Alkana, hidrokarbon jenuh yang hanya terdiri dari ikatan tunggal karbon-karbon dan karbon-hidrogen, merupakan fondasi penting dalam kimia organik. Mereka berfungsi sebagai bahan bakar utama, pelarut, dan bahan baku untuk sintesis senyawa organik yang lebih kompleks. Memahami metode pembuatan alkana menjadi krusial, baik dalam skala laboratorium maupun industri.
Secara teoritis, alkana dapat dianggap sebagai produk reduksi dari senyawa organik yang memiliki gugus fungsi lain, seperti alkena, alkuna, atau senyawa terhalogenasi. Tantangan utama dalam sintesisnya adalah mencapai selektivitas dan efisiensi hasil yang tinggi, terutama ketika diinginkan alkana rantai panjang atau bercabang spesifik.
Salah satu pendekatan klasik dalam sintesis alkana adalah melalui reduksi total gugus fungsi yang mengandung oksigen, seperti aldehida atau keton, menjadi gugus metil atau metilena. Dua reaksi yang paling sering digunakan untuk tujuan ini adalah:
Metode ini melibatkan reaksi hidrazon (intermediet yang dibentuk dari keton/aldehida dan hidrazin) dengan basa kuat (seperti KOH atau natrium etoksida) pada suhu tinggi, seringkali menggunakan pelarut titik didih tinggi seperti dietilen glikol. Keuntungan utama dari Wolff-Kishner adalah kemampuannya untuk mereduksi gugus karbonil tanpa mempengaruhi ikatan rangkap karbon-karbon (jika ada), menjadikannya berguna untuk sintesis alkana dari alkena yang terfungsionalisasi.
Reduksi Clemmensen menggunakan amalgam seng (Zn(Hg)) dalam medium asam kuat (HCl pekat). Reaksi ini sangat efektif untuk mereduksi aldehida dan keton menjadi alkana yang sesuai. Namun, kelemahannya adalah kondisi asam yang keras, yang membuatnya tidak cocok jika substrat mengandung gugus fungsi lain yang sensitif terhadap asam, seperti ester atau gugus pelindung tertentu.
Halida alkil (senyawa yang mengandung atom halogen terikat pada karbon jenuh) dapat diubah menjadi alkana melalui reaksi substitusi nukleofilik yang diikuti reduksi, atau seringkali langsung melalui hidrogenolisis katalitik. Hidrogenolisis adalah proses pemutusan ikatan karbon-halogen menggunakan gas hidrogen di bawah tekanan dengan adanya katalis logam transisi seperti Paladium pada Karbon (Pd/C) atau Platina (PtO₂).
Reaksi ini sangat serbaguna karena halida alkil mudah disiapkan. Sebagai contoh, sebuah bromoalkana dapat direduksi menjadi alkana yang sesuai dengan menambahkan gas H₂ pada katalis Pd/C. Reaksi ini berjalan efisien dan umumnya memberikan hasil yang tinggi untuk alkana rantai lurus.
Ini adalah metode paling langsung dan sering digunakan di industri untuk memproduksi alkana dari prekursor tak jenuhnya. Alkena (memiliki ikatan rangkap C=C) dan alkuna (memiliki ikatan rangkap tiga C≡C) dapat dihidrogenasi sepenuhnya untuk menghasilkan alkana jenuh yang sesuai. Proses ini memerlukan katalis heterogen, seperti Nikel Raney, Platina, atau Paladium.
Proses ini sangat eksotermik dan efisien. Dalam skala industri, hidrogenasi adalah rute utama untuk memproduksi alkana dari fraksi minyak bumi yang mengandung alkena (misalnya, produk perengkahan katalitik). Kontrol suhu dan tekanan sangat penting untuk memastikan hidrogenasi total dan menghindari reaksi samping.
Jika diperlukan alkana yang jumlah atom karbonnya lebih sedikit daripada asam karboksilat yang tersedia, dekarboksilasi dapat digunakan. Proses ini melibatkan penghilangan gugus karboksil ($\text{-COOH}$) sebagai gas karbon dioksida ($\text{CO}_2$).
Metode yang paling umum adalah dekarboksilasi Koelsch-Fittig atau penggunaan garam perak asam karboksilat yang direaksikan dengan gas halogen (reaksi Hunsdiecker). Namun, dekarboksilasi termal dalam medium basa kuat (seperti pemanasan garam natrium asam karboksilat dengan soda kapur, $\text{NaOH}/\text{CaO}$) juga sering dilakukan untuk menghasilkan alkana rantai lurus. Reaksi ini efektif menghilangkan gugus fungsi tanpa mempengaruhi rantai utama karbon.
Pembuatan alkana dapat dicapai melalui berbagai jalur sintesis, tergantung pada ketersediaan bahan awal dan struktur alkana target. Dari reduksi karbonil menggunakan metode Clemmensen atau Wolff-Kishner, hidrogenolisis halida organik, hingga hidrogenasi katalitik pada alkena, setiap metode menawarkan keunggulan spesifik dalam hal kondisi reaksi dan selektivitas. Dalam konteks industri, hidrogenasi merupakan tulang punggung produksi alkana dalam jumlah besar, sementara metode laboratorium memungkinkan sintesis molekul yang lebih spesifik dan kompleks.