Pembahasan OSN Kimia 2020 Essay 3

Soal

Sintesis Senyawa Obat Penyakit Paru (50 Poin)

Suatu senyawa obat K untuk penderita penyakit paru biasanya diresepkan dan digunakan dalam bentuk campuran rasematnya. Senyawa K dianalisis komposisi unsur penyusunnya dan diperoleh data sebagai berikut: C 65.25%; H 8.85%; N 5.85%; O 20.06% dengan massa molekul berdasarkan data spektrum massa memiliki nilai m/z: 239.15.

a. Tentukan rumus molekul senyawa K. [3 poin]

b. Tentukan nilai DBE (Double Bond Equivalent) atau IHD (Index of Hydrogen Deficiency) senyawa K dan jelaskan makna nilai tersebut. [3 poin]

Senyawa K ini telah banyak disintesis dengan beragam rute sintesis. Di antara jalur sintesis senyawa K yang sudah dilakukan, terdapat suatu jalur sintesis yang dimulai dari benzena (A) seperti ditunjukkan dalam skema reaksi berikut.

Berdasarkan skema reaksi di atas, tahap pertama adalah pengubahan senyawa A menjadi senyawa B (C6H6O) yang terjadi dalam beberapa tahap reaksi. Jika larutan senyawa B dimasukkan ke dalam tabung reaksi berisi larutan NaOH dengan beberapa tetes fenolftalein, maka akan menyebabkan warna merah muda larutan fenolftalein dalam tabung reaksi tersebut menjadi bening.

c. Tuliskan reagen-reagen beserta kondisi reaksi yang sesuai untuk reaksi transformasi senyawa A menjadi senyawa B (reagen-kondisi i). [4 poin]

d. Gambarkan struktur senyawa B. [1.5 poin]

e. Tuliskan reaksi yang terjadi pada peristiwa dalam tabung reaksi tersebut. [1.5 poin]

f. Gambarkan proses resonansi senyawa B dengan menggambarkan struktur hibrida resonansinya pada setiap tahap resonansi tersebut. [3 poin]

Tahap berikutnya dalam skema reaksi di atas adalah transformasi senyawa B menjadi senyawa C, dan dilanjutkan dengan reaksi brominasi senyawa C menghasilkan senyawa D. Kemudian senyawa D ditransformasi menjadi senyawa E yang kemudian direaksikan dengan reagen dan kondisi reaksi iii menghasilkan senyawa F.

g. Tuliskan nama IUPAC senyawa C dan F. [3 poin]

h. Gambarkan struktur senyawa D dan E. [4 poin]

i. Tuliskan reagen-reagen beserta kondisi reaksi yang sesuai untuk transformasi dari senyawa B menjadi senyawa C (reagen-kondisi ii). [2 poin]

j. Gambarkan mekanisme reaksi transformasi senyawa C menjadi D. [4 poin]

k. Tuliskan reagen-reagen beserta kondisi reaksi yang sesuai untuk transformasi dari senyawa E menjadi senyawa F (reagen – kondisi iii). [3 poin]

Senyawa F kemudian mengalami transformasi menjadi senyawa G yang kemudian direaksikan dengan aseton pada suasana asam menghasilkan senyawa H. Senyawa H kemudian diubah menjadi senyawa I dengan reagen dan kondisi reaksi iv. Selanjutnya senyawa I direaksikan dengan m-CPBA (m-chloroperbenzoic acid = asam m-kloroperbenzoat) menghasilkan senyawa J yang kemudian direaksikan dengan t-butilamina dan dilanjutkan dengan tahap hidrolisis dalam suasana asam menghasilkan senyawa obat K.

l. Gambarkan struktur G, H, dan J. [6 poin]

m. Tuliskan reagen-reagen beserta kondisi reaksi yang sesuai untuk transformasi dari senyawa H menjadi senyawa I (reagen-kondisi iv). [2 poin]

Pada spektrum IR senyawa K terdapat puncak tajam pada bilangan gelombang 1100 dan 1500 cm-1, serta puncak lebar pada sekitar 3400 cm-1. Sedangkan spektrum 1H-NMR (dalam pelarut DMSO-d6) senyawa K menunjukkan geseran kimia (δ, ppm) sebagai berikut: 1.02 (s, 9H); 2.55 (d, 2H); 3.00 (lebar, 1H); 4.30 (lebar, 1H); 4.42 (t, 1H); 4.47 (s, 2H); 4.60 (lebar, 1H); 6.00 (lebar, 1H); 6.69 (d, 1H); 7.27 (d, 1H); 6.99 (s, 1H). Spektrum 13C-NMR (dalam pelarut DMSO-d6) senyawa K menunjukkan geseran kimia (δ, ppm) sebagai berikut: 28.74 (integrasi 3); 49.78; 50.67; 58.34; 72.29; 114.02; 124.85; 125.06; 127.90; 134.51; 153.10.

