Pertemuan II : Reaksi Substitusi Nukleofilik Pada Alkil Halida

Kimia Organik II

Pertemuan II : Reaksi Substitusi Nukleofilik Pada Alkil Halida

      Reaksi Subtitusi

 adalah reaksi atom atau gugus atom oleh atom atau gugus atom lain. Jadi dalam reaksi substutisi suatu atom atau gugus atom yang ada dalam rantai utama yang akan tertahan oleh atom atau gugus atom yang lain.

     Berdasarkan pereaksi yang yang digunakan, reaksi substitusi dapat dibedakan menjadi:

a. reaksi substitusi radikal bebas

b. reaksi substitusi nukleofilik

c. reaksi substitusi elektrofilik

     Reaksi Subtitusi Nukleofilik Terjadi gugus yang merupakan pereaksi nukleofil. Contoh reaksi substitusi nukleofilik adalah reaksi antara etanol dengan asam bromida hasil etil-bromida. 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.

Reaksi subtitusi Nukleofilik pada alkil halida

   Alkil halida paling banyak ditemui sebagai zat antara dalam sintesis. Mereka dengan mudah diubah ke dalam berbagai jenis hal lain, dan dapat diperoleh melalui banyak cara. Tiap-tiap hidrogen dalam hidrokarbon potensil digantikan dengan halogen, bahkan ada senyawa hidrokarbon yang semua hidrogennya bisa diganti. Perlu halal halogen ini lebih elektronegatif karbon, jadi ikatan C-X polar di mana karbon mengemban muatan posisif parsial (δ +) dan halogen muatan negatif parsial (δ-). Suatu nukleofil (Z) menyerang alkil halida pada atom karbon hibrida-sp3 yang mengikat halogen (X), menyebabkan terusirnya halogen oleh nukleofil.

Mekanisme Reaksi

1.      Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik Pada perintah tambahan dua mekanisme reaksi substitusi nukleofilik.

·         Reaksi SN2 Mekanisme SN2 adalah proses satu tahap yang dapat hadir 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 terpisah dengan membawa pasangan elektron, nukleofil memberikan pasangan elektronnya untuk dijadikan pasangan elektron dengan karbon.

·         Mekanisme reaksi substitusi nukleofilik biomolekul SN2

    Mekanisme reaksi SN2 hanya terjadi pada alkil halida primer dan sekunder. Nukleofil yang menyerang adalah jenis nukleofil kuat seperti -OH, -CN, CH3O.Serangan dilakukan dari belakang.

·         Mekanisme reaksi substitusi nukleofilik unimolekuler, SN1

    Mekanisme reaksi SN1 hanya terjadi pada alkil halida tersier. Nukleofil yang bisa menyerang adalah nukleofil basa sangat lemah seperti H2O, CH3CH2OH. Pada reaksi SN1 terdiri dari 3 tahap reaksi. Contohnya adalah reaksi antara t-butil bromida dengan udara

    Kecepatan reaksi akan ditentukan oleh seketika halogenalkana terionisasi. Karena tahap awal yang lambat ini hanya melibatkan satu spesies, maka ini disebut sebagai SN1 - substitusi, nukleofilik, satu spesies yang terlibat dalam tahap awal yang lambat.

 

Tahap 1

Tahap 2

Tahap 3

2.      Ciri-ciri reaksi SN2

·     Karena nukleofil dan substrat terlibat dalam langkah penentu kecepatan reaksi, maka kecepatan reaksi tergantung pada konsentrasi kedua spesies tersebut.

·      Pembaharuan 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-olah terdorong oleh suatu bidang datar sehingga membalik. Karena dalam molekul ini OH memiliki perioritas yang sama dengan Br, tentu hasilnya adalah (S) -2-butanol. Jadi reaksi SN2 memberikan hasil inversi.

·      Jika substrat R-L bertahan melalui mekanisme SN2, timbullah lebih cepat. R adalah gugus metil atau primer, dan lambat jika R adalah gugus tersier. Gugus R sekunder memiliki 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.

3.      Ciri-ciri reaksi SN1

·    Kecapatan reaksinya tidak tergantung pada konsentrasi nukleofil. Tahap penentu kecepatan reaksi adalah tahap pertama di mana nukleofil tidak terlibat

·         Jika karbon bergabung gugus pergi adalah kiral, reaksi penyebab gangguan aktivitas optik karena terjadi rasemik. Pada ion karbonium, hanya ada gugus yang terikat pada karbon positif. Karena itu, karbon positif memiliki hibridisasi sp2 dan bentuk planar. Jadi nukleofil memiliki dua arah penyerangan, yaitu dari depan dan dari belakang. Dan kesempatan ini masing-masing memiliki peluang 50%. Jadi hasilnya adalah rasemit. Misalnya, reaksi (S) -3-bromo-3-metilheksana dengan air menghasilkan alkohol rasemik.

4.      Perbedaan nukleofil kuat atau lemah.

·         Ion nukleofil nukleofil. Anion adalah kandungan elektron yang lebih baik. 

·     Unsur yang berada pada periode bawah dalam tabel periodik adalah nukleofil yang lebih kuat dari unsur yang berada dalam periode diatas yang segolongan. Jadi

·         Pada periode yang sama, unsur yang lebih elektronegatif adalah nukleofil lebih lemah (karena ia lebih kuat enasnya).

Permasalahan :

1.      Bagaimana  gugus tetangga mempengaruhi  reaksi nukleofilik ?

2.      Apa saja yang berperan penting dalam mekanisme reaksi SN2 ?

3.      Jelaskan bagaimana pengaruh efek sterik terhadap reaksi SN1 ?