SYNTHESIS OF ALKYNES

SYNTHESIS OF ALKYNES

(Sintesis Alkuna)

Alkuna merupakan senyawa organik yang berguna. Alkuna dapat dijadikan sebagai starting material untuk sintesis beberapa senyawa organik yang bermanfaat. Maka dari itu, usaha untuk membuat alkuna dapat dipelajari sehingga alkuna dapat dibuat dengan skala besar.

Alkuna adalah suatu golongan hidrokarbon alifatik yang mempunyai gugus fungsi berupa ikatan ganda tiga karbon-karbon (-C≡C-). Seperti halnya ikatan rangkap dalam alkena, ikatan ganda tiga dalam alkuna juga disebut ikatan tidak jenuh. Ketidakjenuhan ikatan ganda tiga karbon-karbon lebih besar daripada ikatan rangkap. Oleh karena itu kemampuannya bereaksi dengan pereaksi-peraksi yang dapat bereaksi dengan alkena juga lebih besar. Hal inilah yang menyebabkan golongan alkuna memiliki peranan khusus dalam sintesis senyawa organik.

Ada beberapa proses sintesis alkuna yaitu sebagai berikut:

1. Alkilasi

Ketika diperlakukan atau direaksikan dengan basa kuat seperti NaNH₂, vicinal dihalide akan akan mengalami reaksi Elektrofilik 2 (E2) dehydrohalogenation (hilangnya HX x2) untuk membentuk produk alkyne (alkuna). Dihalide ini dapat disiapkan dengan penambahan bromin maupun  klorin pada suatu alkena, jadi strategi dua langkah ini dapat digunakan untuk mengkonversi alkena menjadi  alkyne.

Alkilasi sesuai namanya merupakan reaksi yang mana terjadinya penambahan suatu gugus alkil pada suatu kerangka molekul. Cara paling umum dalam mensintesis atau membuat suatu alkuna adalah melalui jalur alkilasi. Muatan negatif dan pasangan elektron bebas pada karbon menyebabkan anion acetylide menjadi sangat nukleofilik. Oleh karenanya, anion ini akan mampu bereaksi dengan suatu elektrofil (mis : alkil halida), menggantikan halida dan menghasilkan produk berupa produk alkuna yang baru.

Alkilasi alkuna tidak hanya terbatas pada asetilen saja. Terminal alkuna manapun dapat diubah menjadi bentuk anionnya dan dialkilasi menggunakan suatu alkil halida yang akan menhasilkan produk.

Sintesis alkyne dari alkyne lain (RC≡CH → RC≡CR′)

Dalam sintesis propargylic alkohol, terlihat terjadi reaksi alkynyl nucleophile (anion RC≡CNa atau Grignard menghasilkan magnesium RC≡CMgBr, keduanya dibuat dari alkyne RC≡CH) dengan electrophile karbonil untuk menghasilkan produk alkohol. Reaksi-jenis nucleophiles tersebut akan mengalami reaksi SN2 dengan alkil halides untuk memberikan lebih banyak produk subtitusi alkyne. Dengan dua langkah ini urutan (diikuti oleh alkilasi deprotonation), asetilena dapat dikonversi untuk terminal alkyne, dan terminal alkyne dapat dikonversi ke internal alkyne. Karena reaksi anion basa kuat, Halida alkil yang digunakan harus metil atau 1°; Jika tidak, eliminasi E2 disukai atas mekanisme substitusi SN2.

2.      Reaksi yang Dikatalisis oleh Palladium

Beberapa reaksi dalam mensintesis alkuna melalui bantuan katalis Pd salah satunya menggunakan sonogashira protocol yang melibatkan reaksi terminal alkuna dengan organik halida dan suatu basa amina, contohnya sebagai berikut :

