REAKSI SUBSITUSI (SN 1 DAN SN 2)

REAKSI SUBSITUSI

Terjadi ketika dua reaktan bereaksi menghasilkan dua produk baru. Misalnya reaksi alkana dengan Cl₂ dengan adanya radiasi ultraviolet menghasilkan alkil klorida. Satu atom Cl dari Cl₂ menggantikan posisi H pada alkana, dan dua produk baru terbentuk.

 

Atom karbon kepala dari alkil halida memiliki muatan parsial positif.  Karbon ini sangat rentan terhadap serangan anion atau oleh spesies lain yang membawa pasangan elektron bebas. Reaksi substitusi adalah reaksi di mana satu atom, ion, atau grup digantikan dengan atom, ion, atau grup lain. Dalam reaksi substitusi dari alkil halida, halida disebut gugus pergi yang baik karena merupakan basa lemah. Basa kuat seperti "OH” adalah gugus pergi yang buruk.

Pada subsitusi reaksi alkil halida, ion iod merupakan halida yang mudah tergantikan, diikuti dengan ion bromida, ion klorida. F^- merupakan basa yang lebih kuat daripada halida yang lain. F bukanlah gugus pergi yang baik.

Spesies yang menyerang alkil halida dalam reaksi subsitusi disebut nukleofil yang berarti suka inti, sering disingkat Nu^-. OH^- dan  CH₃O^- adalah nukleofil. Nukleofil adalah spesies yang dapat menarik ke pusat positif. Dengan demikian, nukleofil adalah basa lewis. Sebagian besar nukelofil adalah anio bahkan ada molekul neral pun dapat menjadi nukelofil seperti H₂O, CH₃OH, and CH₃NH_2. Subsitusi dengan nukleofil disebut subsitusi nukleofilik. Lawan dari nukleofil adalah elektrofil yang berarti suka elektron, sering disingkat E⁺. Sebuah elektrofil adalah sebuah spesies yang menarik ke pusat negatif. Elektrofil adalah asa, lewis seperti H⁺ atau ZnCl_2.

 

Subsitusi Nukleofilik 1 (S_N 1)

Alkil halida tersier tidak dapat bereaksi secara S_N 2. Alkil halida tersier hanya  dapat bereaksi dengan reaksi S_N 1 (subsitusi, nukleofilik, unimolekular) dikarenakan adanya halangan sterik. Secara khas, jika suatu enantiomer murni (dari) suatu alkil halida hanya mengandung karbon C-X yang kiral, mengalami suatu reaksi S_N 1, maka akan diperoleh produk subsitusi rasemik (bukan produk inversi seperti yang diperoleh dalam reaksi S_N 2). Dapat disimpulkan bahwa pada umumnya pengaruh konsentrasi nukleofil pada laju keseluruhan reaksi S_N1 sangat kecil (kontras dengan reaksi S_N 2, dimana laju berbanding lurus dengan konsentrasi nukleofil).

Reaksi S_N 1 adalah reaksi ion. Mekanismenya kompleks karena adanya interaksi antara molekul pelarut, molekul RX dan ion-ion antara yang terbentuk. Reaksi S_N 1 suatu alkil halida tersier adalah reaksi bertahap (stepwise reaction). Tahap pertama berupa pematahan alkil halida menjadi sepasang ion: ion halida dan suatu karbokation, suatu ion dalam atom karbon mengemban suatu muatan positif. Reaksi S_N 1 melibatkan ionisasi, reaksi-reaksi ini dibantu oleh pelarut polar, seperti H₂O yang dapat  menstabilkan ion dengan cara solvasi.

Tahap 1

 

Tahap 2

Tahap 2 adalah penggabungan karbokation itu dengan nukleofil (H₂O) menghasilkan produk awal, suatu alkohol berproton.

 

Tahap 3

Tahap terakhir dalam deret ini ialah lepasnya H⁺ dari dalam alkohol berproton, dalam suatu reaksi asam basa yang cepat dan reversibel dengan pelarut.

 

Tahap-tahap diatas dapat diringkas sebagai berikut

 

Subsitusi Nukleofilik 2 (S_N 2)

Metil halida dan alkil primer dapat bereaksi S_N 2 dengan nukleofil yang agak kuat seperti OH^- dan CN^- dan dapat juga bereaksi dengan nukleofil lemah seperti H₂O tetapi reaksi ini terlalu lama sehingga tak bermanfaat. Alkil halida sekunder dapat bereaksi S_N 2 tetapi alkil halida tersier tidak. Pelarut yang digunakan pada reaksi S_N 2 yaitu pelarut yang bersifat polar dan aprotic seperti acetonitrile (CH₃CN), dimethylformamide [(CH₃)₂NCHO, disingkat DMF] dan dimethyl sulfoxide [(CH₃)₂SO, disingkat DMSO].

 

Dalam setiap reaksi kimia, ada hubungan langsung antara tingkat  yang terkonsentrasi dari reaktan. Ketika kita mengukur hubungan ini, kita mengukur kinetika reaksi. Sebagai contoh, mari lihat kinetik substitusi nukleofilik sederhana – reaksi CH₃Br dengan OH₂ menghasilkan CH₃OH dan Br₂.

Ciri penting mekanisme S_N 2 adalah bahwa reaksi ini terjadi dalam satu tahap tanpa intermediet ketika nukleofil yang masuk bereaksi dengan alkil halida atau tosylate (substrat) dari arah berlawanan dengan gugus yang digantikan (leaving group). Ketika nukleofil masuk pada salah satu sisi substrat dan berikatan dengan karbon, maka halida akan pergi dari sisi lain. Laju reaksi kimia ditentukan oleh energi aktivasi,perbedaan energi antara keadaan dasar reaktan dan status transisi. Adanya perubahan dalam kondisi reaksi dapat mempengaruhi energi aktivasi baik dengan mengubah reaktan tingkat energi atau dengan mengubah tingkat energi keadaan transisi.

PERMASALAHAN

Dari materi yang saya paparkan diatas maka dapat diperoleh permasalahan sebagai berikut

1. Faktor apa saja yang meningkatkan kestabilan pada karbokation tersier sehingga karbokation tersier lebih stabil daripada metil, karbokation primer dan karbokation sekunder?

2. Apa yang menyebabkan beberapa reaksi S_N 2 berlangsung cepat dan lainnya berjalan lambat dan beberapa terjadi pada hasil tinggi dan yang lainnya dalam hasil rendah?

3. Jelaskan pengaruh pelarut yang digunakan pada reaksi S_N 1 dan S_N 2!

REFERENSI

Fessenden, R.J dan J.S. Fessenden. 1982. Organic Chemistry Third Edition. Jakarta : Erlangga.

McMurry, J.E. 2012. Organic Chemistry, Eighth Edition. USA : Cengage Learning.

TERIMA KASIH ^-^