KIMIA ORGANIK 1 Prodi Farmasi Fakultas Farmasi dan Sains

KIMIA ORGANIK 1 Prodi Farmasi

Fakultas Farmasi dan Sains

BENZENA AROMATIS TERSUBTITUSI Pertemuan 14

Firman Allah SWT: Qs. Az-Zariyat: 49)

BENZENA TERSUBTITUSI

• Cincin Benzen mengalami reaksi Subtitusi Elekrofilik Aromatis (SEA).

• Subtituen yang menggantikan satu atom H pada cincin

benzen mempengaruhi electron density pada inti benzen → ↑ electron density (electron donating) atau ↓ electron density (electron withdrawing) → Inductive effects

• Peningkatan atau penurunan electron density pada inti benzen mempengaruhi kemampuan inti benzen pada reaksi SEA

berikutnya.

4

EFEK INDUKSI

Subtituen gugus NH₂ → withdraws electron density Subtituen gugus CH₃ → donates electron density

5

Pengaruh resonansi pada subtituen memiliki PEB atau  bonds → ↑ muatan (-) pada inti benzen

Pengaruh Resonansi electron-donating → pada atom Z yg memiliki PEB→ directly bonded to a benzene ring.

EFEK RESONANSI

6

• Pengaruh Resonansi electron-withdrawing pada benzun tersubtitusi yang memiliki rumus umun C₆H₅-Y=Z, dimana Z lebih elektronegatif daripada Y.

• Pada Benzaldehyde (C₆H₅CHO) → 7 struktur resonansi → 3 struktur inti benzen bermuatan positif → gugus CHO (karbaldehid) → withdrawing electrons karena pengaruh resonansi

7

• Dalam memprediksi benzen tersubtitusi → lebih atau kurang s electron rich daripada inti benzen benzene → perlu mempertimbangkan → efek induksi dan resonansi

• Contoh: alkyl groups merupakan electron donating karena efek induksi → tidak ada efek induksi → karena tidak memiliki pasangan elektron tidak terika atau  bonds → Benzen tersubtitsi alkil → lebih kaya elektron daripada inti benzen

8

• Efek induksi dan resonansi umumnya terjadi pada senyawa dengan struktur umum → C₆H₅- Y=Z (Z more electronegative than Y) → senyawa electron withdrawing.

9

• Senyawa berikut menggambarkan sifat struktur umum sebagai subtituen → electron-donating & electron withdrawing.

10

Subtitusi Elektrofilik Aromatik (SEA) & Benzen Tersubtitusi

• SEA merupakan reaksi umum yang terjadi pada semua senyawa aromatis sepertipolycyclic aromatic hydrocarbons, heterocycles, and substituted benzene derivatives.

• Adanya subtituen mempengaruhi dua faktor pada reaksi SEA yaitu:

1. Laju reaksi — Benzen tersubtitusi bereaksi lebih cepat atau lebih lambat dari inti benzen.

2. Arah subtituen — Gugus baru akan masuk pada posisi ortho, meta, atau para dari subtituen awal. Identitas substituen pertama menentukan posisi substituen masuk kedua

11

• Toluen (metilbenzen) → bereaksi lebih cepat daripada inti benzen pada semua reaksi subtitusi

• Gugus CH₃ (electron-donating) lebih mengaktifkan (aktivator) cincin benzen pada serangan elektrofilik.

• Produk Ortho & para mendominasi→Gugus CH₃ disebut gugus pengarah ortho, para.

12

• Nitrobenzen → bereaksi lebih lambat daripada inti benzen pada semua reaksi subtitusi

• Gugus NO₂ (electron-withdrawing) kurang mengaktifkan (deaktivator) cincin benzen pada serangan elektrofilik.

• Produk meta mendominasi→Gugus NO₂ disebut gugus pengarah meta.

13

Jenis Subtituen pada Benzen Aromatis dibagi menjadi 3 tipe :

15

• Subtituen gugus Halogen mempunyai kelas tersendiri.

• Catatn Penting:

16

• Untuk memahami bagaimana substituen mengaktifkan atau menonaktifkan cincin, kita harus mempertimbangkan langkah pertama dalam substitusi aromatik elektrofilik.

• Langkah pertama melibatkan penambahan elektrofil (E⁺) untuk membentuk karbokation stabil resonansi.

