Sebelum membahas tentang reaksi nukleofilik, saya akan menjelaskan sedikit tentang reaksi substitusi terlebih dahulu.
REAKSI SUBSTITUSI
Reaksi substitusi adalah reaksi
penggantian atom atau gugus atom oleh atom atau gugus atom lain. Jadi dalam
reaksi substutisu suatu atom atau gugus atom yang terdapat dalam rantai utama
akan meninggalkan rantai utama tersebut dan tempatnya yang kosong akan diganti
oleh atom atau gugus atom yang lain. Berdasarkan pereaksi yang yang
dipergunakan, reaksi substitusi dapat dibedakan menjadi (a) reaksi substitusi
radikal bebas; (b) reaksi substitusi nukleofilik; dan (c) reaksi substitusi
elektrofilik.
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). Secara umum, reaksinya dapat dinyatakan sebagai berikut: Reaksi secara umum:
R - H +
X2 → R – X
+ H – X
Alkana halogen haloalkana asam klorida
· Contoh:
CH3-CH3 (g) + Cl2 (g)
→
CH3-CH2-Cl (g) + HCl (g)
Etana gas klor kloroetana asam klorida
1. Reaksi Substitusi Radikal BebasReaksi substitusi
radikal bebas terjadi apabila gugus yang mengganti adalah radikal bebas.
Pereaksi radikal bebas adalah atom atau gugus atom yang mengandung sebuah
elektron yang tidak berpasangan. Pereaksi radikal bebas umumnya digunakan pada
reaksi yang menyebabkan pemutusan homolitik dari substrat. Reaksi ini dimulai
dengan pembentukan radikal bebas yang reaktif. Radikal tersebut beresaksi
dengan molekul lain membentuk radikal bebas baru yang meneruskan reaksi
berikutnya. Contoh reaksi substitusi radikal bebas adalah reaksi antara metana
dengan gas klor mengasilkan monoklor-metana dan asam klorida.
2. Reaksi substitusi elektrofilik
Reaksi
substitusi elektrofilik merupakan reaksi pergantian elektrofil. Elektrofil
merupakan kebalikan dari nukleofil. Elektrofil merupakan spesi yang tertarik
pada muatan negatif. Jadi elektrofil merupakan suatu asam Lewis. Pada umumnya
reaksi substitusi elektrofilik yang disubstitusi adalah H+ atau asam Lewis.
Reaksi SE dapat terjadi pada senyawa benzena atau benzena tersubstitusi. Contoh
reaksi SE benzena, meliputi: nitrasi, sulfonasi, halogenasi, alkilasi, asilasi,
reaksi substitusi elektrofilik substituen EDG benzena monosubstitusi, reaksi
substitusi elektrofilik substituen EWG benzena monosubstitusi dan reaksi
substitusi elektrofilik benzena disubstitusi.
3. Reaksi Substitusi Nukleofilik
Reaksi substitusi nukleofilik
terjadi apabila gugus yang mengganti merupakan pereaksi nukleofil. Contoh
reaksi substitusi nukleofilik adalah reaksi antara etanol dengan asam bromida
menghasilkan etil-bromida.
Reaksi Substitusi
Nukleofilik Suatu nukleofil (Z:) menyerang alkil halida pada atom karbon
hibrida-sp3 yang mengikathalogen (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:
2. 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.
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 :
Bagaimana perbandingan mekanisme substitusi SN1dan SN2 dengan keadaan-keadaan lain, seperti keadan pelarut, struktur, dan nukleofil secara spesifik ? Mohon bantuannya :-)
Assalamualaikum wr. wb
BalasHapussaya Putri Bungsu NIM RSA1C114010 akan mencoba membantu saudari ratia, perbandingan mekanisme SN1 dan SN2 menurut literatur yang saya baca adalah pada struktur halida primer mekanisme SN2 terjadi, sedangkan mekanisme SN1 tidak terjadi, pada struktur halida sekuder mekanisme SN1 dan SN2 kadang kadang terjadi, pada struktur halida tertier mekanisme SN2 tidak terjadi sedangkan mekanisme SN1 terjadi. selanjutnya pada nukleofil, pada mekanisme SN2 mekanisme reaksi tergantung pada konsentrasi nukleofil,sedangkan pada mekanisme SN1 mekanisme reaksi tidak tergantung pada konsentrasi nukleofil. terakhir berdasarkan pelarut pada mekanisme SN2 kecepatan reaksi sedikit dipengaruhi oleh kepolaran pelarut, sedangkan pada mekanisme SN1 kecepatan reaksi sangat dipengaruhi oleh kepolaran pelarut.
semoga dapat membantu..
Komentar ini telah dihapus oleh pengarang.
BalasHapusAssalamualaikum.. saya silviani abdul majid nim RSA1C114004.. saya akan mencoba menjawab permasalahan dari saudari ratia.. jawaban ialah :
BalasHapusSN2
- Reaksi serempak/ serangan dari belakang
- Bereaksi dengan nukleofilik (Nu) kuat/basa lewis, ex:
-OH, -OR, -CN
- Bereaksi baik dengan alkil halida primer dan sekunder, Halida anilik dan benzyl halida
- Pelarut non polar/polar aprotic
SN1
- proses melalui 2 tahap
- Bereaksi dengan nukleofil lamah/basa lewis, ex: H2O, ROH
- Bereaksi baik dengan alkil
Tersier > sekunder (lambat), Halida anilik dan benzyl halida
- Pelarut polar/ polar protic