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.
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.
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, 3oSpesies 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 substitusi SN1dan SN2 dengan
keadaan-keadaan lain, seperti keadan pelarut, struktur, dan nukleofil secara
spesifik ?
2. Mengapa laju reaksi dari reaksi
SN1 hanya dipengaruhi oleh konsentrasi
pereaksinya saja ? tolong berikan alasannya...
3. Bagaimana urutan berikut ini dapat
terjadi : Tersier > sekunder (lambat), Halida anilik dan benzyl halida pada
reaksi nukleofilik bimolekuler SN2 ?
