Monday, January 22, 2018
Pendahuluan
Reaksi yang berlangsung karena penggantian satu atau lebih atom atau gugus dari suatu senyawa oleh atom atau gugus lain disebut reaksi substitusi. Bila reaksi substitusi melibatkan nukleofil, maka reaksi disebut substitusi nukleofilik(SN), dimana S menyatakan substitusi dan N menyatakan nukleofilik.
Spesies yang bertindak sebagai penyerang adalah nukleofil (basa Lewis), yaitu spesies yang dapat memberikan pasangan elektron ke atom lain untuk membentuk ikatan kovalen. Perubahan yang terjadi pada reaksi ini pada dasarnya adalah: suatu nukleofil dengan membawa pasangan elektronnya menyerang substrat (molekul yang menyediakan karbon untuk pembentukan ikatan baru), membentuk ikatan baru dan salah satu substituen pada atom karbon lepas bersama berpasangan elektronnya.
Bentuk umum reaksi ini adalah
R – X + Y- R – Y + X-
Substrat nukleofil hasil substitusi gugus pergi
Contoh substitusi nukleofilik adalah hidrolisis alkil bromida, R-Br, pada kondisi basa, dimana nukleofilnya adalah OH dan gugus perginya adalah Br
Reaksi substitusi nukleofilik sangat umum dijumpai pada kimia organik, dan reaksi-reaksi ini dapat dikelompokkan sebagai reaksi yang terjadi pada karbon alifatik, atau pada karbon aromatik atau karbon tak jenuh lainnya (lebih jarang).
Alkil halida paling banyak ditemui sebagai zat antara dalam sintesis. Mereka dengan mudah diubah ke dalam berbagai jenis senyawa lain, dan dapat diperoleh melalui banyak cara.
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. persamaan umum yang dapat dituliskan:
2.Reaksi SN2
Berbeda dengan SN1, reaksi SN2 (bimolekular) 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.
MEKANISME REAKSI SN2 DAN SN1
Pemahaman terhadap perbandigan reaksi SN2 & SN1
Spesies yang bertindak sebagai penyerang adalah nukleofil (basa Lewis), yaitu spesies yang dapat memberikan pasangan elektron ke atom lain untuk membentuk ikatan kovalen. Perubahan yang terjadi pada reaksi ini pada dasarnya adalah: suatu nukleofil dengan membawa pasangan elektronnya menyerang substrat (molekul yang menyediakan karbon untuk pembentukan ikatan baru), membentuk ikatan baru dan salah satu substituen pada atom karbon lepas bersama berpasangan elektronnya.
Bentuk umum reaksi ini adalah
Jika nukleofil penyerang dinyatakan dengan lambang Y: atau Y dan substratnya R-X; maka persaman reaksi substitusi nukleofilik dapat dituliskan secara sederhana sebagai berikut:
Substrat nukleofil hasil substitusi gugus pergi
R-Br + OH− → R-OH + Br−
Alkil halida paling banyak ditemui sebagai zat antara dalam sintesis. Mereka dengan mudah diubah ke dalam berbagai jenis senyawa lain, dan dapat diperoleh melalui banyak cara.
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. persamaan umum yang dapat dituliskan:
Lebih jauh lagi, reaksi substitusi selanjutnya digolongkan kedalam dua golongan yang “disebut-sebut” sebagai reaksi SN1 dan SN2.
1. Reaksi SN1
Reaksi SN1 adalah sebuah reaksi substitusi dalam kimia organik. SN1 adalah singkatan dari substitusi nukleofil dan "1" memiliki arti bahwa tahap penetapan laju reaksi ini adalah reaksi molekul tunggal. Reaksi ini melibatkan sebuah zat antara karbokation 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 SN2 terjadi. Dalam kimia organik, SN1 dirujuk sebagai mekanisme disosiatif. Mekanisme reaksi ini pertama kali diajukan oleh Christopher Ingold, dkk. pada tahun 1940.
