KATALISIS. Dhadhang Wahyu Laboratorium Farmasetika Unsoed 11/20/2012 1

Transkripsi

1 KATALISIS Dhadhang Wahyu Laboratorium Farmasetika Unsoed 11/20/2012 1

2 Pengertian katalis, Cara kerja katalis, Macam katalisator asam spesifik, basa spesifik, asam umum, basa umum, nukleofilik 11/20/2012 2

3 Kecepatan reaksi secara bertahap dipengaruhi oleh keberadaan suatu katalis. Contoh: hidrolisis sukrosa dalam air pada suhu kamar sangat lambat (dapat diabaikan), tetapi dengan penambahan sejumlah kecil asam, kecepatan reaksi bertambah (asam berlaku sebagai katalisator). 11/20/2012 3

4 Pengertian Katalis Katalis/katalisator adalah substansi yang menambah konstanta kecepatan reaksi tetapi tidak mengubah konstanta kesetimbangan reaksi. Katalis adalah substansi yang mempengaruhi kecepatan reaksi tanpa dirinya sendiri menjadi berubah secara kimiawi. Katalis tidak dikonsumsi dalam keseluruhan reaksi, maksudnya setelah dikonsumsi akan dilepaskan 11/20/2012 4

5 Pengertian Katalis Katalis memberikan efeknya karena dapat berinteraksi baik secara kovalen atau nonkovalen dengan reaktan Katalis yang menurunkan kecepatan reaksi adalah katalis negatif. Ktli Katalis mungkin berubah b secara permanen selama reaksi inhibitor Selama katalis tidak berubah pada akhir reaksi tidak mengubah keseluruhan ΔG, di mana ΔG = R.T. ln K 11/20/2012 5

6 Katalisis ΔG = R.T. ln K Posisi kesetimbangan suatu reaksi reversibel tidak berubah Katalis meningkatkan kecepatan reaksi sehingga kesetimbangan dicapai lebih cepat Keq = kforward/kreverse 11/20/2012 6

7 Katalisis 11/20/2012 7

8 Bagaimana katalis beroperasi??? 1. Katalis bergabung dengan reaktan (substrat) membentuk suatu intermediet (kompleks) kemudian terurai membentuk katalis dan produk. Katalis menurunkan energi aktivasi (Ea) dengan mengubah bhproses mekanisme. Katalis menurunkan Ea dengan meningkatkan energi intermediet sehingga energi yang harus dilewati untuk menjadi produk menjadi kecil. 11/20/2012 8

9 Bagaimana katalis beroperasi?? 2. Katalis mungkin bereaksi dengan membentuk radikal bebas, sehingga terjadi reaksi berantai. Radikal bebas sangat reaktif karena berenergi bebas tinggi sehingga kecepatan reaksi menjadi besar. Inhibitor berlaku sebagai pemutus rantai (antiknock agents). Inhibitor diperlukan dalam reaksi reaksi eksplosif. 11/20/2012 9

10 Aksi katalitik Katalis homogen: katalis berada dalam satu fase dengan reaktan, contoh: katalis dan reaktan terlarut dalam media. Katalis heterogen: katalis berada dalam fase yang berbeda dengan reaktan, contoh: katalis berupa padatan dan reaktan terlarut dalam media. 11/20/

11 Aksi katalitik Katalis serbuk wadah/katalis lapisan pada dinding wadah platina. Prosesnya disebut katalisis kontak: pereaksi teradsorpsi pada permukaan kasar katalis yang dikenal sebagai pusat aktif adsorpsi ini berakibat melemahnya ikatan molekul, menurunkan energi aktivasi. Molekul teraktivasi kemudian dapat bereaksi dan hasil reaksi melepaskan diri dari dari permukaan katalis. 11/20/

12 Macam Katalisator 1. Katalisator asam spesifik Katalisis oleh proton yang tersolvasi, yaitu H 3O + 2. Katalisator basa spesifik Katalisis oleh OH dalam larutan 3. Katalisator asam umum Katalisis oleh asam proton selain H 3 O +, dilakukan oleh asam Bronsted sebagai donor proton 11/20/

13 Macam Katalisator 4. Katalisator basa umum Katalisis oleh basa Bronsted selain OH dan basa ini berlaku sebagai penerima proton yaitu berbagi pasangan elektron dengan proton 5. Katalisator nukleofilik Katalisis oleh suatu basa (nukleofil) yang berbagi pasangan elektron dengan atom (biasanya atom karbon) selain proton. 11/20/

14 Macam Katalisator 6. Katalisator elektrofilik Katalisis oleh asam Lewis, seperti ion logam, yang berlaku sebagai katalisator dengan cara menerima pasangan elektron. 11/20/

15 Katalisis Asam Spesifik Hidrolisis ester adalah contoh reaksi katalis asam spesifik. Di dalam larutan asam kuat, reaksi hanya dipercepat oleh ion hidronium. Persamaan lajunya: Lj Laju = k as [H 3 O] + [S] Dimana [S] : konsentrasi ester k as : tetapan laju reaksi hidrolisis spesifik asam 11/20/

