Mekanisme
Reaksi Substitusi Nukleofilik Pada Alkil Halida
Alkil Halida: adalah
senyawa-senyawa yang mengandung halogen yang terikat pada atom karbon jenuh (atom
karbon yang terhibridisasi sp3).
Reaksi substitusi atau disebut
reaksi pertukaran gugus fungsi terjadi saat atom atau gugus atom dari suatu
senyawa karbon digantikan oleh atom atau gugus atom lain dari senyawa yang
lain.
Reaksi Substitusi
Nukleofilik
Reaksi Substitusi Nukleofilik Suatu
nukleofil (Z:) menyerang alkil halida pada atom karbon hibrida-sp3 yang
mengikat halogen (X), menyebabkan terusirnya halogen oleh nukleofil. Halogen
yang terusir disebut gugus pergi. Nukleofil harus mengandung pasangan elektron
bebas yang digunakan untuk membentuk ikatan baru dengan karbon. Hal ini
memungkinkan gugus pergi terlepas dengan membawa pasangan elektron yang tadinya
sebagai elektron ikatan. Ada dua persamaan umum yang dapat dituliskan:
Contoh masing-masing reaksi adalah:
. Mekanisme Reaksi Substitusi
Nukleofilik Pada dasarnya terdapat dua mekanisme reaksi substitusi nukleofilik.
Mereka dilambangkan dengan SN2 adan SN1. Bagian SN menunjukkan substitusi
nukleofilik, sedangkan arti 1 dan 2 akan dijelaskan kemudian.
a. Reaksi SN2 Mekanisme SN2 adalah
proses satu tahap yang dapat digambarkan sebagai berikut:
Nukleofil
menyerang dari belakang ikatan C-X. Pada keadaan transisi, nukleofil dan gugus
pergi berasosiasi dengan karbon di mana substitusi akan terjadi. Pada saat
gugus pergi terlepas dengan membawa pasangan elektron, nukleofil memberikan
pasangan elektronnya untuk dijadikan pasangan elektron dengan karbon. Notasi 2
menyatakan bahwa reaksi adalah bimolekuler, yaitu nukleofil dan substrat
terlibat dalam langkah penentu kecepatan reaksi dalam mekanisme reaksi.
Adapun ciri reaksi SN2 adalah:
1. Karena nukleofil dan substrat
terlibat dalam langkah penentu kecepatan reaksi, maka kecepatan reaksi
tergantung pada konsentrasi kedua spesies tersebut.
2. Reaksi terjadi dengan pembalikan
(inversi) konfigurasi. Misalnya jika kita mereaksikan (R)-2-bromobutana dengan
natrium hidroksida, akan diperoleh (S)-2-butanol.Ion hidroksida menyerang dari
belakang ikatan C-Br. Pada saat substitusi terjadi, ketiga gugus yang terikat
pada karbon sp3 kiral itu seolah-olah terdorong oleh suatu bidang datar
sehingga membalik. Karena dalam molekul ini OH mempunyai perioritas yang sama
dengan Br, tentu hasilnya adalah (S)-2-butanol. Jadi reaksi SN2 memberikan
hasil inversi.
3. Jika substrat R-L bereaksi melalui
mekanisme SN2, reaksi terjadi lebih cepat apabila R merupakan gugus metil atau
primer, dan lambat jika R adalah gugus tersier. Gugus R sekunder mempunyai
kecepatan pertengahan. Alasan untuk urutan ini adalah adanya efek rintangan
sterik. Rintangan sterik gugus R meningkat dari metil < primer < sekunder
< tersier. Jadi kecenderungan reaksi SN2 terjadi pada alkil halida adalah:
metil > primer > sekunder >> tersier.
b. Reaksi SN1 Mekanisme SN1 dalah
proses dua tahap. Pada tahap pertama, ikatan antarakarbon dengan gugus pergi
putus.
Gugus pergi terlepas dengan membawa
pasangan elektron, dan terbentuklah ion karbonium. Pada tahap kedua (tahap
cepat), ion karbonium bergabung dengan nukleofil membentuk produk
Reaksi
substitusi nukleofilik unimolekuler (SN1) terjadi melalui dua tahapan. Pada
tahap pertama, ikatan antara karbon dan gugus bebas putus, atau substrat
terurai. elektron – elektron ikatan terlepas bersama dengan gugus bebas,
dan terbentuklah ion karbonium. Pada tahap kedua, yaitu tahap cepat, ion
karbonium bergabung dengan nukleofil akan membentuk hasil.
