Perpustakaan Digital ITB

Reaksi Hofmann Löffler merupakan reaksi siklisasi yang melibatkan spesies nitrogen radikal dengan menghasilkan produk berupa pirolidin atau piperidin. Spesies nitrogen radikal ini dibentuk melalui proses pemutusan ikatan secara homolitik menggunakan foton dan dengan bantuan asam kuat pekat. Penggunaan asam kuat pekat ini sering tidak kompatibel untuk berbagai gugus fungsi yang sensitif sehingga dilakukan modifikasi dengan menggunakan katalis iodin untuk mencegah adanya reaksi samping. Modifikasi mekanisme reaksi Hofmann Löffler menggunakan katalis iodin ini secara energetika belum dipelajari sehingga kajian mengenai mekanisme reaksi masih minim. Oleh sebab itu perlu dilakukan kajian mekanisme reaksi Hofmann Löffler menggunakan katalis iodin salah satunya dengan studi komputasi. Studi komputasi pada reaksi Hofmann Löffler menggunakan katalis iodin dan tanpa katalis iodin telah dilakukan dalam tesis ini menggunakan pereaksi ingenina E. Ingenina E adalah molekul yang berasal dari spesies Acanthostrongylophora ingens dan merupakan spesies yang berasal dari perairan Indonesia. Ingenina E merupakan molekul yang baru ditemukan pada tahun 2016 sehingga pemanfaatan dari molekul ingenina E ini masih minim. Kajian pemanfaatan senyawa ingenina E sebagai pereaktan reaksi Hofmann Löffler dengan menggunakan studi komputasi ini diharapkan dapat meningkatkan kegunaan molekul ingenina E untuk sintesis molekul lain yang lebih bermanfaat. Studi komputasi dilakukan melalui optimasi geometri dengan menggunakan metode DFT (density functional theory) dan fungsional B3LYP (Becke’s three-parameters exchange functional). Basis set yang digunakan adalah def2/SVP menggunakan perangkat lunak ORCA. Pencarian keadaan transisi dilakukan dengan menggunakan metode geom scan, metode sadlle, dan perhitungan satu titik. Pemodelan pelarut dilakukan dengan menggunakan metode CPCM (Conductor-like polarizable continuum model) dengan pelarut diklorometana. Hasil analisis pengaruh pelarut diklorometana pada mekanisme reaksi Hofmann Löffler tanpa katalis menunjukkan bahwa adanya pelarut menstabilkan energi molekul terutama pada spesies anion melalui interaksi ion-dipol. Sementara pengaruh pelarut pada molekul netral menghasilkan penstabilan yang lebih rendah karena interaksi yang terjadi adalah interaksi dipol-dipol. Berdasarkan hasil optimasi pada reaksi Hofmann Löffler tanpa katalis tahapan yang membutuhkan energi paling tinggi adalah pada pembentukan karbon radikal. Hasil pencarian keadaan transisi pada proses transfer atom hidrogen dan proses siklisasi menunjukkan bahwa proses transfer atom hidrogen merupakan tahapan penentu laju reaksi. Hasil optimasi pada reaksi Hofmann Löffler menggunakan katalis iodin menunjukkan bahwa tahapan mekanisme yang membutuhkan energi paling tinggi adalah pada pembentukan NBS radikal. Sementara pencarian keadaan transisi pada proses pembentukan karbon radikal dan proses siklisasi menunjukkan bahwa tahapan penentu laju reaksi adalah pada pembentukan karbon radikal. Selain itu, berdasarkan hasil optimasi geometri, mekanisme reaksi Hofmann Löffler menggunakan katalis iodin pada pembentukan iodin-NBS sulit terjadi, alternatif lain adalah melalui pembentukan molekul Br-iodin. Berdasarkan optimasi geometri pada beberapa kemungkinan reaksi, mekanisme reaksi Hofmann Löffler tanpa katalis dan dengan katalis iodin menunjukkan bahwa keduanya menghasilkan produk dengan energi paling rendah pada pembentukan (R)-1-metil- 5(9H-pirido[3,4-b]indol-1-il)pirolidin-2-one. Secara keseluruhan untuk membentuk produk yang sama, reaksi Hofmann Löffler menggunakan katalis iodin membutuhkan energi yang lebih rendah dibanding reaksi Hofmann Löffler tanpa katalis terutama pada tahap siklisasi. Produk dengan energi terendah yaitu (R)-1-metil-5(9H-pirido[3,4-b]indol-1- il)pirolidin-2-one memiliki satu atom C kiral sehingga perlu Analisa lanjutan untuk menentukan konfigurasi yang lebih stabil. Analisis lanjutan pada atom C kiral melalui optimasi geometri dan pencarian keadaan transisi hasil reaksi Hofmann Löffler menggunakan katalis iodin menunjukkan konfigurasi R maupun konfigurasi S tidak memiliki perbedaan energi yang signifikan sehingga produk terbentuk sebagai campuran rasemat.