Dalam kimia organik dikenal reaksi cross-coupling. Reaksi cross-coupling merupakan reaksi dimana dua starting material berbeda, yang mana salah satunya biasanya memiliki activating group , yang akan bereaksi bersama dengan bantuan katalis logam. Hasilnya adalah hilangnya dua activating group dan pembentukan ikatan kovalen yang baru diantara fragmen yang tersisa. Melalui perkembangan metode sintesis, reaksi substitusi ke karbon SP₂ dan SP lebih mudah diperoleh yang mana sebelumnya lebih sulit melakukannya menggunakan metode sintesis klasik tanpa penggunaan katalis logam. Katalis logam yang biasa dipakai adalah Nikel dan Palladium. Nikel memiliki sifat reaktifitas yang tinggi tetapi kestabilannya rendah namun nikel tidak mahal dan mudah untuk dihilangkan. Sedangkan Pd, stabil secara kimia dan mudah dikondisikan dan memiliki hasil samping atau by product yang sedikit namun Pd cukup mahal dan sulit dihilangkan. Salah satu bagian dari reaksi cross-coupling adalah reaksi Sonogashira-Hagiwara cross coupling. Jenis katalis palladium yang sering digunakan yaitu Pd(PPh₃)₄, atau PdCl₂(PPh₃)₂ karena sifatnya yang stabil.

Contoh sintesis terbaru pada gambar di bawah merupakan sintesis di-tert-butil-tersubstitusi fenilena etinilena dimer, trimer, tetramer, dan pentamer. Reaksi di-tert-butil iodobenzene 182 dengan TMSA terjadi dibawah kondisi sonogashira yang dikatalisis oleh PdCl2(PPh3)2 (0,4 mol%)/CuI (0,4 mol%) dengan adanyatriethylamine/THF sebagai pelarut pada suhu kamar.

3.      Metathesis

Katalis untuk metatesis alkuna masih dalam pengembangan aktif. Alkyne metathesis adalah reaksi organik yang melibatkan redistribusi ikatan kimia alkuna . Reaksi ini terkait erat dengan metatesis olefin . Metatesis alkuna logam yang dikatalisasi pertama kali dijelaskan pada tahun 1968 oleh Bailey, dkk. Sistem Bailey menggunakan campuran tungsten dan silikon oksida pada suhu setinggi 450 ° C. Pada tahun 1974 Mortreux melaporkan penggunaan katalis homogen — molibdenum hexacarbonyl pada 160 ° C — untuk mengamati fenomena alikne scrambling, di mana alkil yang tidak simetris menyeimbangkan dengan dua turunan simetris.

Metatesis Alkyne banyak digunakan dalam operasi penutupan cincin dan RCAM singkatan dari cincin penutupan alkuna metatesis. Molekul molekul penciuman dapat disintesis dari di-alkyne. Setelah penutupan cincin, ikatan rangkap tiga baru direduksi secara stereoselektif dengan hidrogen dan katalis lindlar untuk memperoleh Z -alkena ( E -alken siklik tersedia melalui reduksi Birch ). Kekuatan pendorong yang penting untuk jenis reaksi ini adalah pengusiran molekul-molekul gas kecil seperti asetilena atau 2-butil .

Reaksi metathesis merupakan reaksi pertukaran pasangan ion dari dua elektrolit. Reaksi metathesisi alkuna dikatalisis oleh kompleks logam organotransisi, reaksi jenis ini membentuk ikatan karbon rangkap tiga baru yang lebih sederhana melalui mekanisme Katz. Rekasi metathesis alkuna dikenal 4 jenis yaitu alkyne cross metatheisis (ACM), ring-cross alkyne metathesis (RCAM), ring-opening alkyne metathesis polymerazion (ROAPMP) dan acyclic diyne metathesis polymerazion (ADIMET). Dalam metathesis alkuna ada banyak jenisnya, diantaranya ring-closing alkyne metathesis (RCAM), Nitrile alkyne cross metathesis (NACM), dsb.

Adapun mekanisme dari reaksi metathesis alkuna adalah sebagai berikut :

Reaksi metathesis yang sudah ada dan kebanyakan digunakan adalah metathesis dari alkena. Oleh karenanya sedang dikembangkan lebih lanjut mengenai metathesis dari alkuna terutama dari segi katalis reaksi.

Permasalahan :

Alkuna dapat dijadikan sebagai starting material untuk sintesis beberapa senyawa organik yang bermanfaat, maka alkuna dibuat dalam jumlah banyak dan diperdagangkan. Lalu, bagaimana sintesis alkuna secara komersil ?

Mengapa pada sintesis alkuna melalui reaksi berkatalis Pd menggunakan reaktan alkil halide ?

Mengapa pada sintesis alkuna melalui katalis Pd bahwa tahap pertama dalam reaksi memiliki hidrogenasi lebih besar dari pada tahap kedua ?