i

ABSTRAK

REGIOSELEKTIVITAS REAKSI ALILASI FENOL DENGAN

ALIL ALKOHOL ATAU ALIL ASETAT

Oleh

RIAN PEBRIANA

NIM: 30512002

(Program Studi Doktor Kimia)

Senyawa-senyawa turunan fenilpropen merupakan komponen minyak atsiri

tumbuh-tumbuhan yang memiliki berbagai kegunaan biologis yang bernilai

ekonomi. Sebagai contoh, estragol merupakan komponen utama minyak atsiri

bunga kelapa sawit yang bersifat atraktan bagi kumbang Elaeidobius kamerunicus

Faust. Kumbang-kumbang tersebut telah diidentifikasi sebagai penyerbuk kelapa

sawit yang efisien. Dalam industri kimia, estragol adalah bahan baku untuk

memproduksi anetol. Anetol adalah senyawa tambahan yang digunakan dalam

produk makanan, minuman beralkohol, dalam formulasi produk kebersihan mulut,

dan sebagai senyawa antara penting untuk mensintesis senyawa-senyawa farmasi

dan bahan kimia parfum. Contoh lain, eugenol yang merupakan komponen utama

minyak cengkeh, bermanfaat sebagai perisa, aromaterapi, penangkal herbivora,

nematosida, fungisida, dan bakteriosida.

Fenilpropanoid sederhana, yaitu 4-alilfenol (kavikol), merupakan turunan demetil

dari estragol dan merupakan komponen dalam minyak sirih (Piper betle).

Senyawa ini kurang mudah menguap dibandingkan dengan turunan O-metilnya,

estragol, namun karena posisinya sebagai senyawa antara untuk berbagai turunan

fenilpronoid, 4-alilfenol menjadi target yang menarik dalam sintesis senyawa

turunan fenipropanoid. Berbagai metode telah dikembangkan dalam mensintesis

4-alilfenol, yang meliputi reaksi stoikiometrik, reaksi terkatalisis homogen, dan

reaksi terkatalisis heterogen. Metode reaksi secara stoikiometrik diantaranya

reaksi Friedel-Craft, reaksi dealkilasi 1-alil-4-alkiloksibenzen, dan reaksi

organologam dengan organoseng. Contoh reaksi terkatalisis homogen diantaranya

adalah reaksi alilasi ester pinakol asam aliloksifenilboronat dengan katalis

hidrazon-paladium, reaksi alilasi fenol dengan alil tosilat menggunakan katalis

rhodium, dan reaksi alilasi fenol dengan alil bromida dengan menggunakan katalis

α-siklodekstrin. Contoh lainnya adalah reaksi alilasi fenol dengan alil alkohol

menggunakan katalis paladium larut air. Selanjutnya, contoh reaksi terkatalisis

heterogen diantaranya reaksi alilasi fenol menggunakan katalis zeolit mordenit

dengan substrat alil alkohol dan reaksi alilasi fenol menggunakan katalis zeolit H-

β dengan substrat alil asetat. Metode lainnya yang dapat digunakan pada sintesis

senyawa 4-alilfenol adalah penataan ulang Claisen dan Cope terhadap substrat alil

fenil eter. Namun demikian, metode-metode tersebut belum memuaskan, baik dari

sisi rendemen ataupun aspek regioselektivitasnya, sehingga diperlukan metode

alternatif dalam mensintesis senyawa ini.

ii

Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji regioselektivitas reaksi alilasi fenol

dengan alil alkohol atau alil asetat untuk mensintesis 4-alilfenol dengan berbagai

metode, yang meliputi: 1) sintesis satu-wadah (one pot) 4-alilfenol melalui reaksi

stokiometrik dengan mediasi pereaksi tionil klorida, 2) sintesis 4-alilfenol melalui

reaksi terkatalisis paladium larut air, 3) sintesis 4-alilfenol melalui penataan ulang

alil fenil eter menggunakan katalis zeolit, dan 4) sintesis 4-alilfenol melalui

penataan ulang alil fenil eter menggunakan katalis paladium larut air. Produk

reaksi dari percobaan-percobaan tersebut dianalisis dengan metode GCMS-EI,

GCMS-CI, dan GC-FID untuk ditentukan kondisi optimum yang dikaitkan dengan

rendemen dan regioselektivitas reaksi.

