DERIVAT ASAM KARBOKSILAT: NITRIL

BAB I

PENDAHULUAN

A.     LATAR BELAKANG

Derivat asam karboksilat merupakan turunan asam karboksilat, dimana ditinjau dari strukturnya senyawa yang diperoleh dari hasil pergantian gugus –OH dalam rumus struktur RCOOH oleh gugus –NH₂, -OR, atau –OOCR. Dalam derivat asam karboksilat ini lebih spesifik membahas halida asam, anhidrida asam, ester, amida, dan nitril.

Derivat asam karboksilat ialah senyawa yang menghasilkan asam karboksilat apabila dihidrolisis. Tidak seperti aldehida dan keton, turunan dari asam karboksilat mengandung gugus yang tinggal, gugus elektronegatif yang dapat hilang sebagai anion (X^- atau RCO₂^-) atau sebagai anion terprotonasi (ROH atau R₂NH). Dan perlu diketahui bahwa semua derivat mengandung gugus asil, RCO-, kecuali nitril ini.

Nitril adalah setiap senyawa organik yang memiliki -C≡N kelompok fungsional. Awalan siano-digunakan bergantian dengan istilah nitril dalam literatur industri. Nitril ditemukan dalam senyawa yang bermanfaat, termasuk metil cyanoacrylate, yang digunakan dalam lem super, dan nitril karet butadiena, sebuah nitril yang mengandung polimer yang digunakan dalam lateks bebas laboratorium dan sarung tangan medis. Senyawa organik yang mengandung gugus nitril beberapa dikenal sebagai cyanocarbons . Senyawa anorganik yang berisi -C≡N kelompok tidak disebut nitril, tapi sianida sebagai gantinya. Meskipun kedua nitril dan sianida dapat diturunkan dari garam sianida, nitril paling tidak hampir sama beracun. Nitril terjadi secara alami dalam beragam rangkaian sumber tanaman dan hewan. Lebih dari 120 nitril alami telah diisolasi dari sumber daratan dan lautan. Nitril secara umum ditemukan dalam buah tertentu, terutama almond, dan selama memasak tanaman Brassica (seperti kol, kubis brussel, dan kembang kol), yang mana nitril yang dikeluarkan melalui hidrolisis.

Nitril merupakan senyawa organik yang luas penggunaannya dalam industri kimia; sebagai contoh asetonitril digunakan sebagai pelarut, adiponitril untuk prekursor nilon-6,6, dan akrilonitril sebagai prekursor serat akrilonitril dan plastik (Kobayashi & Shimizu, 2000). Akan tetapi, nitril bersifat toksik, mutagenik, dan karsiogenik karena gugus sianonya (-CN), sehingga pelepasannya ke sistem biologis dapat menyebabkan berbagai gangguan kesehatan (Linardi et al., 1996), dan mencemari lingkungan (Nagasawa et al., 1993).

Gugus nitril dalam senyawa golongan nitril ini banyak pula ditemukan dalam bahan senyawa obat dan dalam bidang kehidupan sehari-hari. Golongan senyawa nitril ini juga dapat diperoleh dengan beberapa macam sintesis dan reaksi-reaksi dengan senyawa lain. Oleh karena itu, semua pembahasan mengenai nitril ini akan dibahas didalam makalah ini.

B.     RUMUSAN MASALAH

1.      Apa pengertian dari nitril dan bagaimana tatanamanya?

2.      Bagaimana karakteristik dan sifat khas dari golongan senyawa nitril?

3.      Apa saja contoh dari golongan senyawa nitril yang digunakan dalam bidang farmasi maupun dalam kehidupan sehari-hari dan bagaimana mekanisme kerjanya?

4.      Bagaimana reaksi sintesis (pembuatan) golongan senyawa nitril?

5.      Bagaimana reaksi-reaksi golongan senyawa nitril dengan senyawa/reagen lain?

C.    TUJUAN

Mengetahui pengertian, tatanama, sifat-sifat dan karakterisik, contoh senyawa dan mekanisme kerjanya, reaksi sintesis dan reaksi-reaksi dengan senyawa/reagen lain golongan senyawa nitril.

D.    MANFAAT

1.      Memahami pengertian, tatanama, sifat-sifat dan karakterisik, contoh senyawa dan mekanisme kerjanya, reaksi sintesis dan reaksi-reaksi dengan senyawa/reagen lain golongan senyawa nitril.

2.      Mengaplikasikan pemahaman mengenai golongan derivat asam karboksilat terutama nitril dalam bidang kefarmasian.

BAB II

PEMBAHASAN

A.      PENGERTIAN DAN TATANAMA SENYAWA NITRIL

Nitril adalah senyawa organik yang memiliki gugus fungsional −C≡N. Awalan cyano- digunakan secara bergantian dengan istilah nitril dalam literatur industri. Nitril ditemukan dalam senyawa yang banyak berguna, termasuk metil sianoakrilat, digunakan dalam lem super, dan karet nitril, nitril yang mengandung polimer yang digunakan dalam lateks laboratorium dan sarung tangan medis. Karet nitril juga banyak digunakan pada otomotif dan segel lainnya karena tahan terhadap bahan bakar dan minyak. Senyawa organik yang mengandung beberapa gugus nitril dikenal sebagai sianokarbon.

