Sistem yang Mengandung Nitrogen (a) Senyawa nitro

8.7 Sistem yang Mengandung Nitrogen (a) Senyawa nitro

Reduksi senyawa-nitro alifatik menjadi amina hanya memiliki sedikit kepentingan karena gugus amino mudah dimasukkan ke dalam senyawa alifatik melalui sejumlah cara. Ada dua metode yang sesuai untuk keperluan ini, yakni litium aluminium hidrida dan reduksi katalitik di atas nikel Raney. Sebagai contoh, 2- nitrobutana direduksi menjadi 2-aminobutana menggunakan pereaksi litium aluminium hidrida dengan rendamen sebesar 85%.

Reduksi senyawa-nitro aromatik jauh lebih penting karena gugus nitro dapat dimasukkan ke dalam berbagai sistem aromatik dengan cara nitrasi, sedangkan gugus amino hanya dapat dimasukkan ke dalam sistem aromatik jika senyawa aromatik tersebut sangat teraktivasi terhadap nukleofil. Ada beberapa jenis produk reduksi yang diperoleh sebagaimana digambarkan untuk nitrasi benzena:

Di dalam larutan netral yang dibufer dengan amonuim klorida, fenilhidrolamina adalah produk utama. Di dalam larutan basa, penggunaan pereduksi lemah seperti dekstrosaatau glukosa, spesies-antara yakni nitrobenzena bereaksi dengan fenilhidroksilamina menghasilkan azoksibenzena yang dengan agen pereduksi kuat akan terkonversi menjadi azobenzena dan hidrazobenzena. Litium aluminium hidrida menghasilkan azobenzena secara kuantitaif, dan di dalam adanya asam Lewis, terjadi reaksi lebih lanjut menghasilkan hidrazobenzena. Logam-logam di alam larutan asam menyempurnakan reduksi menjadi anilina. Secara industri, besi dan asam hidroklorida digunakan sebagai agen pereduksi, produknya dinetralisasi dengan kapur, dan anilina diisolasi dengan cara distilasi.

Reaksi elektrolitik terkontrol terjadi di dalam tahap yang pasti:

Untuk memperoleh gugus amino melalui reduksi gugus nitro biasanya menemui hambatan, khususnya masalah selektivitas pereaksi bilamana terdapat gugus lain yang dapat tereduksi di dalam senyawa nitro tersebut. Pereaksi standar untuk mereduksi nitrobenzena menjadi anilina, yakni timah dan asam hidroklorida tidak cocok untuk kebanyakan senyawa nitro tersubstitusi.

Metode katalitik adalah metode yang sesuai untuk reduksi senyawa nitro di mana tidak terdapat gugus C=C dan C≡C. Sebagai contoh,

Hidrogenasi-transfer oleh hidrazin pada permukaan paladium juga sangat efektif. Pereaksi transfer-elektron yang lembut juga dapat digunakan. Sebagai contoh,

Kebalikan dari dua reaksi yang terakhir di atas adalah reduksi gugus aldehida tanpa mereduksi gugus nitro. Reaksi ini dapat diefektifkan dengan menggunakan natrium borohidrida.

Dimungkinkan pula mereduksi satu gugus nitro di dalam adanya gugus nitro yang lain. Metode yang sudah lama dikenal adalah menggunakan amonium sulfida. Sebagai contoh,

Biasanya, metode katalitik lebih efesien. Sebagai contoh, m-dinitrobenzena memberikan hampir seluruhnya adalah m-nitroanilina ketika direduksi di atas paladium dengan sikloheksena sebagai donor hidrogen.

(b) Imina

Imina tipe RCH=NR’ dan RCH=NR ’2 + dapat direduksi secara selektif dengan natrium borohidrida.