SN1/substitusi nukleofilik unimolekuler mudah dikenali karena memiliki dua tahapan reaksi. Tahap pertama merupakan tahap “perginya” (baca, putus/lepas) si gugus pergi dari suatu senyawa/molekul yang nantinya akan digantikan oleh gugus datang. Gugus yang pergi ini tidak sendiri, ia pergi dengan membawa pasangan elektron ikatan. Akibatnya senyawa/molekul yang ditinggalkan mengalami kekurangan elektron. Dengan kata lain senyawa mengalami ionisasi sehingga bermuatan positif dan memiliki hibridisasi sp3 berbentuk segitiga planar/datar. Senyawa yang telah bermuatan positif cenderung labil (mudah bereaksi) ketika berada dalam “mode” ini. Karena itu gugus datang akan dengan mudah masuk dan membentuk ikatan dengan suatu senyawa. Masuknya gugus datang dapat terjadi melalui dua arah yang berbeda, karnanya produk hasil reaksi SN1 akan berupa rasemat/campuran enantiomer/senyawa sama namun letak gugus datang dalam ruang 3D-nya berbeda.
Reaksi SN 1
Ada analogi menarik perihal SN1, fenomenanya mirip-mirip dengan pasutri yang harus melabuhkan kapal ditengah lautan, lalu berjalan berlawanan dengan damai karena tidak adanya dukungan keadaan (cerai/pisah/terionisasi maksudnya). Disinilah terbuka peluang bagi “calon-calon” gugus datang yang ingin mengisi kekosongan. Alhasil, mudah bagi si calon untuk mengisi “kursi” yang ditinggalkan sang mantan.
Berikut ini adalah ciri-ciri suatu reaksi yang berjalan melalui mekanisme SN1:
1.Kecepatan 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.
Mekanisme reaksi SN1
Reaksi SN1 antara molekul A dan nukleofil B memiliki tiga tahapan:
1.Pembentukan sebuah karbokation dari A dengan pemisahan gugus lepas dari karbon; tahap ini berjalan dengan lambat dan reversibel.
2.Serangan nukleofilik: B bereaksi dengan A. Jika nukleofil tersebut adalah molekul netral (contoh: pelarut), tahap ketiga diperlukan agar reaksi ini selesai. Jika pelarutnya adalah air, maka zat antaranya adalah ion oksonium.
3.Deprotonasi: Penyingkiran proton pada nukleofil yang terprotonasi oleh ion ataupun molekul di sekitar.
2.Reaksi SN2
Berbeda dengan SN1, reaksi SN2 (bimolekular) 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.
Reaksi SN2
Jika produk SN1 berupa rasemat maka produk SN2 berupa produk inversi (terbalik) yang dikenal sebagai inversi Walden. “Fenomena” inversi terjadi sebagai akibat dari adanya perubahan/pergantian letak gugus datang dan pergi sebelum dan sesudah reaksi berlansung.
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.
Contoh Reaksi SN2 :
MEKANISME REAKSI SN2 DAN SN1
Pemahaman terhadap perbandigan reaksi SN2 & SN1
Karena kita telah mengetahui berbagai faktor yang mempengaruhi reaksi SN1 dan SN2, ada baiknya meninjau dan merangkum faktor yang berbeda di balik masing-masing dari dua reaksi ini. Tapi pertama -tama apakah Anda pernah mendengar cerita tentang kucing dan kursi yang nyaman?
Ilustrasi dari Graeme Mackay
ada dua kondisi yang ada dari ilustrasi diatas :
1. Dia bisa menunggu kucing #2 untuk pergi dari kursinya, dan kemudian duduk dikursinya
2. Dia bisa menendang secara paksa kucing #2 dari kursi nya yang nyaman
Mari kita simak tabel perbandingan berikut :
Tabel Perbedaan Reaksi SN2 & SN1
Jadi apakah cerita tentang kucing dan kursi nya yang nyaman sudah dapat dipahami sekarang?