Senyawa anorganik yang mengandung gugus −C≡N tidak disebut nitril, tetapi sianida. Meskipun nitril dan sianida dapat berasal dari garam sianida, sebagian besar nitril nyaris tidak beracun. Kelompok CN dapat ditemukan dalam banyak senyawa. Beberapa senyawa diantaranya berupa gas dan lainnya berupa zat padat atau cair. Gugus siano terdapat juga dalam bentuk garam dan polimer dan juga ada yang bersifat kovalen, molekuler, dan ionik.

Ikatan rangkap tiga karbon-nitrogen dari sianida organik (nitril) dapat dihidrolisis menjadi gugus karboksil. Reaksi ini berlangsung dalam keadaan asam maupun basa. Bila dalam suasana asam atom nitrogen dari sianida dikonversi menjadi ion ammonium, sedangkan dalam suasana basa, nitrogen dikonversi menjadi amonia dan produk organik, yaitu garam karboksilat, yang perlu dinetralkan dalam langkah terpisah menjadi asam.

R-C=N + 2H₂O + HCl     ®        R-COOH + NH₄⁺ + Cl^-

R-C=N + 2H₂O + NaOH             ®        R-COONa + NH₃    (Stoker, 1991).

Senyawa-senyawa  nitril  organik  tersebar secara  luas  di  alam.  Berbagai  senyawa  ini telah   didalilkan   sebagai   senyawa-senyawa yang   memiliki   peran   kunci   dalam   kimia prebiotik    yang        menyebabkan    terjadinya evolusi makromolekul biologis dan kehidupan primitif   (Commeyras et   al.   2004).   Nitril merupakan  asam  karboksilat  yang  memiliki gugus sianida (R-CN). Gugus  siano dari  nitril sangat  polar,  gugus  ini  dapat    menjelaskan kelarutan  yang  baik  pada  beberapa  nitril  di dalam    air  dan  sifat  reaktif  dari  nitril  tersebut (Bunch,   1998).   Sebagian   kecil   nitril   larut dalam    air,    tetapi    kelarutannya    berkurang bergantung    panjang    rantai    atau    adanya struktur    aromatik.    Senyawa    nitril    (RCN) tersebar   luas  di   lingkungan,  di  alam   nitril terutama  hadir  sebagai  sianoglikosida  yang diproduksi oleh tanaman dan hewan. Tanaman juga  memproduksi  senyawa  nitril  yang  lain seperti  sianolipid,  risinin,  dan  fenilasetonitril. Selain  itu,  nitril  alami  dapat  ditemukan  pada minyak  tulang,  serangga  dan  mikroorganisme seperti  jamur, bakteri,  spons,  dan  ganggang (Gupta et al 2010).  Sebagian  besar  nitril  merupakan  senyawa yang sangat toksik, mutagenik, dan karsinogenik (Tinggang et al. 2007). 

Umumnya    toksisitas    nitril    pada    manusia diekspresikan  sebagai  penyakit  gastritis  dan mual   (muntah),   iritasi   bronkial,   gangguan respirasi, dan osteolathrysm yang menyebabkan    kepincangan    dan    kelainan skeletal  (Kaul et  al. 2007).  Senyawa  ini  juga dikenal sebagai salah satu penyebab kerusakan lingkungan (Brandao & bull 2003). Industri    kimiawi    menggunakan    berbagai senyawa nitril secara     ekstensif     untuk memproduksi     berbagai     macam     senyawa kimia,   seperti   pelarut,   bahan   pada   industri plastik,   karet   sintetis,   bahan   pada   industri farmasi,    herbisida,    pertanian,    penyepuhan  logam,  dan  senyawa-senyawa  kimia  penting lainnya (Kaul et al. 2007).

Dalam sistem tata nama IUPAC, nitril diberi nama berdasarkan rantai induk alkananya, atom C yang terikat pada atom N juga termasuk kedalam rantai induk. Nama lkana itu diberi nama akhiran –nitril. Beberapa nitril diberi nama menurut nama trivial asam karboksilatnya,  dengan menggantikan imbuhan asam-at menjadi akhiran –nitril, atau –onitril, jika induknya tidak mempunyai huruf –o.

Gugus siano mengandung ikatan rangkap tiga yaitu satu ikatan sigma dan dua ikatan pi. Meskipun nitrogen mempunyai sepasang elektron menyendiri, suatu nitril hanyalah basa sangat lemah. Hal ini disebabkan oleh beradanya elektron menyendiri dalam suatu orbital sp. Lebih banyaknya karakter s dalam suatu orbital sp berarti bahwa elektron-elektron sp lebih erat diikat sehingga kurang tersedia untuk mengikat proton (Hart, 1993).

Secara IUPAC, nitril diberi nama sesuai dengan aturan berikut : “Nama alkana + nitril”. Nama alkanan nya diberi nama sesuai dengan jumlah atom karbon yang terdapat pada gugus –R + satu karbon pada gugus –CN nya.

Contoh:
CH₃CN=etananitril
CH₃CH₂CH₂CN=butananitril
Nah jika gugus R nya adalah senyawa benzena, maka karbon pada gugus –CN nya tidak dihitung sebagai nama alkanan, melainkan disebutkan saja sebagai “karbo”.

Contoh :

Sedangkan nama trivial dari senyawa nitril mengikuti nama trivial asam karboksilatnya tetapi dengan menghilangkan kata asam dan mengganti akhiran –at dengan –onitril.

