CONTOH REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK PADA ALKIL HALIDA

CONTOH REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK PADA ALKIL HALIDA

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  yang tadinya sebagai elektron ikatan. Ada dua persamaan umum yang dapat dituliskan:

A.    Reaksi SN1

Reaksi S_N1 adalah sebuah reaksi substitusi dalam kimia organik. S_N1 adalah singkatan dari substitusi nukleofili dan "1" memiliki arti bahwa tahap penetapan lajureaksi ini adalah reaksi molekul tunggal. Reaksi ini melibatkan sebuah zat antarakarbokation dan umumnya terjadi pada reaksi alkil halida sekunder ataupun tersier, atau dalam keadaan asam yang kuat, alkohol sekunder dan tersier. Dengan alkil halida primer, reaksi alternatif S_N2terjadi. Dalam kimia anorganik, S_N1 dirujuk sebagai mekanisme disosiatif. mekanisme reaksi ini pertama kali diajukan olehChristopher Ingold, dkk. pada tahun 1940. Reaksi ini terbagi menjadi dua tahap yaitu : tahap pertama (lambat) dan tahap kedua (cepat) 

Pada tahap pertama (ionisasi),ikatan antara atom C dengan gugus pergi putus. Gugus pergi yang terlepas dengan membawa pasangan elektron akan membentuk karbokation. 

Pada tahap kedua (kombinasi), karbokation bergabung dengan nukleofil membentuk produk.

B.     Reaksi SN2

Reaksi SN2 (bimolekular) adalah reaksi yang  melibatkan dua gugus sekaligus selama proses substitusi berlansung. Artinya reaksi akan sangat dipengaruhi oleh kekuatan masing-masing gugus baik gugus datang maupun gugus pergi. Jika gugus yang datang merupakan pendonor elektron yang lebih baik dari gugus yang akan pergi, maka reaksi substitusi akan berlansung dengan mudah, sebaliknya jika gugus pergi cenderung lebih baik dari gugus datang maka reaksi akan cenderung lambat bahkan tidak berlansung sama sekali

contoh :

Sintesis eter dengan cara Williamson

Reaksi pembuatan eter yang paling umum adalah dengan metode Williamson.

Pada tahap pertama, alkohol direaksikan dengan logam natrium untuk menghasilkan

alkoksida.

Alkil halida R’X kemudian ditambahan pada campuran ini, dan dipanaskan untuk

mengahsilkan eter.

Karena R dan R’ dapat divariasikan secara luas (kecuali R’ tersier), maka sintesis ini

sangat bermanfaat.

Permasalahan :

1.     Kenapa pada SN1 di alkil halida sekunder dan tersier reaksinya melibatkan zat antar karbokation?

2.    Bagaimana cara menentukan tahap 1 (lambat) dan tahap 2 (cepat) pada reaksi SN1?

3.   Mengapa pada reaksi SN2 dipengeruhi oleh kekuatan gugus, baik itu guguas datang maupun gugus pergi?

MEKANISME TERJADINYA ELIMINASI PADA ALKIL HALIDA DAN ALKOHOL

MEKANISME TERJADINYA ELIMINASI PADA ALKIL HALIDA DAN ALKOHOL

A.    MEKANISME TERJADINYA ELIMINASI PADA ALKIL HALIDA

Reaksi E1 (Alkil Halida)

Reaksi E1 adalah reaksi eliminasi dimana suatu karbokation (suatu zat antara yang tak stabil dan berenergi tinggi, yang dengan segera bereaksi lebih lanjut) dapat memberikan sebuah proton kepada suatu basa dan menghasilkan sebuah alkena. Pada reaksi SN1, salah satu cara karbokation mencapai produk yang stabil ialah dengan bereaksi dengan sebuah nukleofil. Karbokation adalah suatu zat antara yang tak stabil dan berenergi tinggi. Karbokation memberikan kepada basa sebuah proton dalam reaksi eliminasi, dalam hal ini reaksi E1 menjadi sebuah alkena.

Tahap 1 (lambat)

TahapPertama dalam reaksi eliminasi adalah tahap lambat dan merupakan tahap penentu laju dari reaksi keseluruhan. Suatu reaksi E1 yang khas menunjukkan kinetika order-pertama, dengan laju reaksi hanya bergantung pada konsentrasi alkil halide saja. 

Tahap 2 (cepat)

Dalam tahap dua reaksi eliminasi, basa itu merebut sebuah proton dari sebuah atom karbon yang terletak berdampingan dengan karbon positif. Elektron ikatan sigma karbon hidrogen bergeser ke arah muatan positif, karbon itu mengalami Rehibridisasi dari keadaan sp3 ke keadaan sp2, dan terbentuklah alkena. Karena suatu reaksi E1 berlangsung lewat zat antara karbokation, maka tidak mengherankan bahwa alkil halida tersier lebih cepat daripada alkil halida lain.

