Reaksi Substitusi Nukleofilik pada Alkil Halida

Reaksi substitusi nukleofilik pada alkil halide

 Kita tentu pernah mempelajari reaksi-reaksi pada alkil halida, pada postingan saya kali ini akan membahas bagaimana terjadinya mekanisme reaksi substitusi nukleofilik pada alkil halide, saya akan mengulas kembali penjelasan-penjelasan mengenai reaksi pada alkil halide. Sebelum membahas reaksinya tentu kita harus paham dengan konsepnya terlebih dahulu. Alkil halide atau umumnya disebut senyawa haloalkana merupakan senyawa karbon yang memiliki gugus fungsi atom halogen. Yaitu flor(F), klorin(Cl), bromine(Br) dan iodine(I). alkil halide ini merupakan salah satu turunan dari senyawa alkana dimana beberapa atom hydrogen lainnya digantikan oleh atom halogen.

Rekasi Alkil halide

Reaksi yang terjadi di dalam alkil halide ada dua macam yaitu reaksi substitusi dan eliminasi namun pada postingan saya ini saya akan lebih mengulas mengenai mekanisme substitusi nukleofilik pada reaksi substitusi nukleofilik alkil halide. Sebelum kita memahami mekanismenya tentu kita harus tahu apa itu reksi substitusi.

Reaksi substitusi merupakan reaksi penggantian gugus fungsi halogen dari alkil halide dengan suatu atom, ion, atau gugus lainnya.  Misalnya kita menambahkan laruan NaOH dalam air pada larutan alkil halide lantas kita berfikir apa yang akan terbentuk ya?

→CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-Br + NaOH            CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-OH + NaBr

Dari contoh diatas dimana hasil reaksi dari NaOH dan alkil halide(senyawa haloalkana) akan menghasilkan alcohol. Dari reaksi tersebut dimana ion OH^- akan menyerang atom C yang terikat pada atom halogen kemudian atom ion Br^- akan diserang oleh Na⁺  sehingga produk yang dihasilkan yaitu pentanol dan natrium bromide.

Lantas bagaimana terjadinya reaksi substitusi itu sendiri?

Kita tahu bahwa atom halogen merupakan atom yang lebih elektronegatif dibandingkan atom karbon maka akan mengakibatkan electron yang ada tertaarik pada atom halogen dan atom karbon kekurangan electron sehingga atom karbon akan bermuatan positif dan mudah diserang oleh nukleofil dan terjadi reaksi substitusi.

1.      Reaksi substitusi nukleofilik

Reaksi substitusi nukelofilik dapat terjadi melalui dua tahap yaitu pemutusan ikatan antara atom karbon dan halogen, kemudian pembentukan ikatan antara atom karbon dan nukleofil. substitusi nukleofilik adalah suatu kelompok dasar reaksi substitusi, di mana sebuah nukleofil yang kaya akan elektron, secara selektif berikatan dengan atau menyerang muatan positif dari sebuah gugus kimia atau atom yang disebut gugus lepas.

Reaksi yang berlangsung karena penggantian satu atau lebih  gugus dari suatu senyawa oleh gugus lain disebut reaksi substitusi. Bila reaksi substitusi melibatkan nukleofil, maka reaksi disebut substitusi nukleoflik (SN) , dimana S menyatakan substitusi dan Z menyatakan nukleoflik. Bentuk persamaan reaksinya

Dengan Z atau Z^- menandakan nukleofil  serta R-X menandakan substrat dnegan gugus pergi X. Pada reaksi tersebut, pasangan elektron dari nukleofil menyerang substrat membentuk ikatan baru, sementara gugus pergi melepaskan diri bersama dengan sepasang elektron. Produk utamanya adalah R-Z. Nukleofil dapat memiliki muatan listrik negatif ataupun netral, sedangakn susbstrat biasanya netral atau bermuatan positif.

2. Mekanisme reaksi substitusi nukleofilik

Pada Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik terdapat dua mekanisme reaksi substitusi nukleofilik. Masing-masing dilambangkan dengan SN-2 adan SN-1. Dimana SN menunjukkan substitusi nukleofilik, sedangkan arti 1 dan 2 akan dijelaskan setelah memahaminya.

a.     Mekanisme SN2

Mekanisme SN-2 merupakan proses reaksi yang melalui satu tahap, dari proses satu tahap tersebut dapat digambarkan seperti berikut ini:

 

Nukleofili menyerang dari bagian belakang  ikatan C – X. Pada tahap tertentu (keadaan transisi), nukleofili dan gugus pergi keduanya terlibat secara parsial pada karbon tempat berlangsunya reaksi substitusi. Sewaktu gugus pergi meninggalkan karbon dengan sepasang electron bebasnya, nukleofili memaberikan sepasang electron electron lain pada atom karbon.

Angka dua digunakan untuk menjelaskan mekanisme ini karena reaksi ini bimolecular. Artinya dua molekul yaitu nukleofili dan substrat, yang terlibat dalam langkah kunci (hanya satu langkah ) dalam mekanisme reaksi ini

Ciri-ciri pada reaksi SN₂

1.      Nukleofil dan substrat terlibat dalam langkah penentu kecepatan reaksi, sehingga kecepatan reaksi tergantung pada konsentrasi kedua spesies tersebut.

2.       Reaksi terjadi dengan pembalikan (inversi) konfigurasi.

3.      Jika substrat R- X bereaksi melalui mekanisme SN2, reaksi terjadi lebih cepat

apabila R merupakan gugus metil atau primer, dan lambat jika R adalah gugus

tersier.

Lebih singkatnya bahwa mekanisme SN-2 ialah proses satu tahap yang lazim menyukai metal halide dan halide primer. Pada umumnya reaksi ini akan berjalan lebih lambat apabila bereaksi dengan halide sekunder dan tidak dapat bereaksi dengan halide tersier. Reaksi ini bergantung pada konsentrasi baik nukleofil maupun substrat.

b.     Mekanisme SN-1

Mekanisme SN-1 merupakan proses dua langkah. Pada langkah pertama yang berjalan lambat, ikatan antara karbon dengan gugus pergi putus sewaktu substrat tersebut berdisosiasi

Gugus pergi terlepas dengan membawa pasangan elektron, dan terbentuklah ion karbonium. Pada langkah kedua (tahap cepat), ion karbonium bergabung dengan nukleofil membentuk produk.

 

Dalam  mekanisme SN1, substitusi terjadi dalam dua langkah. Angka  1 digunakan sebab pada langkah lambat hanya satu dari dua pereaksi yang terlibat, yaitu substrat. langkah ini tidak melibatkan nukleofil.

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.

Perbandingan Mekanisme SN1 dan SN2

Bedasarkan mekanisme yang telah dijelaskan di atas akan saya tampilkan perbandingan dari kedua mekanisme tersebut, berikut memuat ringkasan mengenai mekanisme  substitusi dan mebandingkannya dengan keadaan-keadaan lain, seperti keadaan pelarut dan struktur nukleofil.

dari kedua mekanisme reaksi substitusi nukleofil tersebut maka dapat diambil kesimpulan bahwa reaksi substitusi nukleofilik terdiri dari dua jenis yaitu substitusi nukleofilik bimolekuler (Sn-2) dan substitusi nukleofilik unimo-lekuler (Sn-1). Reaktan yang umumnya digunakan pada reaksi substitusi nukleofilik yaitu organo halida karena ion halogen merupakan nukleofil yang sangat lemah (gugus pergi) yang baik.

Permasalahan

1.      Mekanisme SN-2 merupakan proses yang melalui satu tahap pada mekanisme ini nukleofili menyerang dari sisi belakang ikatan C – X. Pada tahap tertentu (keadaan transisi), nukleofili dan gugus pergi keduanya terlibat secara parsial pada karbon tempat berlangsunya reaksi substitusi. 

      Tolong jelaskan bagaimana gugus pergi pada mekanisme SN-2 harus terikat/terlibat secara parsial dan apa yang terjadi jika gugus pergi tersebut tidak terikat secara parsial?

2.       Mekanisme SN-2 ialah proses satu tahap yang lazim menyukai metal halide dan halide primer. Pada umumnya reaksi ini akan berjalan lebih lambat apabila bereaksi dengan halide sekunder dan tidak dapat bereaksi dengan halide tersier. 

      Tolong jelaskan bagaimana dampak suatu gugus primer, sekunder, dan tersier di dalam mekanisme substitusi SN-2?

3.       Pada mekanisme SN-1, substitusi terjadi dalam dua langkah. Angka 1 digunakan sebab pada langkah lambat hanya satu dari dua pereaksi yang terlibat, yaitu substrat. Langkah ini tidak melibatkan nukleofil.    Tolong jelaskan mengapa  mekanisme SN-1 pada tahap lambat tidak melibatkan nukleofil?