Sintesis satu wadah 4-alilfenol melalui reaksi alilasi fenol dengan alil alkohol

menggunakan reagen tionil klorida dipengaruhi secara signifikan oleh jumlah

tionil klorida, suhu reaksi, waktu reaksi, dan kecepatan pengadukan. Kondisi

optimum reaksi menghasilkan konversi sebanyak 62% dan regioselektivitas

terhadap 4-alilfenol sebesar 75%. Mekanisme regioselektivitas ditentukan oleh

adanya senyawa intermediet alil fenil sulfit yang dapat menjalani penataan ulang

lebih lanjut pada posisi para senyawa fenol.

Sintesis 4-alilfenol melalui reaksi alilasi fenol dengan alil alkohol menggunakan

katalis paladium larut air dipengaruhi secara signifikan oleh ko-katalis serbuk Zn,

jumlah sodium hidroksida, volume air, waktu dan suhu reaksi. Kondisi optimum

reaksi menghasilkan konversi sebanyak 47% dan regioselektivitas terhadap 4-

alilfenol sebesar 60%, yang lebih baik daripada penelitian sebelumnya, yaitu

berturut-turut 8% dan 45%. Mekanisme regioselektivitas disarankan karena

adanya solvasi oleh air dan partisipasi logam seng pada keadaan transisi sistem

katalitik paladium.

Sintesis alil fenil eter melalui reaksi O-alilasi fenol dengan alil asetat

menggunakan katalis paladium larut air dipengaruhi secara signifikan oleh waktu

dan suhu reaksi, jumlah katalis, basa, dan atmosfer udara. Pada kondisi optimum,

reaksi dapat menghasilkan alil fenil eter dengan konversi 100%. Penataan ulang

alil fenil eter dengan katalis zeolit dipengaruhi secara signifikan oleh waktu dan

suhu reaksi, jenis zeolit Na-ZSM-5, serta jumlah katalis Na-ZSM-5. Kondisi

optimum menghasilkan senyawa 2-alilfenol dengan konversi 52%. Sedangkan

reaksi isomerisasi alil fenil eter dengan katalis paladium larut air secara langsung

dipengaruhi secara signifikan oleh jumlah fenol dan zeolit Na-ZSM-5. Kondisi

optimum menghasilkan konversi 92% dan tanpa pembentukan produk lain. Tetapi

regioselektivitas terhadap 4-alilfenol masih sekitar 48%.

Reaksi isomerisasi alil fenil eter dengan katalis paladium larut air dengan

mensintesis alil fenil eter secara in situ berlangsung melalui 2 tahap, yaitu: tahap

pertama sintesis alil fenil eter dari fenol dengan alil asetat dan tahap kedua

isomerisasi alil fenil eter. Reaksi ini dipengaruhi secara signifikan oleh jumlah

fenol, waktu reaksi, jumlah katalis, jumlah sodium hidroksida, dan volume air.

Kondisi optimum menghasilkan konversi 99,8% dengan regioselektivitas terhadap

4-alilfenol sebesar 53%. Adanya solvasi berperan dalam regioselektivitas, tetapi

iii

mekanisme solvasi ini tidak memiliki kontrol yang signifikan untuk meningkatkan

regioselektivitas lebih lanjut.

Berdasarkan hasil-hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa selektivitas terhadap

C-alilasi dipengaruhi secara signifikan oleh adanya mediasi reagen tionil klorida,

penggunaan reagen alilasi alil alkohol, dan solvasi air. Sedangkan, selektivitas

terhadap O-alilasi dipengaruhi secara signifikan oleh reaktivitas reagen alil asetat.