Contoh :

CH3CN =asetonitril

CH3CH2CH2CN =butironitril

Jika senyawa nitrilnya memiliki cabang, maka untuk menamainya kita harus tentukan terlebih dahulu rantai induknya yaitu rantai terpanjang yang mengandung gugus CN. Penomoran dimulai dari atom C gugus CN.

Contoh :

Nama: 4-metil-heksananitril

Nama : 7-metil-3-hidroksioktananitril

B.     KARAKTERISTIK DAN SIFAT KHAS

Senyawa nitril yang mengandung sedikit karbon (<5) berwujud cair pada suhu kamar. CH₃CN memiliki titik didih 82°C, CH₃CH₂CN memiliki titik didih 97°C CH₃CH₂CH₂CN memiliki titik didih 116 – 118°C. Titik didih senyawa nitril tersebut termasuk sangat tinggi jika dibandingkan dengan senyawa – senyawa organik lain yang memiliki ukuran molekul yang sama. Bahkan senyawa nitril tidak membentuk ikatan hidrogen antar molekulnya karena pada gugus –CN tidak memiliki atom H yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan N. Yang membuat senyawa nitril memiliki titik didih yang tinggi adalah karena nitril merupakan senyawa yang sangat polar. Atom N adalah atom yang sangat elektronegatif sehingga dengan mudahnya menarik elektron pada ikatan ranggkap tiga ke arahnya. Akibatnya N akan bermuatan parsial negatif sedangkan C akan bermuatan parsial positif. Perhatikanlah gambar berikut yang menunjukkan dipol – dipol pada molekul nitril.

Karena memiliki kutub, senyawa nitril memiliki gaya Van der Waals berupa dipol – dipol permanen yang sangat kuat. Gaya inilah yang menyebabkan nitril memiliki titik didih yang sangat tinggi.

Senyawa nitril yang paling larut didalam air adalah senywa entananitril dan kelarutannya dalam air akan berkurang seiring dengan semakin panjannya rantai karbon yang dimiliki oleh senyawa. CH₃CH = sangat larut dalam air, CH₃CH₂CN = larut sekitar 10 gram per 100 mL air, CH₃CH₂CH₂CN = larutsekitar 3 gram dalam 100 mL air.

Walaupun senyawa nitril tidak membentuk ikatan hidrogen dengan sesama molekulnya, tetapi ketika dilarutkan ke dalam air, ikatan hidrogen tersebut akan terbentuk dengan molekul air.

Selain membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, senyawa nitril juga dapat membentuk gaya dispersi dipol – dipol permanen dengan air karena kedua senyawa ini bersifat polar. Pembentukan gaya antar molekul air dengan nitril ini akan melepaskan energi. Energi ini dapat digunakan untuk memisahkan gaya antar molekul yang terjadi antara sesama senyawa nitril dan air, sehingga keduanya bisa bercampur dengan sempurna. Dengan semakin panjangnya rantai karbon pada senyawa nitril, akan mengurangi terbentuknya ikatan hidrogen dengan molekul air. hal ini mengakibatkan kelarutan senyawa menurun.

Geometri N−C−C linear dalam nitril, mencerminkan hibridisasi sp dari karbon rangkap tiga. Jarak C−N pendek pada 1.16 Å, yang konsisten dengan rangkap tiga. Nitril adalah polar, seperti yang ditunjukkan oleh momen dipolnya yang tinggi. Sebagai cairan, nitril memiliki konstanta dielektrik tinggi, biasanya 30-an. Reaktivitas turunan asam karboksilat ditentukan oleh kebasaan gugus perginya. Basa yang lemah bersifat lebih elektronegatif, selain itu kecil kemungkinannya menyumbangkan elektronnya pada karbon karbonil lewat efek resonansi.

C.    APLIKASI SENYAWA NITRIL DAN MEKANISMENYA

Acrylonitrile merupakan salah satu produk kimia yang cukup luas pemanfaatannya bagi kebutuhan umat manusia, penggunaan acrylonitrile yang paling utama adalah untuk acrylic fibers selain itu pemanfaatan produk ini juga untuk produksi plastik seperti acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and styrene acrylonitrile (SAN). Pemanfaatan ABS adalah untuk pipa dan pelengkapnya, perlengkapan otomotif dan peralatannya. Sementara SAN banyak digunakan pada peralatan dan perlengkapan rumah semacam gantungan, wadah es, dan peralatan lainnya. Fungsi lain dari acrylonitrile adalah dalam produksi nitrile rubbers dan nitrile barrier resin, dimana nitrile rubbers digunakan pada bidang keteknikkan dan proses industri karena sifatnya yang memiliki daya tahan terhadap bahan kimia, minyak, pelarut, panas dan abrasi, sedangkan nitrile barrier resin banyak digunakan pada industri makanan, kosmetik, minuman serta pengemasan bahan kimia lainnya. Penggunaaan acrylonitrile yang lain adalah untuk bahan adiponitrile yang merupakan bahan antara industri nilon dan acrylamide.

Lebih dari 30 nitril yang mengandung obat-obatan yang saat ini dipasarkan untuk berbagai macam indikasi obat dengan lebih dari 20 nitril yang mengandung tambahan lead dalam pengembangan klinis. Kelompok nitril cukup kuat dan, dalam banyak kasus, tidak mudah dimetabolisme tetapi melewati tubuh berubah. Jenis obat-obatan yang mengandung nitril yang beragam, dari Vildagliptin merupakan obat antidiabetes hingga Anastrazole yang merupakan standar emas dalam mengobati kanker payudara. Dalam banyak nitril meniru fungsionalitas hadir di substrat untuk enzim, sedangkan dalam kasus lain nitril meningkatkan kelarutan air atau mengurangi kerentanan terhadap metabolisme oksidatif di hati.

