Peran dan Mekanisme Natrium Sianida dalam Sintesis Organik

Pengantar

Sodium Sianida (NaCN), padatan kristal putih yang sangat larut dalam air, merupakan basa kuat dan nukleofil kuat, sehingga menjadikannya reagen yang berharga dalam Sintesis organikMeskipun sangat beracun, sehingga memerlukan tindakan pencegahan keamanan yang ketat selama penanganannya, Sodium sianida memainkan peran penting dalam sintesis berbagai senyawa organik, termasuk farmasi, agrokimia, dan polimer.

Peran Natrium Sianida dalam Sintesis Organik

Ion Sianida sebagai Nukleofil

The sianida ion dalam Natrium Sianida adalah nukleofil yang sangat reaktif. Berkat muatan negatif pada atom karbon dan elektronegativitas tinggi pada atom nitrogen, ia dapat menyerang pusat elektrofilik dalam molekul organik, seperti gugus karbonil, alkil halida, dan epoksida.

Pembentukan Ikatan C - C

Salah satu fungsi terpenting dari natrium sianida dalam sintesis organik adalah pembentukan ikatan karbon-karbon baru, yang dicapai melalui reaksi substitusi dan adisi nukleofilik. Misalnya, ketika alkil halida bereaksi dengan natrium sianida, ion sianida menggantikan ion halida, yang mengarah pada pembentukan nitril. Reaksi ini menyediakan cara sederhana untuk memasukkan atom karbon tambahan ke dalam molekul. Selanjutnya, gugus nitril dapat diubah menjadi gugus fungsional lain seperti asam karboksilat, amina, atau aldehida melalui berbagai proses kimia.

Sintesis Asam Amino - Reaksi Strecker

Natrium sianida merupakan komponen kunci dalam reaksi Strecker, yang digunakan untuk sintesis asam amino α. Dalam reaksi ini, aldehida atau keton bergabung dengan amonium klorida dan natrium sianida untuk membentuk α amino nitril. α amino nitril ini kemudian dapat dihidrolisis untuk menghasilkan asam amino α yang sesuai.

Reaksi berlangsung dalam beberapa langkah: Pertama, gugus karbonil dari aldehida atau keton mengalami protonasi, sehingga meningkatkan elektrofilisitasnya. Kemudian, molekul amonia menyerang gugus karbonil yang terprotonasi, diikuti oleh deprotonasi untuk membentuk hemiaminal. Selanjutnya, gugus hidroksil dari hemiaminal terprotonasi, sehingga terjadi eliminasi air dan pembentukan ion iminium. Ion sianida kemudian menyerang ion iminium untuk menghasilkan α - amino nitril. Akhirnya, hidrolisis α - amino nitril dengan adanya asam atau basa menghasilkan asam amino α.

Sintesis Nitril dari Aril Halida - Reaksi Rosenmund-von Braun

Dalam reaksi Rosenmund-von Braun, natrium sianida digunakan untuk mengubah aril halida, yang merupakan senyawa aromatik yang disubstitusi halogen, menjadi aril nitril. Dikatalisis oleh tembaga(I) sianida dan biasanya memerlukan suhu tinggi, reaksi ini melibatkan pembentukan zat antara tembaga-aril. Ion sianida dari natrium sianida kemudian bereaksi dengan zat antara ini untuk membentuk aril nitril. Proses ini penting untuk memasukkan gugus fungsi nitril ke dalam cincin aromatik, yang selanjutnya dapat dimodifikasi untuk sintesis berbagai senyawa aromatik, seperti obat-obatan dan pewarna.

Sintesis Senyawa Karbonil

Natrium sianida juga berperan dalam sintesis senyawa karbonil. Misalnya, saat bereaksi dengan epoksida, ion sianida menyerang atom karbon yang kurang tersubstitusi pada cincin epoksida, yang menyebabkan cincin tersebut terbuka. Hidrolisis selanjutnya dari sianohidrin yang dihasilkan dapat menyebabkan terbentuknya senyawa karbonil.