Regioselektivitas reaksi terhadap 4-alilfenol dipengaruhi secara signifikan oleh

mediasi pereaksi tionil klorida, partisipasi ko-katalis seng, jumlah fenol dan

solvasi air. Sedangkan penggunaan zeolit Na-ZSM-5 menekan pembentukan

produk samping pada reaksi isomerisasi alil fenil eter. Faktor-faktor yang

menentukan baik selektivitas C-alilasi maupun regioselektivitas reaksi terhadap 4-

alilfenol seperti solvasi air dan jumlah fenol selaras dengan penelitian

sebelumnya, sedangkan faktor lainnya merupakan kontribusi baru dari penelitian

ini.

Kata kunci: fenilpropen, 4-alilfenol, regioselektivitas, tionil klorida, paladium, alil

alkohol, alil asetat, zeolit Na-ZSM-5

v

ABSTRACT

REGIOSELECTIVITY OF PHENOL ALLYLATION REACTION

WITH ALLYL ALCOHOL OR ALLYL ACETATE

By

RIAN PEBRIANA

NIM: 30512002

(Doctoral Program in Chemistry)

Phenylpropene derivatives are the essential oil component of plants that have

various biological uses of economic value. For example, estragole is a major

component of palm oil flower essential oil that is attractant to the Elaeidobius

kamerunicus Faust beetle. The beetle has been identified as an efficient pollinator

of palm oil. In the chemical industry, estragole is the raw material for producing

anethole. Anethole is an additive compound used in food products, alcoholic

beverages, in oral hygiene product formulations, and as an intermediate

compound essential for synthesizing pharmaceutical compounds and perfume

chemicals. Another example, eugenol which is a major component of clove oil, is

useful as a flavour, aromatherapy, herbivorous antifeedant, nematocide,

fungicide, and bacteriocide.

A simple phenylpropanoid, 4-allylphenol (chavicol), is a demethyl derivative of

estragole and is a component in betle oil (Piper betle). This compound is less

volatile than its O-methyl derivative, estragole, but due to its position as an

intermediate for various phenylpronoid derivatives, 4-allylphenol becomes an

attractive target in the synthesis of phenipropanoid derivatives. Various methods

have been developed in the synthesis of 4-allylphenol, which included

stoichiometric reactions, homogeneous catalyzed reactions, and heterogeneous

catalyzed reactions. Stoichiometric reaction methods included Friedel-Craft

reactions, dealkylation reaction of 1-allyl-4-alkyloxybenzene, and organometallic

reactions with organozinc. Examples of homogeneous catalyzed reactions

included the allylation reaction of allylphenylboronate pinacole ester with

hydrazone-palladium catalyst, phenol allylation reaction with allyl tosylate using

rhodium catalyst, and phenol allylation reaction with allyl bromide using an α-

cyclodextrin catalyst. Another example was the allylation reaction of phenol with

allyl alcohol using a water-soluble palladium catalyst. Furthermore, examples of

heterogeneous catalyzed reactions were phenol allylation reaction using a

mordenite zeolite catalyst with an allyl alcohol substrate and a phenol allylation

reaction using an H-β zeolite catalyst with an allyl acetate substrate. Another

method that can be used in the synthesis of 4-allylphenol was the Claisen and

Cope rearrangement of the allyl phenyl ether substrate. However, the methods

have not been satisfactory, either from the side of the yield or the regioselectivity

aspect, so an alternative method is needed in synthesizing this compound.

vi

This research aimed to examine the regioselectivity of phenol allylaltion reaction

with allyl alcohol or allyl acetate to synthesize 4-allylphenol by various methods,

which included: 1) 4-allylphenol synthesis by stoichiometric reaction with the

mediation of thionyl chloride reagent, 2) synthesis of 4-allylphenol by the water-

soluble palladium-catalyzed reaction, 3) synthesis of 4-allylphenol by the

rearrangement of allyl phenyl ether using zeolite catalyst, and 4) synthesis of 4-

allylphenol by the rearrangement of allyl phenyl ether using water soluble

palladium catalyst. The reaction product of the experiments were analyzed by

GCMS-EI, GCMS-CI, and GC-FID methods to determine the optimum conditions

associated with the yield and reaction’s regioselectivity.