Mekanisme
reaksi SN1 hanya terjadi pada alkil halida tersier. Nukleofil yang dapat
menyerang adalah nukleofil basa sangat lemah seperti H2O, CH3CH2OH. Pada reaksi
SN1 terdiri dari 3 tahap reaksi. Sebagai contoh adalah reaksi antara
t -butil bromida dengan air.
Tahap 1
Tahap
2
Tahap
3
Kecepatan
reaksi akan ditentukan oleh seberapa cepat halogenalkana terionisasi. Karena
tahapan awal yang lambat ini hanya melibatkan satu spesies, maka mekanisme ini
disebut sebagai SN1 – substitusi, nukleofilik, satu spesies yang
terlibat dalam tahap awal yang lambat.
Berikut ini adalah ciri-ciri suatu
reaksi yang berjalan melalui mekanisme SN1:
1. Kecapatan reaksinya tidak tergantung
pada konsentrasi nukleofil. Tahap penentu kecepatan reaksi adalah tahap pertama
di mana nukleofil tidak terlibat
2. Jika karbon pembawa gugus pergi
adalah bersifat kiral, reaksi menyebabkan hilangnya aktivitas optik karena
terjadi rasemik. Pada ion karbonium, hanya ada a gugus yang terikat pada karbon
positif. Karena itu, karbon positif mempunyai hibridisasi sp2 dan berbentuk
planar. Jadi nukleofil mempunyai dua arah penyerangan, yaitu dari depan dan
dari belakang. Dan kesempatan ini masing-masing mempunyai peluang 50 %. Jadi
hasilnya adalah rasemit. Misalnya, reaksi (S)-3-bromo-3-metilheksana dengan air
menghasilkan alkohol rasemik.
Spesies antaranya (intermediate
species) adalah ion karbonium dengan geometrik planar sehingga air mempunyai
peluang menyerang dari dua sisi (depan dan belakang) dengan peluang yang sama
menghasilkan adalah campuran rasemik X yang melalui mekanisme SN1 akan
berlangsung cepatReaksi substrat R jika R merupakan struktur tersier, dan
lambat jika R adalah struktur primer. Hal ini sesuai dengan urutan kestabilan
ion karbonium, 3o > 2o >> 1o.
c. Perbandingan Mekanisme SN1 dan SN2
Tabel
berikut memuat ringkasan mengenai mekanisme substitusi dan mebandingkannya
dengan keadaan-keadaan lain, seperti keadan pelarut dan struktur
nukleofil.
Tabel1:
Perbandingan reaksi SN2 dengan SN1
Pada
tahap pertama dalam mekanisme SN1 adalah tahap pembentukan ion, sehingga
mekanisme ini dapat berlangsung lebih baik dalam pelarut polar. Jadi halida
sekunder yang dapat bereaksi melalui kedua mekanisme tersebut, kita dapat
mengubah mekanismenya dengan menyesuaikan kepolaran pelarutnya. Misalnya, mekanisme
reaksi halida sekunder dengan air (membentuk alkohol) dapat diubah dari SN2
menjadi SN1 dengan mengubah pelarutnya dari 95% aseton-5% air (relatif
tidak-polar) menjadi 50% aseton-50% air (lebih polar, dan pelarut peng-ion
yanglebih baik). Kekuatan nukleofil juga dapat mengubah mekanisme reaksi yang
dilalui oleh reaksi oleh reaksi SN. Jika nukleofilnya kuat maka mekanisme SN2
yang terjadi.
Permasalahan
:
1.
Bagaimana
perbandingan mekanisme substitusi SN1 dan SN2 dengan keadaan-keadaan lain,
seperti keadan pelarut, struktur, dan nukleofil secara spesifik ?
2.
Dari
uraian diatas jika kekuatan nukleofil juga dapat mengubah
mekanisme reaksi yang dilalui oleh reaksi SN. Jika nukleofilnya kuat maka
mekanisme SN2 yang terjadi. Bagaimana mengetahui apakah suatu nukleofil adalah
kuat atau lemah?
3.
Berdasarkan uraian artikel saya
diatas Pada mekanisme SN1 hanya satu dari dua pereaksi yang
terlibat, yaitu substrat Sedangkan pada SN2 menyatakan bahwa reaksi
adalah bimolekuler, yaitu nukleofil dan substrat, Nah bagaimanakah hal ini bisa
terjadi,?
Mohon
bantuannya ya teman-teman :)