Suatu pereaksi alternatif adalah dimetilamina boran yang mereduksi C=N tanpa mereduksi asam, ester, atau nitro. Rendamennya juga tinggi. Sebagai contoh,

(i) Aminasi reduktif. Ketika reaksi antara aldehida atau keton dengan amoniak atau amina primer atau amina sekunder dijalankan di dalam adanya agen pereduksi yang sesuai, maka imina atau ion imonium yang terbentuk dapat direduksi secara in situ menjadi amina. Biasanya agen pereduski yang digunakan adalah hidrogen di atas nikel Raney Sebagai contoh, (i) Aminasi reduktif. Ketika reaksi antara aldehida atau keton dengan amoniak atau amina primer atau amina sekunder dijalankan di dalam adanya agen pereduksi yang sesuai, maka imina atau ion imonium yang terbentuk dapat direduksi secara in situ menjadi amina. Biasanya agen pereduski yang digunakan adalah hidrogen di atas nikel Raney Sebagai contoh,

Reaksi ini dirugikan oleh terjadinya reaksi samping. Amina dapat bereaksi lebih lanjut dengan senyawa karbonil menghasilkan imina baru dan dengan reduksi menghasilkan amina baru. Sebagai contoh,

Reaksi samping ini dapat diminimalkan dengan menggunakan amoniak atau amina primer secara berlebih.

Salah satu variasi metode yang sesuai untuk pembuatan amina tersier, yang mana paling tidak mengandung gugus N-metil adalah memanaskan amina bersama formaldehida dan asam format di bawah refluks (100°C) (reaksi Eschweiler-Clarke). Dengan amina sekunder, ion imonium yang merupakan spesies-antara direduksi menjadi ion format.

Ketika dimulai dari primer, kondensasi dan reduksi terjadi secara berurutan.

Sebagai contoh, konversi PhCH 2 CH 2 NH 2 → PhCH 2 CH 2 NMe 2 terjadi dengan rendamen 80%. Reaksi Leuckart adalah varian dari reaksi Eschweiler-Clarke di dalam mana aldehida dan keton selain dari formaldehida dipanaskan bersama amonium format atau formamida pada suhu 180-200°C. Sebagai contoh,

(c) Oksim

Normalnya, pereaksi yang digunakan adalah pereaksi transfer-elektron sebagaimana di dalam pembentukan 1-heptilamina dari oksim heptanal dan natrium di dalam etanol dengan rendamen 60%.

Di dalam sintesis pirol dengan metode Knorr, natrium ditionit digunakan sebagai pereaksi transfer-elektron.

Metode katalitik lebil efisien tetapi juga cenderung menghasilkan amina sekunder. Sebagai contoh,

(d) Senyawa nitroso

Senyawa C-nitroso dapat dikonversi menjadi hidroksilamina melalui reduksi elektrolitik terkontrol. Reduksi menjadi amina secara normal dilakukan dengan pereaksi transfer-elektron. Sebagai contoh,

Reaksi ini umumnya digunakan untuk memperoleh gugus amino di dalam inti aromatik yang teraktifkan dengan kuat terhadap nukleofil, karena lebih mudah menitrosasi senyawa-senyawa seperti itu daripada menitrasinya.

Senyawa N-nitroso direduksi dengan pereaksi transfer-elektron lembut menjadi hidrazin tersubstitusi. Sebagai contoh, N-nitroso-N-metilanilin dengan seng di dalam asam asetat menghasilkan N-metil-N-fenilhidrazin dengan rendamen 55%.

Agen pereduksi yang kuat akan memutuskan ikatan N-N. sebagai contoh,

(e) Senyawa-Azo

Senyawa-azo direduksi menjadi senyawa-hidrazo oleh litium aluminium hidrida di dalam adanya asam Lewis. Jenis reduksi yang lebih berguna adalah reduksi yang dilakukan oleh natrium ditinit yang dapat memutuskan ikatan N=N menjadi amina. Sebagai contoh,

Metode alternatif di mana nitosasi yang diikuti dengan reduksi juga tersedia.