STEREOCONTROL AND RING FORMATION

STEREOCONTROL

Kontrol Stereo pada Sistem Asiklis.

            Reaksi pada molekul asiklis dapat menghasilkan diastereomer dan pengertian “pengontrolan stereokimia” yang biasanya digunakan untuk suatu usaha menghasilkan satu diastereomer sebagai produk utama dari reaksi.

Usaha – usaha untuk mengontrol stereokimia yang penting meliputi:

1.)           Selektivitas markonikov atau anti markonikov

2.)           Retensi atau inversi konfigurasi

3.)           Selektivitas cis-trans

4.)           Selektivitas syn-anti

5.)           Pengaruh khelasi heteroatom.

1.    Selektivitas Markonikov/ anti markonikov

     Reaksi khas yang menggambarkan adisi markonikov adalah reaksi HBr dengan 2-metil 2-butena yang menghasilkan 2-bromo 2-metil butana. Reaksi adisi anti markonikov yang khas adalah adisi boran pada alkena, yang menghasilkan alkohol pimer, setelah oksidasi terhadap intermediet alkil boran.

     Jika reaksi menghasilkan karbokation, maka orientasi Markonikov pasti dihasilkan. Jika diinginkan adisi anti-Markonikov, maka pengubahan pada mekanisme reaksi harus terjadi.

Reaksi adisi lain yang berlangsung dengan orientasi anti-Markonikov adalah adisi HBr pada alkena dengan adanya peroksida. Reaksi ini menghasilkan radikal karbon yang diperoleh mula-mula dari adisi radikal brom pada alkena. Reaksi radikal ini berlangsung dengan baik hanya untuk adisi HBr dan tidak untuk HCl atau HI. Reaksi adisi tipe radikal akan berlangsung dengan bentuk anti–Markonikov.

Pada umumnya, reaksi adisi kation dan radikal menghasilkan intermediet reaktif, dan produk adisi ditentukan oleh stabilisasi relatif dari intermediet. Pengotrolan adisi  Markonikov vs anti-Markonikov dapat diprediksi dengan pengontrolan jalur mekanistik adisi.

Reaksi HBr dengan 2-metil-2-butena yang menghasilkan 2-bromo-2-metil-butana.

2.   Retensi vs Inversi Konfigurasi

Contoh sederhana untuk menginversi pusat stereokimia adalah mengkonversi gugus fungsi menjadi gugus fungsi lainnya. Proses ini biasanya melibatkan alkohol atau substrat amina. Jika alkohol dikonversi menjadi turunan dengan ikatan C – O lemah serta adanya kecenderungan yang besar untuk terjadinya penggantian ,maka tipe S_N2 menjadi mungkin dengan inversi pusat stereogenik tersebut. Contoh sederhana proses ini adalah konversi (S)-2-pentanol menjadi tosilat yang sesuai, yang dapat diganti dengan nukleofilik seperti azida dan ada hasil, dengan kontrol sempurna pusat stereogenik. Ini merupakan metode efektif untuk menginversi pusat stereo dengan pengikatan gugus fungsi yang berbeda.

Metode lain selain reaksi Mitsonobu juga dapat dipeoleh untuk menghasilkan stereokimia. Metode lain untuk mengkonversi atau mengontrol stereokimia ditunjukkan pada konversi D-manitol menjadi (R)-ephiklorohidrin atau (S)-ephiklorohidrin. Kontrol stereokimia diperoleh dengan  memanipulasi perbedaan-perbedaan pada reaktivitas.

Contoh pengontrolan konfigurasi pusat khiral adalah konversi alkohol sekunder khiral menjadi klorida sekunder yang sesuai dengan tionil klorida

3.  Selektivitas cis-trans

Kontrol pada geometri cis-trans telah ditunjukkan pada reduksi alkuna dengan hidrogenasi katalitik atau dengan logam alkali. Katalis Lindlar memungkinkan terjadinya reduksi secara selektif terhadap alkuna menjadi cis-alkena. Keadaan yang berlawanan, reaksi alkun dengan logam alkali akan menghasilkan trans-alkena. Sekali lagi, pengertian utama terhadap perbedaan dua mekanisme reaksi tersebut memungkinkan pengontrolan geometri cis-trans produk akhir.

Katalis Lindlar memungkinkan terjadinya reduksi secara selektif terhadap alkuna menjadi cis-alkena.

4. Selektivitas syn-anti

Reaksi enolat yang dibicarakan sebelumnya merupakan contoh yang baik tentang kemampuan untuk mempengaruhi atau mengontrol distereoselektivitas, dengan mengubah basa atau kondisi reaksi lain. Produk-produk akhir dari serangkaian reaksi ini adalah syn diastereomer dan anti diastereomer. Pada contoh ini, syn diol dibentuk melalui pelepasan nukleofil hidroksida dari sisi belakang ke karbon yang kurang terhalang. Hasil yang diperoleh adalah syn-diol. Dalam beberapa hal,mungkin mengontrol pembukaan cincin epoksida,terutama terhadap molekul siklis,seperti pada reaksi 1-fenilsikloheksena oksida dengan hidroksida. 

