Sebelum kita membahas mekanisme rekasi subtitusi
nukleofilik pada alkil halida, disini saya akan menjelaskan sedikit pengertian
dari alkil halida itu sendiri:
Senyawa organik
terlibat dalam tiap segi kehidupan, dan banyak manfaatnya dalam kehidupan
manusia sehari-hari. Ada diantaranya yang berwujud bahan makanan, bahan
sandang, obat-obatan, kosmetik, dan berbagai jenis plastik. Bahkan dalam tubuh
pun banyak terdapat sejumlah senyawa organik dengan fungsi yang beragam pula. Alkil Halida adalah
senyawa-senyawa yang mengandung halogen yang terikat pada atom karbon
jenuh (atom karbon yang terhibridisasi sp3).
Reaksi Subtitusi
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. Secara umum mekanismenya:
Lawan nukleofil ialah elektrofil (“pecinta elektron”) sering dilambangkan dengan E+. Suatu elektrofil ialah spesi apa saja yang tertarik ke suatu pusat negatif, jadi suatu elektrofil ialah suatu asam Lewis seperti H+ atau ZnCl2.
Reaksi
Substitusi Nukleofilik (SN)
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
Pada mekanisme SN1, substitusi terjadi dalam dua tahap. Notasi 1
digunakan sebab pada tahap lambat hanya satu dari dua pereaksi yang terlibat,
yaitu substrat. Tahap ini sama sekali tidak melibatkan nukleofil.
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 X yang melalui mekanisme SN1-adalah campuran rasemik Reaksi
substrat R akan berlangsung cepat jika R merupakan struktur tersier, dan lambat
jika R adalah struktur primer. Hal ini sesuai dengan urutan kestabilan ion karbonium
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. Pada table
perbandingan table SN2 dengan SN1, bisakah anda jelaskan mengapa pada SN1
kecepatan sangat dpengaruhi oleh kepolaran pelarut?
2. Bagaimana reaksi
substitusi nukleofilik senyawa Aromatik dan senyawa Alifatik, jabarkan
reaksinya saja.
3. Pada kimia organik , substitusi nukleofilik adalah
suatu kelompok dasar reaksi substitusi, di mana
sebuah nukleofil yang "kaya" elektron, secara selektif
berikatan dengan atau menyerang muatan positif dari sebuah gugus
kimia atau atom yang disebut gugus pergi (leaving group).Dalam
suatu reaksi substitusi alkil halida, halida itu disebut gugus pergi (leaving
group). Ion Halida merupakan gugus pergi yang baik. Sedangkan OH-, bukan gugus
pergi yang baik. Tolong jelaskan Mengapa ion
Halida merupakan gugus pergi yang baik. Sedangkan OH-, bukan gugus pergi yang
baik?
