12 Desember 2015
UNIVERSITAS HASANUDDIN
Efektivitas Katalis Asam-Basa Pada Sintesis Trans-1,3-difenil-2-propen-1-on Melalui Reaksi Kondensasi Claisen-Schmidt Rizky Dermawan, Firdaus, Nunuk Hariani Soekamto Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin Makassar, korespondensi:
[email protected]
ABSTRAK Penelitian tentang efektivitas katalis asam-basa pada sintesis trans-1,3-difenil-2propen-1-on melalui reaksi kondensasi Claisen-Schmidt telah dilakukan dengan menggunakan NaOH, NaOCH3, dan NaH sebagai katalis basa, serta H2SO4 sebagai katalis asam. Reaksi terkatalisis basa dioperasikan pada suhu 28 oC selama 2 jam dengan perbandingan katalis : substrat 1 : 2, sedangkan reaksi terkatalisis asam dioperasikan di bawah kondisi refluks (60 oC ) selama 3 jam dengan perbandingan katalis : substrat 2 : 1. Identifikasi produk reaksi dilakukan dengan metode spektroskopi FTIR dan NMR. Berdasarkan rendamen yang diperoleh maka diketahui urutan efektivitas katalis pada reaksi tersebut adalah NaOH > NaOCH3 > NaH > H2SO4 dengan rendamen berturut turut adalah 50,62%, 13,06%, 12,85%, dan 4,17%. Perbedaan antara reaksi terkatalisis asam dan basa terletak pada pembentukan nukleofil sebagai penentu reaksi, dimana pada reaksi terkatalisis asam membentuk enol sedangkan pada reaksi terkatalisis basa menghasilkan ion enolat yang memiliki nukleofilisitas lebih kuat dibandingkan dengan enol. Kata kunci: trans-1,3-difenil-2-propen-1-on, kondensasi Claisen-Schmidt, katalis asam-basa, nukleofil, enol, ion enolat.
ABSTRACT Research on the effectiveness of the acid-base catalyst in the synthesis of trans-1,3diphenyl-2-propene-1-on via Claisen-Schmidt condensation was performed by using NaOH, NaOCH3, and NaH as the base catalyst, and H2SO4 as an acid catalyst. Base catalyzed reaction is operated at a temperature of 28 °C for 2 hours with a ratio of catalyst : substrate 1: 2, while the acid catalyzed reaction is operated under reflux conditions (60 °C) for 3 hours with a ratio of catalyst: substrate 2: 1. Identification of the product was conducted using FTIR and NMR spectroscopy. Based yield obtained then known sequence effectiveness of the catalyst in the reaction are NaOH > NaOCH3 > NaH > H2SO4 with yield in consecutive is 50.62%, 13.06%, 12.85%, and 4.17%. The difference between acid and base catalyzed reaction is the formation of nucleophiles as a determinant of reaction, wherein the acid catalyzed reaction to form enol while the base catalyzed reaction produces enolate ion that has nucleophilicity stronger than the enol. Keywords : trans-1,3-diphenyl-2-propene-1-on, condensation Claisen-Schmidt, acidbase catalyst, nucleophille, enol, enolate ion.
PENDAHULUAN Trans-1,3-difenil-2-propen-1-on merupakan
kalkon
aromatik (cincin A dan B) yang
(flavonoid). Struktur trans-1,3-difenil-
keduanya dihubungkan oleh gugus
1|Page
senyawa
jenis
2-propen-1-on terdiri atas dua cincin
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
UNIVERSITAS HASANUDDIN
karbonil serta ikatan α,β-tak jenuh
memproduksi senyawa dalam kuantitas
dengan elektrofilisitas yang tinggi.
yang tinggi.
Sistem elektron phi (π) senyawa kalkon
Analisis
retrosintesis
pada
terdelokalisasi sepenuhnya pada kedua
struktur
trans-1,3-difenil-2-propen-1-
cincin aromatik [1].
on diawali dengan interkonversi gugus
Senyawa jenis kalkon memiliki
fungsi yang menghasilkan senyawa
2’,4’-
β-hiroksikarbonil (aldol). Diskoneksi
dari
ikatan α,β-jenuh dari β-hiroksikarbonil
beragam bioaktivitas seperti dihidroksi-5’,6’-dimetoksikalkon Cryptocarya
costata
yang
bersifat
menghasilkan
sinton-sinton
yang
antikanker (IC50 5,7 𝜇M) [2] dan
ekuivalen
2’,4’,4-trihidroksi-3’-prenilkalkon dari
benzaldehida.