The one-pot synthesis of 4-allylphenol through the phenol allylation reaction with

allyl alcohol using thionyl chloride reagent was significantly influenced by the

amount of thionyl chloride, reaction temperature, reaction time, and stirring rate.

The optimum condition of the reaction resulted in a conversion of 62% and a

regioselectivity to 4-allylphenol of 75%. The regioselectivity mechanism is

determined by the presence of an allyl phenyl sulphite intermediate compound

which may undergo further rearrangement to the para position of phenol

compound.

The synthesis of 4-allylphenol through the allylation reaction of phenol with allyl

alcohol using a water-soluble palladium catalyst was significantly affected by Zn

powder as co-catalyst, the amount of sodium hydroxide, the volume of water,

reaction time, and temperature. The optimum condition of the reaction resulted in

a conversion of 47% and a regioselectivity to 4-allylphenol of 60%, which were

better than the previous study, i.e. 8% and 45%, respectively. The regioselectivity

mechanism was suggested because of the solvation by the water and the

participation of the zinc metal in the transition state of the palladium catalytic

system.

The synthesis of allyl phenyl ether by the allylation reaction of phenol with allyl

acetate using water soluble palladium catalyst was significantly affected by

reaction time and temperature, the amount of catalyst, base, and air atmosphere.

Under optimum condition, the reaction can produce allyl phenyl ether with 100%

conversion. The rearrangement of allyl phenyl ether with zeolite catalysts was

significantly affected by the reaction time and temperature, the Na-ZSM-5 zeolite,

and the amount of Na-ZSM-5 catalyst. The optimum condition yielded 2-

allylphenol with a 52% conversion. While the isomerization reaction of allyl

phenyl ether with a water soluble palladium catalyst was directly influenced

significantly by the amount of phenol and Na-ZSM-5 zeolite. The optimum

condition resulted in 92% conversion and no other product formation. But the

regioselectivity to 4-allylphenol was still about 48%.

The isomerization reaction of allyl phenyl ether with water soluble palladium

catalyst by synthesizing allyl phenyl ether in situ proceeded in 2 steps, i.e. the first

step was allyl phenyl ether synthesis from phenol and allyl acetate and the second

step was isomerization of allyl phenyl ether. This reaction was significantly

influenced by the amount of phenol, reaction time, the amount of catalyst, sodium

vii

hydroxide, and volume of water. The optimum condition resulted in a 99.8%

conversion with a regioselectivity to 4-allylphenol of 53%. The presence of

solvation played a role in regioselectivity, but this solvation mechanism had no

significant control to enhance further regioselectivity.

Based on the results of the experiments it can be concluded that the selectivity of

C-allylation was significantly influenced by the mediation of thionyl chloride

reagent, the use of allyl alcohol as an allylation reagent, and the water solvation.

Meanwhile, selectivity to O-allylation was significantly influenced by the

reactivity of allyl acetate reagent. The reaction regioselectivity to 4-allylphenol

was significantly affected by the mediation of thionyl chloride reactant, the

participation of the zinc as co-catalyst, the amount of phenol, and the water

solvation. While the use of Na-ZSM-5 zeolite suppressed the formation of

byproducts in isomerization reaction of allyl phenyl ether. Factors determining

both the selectivity of C-allylation and the reaction regioselectivity to 4-

allylphenol such as the water solvation and the amount of phenol are in

agreement with the previous study, while other factors are new contributions from

this study.

Keywords: phenylpropene, 4-allyphenol, regioselectivity, thionyl chloride,

palladium, allyl alcohol, allyl acetate, Na-ZSM-5 zeolite