Keasaman Senyawa Organik

Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofililk Dan Elektrofilik Senyawa Alifatis

A.     Reaksi Substitusi Nukleofililk

Nukleofilisitas merupakan ukuran kemampuan sutau pereaksi yang menyebabkan terjadinya suatu reaksi subtitusi. Reaksi substitusi nukleofilik dibagi menjadi dua tahapan yaitu reaksi substitusi nukleofilik unimolekuler dan reaksi nukleofilik bimolekuler.

v  Reaksi substitusi nukleofilik unimolekuler (SN₁)

Reaksi substitusi nukleofilik unimolekuler (SN₁) terjadi melalui dua tahapan. Pada tahap pertama, ikatan antara karbon dan gugus bebas putus, atau substrat terurai. electron – electron ikatan terlepas bersama dengan gugus bebas, dan terbentuklah ion karbonium. Pada tahap kedua, yaitu tahap cepat, ion karbonium bergabung dengan nukleofil akan membentuk hasil.

Diagram perubahan energi reaksi SN₁

Mekanisme reaksi substitusi nukleofilik unimolekuler, SN₁

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

Tahap 1.

Tahap 2.

Tahap 3.

Kecepatan reaksi akan ditentukan oleh seberapa cepat halogenalkana terionisasi. Karena tahapan awal yang lambat ini hanya melibatkan satu spesies, maka mekanisme ini disebut sebagai SN₁ – substitusi, nukleofilik, satu spesies yang terlibat dalam tahap awal yang lambat.

v  Tahapan reaksi substitusi nukleofilik bimolekuler, SN₂

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 electron, nukleofil memberikan pasangan elektronnya untuk dijadikan pasangan elektron dengan karbon.

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. Untuk lebih jelas, perhatikan contoh reaksi mekanisme SN₂ bromoetana dengan ion hidroksida berikut ini.

Peranan gugus tetangga pada mekanisme reaski SN₂ :

ü  Sebagai gugus yang memberikan suatu reaksi intermediate yang baru pada pusat reaksi

ü  Dengan adanya partisipasi gugus tetangga, konfigurasi produk sama dengan substrat. Partisipasi gugus tetangga ini juga dapat mempengaruhi kecepatan reaksi. Jika suatu gugus tetangga mempengaruhi reaksi melalui suatu jalan yang menyebabkan peningkatan kecepatan reaksi, maka gugus tetangga tersebut dikatakan sebagai “anchimeric assistance”.

ü  .Gugus tetangga dapat menggunakan pasangan elektronnya untuk berinteraksi dengan sisi belakang atom karbon yang menjalani substitusi, sehingga mencegah serangan dari nukleofilik, sehingga nukleofilik hanya dapat bereaksi dengan atom karbon dari sisi depan, dan produknya mengikuti konfigurasi awal. Atom atau gugus yang dapat meningkatkan laju SN₂ melalui partisipasi gugus tetangga ialah nitrogen dalam bentuk amina, oksigen dalam bentuk karboksilat dan ion alkoksida, dan cincin aromatik. Partisipasi hanya efektif jika interaksinya membentuk cincin segitiga, lima dan enam.

v  Mekanisme reaksi SN_i

Sebagai contoh adalah reaksi antara t-butil bromida dengan air.

Tahap 1.

Tahap 2.

Tahap 3.

Teori pasangan ion pada reaksi substutitusi nukleofilik

Reaksi ini dengan mengambil contoh sebuah halogenalkana primer, yaitu bromoetana sebagai halogenalkana primer sederhana. Bromoetana memiliki sebuah ikatan polar antara atom karbon dan bromin.

Salah satu pasangan elektron bebas pada ion OH^- akan tertarik kuat ke atom karbon +, dan akan bergerak kearahnya, mulai membentuk sebuah ikatan dengannya. Ion negatif yang mendekat akan mendorong elektron-elektron dalam ikatan karbon-bromin semakin dekat ke bromin.

v  Perubahan stereokimia substrat pada reaksi SN₁ dan SN₂

            Dalam mekanisme SN₂, nukleofil akan membentuk tahap transisi dengan molekul yang lepas saja yang terlekang. Kedua mekanisme ini berbeda pada hasil stereokimianya. Reaksi SN₁ menghasilkan adisi non-stereospesifik dan tidak menghasilkan pusat chiral, melainkan dalam isomer geometri (cis/trans). Kebalikannya, inversi Warden-lah yang diamati pada mekanisme SN_2.

Dari uraian di atas maka timbul pertanyaan sebagai berikut:

1. Bagaiman Reaksi substitusi nukleofilik unimolekuler (SN₁) terjadi?

2.  Peranan gugus tetangga pada mekanisme reaski SN₂ ?

3. Bagaimana tahapan reaksi substitusi nukleofilik bimolekuler SN2?