Metode untuk menghasilkan diol secara streoselektif dimulai dengan epoksida yang dibentuk dengan mengoksidasi alkena yang dibuka menjadi diol dengan hidroksida

5. Khelasi Heteroatom

Salah satu faktor utama untuk mengontrol distereoselektivitas adalah pengaruh khelat gugus-gugus heteroatom tetangga (pengaruh gugus tetangga). Keadaan ini dapat ditunjukkan pada reaksi alkohol alilik khiral dengan asam peroksi. Koordinasi dengan oksigen dan pelepasa oksigen elektrofilik dari sisi tersebut menghasilkan alkohol epoksi.

Epoksidasi asimetris Sharples memanfaatkan selektivitas yang timbul dari koordinasi dengan alkohol alilik oleh penambahan agen khiral untuk mengontrol selektivitas.pengikatan alkohol alilik pada logam adalah penting untuk pelepasan oksigen elektrofilik dan juga untuk pengontrolan orientasi alkena relatif terhadap agen epoksidsi.

Kecenderungan terjadinya khelat heteroatom tegantug pada pereaksi yang digunakan. Zink borohidrida mengadakan koordinasi yang sangat kuat dengan heteroatom, tetapi litium aluminium hidrida menunjukan selektivitas yang kurang.hal ini disebabkan oleh koordinasi yang lemah dengan heteroatom.

Salah satu faktor utama untuk mengontrol diastereoselektivitas adalah pengaruh khelat gugus-gugus heteroatom tetangga.

Kontrol Stereo pada Sistem Siklis

Cara untuk mengontrol regiokimia Markonikov dan anti-Markonikov, dan retensi atau inversi konfigurasi, pada dasarnya sama seperti pada sistem asiklis. Sukar untuk memisahkan pengaruh regiokimia (cara adisi) dan pengaruh retensi dibandingkan inversi dan isomerisasi cis-trans pada molekul-molekul siklis. Adisi pada ikatan π tersubtitusi menghasilkan   isomer-isomer geometri, dan pada sebagian besar sistem siklis akan mengontrol konfigurasi absolut pusat khiral yang dikaitkan dengan isomer-isomer cis-trans dan/atau dengan pembentukan diastereomer. Pengertian syn dan anti tidak mempunyai arti pada sistem siklis.

1.  Selektivitas Markonikov / anti-Markonikov

Masalah-masalah yang berkaitan dengan adisi secara regioselektif pada molekul-molekul siklis pada dasarnya sama seperti pada molekul-molekul asiklis. Sebagai contoh, reaksi HBr dengan metilsiklopentena merupakan regioselektivitas yang tinggi untuk produk Markonikov yang menghasilkan tersierbromida, 1-bromo-1-metilsiklopentana.

Namun demikian, hidroborasi metilsiklopentena menghasilkan produk utama anti Markonikov karena untuk adisi dibutuhkan keadaan transisi empat pusat. Adisi boran dan oksidasi menghasilkan campuran alkohol dengan perbandingan 86 : 14, dimana yang lebih menguntungkan adalah produk yang kuran tersubtitusi.

Reaksi Hbr dengan metilsiklopentena merupakan regioselektivitas yang tinggi untuk produk Markovnikov yang menghasilkan tersier bromida, 1-bromo-1-metilsiklopentena.

2.     Retensi vs invarsi (kontrol diastereo)

Reaksi molekuler siklis yang melibatkan pembentukan pusat-pusat khiral mirip seperti yang terjadi pada system asiklik. Perbedaan utama antara system siklis dan system ansiklis adalah ketidakmampuan sistem siklis mengalami rotasi disekitar ikatan karbon-karbon yang menghasilkan perbedaan konfigurasi.

3.     Isomer-isomer cis-trans (diastereoselektivitas)

Pada system siklis ,pengontrolan geometric cis-trans merupakan persoalan diastereoseletivitas.konformasi cicin,kemampuan kekonformasian pada keadaan transisi,dan stabilitas produk akhir,merupakan hal yang penting untuk mengkontrol dan memprediksi  stereokimia.

     Para ahli kimia yang melakukan sintesis tidak selalu dipaksa untuk menerima stereokimia tersebut.paling tidak ada dua pilihan :

1.  Mengubah jalur sintesis untuk menghasilkan intermediet yang menguntukan  yang dapat menghasilkan steriokimia yang diinginkan,dan

2.  Mengubah pusat sterio pada produk akhir.

 Terdapat  banyak cara yang ada untuk memeriksa stereokimia relative pada pusat khiral yang tidak sesuai dengan sasaran yang diinginkan.Dengan memanfaatkan perbedaan-perbedaan seperti itu pada stabilitas produk memungkinkan kita untuk dapat mengubah populasi diastereomer.