• Postulat Hammond memungkinkan untuk memprediksi laju relatif reaksi dengan melihat stabilitas intermediet karbokation

17

• Prinsip inductive effects and resonance effects → prediksi kestabilan karbokation

18

Gambar Diagram Energi → Pengaruh electron-withdrawing & electron-donating groups pada energi transition state → laju penentu reaksi.

Figure 18.6 Energy diagrams comparing the rate of

electrophilic substitution of

substituted benzenes

GUGUS

AKTIVATOR-

DEAKTIVATOR

INTI BENZEN

20

Efek Orientasi pada Benzene Tersubtitusi

◼ Ada dua tipe umum pengarah ortho, para dan satu tipe umum pengarah meta.

◼ Semua pengarah orto, para adalah gugus R atau memiliki pasangan elektron tidak terikat (PEB) pada atom yang terikat pada cincin benzena.

◼ Semua pengarah meta memiliki muatan positif penuh atau sebagian pada atom yang terikat pada cincin benzena.

21

Untuk mengevaluasi efek dari substituen yang diberikan, kita dapat menggunakan prosedur bertahap berikut:

22

• Gugus CH3 mengarahkan serangan elektrofilik orto dan para ke dirinya sendiri karena efek induktif pendonor elektron menstabilkan intermediet karbokation

Gugus NH₂ mengarahkan serangan elektrofilik orto dan para ke dirinya sendiri karena intermediet karbokation memiliki stabilisasi resonansi tambahan.

24

Pada gugus NO₂ (pengarah meta) serangan meta terjadi karena serangan pada posisi orto dan para memberikan perantara karbokation yang tidak stabil.

25 Figure 18.7

The reactivity and directing effects of common substituted benezenes

Kesimpulan:

1. Semua gugus pengarah orto, para kecuali gugus Halogen mengaktifkan cincin benzen

2. Semua gugus pengarah meta mendeaktivkan cincin benzen

3. Gugus Halogen

mendeaktivkan cincin benzen

26

Keterbatasan pada

Electrophilic Aromatic Substitutions (EAS)

• Cincin benzena yang diaktivasi oleh gugus pendonor elektron yang kuat—OH, NH₂, dan turunannya (OR, NHR, dan

NR₂) → mengalami

polihalogenasi ketika diberi perlakuan dengan X₂ dan FeX₃.

27

• Cincin benzena yang dinonaktifkan oleh gugus penarik elektron yang kuat (yaitu, salah satu direktur meta) tidak cukup kaya elektron untuk menjalani reaksi Friedel-Crafts

• Reaksi Friedel-Crafts juga tidak terjadi dengan gugus NH₂ karena kompleks yang terbentuk antara gugus NH₂ dan katalis AlCl₃ menonaktifkan cincin menuju reaksi Friedel-Crafts.

28

• Perlakuan benzena dengan alkil halida dan AlCl₃ menempatkan gugus R donor elektron pada cincin. Karena gugus R mengaktifkan cincin, produk teralkilasi (C₆H₅R) sekarang lebih reaktif daripada benzena itu sendiri menuju substitusi lebih lanjut, dan bereaksi lagi dengan RCl untuk menghasilkan produk polialkilasi.

• Polisubstitusi tidak terjadi dengan asilasi Friedel-Crafts.

29

Benzen Terdisubtitusi

1. Ketika efek pengarah dari dua kelompok diperkuat, substituen baru terletak pada posisi yang diarahkan oleh kedua gugus pengarah.

30

2. Jika efek pegarahan dari dua gugus saling bertentangan → aktivator yang lebih kuat “menang”.

31

3. Tidak ada substitusi yang terjadi antara dua substituen meta karena crowding

32

SINTESIS TURUNAN BENZEN

Dalam benzena tersubstitusi, efek pengarah menunjukkan substituen mana yang harus ditambahkan ke cincin terlebih dahulu.

Mari kita pertimbangkan konsekuensi dari brominasi pertama diikuti oleh nitrasi, dan nitrasi pertama, diikuti oleh brominasi.

Jalur I → di mana

brominasi mendahului nitrasi, menghasilkan produk yang

diinginkan. Jalur II →

isomer meta yang tidak

diinginkan.

34

Halogenasi pada Alkyl Benzenes

Ikatan C-H benzilik lebih lemah daripada kebanyakan ikatan C-H hibridisasi sp³ lainnya, karena homolisis membentuk radikal benzilik yang distabilkan resonansi.