Artocarpus
dihasilkan adalah reaksi kondensasi
lowii
yang
bersifat
antioksidan (IC50 0,03 mM) [3].
senyawa
metabolit
diperlukan
Oleh
yang
karena
memudahkan
dalam modifikasi struktur [4] Sebelumnya, senyawa trans-1,3-
itu,
difenil-2-propen-1-on
telah
berhasil
disintesis dengan katalis H2SO4 (54%)
merujuk pada struktur senyawa bahan
dan NaOH (45%) di bawah kondisi
alam, yang mana jalur sintesisnya
refluks
dirancang melalui analisis retrosintesis.
masih terlalu rendah, khususnya untuk
Metode
hasil dari katalis basa.
sintesis
sintetis
yang
yang
relatif
mampu
:O:
[5].
Namun,
rendamennya
:
Analisis :
senyawa
sintesis
Jalur
kombinatorial
kelompok senyawa kalkon di alam kecil.
dan
ini mengunakan pendekatan kimia
sekunder menyebabkan ketersediaan
sangat
asetofenon
Claisen-Schmidt (Gambar 1). Reaksi
Keterbatasan organisme dalam memproduksi
dengan
:O:
: OH
IGF
β-hiroksikarbonil
Trans-1,3-difenil-2-propen-1-on
:
:O:
+
-
CH3
:O:
: OH
:O:
H
:
CH2
+ Sinton karbanion
Asetofenon
Sinton karbokation
Benzaldehida
Sintesis : :O:
: O: H
CH3
Katalis
+ Asetofenon
:O:
-H2O
Benzaldehida
Trans-1,3-difenil-2-propen-1-on
Gambar 1. Rancang bangun molekul senyawa trans-1,3-difenil-2-propen-1-on. 2|Page
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
UNIVERSITAS HASANUDDIN
METODE PENELITIAN 1.
Sintesis Menggunakan Katalis Basa Asetofenon
benzaldehida
Jika ditinjau dari kekuatan basa maka
masing-masing sebanyak 0,01 mol
urutannya adalah -H < -OH < -OCH3,
dilarutkan ke dalam 40 mL etanol.
sedangkan rendamen untuk katalis
Campuran
dalam
NaOH dan NaOCH3 (Tabel 1) tidak
icebath dan ditambahkan 0,005 mol
sesuai dengan urutan kekuatan basa
NaOH sambil diaduk selama 30 menit.
keduanya. Selain sebagai basa kuat,
Pengadukan dilanjutkan selama 2 jam
anion
pada
yang
nukleofilisitas yang tinggi sehingga
diperoleh direkristalisasi dari pelarut
diduga terjadi serangan terhadap gugus
etanol-akuades [6]. Prosedur diulangi
karbonil yang berkompetisi dengan
dengan katalis NaOCH3 dan NaH.
deprotonasi hidrogen alfa (Gambar 2).
2.
dan
didinginkan
suhu
kamar.
di
Kristal
Sintesis Menggunakan Katalis
metoksida
juga
memiliki
Serangan tersebut mengkonversi gugus aldehida pada reaktan menjadi gugus
Asam Asetofenon
dan
benzaldehida
masing-masing sebanyak 0,01 mol dilarutkan ke dalam 15 mL metanol.
ester. Hal ini dapat mengakibatkan penurunan rendamen senyawa target.
Campuran diaduk pada suhu 60 oC di
Tabel 1. Hasil sintesis mengunakan katalis basa (28 oC, 2 jam)
bawah kondisi refluks selama 3 jam,
No.
Katalis
Rendamen
t.l. (oC)
lalu ditambahkan 0,02 mol H2SO4.
1
NaOH
50,62%
53 – 55
Hasil
lalu
2
NaOCH3
13,06%
53 – 54
dinetralkan dengan NaHCO3(aq) 5%,
3
NaH
12,85%
53 – 55
refluks
dicuci dengan
dievaporasi,
2 × 15 mL akuades,
dan dipartisi dengan 3 × 25 mL etil
Rendamen terkecil ditunjukkan
asetat. Lapisan organik dikumpulkan,
oleh hasil dari katalis NaH sebagai basa
dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat,
paling lemah dari ketiganya. Hal ini
lalu dievaporasi. Residu difraksinasi
disebabkan anion hidrida telah terlebih
KKG dengan eluen n-heksana : CH2Cl2
dahulu terkonversi menjadi gas H2
: CHCl3 (9 : 2 : 1). Kristal yang
sebelum sempat menjalankan perannya
terbentuk direkristalisasi dari pelarut
sebagai deprotonator hidrogen alfa.
etanol-akuades [5].