4. Pengaruh Khelasi dan Gugus Tetangga

Pengaruh gugus sederhana yang di pengaruhi pelepasan  “oksigen” ke ikatan rangkap  dua alcohol telah dikemukakan oleh Henberst dan Sharless. Ini merupakan pengaruh untuk reaksi asiklis.

Pengaruh gugus seperti ini disebabkan oleh pengaruh khelasi subtituen heteroatom dengan pereakai. Pengaruh gugus tetangga  dapat menjadi jelas dan dapat digunakan untuk mengarahkan steroekimia  dari suatu reaksi.Contoh lain : Reaksi oksetana  dengan diametil alumenium N-mitel-analin yang merupakan reaksi eleminasi,menghasilkan 99% (E)-alkena.

Stereo Kontrol Asiklis  melalui precursor siklis

Sistem siklis dapat digunakan  untuk memprediksikan gugus fungsi,sering dengan control regiokimia dan steriokimia.Cincin kemudian dibuka untuk memperperoleh  system asiklis ,dan regioimia dan strereokimia subtituen telah ditetapkan (ditemukan). Contoh penerapan masalah dilakukan dengan cara disintesis senyawa organic  secara efektif.

Reaksi Pembentukan Cicin 

Pengenalan dari aturan Baldwin untuk penutupan cicin,mempelajari nukleofil,homolitik,dan proses penutupan cicin kationik,dan mendapatkan pola reaktifitas yang dapat relative diprediksi. Pendekatan ini didasarkan pada persyaratan-persyaratan steriokimia dan sudut pendekatan yang memungkinkan untuk membawa bersama-sama dua pusat reaktif  bila dihubungkan dengan atom-atom (tether).Baldwin mengklasifikasikan penutupan cicin menjadi dua kategori :  EXO (aliran electron dari reaksi adalah eksternal terhadap cicin yang akan dibentuk) dan ENDO (aliran elektro didalam cicin yang akan dibntuk).jika atom yang diikat  dinyatakan tet  dan cicin yang akan dihasilkan adalah 6.118.Peningkatan atom pada sp² disebut TRIG (membentuk cicin) dan peningkatan hibridisasi pada atom sp disebut DIG( pembentukan cicin).

Bila kita bicarakan aturan Baldwin,maka yang paling perluh dibicarakan adalah pertama-tama adalah persyaratan sudut peningkatan untuk membawa dua ujung raktif molekul bersama-sama.Elliot dan Graham-Richard menyatakan suatu metode untuk memprediksikan  sudut pendekatan yang cocok,yang haya didasarkan pada substrat.Pengggantian pada karbon sp³ pada umumnya melaui peningkatan dari bagian belakang dan gugus yang akan datang (X) harus mendekati karbon yang mengandung Y [ada sudut yang dekat dengan 180°.disini sudut ikat sekitar 120°,tetapi selama reaksi,atom  sp³ adalah tetrahedral  ( dengan sudut ikatan sekitar 109°)

Sudut ikat pada ikatan rangkap tiga adalah 180°,karena molekul adalah linear.Dalam hal in konversi atop sp menjadi atom sp² menghasilkan sudut ikat 120°  yang merupakan karekteristik alkena.Menggunakan analog yang sama seprti pada koversi sp² -sp³ atom harus mendekati ikatan rangkap tiga pada sudut sekitar 120°.

Contoh siklis endo,konversi  sitronelal oleh pengaruh katalisator asam H⁺  menjadi isopulegol:

Terdapat dua cara untuk meggambarkan pembentukan cicin.Enolat secara kinetik  akan membentuk cicin melalui  pengganti Exo Y menghasilkan 6.129 Enolat secara termodinamikal  akan  menghasilkan konversi,di sebut enol endo-exo-tet dan konversi.

Enolat pada umumnya mengalami reaksi 5-endo-tring pada oksigen sedangkan reaksi 6-endo-tring disukai pada karbon.untuk membentuk cicin lingkar dari lima dari pasangan electron bebas oksigen  harus pada kedudukan yang tepat untuk menggantikan kedudukan brom pada 6.136( produk adalah tetrahidrofuran).

 Keadaan transisi untuk penggantian in di gambarkan pada 6.140.Agar menghasilkan cicin lingkar-enam,maka orbital-orbital karbon enolat pada 6.138 harus pada sudut yang tepat untuk penggantian.

Pertanyaan:

1.    Pada selektivitas anti markonikov dilakukan pada reaksi alkena dengan HBr yang dibantu oleh kehadiran suatu peroksida, bagaimana jika dalam hal ini Hbr diganti dengan halida yang lain? Bagaimana hasilnya?

2.    Pada reaksi pembentukan cincin ada 2 kategori yaitu EXO dan ENDO, apa perbedaan dari 2 kategori tersebut?