MEKANISME REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK PADA ALKIL HALIDA
Alkil
halida
Alkil halida adalah turunan
hidrokarbon di mana satu atau lebih hidrogennya
diganti dengan halogen. Tiap-tiap
hidrogen dalam hidrokarbon potensil digantikan
dengan halogen, bahkan ada senyawa
hidrokarbon yang semua hidrogennya dapat
diganti. Senyawa terfluorinasi
sempurna yang dikenal sebagai fluorokarbon, cukup menarik karena kestabilannya
pada suhu tinggi.
Reaksi
susbstitusi
Reaksi
substitusi adalah reaksi penggantian atom senyawa hidrokarbon oleh atom senyawa
lain. Reaksi substitusi pada umumnya terjadi pada senyawa jenuh (alkana).
Alkana dapat mengalami reaksi substitusi dengan halogen. Reaksi substitusi juga
dapat diartikan sebagai reaksi dimana berlangsung penggantian ikatan
kovalen pada suatu atom karbon. Reagensia pengganti dan gugus lepas yang
meninggalkan substrat dapat berupa nukleofil atau elektrofil (atau radikal bebas).
Substitusi Nukleofilik
Suatu nukleofil (Z:) menyerang alkil
halida pada atom karbon
hibrida-sp3yang mengikat
halogen (X), menyebabkan terusirnya halogen olehnukleofil. 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 denganmembawa pasangan elektron yang tadinya sebagai elektron
ikatan.
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.
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.
X yang melalui mekanisme SN1 akan berlangsung cepat
jika R merupakan struktur tersier, dan lambat jika R adalah struktur primer.
Hal ini sesuai dengan urutan kestabilan ion karbonium, 3o-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 Reaksi substrat R > 2o >> 1o.
PERMASALAHAN
:
1.
Bagaimana perbandingan mekanisme
reaksi SN2 dan SN1 ?
2.
Apa perbedaan antara reaksi SN2 dan
SN1?
3.
Apa yang menyebabkan suatu reaksi biasa
dikatakan mengalami reaksi nukleofilik SN2 atau SN1?