Dengan demikian, peran anion hidrida
HASIL DAN PEMBAHASAN 1.
Sintesis Menggunakan Katalis
digantikan oleh anion etoksida yang terbentuk dari reaksi antara anion hidrida dengan etanol. Kekuatan basa
Basa Pada tahap ini digunakan 3 jenis
antara anion etoksida dan metoksida
NaOH, NaOCH3, dan
hampir sama. Hal ini menyebabkan
NaH. Perbandingan yang digunakan
rendamen antara katalis NaH dan
antara katalis dan substrat adalah 1 : 2.
NaOCH3 selisihnya sangat kecil.
katalis basa
3|Page
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
UNIVERSITAS HASANUDDIN
:
:O:
:O: : :
: OCH3
: :
: :
H
:O: OCH3
OCH3
H
H:
Benzaldehida
Metil benzoat
Gambar 2. Serangan anion metoksida ke gugus karbonil benzaldehida. Pada
sintesis
senyawa
Mekanisme
target
reaksi
kondensasi
juga
aldol terkatalisis basa (Gambar 4)
memberikan produk samping yang
dimulai dari deprotonasi hidrogen alfa
berupa benzaldehida dalam bentuk
oleh katalis basa, dilanjutkan dengan
teroksidasi
Hasil
serangan ion enolat terhadap gugus
reaksi
karbonil
menggunakan
samping
katalis
dan ini
NaOH
tereduksi.
berasal
disproporsionasi
dari
benzaldehida
benzaldehida
membentuk
sistem aldol. Reaksi diakhiri dengan
oleh
pelepasan molekul H2O [7].
NaOH yang dikenal sebagai reaksi Cannizaro (Gambar 3). :
:O :
: O:
:O :
:OH
: :
H
H
: :
H
: O: OH
+
:
:OH
Asam benzoat
Benzaldehida
+ HO
H
H
: :
: :
: :
O
:O
: :
:OH
Fenil metanol
Gambar 3. Mekanisme reaksi Cannizaro :O:
: O:
: O: -
+
: B-
CH2
-BH
:
CH2
+
H
H
Asetofenon
Benzaldehida
Ion enolat
: OH
: O: B
: O :-
:
:
: O:
H
-
H
: :
-H2O
-
-: B
B:
: O:
Trans-1,3-difenil-2-propen-1-on
Gambar 4. Mekanisme reaksi kondensasi Claisen-Schmidt terkatalisis basa. 4|Page
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
2. Sintesis
UNIVERSITAS HASANUDDIN
Menggunakan
Rendamen untuk katalis asam
Katalis
Asam
jauh lebih rendah dibandingkan katalis
Pada tahap ini hanya digunakan
basa (Tabel 2) dan diduga telah terjadi
satu jenis katalis yaitu H2SO4 yang
reaksi samping berupa pembentukan
ditambahkan secara berlebih. Proses
asetal. Metanol dalam hal ini bertindak
reaksi dilakukan pada suhu yang lebih
sebagai nukleofil
tinggi di bawah kondisi refluks. Hal ini
gugus karbonil benzaldehida maupun
dikarenakan katalis asam diduga tidak
asetofenon dengan bantuan katalis
mampu mengkatalisis proses dehidrasi
asam (Gambar 6), namun peluang
tanpa
sebab
terbentuknya asetal pada asetofenon
terhalang oleh adanya ikatan hidrogen
lebih kecil daripada benzaldehida. Hal
intramolekul
aldol
ini dikarenakan molekul asetofenon
(Gambar 5). Adanya pemanasan dapat
memberikan halangan sterik yang lebih
memecah ikatan hidrogen tersebut.
besar dibandingkan benzaldehida.
bantuan
pemanasan
pada
Tabel 2. Hasil sintesis mengunakan katalis asam (60 oC, 3 jam)
:
H
sistem
:O :
yang menyerang
O:
No.