Beberapa kelompok nitril fungsional ditemukan dalam beberapa obat.

1.    Periciazine

Struktur periciazine, sebuah antipsikotik dipelajari dalam pengobatan candu ketergantungan. Nitrilase adalah salah satu jenis enzim penghidrolisa senyawa nitril. Substrat utama dari enzim ini adalah indol-3-asetonitril dan senyawa ini kemudian akan diubah menjadi indol-3-asam asetat. Nitril (RCN) terdapat di alam dalam jumlah yang sangat besar dalam bentuk sianoglikosida. Senyawa ini banyak digunakan sebagai pembentuk polimer dan senyawa kimia lainnya. Oleh karena itu, enzim nitrilase menjadi salah satu enzim yang banyak dikembangkan saat ini. Enzim ini dapat ditemukan pada tanaman, hewan, dan fungi.

Enzim nitrilase dapat dikelompokkan menjadi 3 golongan berdasarkan spesifitas substratnya, yaitu alifatik, aromatik, dan arilaceto-nitrilase. Enzim-enzim ini tidak membutuhkan ion logam atau gugus prostetik sebagai kofaktornya. Aktivitas nitrilase dapat dianalisis dengan menggunakan high performance liquid chromatography (HPLC) dan infrared spectroscopy (FTIR).

2.    Sitalopram

Citalopram adalah obat antidepresan dari kelas serotonin reuptake inhibitor selektif. Ini memiliki persetujuan Administrasi Makanan dan Obat AS untuk mengobati depresi berat, yang diterimanya pada tahun 1998, dan diresepkan untuk kondisi lain.

3.    Syamemazin

Obat antipsikotik.

4.    Fadrozol

Fadrozole, dijual dengan merek dagang Afema, adalah inhibitor aromatase nonsteroid yang selektif atau yang telah digunakan di Jepang untuk pengobatan kanker payudara.

5.    Letrozol

Letrozole, dijual dengan merek Femara antara lain, adalah inhibitor aromatase yang digunakan dalam pengobatan kanker payudara responsif hormon setelah operasi. Letrozole adalah obat yang digunakan untuk mengobati tipe-tipe kanker payudara tertentu (seperti kanker payudara hormon-reseptor-positif) pada wanita setelah menopause. Letrozole juga digunakan untuk mencegah kembalinya kanker. Beberapa kanker payudara dapat tumbuh lebih cepat karena hormon alami yang disebut estrogen. Letrozol menurunkan jumlah estrogen yang diproduksi tubuh dan membantu memperlambat atau memutarbalikkan pertumbuhan kanker payudara.

Beberapa kelompok nitril fungsional ditemukan dalam beberapa obat pada manusia dan hewan.

Human medicine application:

NITRALZ®	application area examples	end product examples
4-Aminobenzonitrile	anti-migrane anti-atherosclerotic anticoagulant treatment of HIV anti-cancer anti-asthmatic	Dabigatran Frovatriptan Goxalapladib Rilpivirine
2-Bromobenzonitrile	anti-hypertensive anti-epileptic	Irbesartan Perampanel
4-Bromobenzonitrile	analgesic ocular anti-inflammatory	Bromfenac
2-Chlorobenzonitrile	anti-hypertensive analgesic hypnotic anesthetic	Ketamine  Hydrochloride
4-Chlorobenzonitrile	anti-allergic aromatase inhibitor	Lodoxamide Tromethamine
2,3-Dichlorobenzonitrile	anti-epileptic	Lamotrigine
2,4-Dichlorobenzonitrile	treatment of HIV	Dolutegravir
Pivalonitrile	Bronchodilator	Pirbuterol
4-Tolunitrile	anti-histaminic hemostatic anti-ulcerative anti-neoplastic	Letrozole
3-Acetylpyridine	anti-leukemia drug	Imatinib

Veterinary medicine application:

NITRALZ®	application area examples	end product examples
Benzonitrile	Antibacterial	Florfenicol, Robenacoxib
n-Butyronitrile	Anticoccidial	Amprolium
4-Chlorobenzonitrile	Contraceptive	Lotrifen
3-Acetylpyridine	tyrosine-kinase inhibitor treatment of mast cell tumors	Masitinib

D.    REAKSI SINTESIS SENYAWA NITRIL

Secara industri, metode utama untuk memproduksi nitril adalah ammoxidation dan hydrocyanation. Kedua rute berwarna hijau dalam arti bahwa mereka tidak menghasilkan jumlah stoikiometri dari garam.

1.    Amoksidasi

Dalam amoksidasi, hidrokarbon dioksidasi sebagian dengan adanya amonia. Konversi ini dipraktekkan dalam skala besar untuk akrilonitril:

    CH₃CH = CH₂ + 3⁄2 O₂ + NH₃ → NCCH = CH₂ + 3 H₂O

Dalam produksi akrilonitril, produk samping adalah asetonitril. Pada skala industri, beberapa turunan dari benzonitril, phthalonitrile, serta isobutyronitrile disiapkan oleh reaksi ammoxidation. Proses ini dikatalisis oleh oksida logam dan diasumsikan berlangsung melalui imina.