16 Katalisis Asam Umum Seperti halnya katalisis spesifik, berhubungandengan proton diintroduksikan d ik kepada bagian molekul lyang direaksikan dan serangan elektron terhadap molekul air. Perbedaannyaadalah bahwakatalisator asam spesifik menggunakan ion hidronium sedangkan reaksi katalisis asam umum menggunakan sembarang asam Bronsted sebagai donor proton. Untuk katalisis asam umum, pembentukan kation SH + merupakantahap lambat. Reaksi kondensasi aidol adalah merupakan contoh reaksi yang bergantungkepada mekanisme. 11/20/

17 Katalisis Basa Umum Katalis menyerang air dulu, kemudian air menyerang reaktan. Air menjadi lebih polar sehingga interaksi elektrostatiknya menjadi lebih besar dan kecepatan reaksi meningkat. 11/20/

18 Katalisis Nukleofilik Katalis langsung gmenyerang reaktan. Basa Bronsted akan mendonasikan pasangan elektronnya pada atom lain selain hidrogen (biasanya C atau P) Molekul intermediet mempunyai E yang besar maka diserang oleh air dengan kecepatan lebih besar daripada menyerang reaktan sehingga kecepatan reaksi menjadi lebih besar 11/20/

19 Katalisis nukleofilik intramolekuler Gugus dalam molekul menyeranggugus gugus lain dalam molekul tersebut Dapat juga nukleofil menyerang air dulu, kemudian air menyerang reaktan (dinamakan intramolekuler basa umum) 11/20/

20 Faktor faktor yang menentukan mekanisme katalitik k Struktur R dan X dari senyawa asil (R CO X) Kekuatan nukleofilik dan stabilitas intermediet nukleofilik terasilasi. Nukleofilik lemah katalisis lemah Polaritas solven. Dengan solven yang polaritasnya semakin tinggi, maka katalisis nukleofilik lebih terdorong untuk terjadi. Nukleofilik dinyatakan kuat jika tingkat kebasaan tinggi pkb tinggi. 11/20/

21 Intramolecular general base catalysis and intramolecular nucleophilic catalysis: Hydrolysis of aspirin and 35 3,5 dinitroaspirin. 11/20/

22 Buffer, General Acid Base, and Nucleophilic Electrophilic hl l hl Catalysis The catalysis of chloramphenicol hydrolysis y by phosphate and acetate buffer was reported in the 1950s (Fig. 79).These buffer species, like hydronium ion and hydroxide ion, participate in formation or breakdown of activated complexes of various reactions and determine their reaction rate. Equation (2.105) describes the degradation rate constant, assuming that the monoanion or the dianion of phosphoric acid, or both, participates in degradation of the drug. 11/20/

23 Effect of phosphate concentration on hydrolysis rate (reciprocal of the half life, t50) of chloramphenicol (ph 7.00, 97.3 C) (Reproduced with permission of the American Pharmaceutical Association.) 11/20/

24 Buffer, General Acid Base, and Nucleophilic Electrophilic hl l hl Catalysis Many studies on general acid base catalysis have been conducted with phosphate as the buffer species. It has been reported that various phosphate species (there are four possible phosphate species) enhance degradation of various drug substances such as benzylpenicillin, illi cefadroxil, fd and carbenicillin illi (Fig. 80). Degradation enhanced by phosphate has also been reported for codeine, spironolactone, and heroin as well as many other drug substances. 11/20/

25 Effect of phosphate p concentration on hydrolysis rate of representative drug substances for which phosphate buffer catalysis is observed: O Benzylpenicillin, 60 C, ph 7.05; Δ cefadroxil, 35 C C, ph 7.20; carbenicillin, 35 C, ph (with permission.) 11/20/

26 Buffer, General Acid Base, and Nucleophilic Electrophilic hl l hl Catalysis In addition to possible general acid base catalysis where a buffer can act as either a proton donor or acceptor (Bronsted acid or base), buffer species can also act as a Lewis acid or base through nucleophilic or electrophilic mechanisms. As shown in Scheme 73 and discussed earlier, aspirin anion undergoesintramolecular general base catalysis in the neutral ph region. In contrast, intramolecular nucleophilic catalysis to form a tetrahedral intermediate that goes on to form the mixed anhydride has been demonstrated for the hydrolysis of 3,5 dinitroaspirin. 11/20/

27 Buffer, General Acid Base, and Nucleophilic Electrophilic hl l hl Catalysis In the hydrolysis of pnitrophenyl esters, polyalcohol anions such as the glucose anion act by a nucleophilic mechanism. A plot of the log of the rate constant against the p Ka of the anion (Fig. 81) exhibits a deviation from the linear Brønsted relationship observed for catalysis by various phenoxide anions when the carbohydrate species are included on the plot. These deviations may be due to the very high basicity of the polyalcohol anions, which leads to very large solvation energy requirements. 11/20/

28 Figure 81. Brønsted plots of hydrolysis rate of p nitrophenyl esters susceptible to nucleophilic catalysis at 25 C. (Reproduced from Ref. 387 with permission.) 11/20/

29 Buffer, General Acid Base, and Nucleophilic Electrophilic hl l hl Catalysis Other examples of general base catalysis and nucleophilic catalysis that have been reported include the hydrolysis of cefotiam and cefsulodin catalyzed by amikacin and kanamycin and the hydrolysis of moxalactam catalyzed by various amines. 11/20/