi berikut.
CH2 CH2 + CN H H CN CN CN CH2 + CN H H CN No Reaction
Gambar 9. Reaksi cis dan trans Diels-Alder
Adanya substituen pada diena konjugasi mempengaruhi reaktivitas diena dalam reaksi Diels-Alder. Efek sterik dari cabang mempengaruhi kestabilan atau bahkan membuat tidak stabil bentuk s-cis dari diena, sehingga keadaan transisinya mempunyai energi tinggi dan laju reaksinya menjadi lambat.
Berbeda dengan diena yang harus berada pada konfomasi s-cis, konformasi dienofil dalam reaksi Diels-Alder dapat berada pada posisi s-cis dan s-trans, sehingga produk reaksi
COOH COOH maleic acid cis dienophile COOH COOH
an achiral meso compound
COOH COOH or cis product COOH fumaric acid trans dienophile COOH COOH COOH COOH + trans product HOOC enantiomers
Gambar 10. Reaksi cis dan trans Diels-Alder 2.5 Stereokimia Reaksi Diels-Alder
Ketika diena dan dienofil bereaksi dalam reaksi Diels-Alder, terbentuklah sebuah senyawa stereokimia karena kedua reaktan tersebut saling mendekat dari dua arah yang berbeda. Jenis pendekatan ini memungkinkan awan elektron dari dua komponen tumpang tindih dan membentuk ikatan produk yang lebih stabil. Bentuk stereokimia dari molekul produk ada 2 jenis yaitu : dienofil yang mensubstitusi diena (cis) akan menghasilkan produk
adisi “endo” dan dienofil yang mensubstitusi diena (trans) akan menghasilkan produk adisi “ekso".
Gambar. Adisi Diels-Alder siklopentadiena
Jika salah satu atau kedua karbon terminal unit diena mengandung dua gugus substituen yang berbeda dan jika kita melihat diena dalam konformasi cis-nya, kita dapat
klasifikasikan kelompok-kelompok tersebut sebagai kelompok dalam (inner) atau kelompok luar (outer). Kelompok inner pada diena berbentuk perahu berada pada posisi tegak
Produk “endo” pada reaksi Diels-Alder, subtituen yang berasal dari dienofil berada pada posisi yang dekat dengan ikatan rangkap diena, sedangkan pada pada produk “ekso”,
subtituen yang berasal dari dienofil berada pada posisi yang jauh dengan ikatan rangkap diena.
Pada umumnya reaksi Diels-Alder terjadi dengan diena berada pada konformasi cis atau endo, diena dalam konformasi trans seringkali menjadi susah bereaksi dengan dienofil atau bahkan tidak bereaksi. Hal ini terjadi karena kemungkinan terjadinya tumpang tindih antara orbital π dari diena dalam konformasi trans dengan orbital π dari dienofil terlalu kecil meskipun energi yang dimiliki bentuk trans lebih kecil tetapi tidak mampu untuk berlangsungnya reaksi Diels-Alder. Dan orbital π dari diena pada konformasi cis lebih mudah membentuk ikatan dan tanpa ada halangan sterik yang berarti dibandingkan diena pada bentuk trans.
2.6 Produk Nyata Reaksi Diels Alder
Limonen, senyawa pemberi aroma pada buah jeruk adalah produk nyata dari reaksi Diels-Alder. Diskoneksi Diels-Alder akan memberikan diena dan dienofil yang berupa trans diena.
Tumbuhan Morus alba merupakan tumbuhan famili Moraceae yang banyak digunakan orang untuk pengobatan tradisional, selain itu juga sudah dilaporakan mengandung senyawa kimia yang menarik dengan aktivitas tertentu. Salah satu perbanyakan tumbuhan dengan menggunakan teknologi kultur jaringan atau sel telah terbukti juga mengandung metabolit sekunder yang tidak jauh berbeda dengan kandungan metabolit sekunder dari tumbuhan aslinya. Dari kultur kalus Morus alba ini telah berhasil diisolasi delapan senyawa adduct
+
Diels-Alder, yaitu Kuwanon J, Q, R, V, Mulberofurran E, T, Calkomorasin, dan Kuwanol E. Struktur dari delapan senyawa tersebut dielusidasi berdasarkan data spektroskopi.
Gambar 1. Senyawaan Adduct Diesl Alder dari dari kultue kalus Morus alba
2.7 Aplikasi Reaksi Diels-Alder
Reaksi Diels-Alder sangatlah penting dalam sintesis senyawa alami yang sangat besar, sebagian besar karena banyaknya struktur-struktur yang dapat diterapkan dan sebagian karena stereospesifiknya. Sebagai contoh, reaksi antara asam trans-vinylacrylic dan benzoquinon.
O OH OH R2 O OH HO R1 HO HO R3 4. Mulberofuran E : R2= R3= H, R1= 5. Mulberofuran T : R3= OH, R1= R2= 6. Calkomorasin : R2= H, R3= OH, R1= 21''(26'') 23'' (28'') 22'' (27'') 4 5 7 3 2' 6' 2'' 1'' 3'' 4'' 5'' 17'' 19'' 20'' 11'' 13'' 14'' R3 O R3 R2 R3 O R3 R3 R1 R3 1. Kuwanon J : R1= R2= R3= OH 2. Kuwanon Q : R1= OH, R2= R3= OH 3. Kuwanon R : R2= H, R1= R3= OH 4. Kuwanon V : R1= R2= H, R3= OH 1 3 5 6' 5' 3' 1' 3'' 1'' 6'' 4'' 7'' 8'' 9'' 10'' 11' 12'' 20'' 15'' 17'' 19'' 21'' 23'' 25'' 24'' OH HO OH OH HO OH OH HO O 7. Kuwanol E 1 3 5 2' 6' 5' 4' 2'' 4'' 5'' 6'' 1'' 8'' 10'' 11'' 13'' 14'' 15'' 17'' 19'' 20'' 7'' 21'' 23'' 22'' 24'' 25'' CO2H + O H H CO2H O
Adapun beberapa contoh-contoh lain dari aplikasi penggunaan reaksi Diels-Alder dalam sintesis-sintesis produk alami, yaitu diantaranya:
1. Reaksi antara butadiena dan 2 metoksi-5-methylbenzoquinone digunakan untuk membentuk cincin C dan D dalam sintesis kolesterol.