2.    Hidrosianasi

Hydrocyanation adalah metode industri untuk memproduksi nitril dari hidrogen sianida dan alkena. Proses ini membutuhkan katalis homogen. Contoh hidrosianasi adalah produksi adiponitril, prekursor untuk nilon-6,6 dari 1,3-butadiena:

CH₂=CH−CH=CH₂ + 2 HCN → NC(CH₂)₄CN

3.    Dari garam halida organik dan garam sianida

Dua reaksi metatesis garam populer untuk reaksi skala laboratorium. Dalam sintesis nitril Kolbe, alkil halida menjalani substitusi alifatik nukleofilik dengan sianida logam alkali. Nitril Aryl disiapkan dalam sintesis Rosenmund-von Braun.

4.    Cyanohydrin

(Sintesis nitril aromatik melalui silanasi sianohidrin)

Cyanohidrin adalah kelas khusus nitril, hasil dari penambahan sianida logam alkali ke aldehida dalam reaksi cyanohidrin. Karena polaritas karbonil organik, reaksi ini tidak memerlukan katalis, tidak seperti hidrosianasi alkena. O-Silyl cyanohydrins dihasilkan oleh penambahan trimethylsilyl cyanide dengan adanya katalis (silylcyanation). Cyanohydrin juga disiapkan oleh reaksi transcyanohydrin dimulai, misalnya, dengan acetone cyanohydrin sebagai sumber HCN.

5.    Dehidrasi amida dan oximes

Nitril dapat dibuat dengan dehidrasi amida primer. Dari etil dichlorophosphate dan DBU benzamide dikonversi ke benzonitrile:

Dua intermediet dalam reaksi ini adalah amide tautomer A dan adduct fosfat B. Dalam dehidrasi terkait, amida sekunder memberikan nitril oleh degradasi von Braun amida. Dalam hal ini, satu ikatan C-N dibelah. Dehidrasi aldoximes (RCH=NOH) juga memberi nitril. Reagen khas untuk transformasi ini adalah trietilamina/sulfur dioksida, zeolit, atau sulfuril klorida. Memanfaatkan pendekatan ini adalah sintesis nitril one-pot dari aldehida dengan hidroksilamin dengan adanya natrium sulfat.

    (Dari asam aril karboksilat (sintesis Letts nitril))

6.    Reaksi Sandmeyer

Nitril aromatik sering disiapkan di laboratorium dari senyawa anilin melalui diazonium. Ini adalah reaksi Sandmeyer, membutuhkan sianida logam transisi.

    ArN₂⁺ + CuCN → ArCN + N₂ + Cu⁺

7.    Metode lainnya

Sumber komersial untuk gugus sianida adalah diethylaluminum sianida Et₂AlCN yang dapat dibuat dari trietilaluminium dan HCN. Ini telah digunakan dalam penambahan nukleofilik ke keton. Ion sianida memfasilitasi the coupling of dibromides. Reaksi asam α,α′-dibromoadipic dengan natrium sianida dalam etanol menghasilkan cyano cyclobutane:

Dalam apa yang disebut Franchimont Reaction (yang dikembangkan oleh mahasiswa doktoral Belgia Antoine Paul Nicolas Franchimont (1844-1919) pada 1872) asam α-bromocarboxylic berdimerisasi setelah hidrolisis sianogroup dan dekarboksilasi.

Nitril aromatik dapat dibuat dari hidrolisis dasar trichloromethyl aryl ketimines (RC(CCl₃)=NH) dalam sintesis Houben-Fischer. Nitril dapat diperoleh dari amina primer melalui oksidasi. Metode umum termasuk penggunaan kalium persulfat, asam Trichloroisocyanuric, atau elektrosintesis anodik. α-Asam amino membentuk nitril dan karbon dioksida melalui berbagai cara dekarboksilasi oksidatif. Henry Drysdale Dakin menemukan oksidasi ini pada tahun 1916.

E.       REAKSI-REAKSI SENYAWA NITRIL

Kelompok nitril dalam senyawa organik dapat mengalami berbagai reaksi tergantung pada reaktan atau kondisi. Suatu gugus nitril dapat dihidrolisis, direduksi, atau dikeluarkan dari molekul sebagai ion sianida.

1.    Hidrolisis
Hidrolisis nitril RCN bereaksi dalam langkah-langkah yang berbeda di bawah pengaruh asam atau basa untuk mencapai carboxamides RC(=O NH₂ dan kemudian asam karboksilat RCOOH. Hidrolisis nitril menjadi asam karboksilat sangatlah efisien. Ketika dilakukan dengan basa atau asam, reaksi menghasilkan garam, yang dapat menimbulkan masalah.
Studi kinetik menunjukkan bahwa tingkat orde kedua konstan untuk hidrolisis hidroksida-ion terhidrolisis dari asetonitril menjadi asetamid adalah 1,6 × 10⁻⁶, yang lebih lambat dari hidrolisis amida ke karboksilat (7,4 × 10⁻⁵ M ^{− 1} s ⁻¹). Dengan demikian, rute hidrolisis dasar akan menghasilkan amida yang terkontaminasi dengan karboksilat. Reaksi katalis asam membutuhkan kontrol yang hati-hati terhadap suhu dan rasio reagen untuk menghindari pembentukan polimer, yang ditingkatkan oleh karakter eksotermis hidrolisis.  Dua famili enzim mengkatalisis hidrolisis nitril. Nitrilase menghidrolisis nitril menjadi asam karboksilat:

RCN + 2 H₂O → RCO₂H + NH₃

Hidratase nitril adalah metalloenzim yang menghidrolisis nitril menjadi amida.

RCN + H₂O → RC(O)NH₂

Enzim ini digunakan secara komersial untuk menghasilkan akrilamida.

2.    Reaksi dengan Katalis Asam Sulfat

Nitril dapat juga dikonversi menjadi asam karboksilat dengan pemanasan dalam asam sulfat. Selama reaksi, intermediet amida terbentuk.  Dengan mekanisme protonasi, penyerangan nucleophilik oleh air, transfer proton, resonansi, deprotonasi, hydrolysis lanjut dari amide.

Misalnya pada contoh reaksi dibawah ini.

3.    Reduksi
Nitril rentan terhadap hidrogenasi dibandingkan katalis logam yang beragam. Reaksi ini dapat menghasilkan amina primer (RCH₂NH­₂) atau amina tersier ((RCH₂)₃N), tergantung pada kondisi. Dalam reduksi organik konvensional, nitril direduksi dengan perlakuan dengan lithium aluminium hidrida ke amina. Pengurangan imina diikuti oleh hidrolisis ke aldehid terjadi dalam sintesis aldehid Stephen, yang menggunakan asam klorida stannous. Dalam reduksi nitril, nitril direduksi menjadi amina atau aldehid dengan pereaksi kimia yang sesuai.

Hidrogenasi katalitik nitril sering merupakan rute paling ekonomis yang tersedia untuk produksi amina primer. Katalis untuk reaksi sering termasuk kelompok 10 logam seperti nikel Raney, paladium hitam, atau platinum dioksida. Namun, katalis lain, seperti borida kobalt, juga dapat selektif untuk produksi amina primer:

R-C≡N + 2 H₂ → R-CH₂NH₂

Aplikasi komersial dari teknologi ini termasuk produksi hexamethylenediamine dari adiponitrile, prekursor untuk Nylon 66.
Bergantung pada kondisi reaksi, intermediate imines juga dapat mengalami serangan oleh produk amina untuk menghasilkan amina sekunder dan tersier:

2 R-C≡N + 4H₂ → (R-CH₂) 2NH + NH₃

3 R-C≡N + 6H₂ → (R-CH₂) 3N + 2NH­₃

Reaksi semacam itu berlanjut melalui intermediet enamin. Kondisi reaksi yang paling penting untuk produksi amina primer selektif adalah pilihan katalis. Faktor penting lainnya termasuk pilihan pelarut, pH larutan, efek sterik, suhu, dan tekanan hidrogen.

Reduktor untuk konversi non-katalitik menjadi amina yaitu litium aluminium hidrida, litium borohidrida, diborane, atau natrium unsur dalam pelarut alkohol.

Misalnya pada litium aluminium hidrida, Nitril dapat dikonversi menjadi 1° amina oleh reaksi dengan LiAlH4. Selama reaksi ini nukleofil hidrida menyerang karbon elektrofilik dalam nitril untuk membentuk anion imina. Setelah distabilkan oleh kompleks asam basa Lewis, garam imina dapat menerima hidrida kedua untuk membentuk dianion. Dianion kemudian dapat diubah menjadi amina dengan penambahan air.

Nitril juga dapat direduksi menjadi aldehid. Sintesis Stephen aldehida menggunakan Tin (II) klorida dan asam klorida untuk menghasilkan aldehida melalui hidrolisis garam iminum yang dihasilkan. Aldehida juga dapat dibentuk menggunakan donor hidrogen diikuti oleh hidrolisis in-situ dari suatu imina. Reagen yang berguna untuk reaksi ini termasuk asam format dengan katalis hidrogenasi atau hidrida logam yang digunakan untuk menambahkan satu mol hidrogen ke nitril. Misalnya, natrium borohidrida mengurangi nitril dalam pelarut beralkohol dengan katalis CoCl₂ atau nikel Raney. Pengurangan zat Diisobutilaluminium hidrida, atau DIBAL-H, adalah hidrida logam yang umum digunakan. DIBAL-H bertindak sebagai sumber proton, menambahkan ion hidrida ke karbon dari nitril. Imina yang dihasilkan adalah intermediet yang relatif stabil yang dapat dihidrolisis ke aldehida.

Mekanisme untuk reduksi nitril menjadi aldehida dengan DIBAL-H yaitu DIBAL-H ditambahkan dalam jumlah yang terkontrol pada suhu rendah untuk mencapai pengurangan sebagian nitril. Atom aluminium dalam DIBAL bertindak sebagai asam Lewis, menerima pasangan elektron dari nitril. Nitril kemudian dikurangi dengan transfer ion hidrida ke karbon dari ikatan rangkap tiga karbon-nitril, menghasilkan imina. Setelah bereaksi dengan air, kompleks aluminium dihidrolisis untuk menghasilkan aldehida yang diinginkan. Karena hasil hidrolitik menghasilkan aldehid pada akhirnya, nitril tidak mengalami over-reduksi.

Mekanisme untuk reduksi nitril menjadi aldehida dengan DIBAL-H:

4.    Alkilasi
Alkil nitril cukup asam untuk membentuk anion nitril, yang mengalkilasi berbagai elektrofil. Kunci untuk nukleofilisitas yang luar biasa adalah permintaan sterik kecil dari unit CN yang dikombinasikan dengan stabilisasi induktifnya. Fitur-fitur ini membuat nitril ideal untuk menciptakan ikatan karbon-karbon baru di lingkungan yang menuntut secara sterik untuk digunakan dalam sintesis kimia medis. Perkembangan terakhir menunjukkan bahwa sifat dari ion logam menyebabkan koordinasi yang berbeda terhadap nitrogen nitril atau karbon nukleofilik yang berdekatan, seringkali dengan perbedaan besar dalam reaktivitas dan stereokimia.