n. Berdasarkan informasi data analisis unsur, data spektroskopi (spektrum massa, IR, 1H-NMR, 13C-NMR), serta skema reaksi yang diuraikan di atas, tentukan struktur senyawa obat K beserta stereokimianya (tuliskan konfigurasi absolut pada pusat kiral, jika ada) disertai uraian analisisnya. [10 poin]

Pembahasan

a. Cari perbandingan mol keempat unsur tersebut:

$${C : H : N : O = \frac{65.25}{12.011} : \frac{8.85}{1.008} : \frac{5.85}{14.007} : \frac{20.06}{15.999} = 5.433 : 8.78 : 0.418 : 1.254 = 13 : 21 : 1 : 3}$$

Maka rumus molekul senyawa K adalah C13H21NO3.

b. DBE adalah banyaknya mol hidrogen (H2) untuk mengubah senyawa organik tak jenuh dan/atau siklik menjadi senyawa yang sepenuhnya jenuh dan asiklik.

$${DBE = \frac{2 \times C + N – X – H + 2}{2} = \frac{2 \times 13 + 1 – 0 – 21 + 2}{2} = 4}$$

c dan d. Ada banyak rute untuk sintesis fenol dari benzena. Rute-rute yang paling terkenal antara lain melalui asam benzenasulfonat, substitusi halobenzena, dan melalui proses cumene (lihat soal OSP 2017!):

e. Terjadi reaksi asam-basa:

$\ce {C6H5OH(aq) + NaOH(aq) -> C6H5ONa(aq) + H2O(l)}$

f. Berikut ini struktur resonansi fenol:

g. Gugus utama kedua senyawa adalah keton, sehingga nama IUPAC C = 1-(4-hidroksifenil)-etan-1-on, nama IUPAC F = 1-(4-hidroksi-3-(hidroksimetil)fenil)-etan-1-on

h. Berikut ini struktur D dan E:

Reaksi dari C ke D adalah halogenasi, sedangkan D ke E adalah proteksi gugus karbonil.

i. Reaksi B ke C menggunakan reagen asil klorida (CH3COCl) dengan katalis AlCl3. Reaksi ini ditempuh melalui penataan ulang Fries (Fries Rearrangement) pada temperatur ruang:

j. Berikut ini mekanisme reaksi dari senyawa C ke D:

k. Perlu diketahui bahwa gugus hidroksi pada cincin benzena bersifat asam, sehingga reagen Grignard dan Gilman bukan solusi yang terbaik. Akan lebih tepat apabila digunakan organolithium atau dengan reaksi cross-coupling menggunakan katalis paladium. Cara lain yang bisa ditempuh antara lain memproteksi gugus hidroksi terlebih dahulu dengan 3,4-dihidropiran (DHP) atau protecting group lainnya, baru kita gunakan reagen Grignard:

l. Berikut ini struktur G, H, dan J:

m. Ada banyak sekali cara mengeliminasi alkohol, namun pemilihan reagen harus diperhatikan karena di senyawa H terdapat gugus ketal yang bisa mengalami deproteksi bila digunakan sembarang asam, seperti H3PO4 atau H2SO4. Selain itu, adanya cincin aromatik juga memungkinkan terjadinya reaksi samping yang tidak diinginkan seperti sulfonasi.

Reagen yang dapat digunakan yaitu POCl3 dalam piridin, atau solusi lain yaitu mengkonversi alkohol menjadi gugus pergi (seperti -OTs, -OTf atau -OMs atau halida) lalu mengeliminasinya dengan basa.

n. Obat K adalah campuran rasemat Salbutamol:

Penjelasan: reaksi pengubahan J ke obat K yang adalah salbutamol adalah reaksi pembukaan cincin epoksida yang mengalami kontrol sterik dengan nukleofilnya yaitu amina. Reaksi ini menghasilkan produk rasemat karena pembuatan epoksida dengan m-CPBA tidak stereoselektif.

Silahkan gunakan kolom komentar untuk bertanya atau mengoreksi pembahasan saya!

Leave a Reply