2. Reaksi antara dimetilacethylenecarboxylate dan furan dalam shynthesis dari Cantharidin . Hidrogenasi katalitis dari produk memberikan diophenil yang baru.
3. Artonin C diisolasi dari bagian kulit akar spesies Artocarpus heterophyllus (tanaman nangka). Artonin C ini berperan dalam anti malaria. Dilihat dari struktur yang dimiliki, Artonin C terbentuk dari dua komponen senyawa khalkon pada flavonoid yang melalui mekanisme Diels-Alder. Adapun reaksinya sebagai berikut.
+ O O OCH3 H3C O O OCH3 H CH3 O O OCH3 H CH3 H+ O C C CO2Me CO2Me + O CO2Me CO2Me O CO2Me CO2Me O CO2Me CO2Me O C O O O C CH3 CH3
HO HO OH O HO OH HO O OH OH (Artonin C) OH HO O OH OH OH O HO OH HO
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari makalah reaksi Diels-Alder ini adalah
1) Reaksi Diels-Alder adalah reaksi kimia organik antara diena terkonjugasi dengan alkena tersubstitusi, umumnya dinamakan sebagai dienofil, membentuk sikloheksena tersubstitusi 2) Reaksi Diels Alder merupakan reaksi sikloadisi yang bergantung pada suhu dan
mekanismenya melibatkan tumpang tindih antara orbital sigma dan orbital pi. Reaksi ini terjadi antara molekul dengan dua ikatan rangkap dua terkonjugasi (diena) dan molekul dengan satu ikatan rangkap dua (dienofil) serta menghasilkan dua ikatan karbon-karbon yang baru dan satu molekul sikoheksana yang tidak jenuh dalam satu langkah.
3) Reaksi perisiklik merupakan reaksi serempak yang berlangsung dalam suatu deret siklis elektron pada keadaan transisinya.
4) Konformasi molekul untuk diena konjugasi digunakan istilah s-cis dan s-trans. Pada umumnya reaksi Diels-Alder terjadi dengan diena berada pada konformasi cis atau endo, diena dalam konformasi trans seringkali menjadi susah bereaksi dengan dienofil atau bahkan tidak bereaksi.
5) Bentuk stereokimia dari molekul produk ada 2 jenis yaitu : dienofil yang mensubstitusi berada pada posisi berlawanan dengan diena (cis) akan menghasilkan produk adisi “endo” dan dienofil yang mensubstitusi berada pada posisi sepihak dengan diena (trans) akan
menghasilkan produk adisi “ekso".
3.2 Kritik dan Saran
Dengan selesainya penyusunan makalah ini maka kami selaku tim penyusun sangat berharap kepada pembaca untuk memberikan kritik dan saran terhadap isi dari makalah ini sebagai bentuk partisipasi. Selain itu, demi memperbaiki kesalahan dan melengkapi materi yang dibahas.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2014, Reaksi Diels Alder (online), http://yumisalimah.blogspot.co.id/2014/04/reaksi-diels-alders.html, Diakses 26 Oktober 2015, pukul 07.35 WITA.
Anonim, 2012, Reaksi Diels Alder (online), http://harrymarareza.blogspot.co.id/2012 /06/reaksi-diels-alder.html, Diakses 26 Oktober 2015, pukul 07.34 WITA.
Anonim, 2015, Reaksi Perisiklik (online), http://chocogreentea.blogspot.co.id/2015/06/reaksi-perisiklik-246-oktatriena.html, Diakses 26 Oktober 2015, pukul 07.35 WITA.
Fachrul Ariansyah, 2011, Reaksi Perisiklik (online), http://docslide.net/documents/52699540-tugas-reaksi-perisiklik-new.html, Diakses 26 Oktober 2015, pukul 12.35 WITA.
Hart, H., Craine, L. E., and Hart, D. J., 2003, Kimia Organik Suatu Kuliah Singkat, Erlangga, Jakarta.
http://dokumen.tips/documents/makalah-orfis-ratnawati.html, Diakses 26 Oktober 2015, pukul 12.35 WITA.
http://www.scribd.com/doc/135818406/Bab-Vii-Reaksi-Diels-Alder#scribd, Diakses 29 Oktober 2015, pukul 12.35 WITA.
www.senyawaorganik.com/reaksi-diels-alder.html, Diakses 29 Oktober 2015, pukul 10.00 WITA.
KIMIA ORGANIK BAHAN ALAM REAKSI DIELS-ALDER KELOMPOK 5 AUDREY MUH. EDAR SAMRIANI H31113008 NURITASARI AZIS H31113022 AULIA RHAMDANI ARFAN H31113318 RISMAULI SIMANJUNTAK H31113504
KIMIA ORGANIK BAHAN ALAM JURUSAN KIMIA
UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR
