Reaksi substitusi nukleofilik alkil halide

 KIMIA ORGANIK 2

Reaksi substitusi

Reaksi substitusi adalah bentuk reaksi kimia, di mana suatu atom dalam senyawa kimia digantikan dengan atom lainnya atau salah satu reaksi yang penting dalam kimia organik. Pengertian lainnya adalah reaksi pertukaran gugus fungsi terjadi saat atom atau gugus atom dari suatu senyawa karbon digantikan oleh atom atau gugus atom lain dari senyawa yang lain.

 

Contoh reaksi tersebut adalah sebagai berikut ini:

  

Alkil halida adalah senyawa halogen organik dimana satu atau lebih banyak hidrogen dari hidrokarbon telah diganti dengan halogen. Senyawa ini dapat diklasifikasikan sebagai primer, sekunder, atau tersier tergantung pada apakah ada satu, dua, atau tiga karbon masing-masing terhubung dengan karbon yang membawa halogen. Dalam aril halida halogen langsung menempel pada benzena atau hidrokarbon aromatik lainnya cincin dan di halida benzylik, halogen ada pada karbon yang langsung menempel pada cincin benzena. Jika halogen langsung menempel pada karbon karbon ikatan rangkap, disebut vinil, dan jika dilekatkan pada karbon Langsung melekat pada ikatan rangkap itu allylic. 

Alkil halida umumnya tidak larut dalam air dan memiliki lebih banyak kepadatan dari air. Titik didihnya meningkat dengan molekul berat; alkil iodida memiliki titik didih lebih tinggi dari pada yang sesuai alkil bromida yang mendidih pada suhu yang lebih tinggi dari pada klorida Atom karbon ujung suatu alkil halida mempunyai muatan positif parsial. Karbon ini bisa rentan terhadap (susceptible; mudah diserang oleh) serangan oleh anion dan spesi lain apa saja yang mempunyai sepasang elektron menyendiri  suatu reaksi substitusi disebut nukleofil (nucleophile, “pecinta nukleus”), sering dilambangkan dengan Nu-. Umumnya, sebuah nukleofil ialah spesi apa saja yang tertarik ke suatu pusat positif ; jadi sebuah nukleofil adalah suatu basa Lewis. Kebanyakan nukleofil adalah anion, namun beberapa molekul polar yang netral, seperti H₂O, CH₃OH dan CH₃NH₂ dapat juga bertindak sebagai nukleofil. Molekul netral ini memiliki pasangan elektron menyendiri, yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan sigma. 

Nomenklatur IUPAC melibatkan penggunaan awalan fluoro, chloro, bromo, dan iodo untuk

 menunjuk halogen dalam suatu molekul. C. Nomenklatur Biasa Nomenklatur "garam-jenis" 

sering digunakan dengan alkil halida di nama grup alkil mendahului nama halida.

 
Reaksi substitusi nukleofilik 
Dalam kimia organik (anorganik), substitusi nukleofilik adalah reaksi fundamental di mana
suatu nukleofil secara selektif berikatan dengan atau menyerang muatan positif atau parsial
positif pada suatu atom atau kelompok atom. Saat hal tersebut terjadi, nukleofil akan 
menggantikan nukleofil yang lebih lemah yang kemudian akan menjadi gugus pergi; 
sisa atom yang bermuatan positif atau parsial positif menjadi suatu elektrofil. Entitas 
molekuler keseluruhan di mana elektrofil dan gugus pergi berpisah biasanya disebut 

sebagai substrat.

 
Ada dua persamaan umum yang dapat di tuliskan yaitu:
 (1) proses satu langkah di mana nukleofil masuk pada waktu bersamaan meninggalkan 

      kelompok  keluar (SN2) dan

 (2) dua langkah proses di mana meninggalkan kelompok berangkat dan kemudian nukleofil 

       masuk  (SN1) 

a.       Mekanisme SN2

Mekanisme SN2 adalah proses satu langkah yang melibatkan kedua alkil tersebut halida dan nukleofil secara simultan. Nukleofil masuk sebagai daun halida, menyerang karbon dari sisi yang berlawanan dengan itu yang halida berangkat. Reaksi itu bimolekuler; ini berarti laju reaksi tergantung pada konsentrasi alkil halida dan nukleofil. Reaksi yang melibatkan halida optik terjadi dengan inversi konfigurasi.

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.

Tahapan reaksi substitusi nukleofilik bimolekuler, SN2.

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:

 

   

a.       Mekanisme SN1

Mekanisme SN1 adalah proses dua langkah. Pada langkah pertama ionhalida negatif
berangkat meninggalkan intermediate karbokation. Dalam Langkah kedua karbokation
dinetralisir oleh nukleofil.  