Katalis
Rendamen
t.l. (oC)
1
H2SO4
4,17%
55 – 57
Gambar 5. Ikatan hidrogen intra molekul aldol :
: OH
+OH
: :
+
HO
H C
C
R
R
CH3 C
R = H (Benzaldehida) R = CH3 (Asetofenon)
R
: OH
H
C
:OCH3
+OCH3
: :
R
:
:
:
:
H3C
OH R
R
C
C
:
:
+ OH2
:
H
- H2O :
+ OCH3
:
: OCH3
C
H+
:OCH3 -H+
-H
Hemiasetal
:OCH3 C
R
+
:
:
+ H3CO
R
: OCH3
:
:
:O :
Asetal
Gambar 6. Mekanisme reaksi pembentukan asetal dari benzaldehida dan asetofenon Pada reaksi kondensasi aldol
menyerang gugus karbonil teraktivasi.
terkatalisis asam (Gambar 7), asam
Tahapan dehidrasi juga terjadi melalui
berperan mengkatalisis tautomerisasi
pembentukan molekul enol Protonasi
keto-enol pada molekul asetofenon..
berikutnya terjadi pada gugus –OH dari
Selain itu, asam juga mengaktivasi
C sp3 enol dimana atom –OH pada
gugus karbonil benzaldehida sehingga
posisi tersebut memberikan kerapatan
lebih
serangan
elektron yang lebih besar dibandingkan
nukleofil. Molekul enol yang terbentuk
pada C sp2 akibat perbedaan persentase
bertindak
orbital s pada kedua orbital hibrid [7].
reaktif
5|Page
terhadap
sebagai
nukleofil
yang
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
UNIVERSITAS HASANUDDIN :
+ OH
+ H
CH3
(i)
: OH
:
: O:
CH2
+ -H
CH2
H
Enol
Asetofenon
: OH +
H
H+
H
(ii)
:
: + OH
: O:
H
Benzaldehida
CH2
(iii)
+
H
:O:
: OH
: OH
+ -H+
: OH
:
:
: O:
:
:OH
:
:
:
H
:O
+ OH + H
(iv)
H
Aldol -H
: OH
+ OH2
:
:
H
:
:
:O
+
:OH
+ H
Enol + -H3O :
: O:
Trans-1,3-difenil-2-propen-1-on
Gambar 7. Mekanisme reaksi kondensasi Claisen-Schmidt terkatalisis asam. 3. Perbandingan
Antara
Reaksi
Terkatalisis Asam dan Basa Perbedaan antara reaksi terkatalisis
dihasilkan adalah enol sedangkan pada
asam dan basa untuk reaksi kondensasi
reaksi terkatalisis basa adalah ion
Claisen-Schmidt
enolat. Nukleofil dalam bentuk yang
terletak
pada
pembentukan nukleofil. Pada reaksi
bermuatan
terkatalisis
yang
6|Page
asam,
nukleofil
yang
lebih
memiliki
nukleofilisitas
tinggi
dibandingkan
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
molekul
UNIVERSITAS HASANUDDIN
netral
[8].
Berdasarkan
kinetika reaksi, tahapan pembentukan nukleofil
pada
reaksi
Ikatan inilah yang menjadi indikator pembentukan senyawa target.
kondensasi
Berdasarkan
Claisen-Schmidt memiliki laju reaksi
(Gambar
paling lambat namun menjadi penentu
ditunjukkan
reaksi tersebut [9].
1571,99
Perbedaan reaksi
lainnya
terkatalisis
yakni asam
spektrum
8),
ikatan
pada
cm-1
FTIR tersebut
daerah
(C=C
serapan
olefin)
yang
pada
dipertegas dengan kemunculan serapan
terjadi
pada daerah 975,98 cm-1 (geometri 13
pengaktifan gugus karbonil sehingga
trans). Adapun untuk data
meningkatkan
gugus
(Gambar 9) terdapat 2 sinyal yakni δ
tersebut sebagai elektrofil. Hal ini tidak
122,14 & 144,88 ppm yang merupakan
ditemukan pada reaksi terkatalisis basa
sepasang atom karbon dari ikatan
Jadi secara mekanisme reaksi, katalis
α,β-tak jenuh. Data 1H-NMR (Gambar
basa
10)
reaktivitas
bertindak
nukleofil
sebagai
sedangkan
aktivator
katalis
asam
sebagai aktivator elektrofil.
reaksi
target
kondensasi
semakin
mempertegas
keberadaan ikatan tersebut dengan munculnya sinyal-sinyal pada daerah δ 7,83 ppm (1H, d, Hβ, J = 15,7 Hz)
4. Elusidasi Struktur Senyawa
juga
C-NMR
diperoleh antara
dari
molekul
asetofenon dengan benzaldehida yang disertai dengan pembentukan ikatan
dan δ 7,55 ppm (1H, d, Hα, J = 15,7 Hz) untuk sepasang proton trans vinilik. Data selengkapnya berada pada Tabel 3.
baru yang disebut ikatan α,β-tak jenuh.
