Reaksi kimia organik dalam air, beberapa contoh reaksi kimia hijau

Beberapa waktu lalu sudah disinggung tentang 12 prinsip kimia hijau (green chemistry). Salah satu prinsipnya adalah memilih media reaksi yang tidak berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan (prinsip nomor 8). Air (H₂O) dikenal sebagai pelarut universal dan dipertimbangkan sebagai kandidat utama medium reaksi dalam wacana kimia hijau. TAPI perlu diingat bahwa reaksi kimia dalam air dianggap hijau (green) jika dan hanya jika jalannya reaksi, proses daur ulang, dan pembuangan pelarut tidak memerlukan kerja tambahan yang rumit, tidak mengkonsumsi energi berlebihan atau tidak menimbulkan pencemaran.

Mari kita lihat beberapa contoh reaksi kimia organik di dalam medium air.

Mengapa air? Tak disangkal dia adalah salah satu senyawa paling esensial, mudah ditemukan, tidak beracun, tidak terbakar, dan ramah lingkungan. Bahkan di bumi ini, hampir seluruh proses pembentukan ikatan untuk penciptaan material biologi terjadi dalam medium air (misalnya sintesa rantai helix penyusun genetika dan reaksi kimiawi enzim).

Reaksi kimia organik dimasa lampau dianggap hanya cocok dilakukan dalam pelarut organik karena masalah kepolaran yang mempengaruhi proses pencampuran reaktan (miscibility). Padahal, diluar kenyataan tersebut, air (maupun campuran air dengan pelarut lain) seringkali dapat berperan dalam meningkatkan kecepatan reaksi dan selektifitas. Hal demikian bisa terjadi karena dampak dari sifat hidrofobik senyawa organik yang dipaksa oleh lingkungan air (hidrofilik) untuk berada dalam keadaan transisi menuju senyawa produk.

Pada kesempatan ini akan dijabarkan secara ringkas reaksi pembentukan ikatan C-C maupun C-N dan reaksi transfer gugus fungsional. Pembentukan ikatan C-C atau C-N misalnya adisi nukleofil dan katalisis menggunakan logam transisi. Sedangkan transfer (pengubahan) gugus fungsional misalnya reaksi reduksi dan etherifikasi.

Pembentukan ikatan C-C dan C-N dalam air

Adisi nukleofilik

Sintesis metil trans-4-methoksisinnamat via reaksi Wittig-Horner

Pada contoh di atas (klik gambar untuk memperbesar), ester phosphonat sebagai sumber karbanion bereaksi dengan senyawa aromatik aldehid dalam pelarut air. Reaksi satu tahap ini dikatalisis oleh potassium karbonat (katalis alkali murah meriah dan ramah lingkungan) menghasilkan metil trans-4-methoksisinnamat, sebuah senyawa turunan untuk tabir surya (sunscreens). Produk yang diperoleh bisa dimurnikan menggunakan metanol atau campuran air/etanol.

Multi-langkah kondensasi reaksi dalam air menggunakan etanol sebagai ko-pelarut menghasilkan anti-oksidan diludine

Reaksi di atas merupakan sintesis senyawa anti-oksidan diludine yang berlangsung melalui mekanisme kondensasi multi-langkah di dalam air. Etil asetoasetat, ammonia, dan formaldehid direaksikan dalam bejana yang dilengkapi sistem pendingin (reflux) menghasilkan diludine yang dapat dimurnikan secara rekristalisasi dalam etanol.

Katalisis logam transisi

Sintesis 4-fenilfenol, senyawa penting obat tanpa steroid anti-inflamasi (NSAIDs)

Ternyata banyak reaksi kopling menggunakan katalis logam transisi yang bisa dilakukan dalam medium air. Salah satu contohya adalah reaksi organik dikatalisis logam palladium(0) (Palladium(0) disini berarti bilangan oksidasinya nol). Sebuah jenis reaksi yang dikenal dengan sebutan reaksi kopling Zusuki menggabungkan aril atau vinil halida dengan asam borat atau ester borat dalam keadaan basa dan dikatalisis oleh Pd(0).

4-Fenifenol, sebuah komponen penting obat anti-inflamasi yang tak mengandung steroid (NSAID) disintesis via reaksi kros-kopling Zusuki. Reaksi tersebut hanya menggunakan air sebagai pelarut dan dikatalisis oleh palladium yang diemban karbon. Produk dan air disaring dari katalis dan direkristalisasi dalam pelarut metanol/air untuk pemurniannya.

Pengubahan gugus fungsional

Reduksi

Salah satu contoh reaksi reduksi yang berguna untuk mengubah gugus fungsional digambarkan di bawah ini.

Sintesis 2-etoksi-4-(hidroksimetil) fenol sebagai senyawa antara (intermediate) bahan tambahan sampo dan pewangi

Reduksi etil vanilin (4-hidroksi-3-etoksibenzaldehid) menggunakan NaBH₄ dalam 1 molar larutan NaOH menghasilkan senyawa vanillil alkohol. Etil vanillil alkohol ini dapat diubah menjadi metil diantilis (3-etoksi-4-hidroksibenzil metil ether) yang merupakan bahan baku tambahan (aditif) sampo maupun pewangi.

Etherifikasi

Etherifikasi adalah contoh reaksi yang bisa dilakukan dalam pelarut air. Gambar di bawah ini menyatakan sintesis benzil butil ether menurut cara Williamson.

Sintesis ether menurut Williamson dalam larutan basa

Sintesis senyawa ether benzil butil ether menurut Williamson bisa dilakukan dengan hasil cukup tinggi dalam larutan basa NaOH dan dikatalisis oleh garam tetrabutilammonium. Garam ammonium tersebut berfungsi sebagai katalis antarmuka fasa organik dan air.

Reaksi-reaksi di atas hanyalah sedikit contoh dari banyak kemungkinan sintesis organik yang bisa dilakukan dalam pelarut air. Penting untuk diingat bahwa salah satu hakikat kimia hijau adalah meminimalkan sampah sisa reaksi sehingga tidak mencemari lingkungan. Idealnya, dalam tahap sintesis dan pemurnian produk, air sebagai pelarut dapat didaur ulang atau dibuang ke lingkungan dalam keadaan bebas zat sisa reaksi.

Pustaka utama

A.P. Dicks, Green Chem. Lett. Rev. 2 (2009) 9 – 21

Jelliarko Palgunadi
Penggiat kimia hijau dan cecair ionik