 

Gugus pergi terlepas dengan membawa pasangan elektron,dan terbentuklah ion 

karbonium. Pada tahap kedua (tahap cepat), ion karbonium

bergabung dengan nukleofil membentuk produk.

SN1 Reaksi umumnya terjadi pada kondisi netral atau asam dengan netral nukleofil. Tingkat 
reaksi tergantung pada langkah lambat, pembentukan  karbokation dari alkil halida, dan disebut 
unimolekul. Reaksi alkil halida optik aktif oleh SN1 menghasilkan formasi dari sepasang  
enansiomer, campuran rasemat optik tidak aktif, sejak karbokation intermediate dapat diserang

 dari kedua sisi olehnukleofil. Kecepatan reaksi akan ditentukan oleh seberapa cepat halogenalkana
 terionisasi.

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 berikut:
 
 
 

           Faktor-faktor yang Mempengaruhi Mekanisme Reaksi:
         SN2 = SN1

                 Beberapa faktor mempengaruhi apakah reaksi akan terjadi oleh mekanisme SN1 
                 atau Mekanisme
                     SN2: stabilitas karbokation, efek sterik, kekuatan nukleofil, dan pelarutnya. Halida tersier 

                     cenderung bereaksi oleh proses SN1 karena bisa membentuk tersier yang relatif stabil 
                      karbokation dan karena adanya tiga gugus alkil besar Secara steril menghambat 
                      serangan oleh nukleofil pada karbon-halogen obligasi. Reaksi SN2 disukai untuk 
                      halida primer karena hal itu terjadi tidak melibatkan intermediate karbokation 
                      (karbokation primer tidak stabil) dan karena halida utama tidak menawarkan
                        banyak halangan sterik diserang oleh nukleofil seperti halnya 

                        halida yang lebih besar. Kuat nukleofil menyukai mekanisme SN2 dan pelarut polar  
                         Reaksi SN1.



                            Kekuatan Nucleophilik

                     (a) CH3O - karena negatif; (b) NH2 - karena nitrogen kurang elektronegatikan 
                     dari pada oksigen 


                    (c) CH3NH2 karena nitrogen kurang elektronegatif dari pada oksigen; (d) -SH karena 
                        negatif dan
                     S kurang elektronegatif dari O; (e) CH3CH2SH karena sulfur kurang elektronegatif  
                      dari pada oksigen. 

                 1. Reaksi: Reaksi SN1 dan SN2 adalah substitusi sederhana dimana sebuah nukleofil 

                    menggantikan kelompok yang meniggalkan.

                2. Reaksi SN2 dihasilkan oleh mekanisme satu langkah melibatkan transisi lima  

               golongan transisi. Reaksi SN1 adalah dua langkah proses dengan intermediate carbocation.
              3. Harga Reaksi: Reaksi SN2 bersifat bimolekuler; laju reaksi tergantung pada konsentrasi 
             alkil halida dan nukleofil Reaksi SN1 bersifat unimolekul; tingkat tergantung pada  paling
             lambat dari dua langkah, yang di antaranya adalah intermediate karbokation terbentuk.

            4. Stereokimia: Reaksi SN2 yang melibatkan halida optik menghasilkan produk optik aktif 

            namun dengan inversi konfigurasi atom karbon kiral mengandung halogen; Serangan oleh 
             nukleofil terjadi di sisi yang berlawanan dari halida yang sedang pergi. Reaksi SN1 
            berlanjut oleh intermediate karbokation yang bisa diserang oleh nukleofil dari kedua sisi; 
            hasil racemik campuran.
             5 . Struktur dan Reaktivitas: Reaksi SN1 disukai oleh alkil besar halida yang membentuk 
             karbokation stabil. Justru sebaliknya berlaku untuk reaksi SN2. Akibatnya, 3O halida 
             biasanya bereaksi dengan mekanisme SN1, 1O oleh SN2, dan 2O dengan baik tergantung 
             pada faktor-faktor tertentu.

          6. Nucleophiles: nukleofil kuat menyukai reaksi SN2. Pelarut: Pelarut polar dengan pasangan 

             elektron yang tidak ditautkan seperti air dan alkohol menyukai reaksi SN1.








             Permasalahan:

                    Berdasarkan artikel di atas,



                             1.   Mengapa alkil halida disebut dengan gugus pergi?

              2. Mengapa   Pelarut polar dengan pasangan elektron yang tidak ditautkan 
                 seperti air dan alkohol? 
              3. mengapa kecepatan reaksi akan di tentukan oleh seberapa cepat halogen alkana 
                  terionisasi?