Gambar 8. Spektrum FTIR senyawa hasil sintesis.
7|Page
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
UNIVERSITAS HASANUDDIN
Gambar 9. Spektrum 13C-NMR senyawa hasil sintesis (125 MHz, pelarut CDCl3).
Gambar 10. Spektrum 1H-NMR senyawa hasil sintesis (500 MHz, pelarut CDCl3). Tabel 3. Data FTIR, 13C-NMR, dan 1H-NMR serta struktur senyawa target No.
υ cm-1
δC ppm
δH ppm (multiplisitas, J Hz)
α
1571,99 & 975,98 1658,78 748,36 & 860,25
122,14
7,55 (d, 15,7)
144,88
7,83 (d, 15,7)
190,55 138,26
-
β C=O 1 1’
Struktur Senyawa Target
:O :
134,94
-
8|Page
1598,99 & 3028,31
129,02 128,52 128,69 128,57 132,85 130,61
8,04 (m) 7,65 (m) 7,51 (m) 7,41 (m) 7,59 (m) 7,42 ( m)
2'
1
3
1'
A 2
4
2 2’ 3 3’ 4 4’
2
3
3' B
2'
4' 3'
Dermawan et al. (2015)
12 Desember 2015
UNIVERSITAS HASANUDDIN
NaH > H2SO4. Hal ini disebabkan
KESIMPULAN Berdasarkan data rendamen dari
bahwa katalis basa mengaktivasi ion
sintesis trans-1,3-difenil-2-propen-1-on
enolat sebagai nukleofil yang memiliki
menunjukkan bahwa katalis basa jauh
nukleofilisitas
yang
lebih
tinggi
lebih
dibandingkan
enol
dari
reaksi
efektif
dalam
mengkatalisis
terjadinya reaksi kondensasi Claisen-
terkatalisis asam yang menjadi penentu
Schmidt dibandingkan katalis asam
reaksi
kondensasi
Claisen-Schmidt.
dengan urutan NaOH > NaOCH3 > REFERENSI 1.
Rahman, M. A., 2011, Chalcone: A Valuable Insight into the Recent Advances and Potential Pharmacological Activities, Chemical Sciences Journal, 1-16.
2.
Usman, H., Hakim, E. H., Harlim, T., Jalaluddin, M. N., Syah, Y. M., Achmad, S. A., and Takayama, H., 2005, Cytotoxic Chalcones and Flavanones from Tree Bark of Cryptocarya costata, Verlag der Zeitschrift fur Naturfoschung, 184-188.
3.
Jamil, S., Sirat, H. M., Jantan, I., Aimi, N., and Kitajima, M., 2008, A New Prenylated Dihydrochalcone from The Leaves of Artocarpus lowii, J. Nat. Med., 62, (2008), 321-324.
4.
Eryanti, Y., Zamri, A., Jasril, dan Rahmita, 2010, Sintesis Turunan 2’hidroksikalkon melalui Kondensasi Claisen-Schmidt dan Uji Aktivitasnya Sebagai Antimikroba, Jurnal Natur Indonesia, 12, (2), 223-227.
5.
Sultan, A., Raza, A. R., Abbas, M., Khan, K. M., Tahir, M. N., and Saari, N., 2013, Evaluation of Silica-H2SO4 as an Efficient Heterogeneous Catalyst for the Synthesis of Chalcones, Int. J. Mol. Sci., (18), 10081-10094.
6.
Syam, S., Abdelwahab, S. I., Mamary, M. A. A., and Mohan, S., 2012, Synthesis of Chalcone with Anticancer Activities, Int. J. Mol. Sci., (17), 6179-6195.
7.
Singh, S., Sharma, P. K., Kumar, N., and Dudhe, R., 2011, A Review on a Versatile Molecule: Chalcone, Asian J. Pharm. Biol. Res., 1, (3), 412-418.
8.
Hart, H., Craine, L. E., dan Hart, D. J., 2003, Kimia Organik, diterjemahkan oleh Suminar Setiadi Achmad, Erlangga, Jakarta.
9.
Norman, R O. C., 1978, Principles of Organic Synthesis 2nd edition, Chapman and Hall, London.
9|Page
Dermawan et al. (2015)