Reaksi E2 (Alkil Halida)

Reaksi E2 (eliminasi bimolekular) ialah reaksi eliminasi alkil halida yang paling berguna. Reaksi E2 alkil halida cenderung dominan bila digunakan basa kuat, seperti –OH dan –OR, dan temperatur tinggi. Secara khas reaksi E2 dilaksanakan dengan memanaskan alkil halida dengan K+ -OH / Na+ -OCH2CH3 dalam etanol.

Reaksi E2 berjalan tidak lewat suatu karbokation sebagai zat-antara, melainkan berupa reaksi serempak (concerted reaction) yakni terjadi pada satu tahap, sama seperti reaksi SN2.Basa membentuk ikatan dengan hidrogen Elektron-elektron C-H membentuk ikatan pi Brom bersama sepasang elektronnya meninggalkan ikatan sigma C-Br. Struktur keadaan transisi dalam reaksi satu tahap ini adalah : Dalam reaksi E2, seperti dalam reaksi E1, alkil halida tersier bereaksi paling cepat dan alkil halida primer paling lambat. (Bila diolah dengan suatu basa, alkil halide primer biasanya begitu mudah bereaksi substitusi, sehingga sedikit alkena terbentuk).  Efek isotop kinetik Sekelumit bukti eksperimen yang membantu orang memahami mekanisme E2 ialah perbedaan dalam laju eliminasi antara alkil halide berdeuterium dan tak berdeuterium. Perbedaan dalam laju reaksi antara senyawa yang mengandung isotop yang berbeda disebut efek isotop kinetik.  Deuterium (, atau D) ialah isotop hidrogen yang intinya terdiri dari satu proton dan satu neutron. Ikatan C-D lebih kuat daripada ikatan C-H sebanyak 1,2 kkal/mol. Telah dipostulatkan bahwa pemutusan ikatan C-H adalah bagian integral (dari) tahap penentu laju (satu-satunya tahap) dari suatu reaksi E2. Apa yang terjadi bila H yang akan tereliminasikan digantikan oleh D. Pemutusan ikatan CD yang lebih kuat itu meminta lebih banyak energi. Jadi, Eakt harus lebih tinggi dan laju reaksi eliminasi akan lebih rendah. Bila 2-bromopropana berikut ini dibiarkan bereaksi E2 dengan CH3CH2O- sebagai basa, dijumpai bahwa senyawa berdeuterasi hanya dengan 1/7 laju senyawa 2-bromopropana.

B.     MEKANISME TERJADINYA ELIMINASI PADA ALKOHOL

Alkohol pada umumnya mengalami reaksi eliminasi jika dipanaskan dengan katalis asam kuat, misalnya H2SO4 atau asam Fosfat (H3PO4) untuk menghasilkan alkena dan air. Asam sulfat pekat akan menimbulkan banyak reaksi sampingan. Katalis ini mengoksidasi beberapa alkohol menjadi karbon dioksida dan disaat  yang sama tereduksi dengan sendirinya menjadi sulfur oksida. Gugus hidroksil bukan merupakan gugus pergi yang baik, akan tetapi di bawah kondisi asam, gugus hidroksil dapat diprotonasi. Ionisasi akan menghasilkan suatu molekul air dan kation , yang selanjutnya dapat mengalami deprotonasi untuk memberikan alkena. Dehidrasi alkohol sekunder dan tersier adalah reaksi eliminasi 1 yang melibatkan pembentukan karbokation, sedangkan dehidrasi alkohol primer adalah reaksi eliminasi 2. Suatu reaksi E2 terjadi pada satu tahap, yaitu tahap pertama asam akan memprotonasi oksigen dari alkohol, proton diambil oleh basa (H2SO4) dan secara simultan membentuk ikatan rangkap karbokation (C=C) melalui hilangnya molekul air.

Reaksi eliminasi alkohol menjadi alkena dapat juga disebut dehidrasi, karna adanya pelepasan H20. Dehidrasi alkohol sekunder dan alkohol tersier adalah reaksi E1 (eliminasi 1) yang melibatkan pembentukan karbokation, sedangkan dehidrasi alkohol primer adalah reaksi E2 (eliminasi 2) dimana hanya terjadi satu tahap, yaitu tahap pertama asam akan memprotonasi oksigen dari alkohol, proton diserang oleh basa dan membentuk ikatan rangkap karbon-karbon (C=C) melalui lepasnya molekul air. Perbedaan mekanisme reaksi tersebut disebabkan oleh mudah tidaknya pelepasan H20 setelah diprotonasi, dengan kata lain tergantung pada kestabilan ion karbokation yang terbentuk

PERMASALAHAN :

1.     Apa perbedaan reaksi E1 dan E2, jelaskan !

2.      Kenapa reaksi eliminasi alkohol menjadi alkena disebut dehidrasi ?

3.      Apa yang menyebabkan alkohol mengalami reaksi eliminasi ?