Itulah Uraian mengenai reaksi Substitusi Nukleofil pada Alkil Halida , dan dari uraian tersebut timbul beberapa pertanyaan yang perlu untuk diselesaikan diantaranya :
- Pada reaksi SN2, Nukleofil ( kucing #1 ) membentuk kitan pada substrat ( Kursi nyaman ) dan pada waktu yang sama grup yang meninggalkan ( kucing #2 ) pergi
- Pada reaksi SN1, Grup yang meninggalkan ( Kucing #2 ) meninggalkan substrat ( Kursi Nyaman ) dan kemudian Nukleofil ( Kucing 1 ) membentuk ikatan
Itulah Uraian mengenai reaksi Substitusi Nukleofil pada Alkil Halida , dan dari uraian tersebut timbul beberapa pertanyaan yang perlu untuk diselesaikan diantaranya :
1. Bagaimana cara mengetahui bahwa suatu reaksi nukleofil dengan alkil halida merupakan reaksi tingkat dua atau SN2 jika ditinjau dari laju reaksinya ?
2. Mengapa pada reaksi SN1 pada saat pembentukan karbokation reaksi berjalan lambat ?
3. Mengapa semakin bertambahnya gugus alkil yang terikat pada atom C pengikat gugus pergi dapat meningkatkan energi sistem dalam reaksi SN2 ?
Mcmurry,John.Organic Chemistry.chapter 10.
2. Mengapa pada reaksi SN1 pada saat pembentukan karbokation reaksi berjalan lambat ?
3. Mengapa semakin bertambahnya gugus alkil yang terikat pada atom C pengikat gugus pergi dapat meningkatkan energi sistem dalam reaksi SN2 ?
- Sumber :
- https://www.masterorganicchemistry.com/2012/08/08/comparing-the-sn1-and-sn2-reactions/
Mcmurry,John.Organic Chemistry.chapter 10.
disini saya akan menjawab permasalahan no.1 , berdasarkan buku yang saya baca ( Hart,Crain and harold.2003. Kimia Organik edisi kesebelas ) bahwa bagaimana mengenali apakah suatu nukleofil dan substrat melalui mekanisme SN2 , ada beberapa petunjuk salah satunya :
ReplyDelete1. laju reaksi bergantung pada konsentrasi nukleofil maupun substrat. contoh Reaksi ion hidroksida dengan etil bromida yang merupakan contoh reaksi SN2. jika dilipat duakan konsentrasi nukleofil ( ion hidroksida ), maka reaksi berlangsung dua kali lebih cepat. hal yang sama terjadi jika konsentrasi etil bromida dilipat duakan.
selain itu reaksi akan paling cepat bila gugus alkil pada substrat berupa metil atau primer dan paling lambat bila berupa tersier. alkil halida sekunder bereaksi dengan laju pertengahan.
terimakasih , jawaban anda sangat membantu :)
DeleteJawaban permasalahan no. 2:
ReplyDeleteHal itu dikarenakan adanya efek subtituen, dimana karbokation yang lebih stabil akan mempercepat laju reaksi,sedangkan karbokation primer dan metil bersifat tidak stabil, sehingga hal inilah yang menyebabkan reaksi berjalan lambat.Intinya, yang menyebabkan reaksi pada sn1 berjalan lambat karena karbokation-nya tidak stabil (karbokation primer dan metil).
Terimakasih atas jawaban anda
Deletesaya akan mencoba menjawab pertanyaan no 3
ReplyDeleteJika suatu gugus pergi mempengaruhi reaksi melalui suatu jalan yang menyebabkan peningkatan energi sistem dalam reaksi SN2, maka gugus pergi tersebut dikatakan sebagai “anchimeric assistance”. Peningkatan energi sistem reaksi dengan adanya partisipasi gugus pergi diketahui dengan membandingkan laju reaksi suatu senyawa yang memiliki gugus pergi dengan reaksi yang sama pada senyawa analog yang tidak memiliki gugus pergi. Makin bertambahnya gugus alkil (gugus pergi) yang terikat pada atom C pengikat gugus pergi, keadaan transisinya akan semakin bertambah berjejal dengan atom, mengakibatkan semakin besarnya tolak-menolak antar gugus dan meningkatkan energi sistem.
Terimakasih atas tanggapannya
DeleteSlotyro Casino & Hotel - Mapyro
ReplyDeleteThe slotyro casino hotel is located in the city centre of Jumia, with free Wi-Fi in the 안양 출장안마 rooms. 고양 출장마사지 The hotel's free WiFi is 공주 출장샵 9.9 평택 출장마사지 per room, and the casino has a 광양 출장샵