Akibatnya, alkil benzena mengalami brominasi selektif pada ikatan C-H benzilik lemah di bawah kondisi radikal untuk membentuk halida benzilik.

35

Reaksi

Brominasi pada

gugus Benzilik

36

Alkil benzena mengalami dua reaksi yang berbeda tergantung pada kondisi reaksi :

◼ Dengan Br₂ dan FeBr₃ (kondisi ionik), substitusi aromatik elektrofilik terjadi, menghasilkan penggantian H oleh Br pada cincin aromatik untuk membentuk isomer orto dan para.

◼ Dengan Br₂ dan cahaya atau panas (kondisi radikal), substitusi H oleh Br terjadi pada karbon benzilik dari gugus alkil.

37

Reaksi Oksidasi & Reduksi pada Benzen tersubtitusi

Arenes yang mengandung setidaknya satu ikatan C-H benzilik dioksidasi dengan KMnO₄ menjadi asam benzoat.

Substrat dengan lebih dari satu gugus alkil dioksidasi menjadi asam dikarboksilat. Senyawa tanpa hidrogen benzilik bersifat inert terhadap oksidasi.

38

Gugus Keton yang terbentuk sebagai produk asilasi Friedel-Crafts dapat direduksi menjadi alkil benzena dengan dua metode berbeda:

1. Reduksi Clemmensen → menggunakan seng dan merkuri dengan adanya asam kuat.

2. Reduksi Wolff-Kishner → menggunakan hidrazin (NH₂NH₂) dan basa kuat (KOH).

39

Ada 2 cara berbeda memasukkan gugus Alkil pada cincin Benzen :

1. Metode satu langkah

menggunakan alkilasi Friedel- Crafts.

2. Metode dua langkah

menggunakan asilasi Friedel- Crafts untuk membentuk keton,

diikuti dengan reduksi. Figure 18.8 Two methods to prepare an alkyl benzene

40

Meskipun metode dua langkah tampak lebih bundar, metode ini harus

digunakan untuk

mensintesis alkil benzena tertentu yang tidak dapat dibuat dengan alkilasi Friedel-Crafts satu langkah karena penataan ulang.

41

Gugus nitro (NO₂) yang telah dimasukkan pada cincin benzena melalui nitrasi dengan asam kuat dapat dengan mudah direduksi menjadi gugus amino (NH₂) dalam berbagai kondisi.

info@uhamka.ac.id

www.uhamka.ac.id (021)73944451 uhamkaid Uhamka 42 @UhamkaID

Tahapan Reaksi Sintesis Turunan Benzen

43

Reaksi Sandmeyer & Reaksi terkait ion Benzendiazonium

Sandmeyer reaction: promoted by Cu(I) salts Manfaat zat antara garam

aril diazonium →

Menghasilkan substituen aril yang tidak dapat diakses, seperti -OH, -F, dan -CN.

info@uhamka.ac.id

www.uhamka.ac.id (021)73944451 uhamkaid Uhamka @UhamkaID

RINGKASAN REAKSI PADA BENZEN

AROMATIK

info@uhamka.ac.id

www.uhamka.ac.id (021)73944451 uhamkaid Uhamka @UhamkaID

(R-CO)2O

RINGKASAN REAKSI PADA BENZEN

AROMATIK

info@uhamka.ac.id

www.uhamka.ac.id (021)73944451 uhamkaid Uhamka @UhamkaID

SOAL LATIHAN

1. Rancanglah sintesis untuk senyawa berikut dari benzena:

a. m-chloro benzene sulfonate acid b. p-nitro toluene

c. o-hidroxy benzoate acid d. 2-bromo-4-chloro-aniline e. m-nitro toluene

f. p-methyl aniline

2. Prediksikan produk brominasi utama dari senyawa berikut:

a. p-amino phenol b. m-ethyl benzoate c. O-chloro aniline

d. m-nitro benzene sulfonate acid

3. Prediksi hasil utama dari reaksi berikut:

a. Nitration of bromo benzene b. Chlorination of phenol

c. Bromination of aniline

info@uhamka.ac.id

www.uhamka.ac.id (021)73944451 uhamkaid Uhamka @UhamkaID

TERIMA KASIH