5.    Nukleofil-Elektrofil
Pusat karbon dari nitril adalah elektrofilik, sehingga rentan terhadap reaksi adisi nukleofilik: dengan senyawa organozinc dalam reaksi Blaise, dengan alkohol dalam reaksi Pinner, dengan amina, mis. reaksi sarkosin amina, dengan sianamida menghasilkan creatine. Nitril bereaksi dalam asilasi Friedel – Crafts dalam reaksi Houben-Hoesch terhadap keton.

Karbon dalam nitril adalah elektrofilik karena struktur resonansi dapat ditarik yang menempatkan muatan positif di atasnya. Karena ini ikatan rangkap tiga nitril menerima nukleofil dengan cara yang mirip dengan karbonil.

6.    Reaksi Nitril dengan Reagen Organometalik

Pereaksi Grignard dapat menyerang karbon elektrofilik dalam nitril untuk membentuk garam imina. Garam ini kemudian dihidrolisis menjadi keton. Dengan mekanisme yaitu penyerangan nukleofilik oleh reagen Grignard, kemudian terjadi protonasi, penyerangan nukleofilik oleh air, transfer proton, penghilangan gugus pergi dan yang terakhir yaitu dengan deprotonasi.

Misalnya pada contoh reaksi dibawah ini.

7.    Reaksi Lain

Dalam redianasi reduktif, kelompok nitril digantikan oleh proton. Decyanasi dapat dicapai dengan melarutkan reduksi logam (misalnya HMPA dan logam kalium dalam tert-butanol) atau dengan peleburan nitril dalam KOH. Demikian pula, α-aminonitril dapat dihilangkan dengan agen pereduksi lain seperti lithium aluminium hidrida. Nitril adalah prekursor untuk kompleks logam nitril transisi, yang merupakan reagen dan katalis, contohnya termasuk [Cu (MeCN)₄]⁺ dan PdCl₂(PhCN)₂). Nitril bereaksi sendiri dengan adanya basa dalam reaksi Thorpe dalam penambahan nukleofilik. Dalam nitril, kimia organologam dikenal untuk menambah alkynes dalam karbosianasi:

    

BAB III

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Nitril adalah senyawa organik yang memiliki gugus fungsional −C≡N. Dalam sistem tata nama IUPAC, nitril diberi nama berdasarkan rantai induk alkananya, atom C yang terikat pada atom N juga termasuk kedalam rantai induk. Nama lkana itu diberi nama akhiran –nitril. Beberapa nitril diberi nama menurut nama trivial asam karboksilatnya,  dengan menggantikan imbuhan asam-at menjadi akhiran –nitril, atau –onitril, jika induknya tidak mempunyai huruf –o.

Senyawa nitril sering dimasukkan ke dalam kelompok karbinil, karena kesamaan kimia antara nitril dan karbinil. Nitril adalah polar, ditunjukkan oleh momen dipolnya yang tinggi. Sebagai cairan, nitril memiliki konstanta dielektrik tinggi, biasanya 30-an. Nitril merupakan senyawa yang sangat polar, maka senyawa nitril memiliki titik didih yang tinggi. Atom N adalah atom yang sangat elektronegatif sehingga mudah menarik elektron pada ikatan rangkap 3 ke arahnya. Akibatnya N akan bermuatan parsial - sedangkan C akan bermuatan parsial +.  Semakin panjangnya rantai karbon pada senyawa nitril, akan mengurangi terbentuknya ikatan hidrogen dengan molekul air, hal ini mengakibatkan kelarutan senyawa menurun.

Lebih dari 30 nitril yang mengandung obat-obatan yang saat ini dipasarkan untuk berbagai macam indikasi obat dengan lebih dari 20 nitril yang mengandung tambahan lead dalam pengembangan klinis. Kelompok nitril cukup kuat dan, dalam banyak kasus, tidak mudah dimetabolisme tetapi melewati tubuh berubah. Jenis obat-obatan yang mengandung nitril yang beragam, dari Vildagliptin merupakan obat antidiabetes hingga Anastrazole yang merupakan standar emas dalam mengobati kanker payudara. Sintesis senyawa nitril bisa dengan beberapa reaksi yaitu hidroksianasi, amoksianasi, sianohidrin, sandmayer, dll. Reaksi-reaksi senyawa nitril yaitu ada hidrolisis, reduksi, alkilasi, dll.

B.     SARAN

Menyadari bahwa penulis masih jauh dari kata sempurna, kedepannya penulis akan lebih fokus dan details dalam menjelaskan tentang makalah di atas dengan sumber–sumber yang lebih banyak yang tentunya dapat di pertanggungjawabkan.

Untuk saran bisa berisi kritik atau saran terhadap penulisan juga bisa untuk menanggapi terhadap kesimpulan dari bahasan makalah yang telah di jelaskan. Selanjutnya kami sebagai penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca, demi kebaikan makalah ini kedepannya.

DAFTAR PUSTAKA 

Adams, Roger (1957). Organic Reactions, Volume 9. New York: John Wiley & Sons, Inc.