Mekanisme Reaksi yang Melibatkan Natrium Sianida

Reaksi Substitusi Nukleofilik

Mekanisme SN2: Ketika natrium sianida bereaksi dengan alkil halida primer, reaksinya biasanya mengikuti mekanisme SN2 (substitusi nukleofilik bimolekuler). Ion sianida menyerang atom karbon yang terikat pada halogen dari sisi belakang, berlawanan dengan posisi ion halida yang keluar. Ini adalah reaksi terpadu di mana pemutusan ikatan karbon-halogen dan pembentukan ikatan karbon-sianida terjadi secara bersamaan. Laju reaksi bergantung pada konsentrasi alkil halida dan ion sianida, dan stereokimia produk terbalik dibandingkan dengan bahan awal.

Mekanisme SN1: Dengan alkil halida tersier, reaksi dapat berlangsung melalui mekanisme SN1 (substitusi nukleofilik unimolekuler). Pertama, alkil halida terdisosiasi untuk membentuk zat antara karbokation. Kemudian, ion sianida menyerang karbokation ini untuk membentuk produk. Mekanisme SN1 dicirikan oleh pembentukan zat antara karbokation planar, dan produk dapat menunjukkan campuran stereokimia, fenomena yang dikenal sebagai rasemisasi, karena nukleofil menyerang dari kedua sisi karbokation planar.

Reaksi Penambahan Nukleofilik

Penambahan pada Kelompok Karbonil: Ketika natrium sianida bereaksi dengan aldehida atau keton, ion sianida menargetkan atom karbon karbonil elektrofilik. Gugus karbonil memiliki ikatan karbon-oksigen terpolarisasi, dengan atom karbon sebagai situs elektrofilik. Serangan ion sianida menciptakan ikatan karbon-sianida baru, dan atom oksigen dari gugus karbonil memperoleh muatan negatif. Pada langkah berikutnya, sumber proton, seperti air atau asam, memprotonasi atom oksigen untuk membentuk sianohidrin. Reaksi ini bersifat reversibel, dan kesetimbangan dapat disesuaikan ke arah produk dengan mengendalikan kondisi reaksi.

Penambahan Imina: Dalam reaksi Strecker, penambahan ion sianida ke ion iminium, yang terbentuk dari reaksi aldehida atau keton dengan amonia, mengikuti mekanisme penambahan nukleofilik yang serupa. Ion iminium memiliki muatan positif pada atom nitrogen, yang menjadikan atom karbon di sebelahnya bersifat elektrofilik. Ion sianida menyerang atom karbon ini, membentuk ikatan karbon-sianida baru dan mengakibatkan terbentuknya α-amino nitril.

Pertimbangan Keselamatan

Penting untuk ditekankan bahwa natrium sianida sangat beracun. Menghirup, menelan, atau menyentuh kulit dapat berakibat fatal. Saat bekerja dengan natrium sianida, protokol keselamatan yang ketat harus dipatuhi. Ini termasuk melakukan eksperimen di lemari asam yang berventilasi baik, mengenakan alat pelindung diri yang sesuai seperti sarung tangan, kacamata, dan jas lab, dan memiliki rencana tanggap darurat yang tepat jika terjadi paparan yang tidak disengaja.

Kesimpulan

Natrium sianida merupakan reagen yang kuat dan serbaguna dalam sintesis organik. Kemampuannya untuk bertindak sebagai nukleofil dan menciptakan ikatan karbon-karbon baru menjadikannya alat yang sangat diperlukan bagi ahli kimia dalam mensintesis berbagai macam senyawa organik. Memahami mekanisme reaksi yang melibatkan natrium sianida sangat penting untuk merancang rute sintesis yang efisien dan memprediksi hasil reaksi. Namun, karena toksisitasnya yang tinggi, penggunaannya harus diatur dengan hati-hati dan dilakukan dengan tindakan pencegahan keselamatan yang maksimal untuk menjaga kesejahteraan ahli kimia dan lingkungan.