A. P. N. Franchimont. 1872. "Ueber die Dibenzyldicarbonsäure" [On 2,3-diphenylsuccinic acid]. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 5: 1048–1050.

Barrault, J.; Pouilloux, Y. (1997). "Catalytic Amination Reactions: Synthesis of fatty amines. Selectivity control in presence of multifunctional catalysts". Catalysis Today. 1997: 137–153.

Berkoff, Charles E.; Rivard, Donald E.; Kirkpatrick, David; Ives, Jeffrey L. (1980). "The Reductive Decyanation of Nitriles by Alkali Fusion". Synthetic Communications. 10 (12): 939–945.

Brandão, P. F. B., and A. T. Bull. 2003. Nitrile hydrolysing activities of deep-sea and terrestrial mycolate actinomycetes. Antonie Leeuwenhoek 84:89-98.

Chen, Fen-Er; Kuang, Yun-Yan; Hui-Fang, Dai; Lu, Liang. 2003. "A Selective and Mild Oxidation of Primary Amines to Nitriles with Trichloroisocyanuric Acid". Synthesis. 17: 2629–2631.

Chun-Wei Kuo; Jia-Liang Zhu; Jen-Dar Wu; Cheng-Ming Chu; Ching-Fa Yao; Kak-Shan Shia (2007). "A convenient new procedure for converting primary amides into nitriles". Chem. Commun. (3): 301–303.

Dakin, Henry Drysdale (1916). "The Oxidation of Amino-Acids to Cyanides". Biochemical Journal. 10 (2): 319–323.

Fessenden, Ralph J dan Joan S.Fessenden. 1982. Kimia Organik Jilid 2. Jakarta : Erlangga.

Hart, H. 1993. Kimia Organik. Jakarta : Erlangga.

Gregory, Robert J. H. 1999. "Cyanohydrins in Nature and the Laboratory: Biology, Preparations, and Synthetic Applications". Chemical Reviews. 99: 3649–3682.

Gupta S, et al. (2010) Unraveling the conundrum of seemingly discordant protein-protein interaction datasets. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2010:783-6

Hampson, N; Lee, J; MacDonald, K. 1972. "The oxidation of amino compounds at anodic silver". Electrochimica Acta. 17 (5): 921–955.

Hiegel, Gene; Lewis, Justin; Bae, Jason. 2004. "Conversion of α‐Amino Acids into Nitriles by Oxidative Decarboxylation with Trichloroisocyanuric Acid". Synthetic Communications. 34 (19): 3449–3453.

J. Houben, Walter Fischer. 1930. "Über eine neue Methode zur Darstellung cyclischer Nitrile durch katalytischen Abbau (I. Mitteil.)," Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series) 63 (9): 2464 – 2472.

Kobayashi, H. And S, Shimizu. 2000. Nitrile Hydrolases. J. Chem Biology. 4 : 95-102. Linardi, V.R., Dias, J.C.T. and Rosa, C.A. 1996. Utilization of acetonitrile and other aliphatic nitriles by Candida famata strain. FEMS Microbiol. Lett.144:7-71.

Kukushkin, V. Yu.; Pombeiro, A. J. L. (2005). "Metal-mediated and metal-catalyzed hydrolysis of nitriles". Inorg. Chim. Acta. 358: 1–21.

Lestari, S. 2004. Mengurai Susunan Periodik Unsur Kimia. Jakarta : Kawan Pustaka.

Nagasawa, T., H. Shimizu and H.Yamada. 1993. The superiority of the third generation catalyst, Rhodococcus rhodochrous, J1 nitrile hydratase, for industrial production of acrylamide. Appl. Micobiol. Biotechnol. 40 : 189-195

Peter Pollak, Gérard Romeder, Ferdinand Hagedorn, Heinz-Peter Gelbke. 2002. "Nitriles" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim.

Rach, S. F.; Kühn, F. E. (2009). "Nitrile Ligated Transition Metal Complexes with Weakly Coordinating Counteranions and Their Catalytic Applications". Chemical Reviews. 109: 2061–2080.

Reynold C. Fuson; Oscar R. Kreimeier & Gilbert L. Nimmo. 1930. "Ring Closures in the Cyclobutane Series. II. Cyclization Of α,α′-Dibromo-Adipic Esters". J. Am. Chem. Soc. 52 (10): 4074–4076.

Schäfer, H. J.; Feldhues, U. 1982. "Oxidation of Primary Aliphatic Amines to Nitriles at the Nickel Hydroxide Electrode". Synthesis. 2: 145–146.

Smith, Andri L.; Tan, Paula (2006). "Creatine Synthesis: An Undergraduate Organic Chemistry Laboratory Experiment". J. Chem. Educ. 83 (11): 1654.

Stoker. 1991. Kimia Organik. Jakarta : Erlangga.

W. Nagata and M. Yoshioka. 1988. "Diethylaluminum cyanide". Organic Syntheses.; Collective. Volume, 6, p. 436.

W. Nagata, M. Yoshioka, and M. Murakami. 1988. "Preparation of cyano compounds using alkylaluminum intermediates: 1-cyano-6-methoxy-3,4-dihydronaphthalene". Organic Syntheses.; Collective. Volume, 6, p. 307.

Yamazaki, Shigekazu; Yamazaki, Yasuyuki. 1990. "Nickel-catalyzed dehydrogenation of amines to nitriles". Bulletin of the Chemical Society of Japan. 63 (1): 301–303.