Mekanisme Reaksi Subsitusi Nukleofilik pada Alkil Halida

            Sebelum membahas mengenai reaksi Subsitusi Nukleofilik pada Alkil Halida terlebih dahulu kita harus mengetahui apa yang dimaksud dengan reaksi Subsitusi Nukleofilik dan Alkil Halida itu sendiri. Reaksi Subsitusi itu sendiri terbagi menjadi 2 tipe yaitu : reaksi Subsitusi Nukleofilik dan reaksi Subsitusi Elektrofilik, namun pada postingan ini akan membahas mengenai reaksi Subsitusi Nukleofilik yang terjadi pada alkil halide. Pada dasarnya yang dimaksud dengan reaksi Subsitusi adalah suatu reaksi  terjadi apabila sebuah atom atau gugus yang berasal dari pereaksi menggantikan sebuah atom atau gugus dari molekul yang bereaksi. Reaksi substitusi dapat terjadi pada atom karbon jenuh atau tak jenuh. Sedangkan yang dimaksud dengan reaksi Subsitusi Nukleofilik adalah Reaksi Subsitusi Nukleofilik terjadi apabila atom/ gugus yang diganti mempunyai elektronegativitas lebih besar dari atom C, dan atom/gugus pengganti adalah suatu nukleofil, baik nukleofil netral atau nukleofil yang bermuatan negatif. 

           Reaksi Subsitusi Nukleofilik merupakan suatu reaksi dimana satu atom, ion atau gugus molekul organic disubsitusikan (digantikan) dengan suatu Nukleofil. Adapun factor-faktor yang mempengaruhi reaksi Subsitusi sama halnya dengan reaksi eliminasi antara lain: struktur alkilhalida, leaving group X-, dan nukleofilik atau basa (Pudjamoko, 1996 : 99).

Alkil Halida merupakan turunan hidrokarbon dimana satu atau lebih hidrogennya diganti dengan halogen. Pada dasarnya tiap-tiap hydrogen dalam hidrokarbon berpotensi untuk digantikan dengan halogen, bahkan ada senyawa hydrocarbon yang semua hidrogennya digantikan dengan halogen. Perlu pula dicatat bahwa halogen adalah lebih elektronegatif daripada karbon, sehingga ikatan C-X bersifat polar di mana karbon mengemban muatan posisif partial (δ+) dan halogen muatan negatif partial (δ-). Suatu nukleofil (Z:) menyerang alkil halida pada atom karbon hibrida-sp3 yang mengikat halogen (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. Ada dua persamaan umum yang dapat dituliskan :

Contoh dari masing-masing reaksi adalah sebagai berikut :

Alkil Halida bereaksi dengan Nukleofil dan Basa

       Tahun 1896, Walden melihat bahwa asam (-)-malat dapat dirubah menjadi asam (+)-malat melalui tahapan reaksi kimia dengan pereaksi a-kiral. Penemuan ini yang mengaitkan hubungan langsung putaran optik dengan kekiralan dan perubahannya melalui alterasi kimia. Reaksi asam (-) malat dengan PCl5 menghasilkan asam (+)-klorosuksinat. Reaksi lebih lanjut dengan perak oksida dalam air menghasilkan asam (+)-malat. Tahapan reaksi diawali dengan asam (+) malat menghasilkan asam (-)-malat.

Mekanisme Reaksi Subsitusi Nukleofilik 

Pada dasarnya terdapat dua mekanisme Reaksi Subsitusi Nukleofilik, dilambangkan dengan SN2 dan SN1. Pada dasarnya bagian SN menunjukkan subsitusi nukleofilik, sedangkan yang dimaksud dengan 1 dan 2 pada lambing tersebut adalah :

1.Notasi 1 melambangkan bahwa pada tahap lambat hanya satu dari dua pereaksi yang terlibat, yaitu substrat. Tahap ini sama sekali tidak melibatkan nukleofil.

2.Notasi 2  menyatakan bahwa reaksi adalah bimolekuler, yaitu nukleofil dan substrat terlibat dalam langkah penentu kecepatan reaksi dalam mekanisme. 

a.Reaksi SN2 mekanisme SN2 adalah proses satu tahap yang dapat digambarkan sebagai berikut :

        Pada gambar diatas terlihat jelas bahwasannya 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 memberika 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. 

Berikut ini merupakan ciri-ciri dari reaksi mekanisme SN2 adalah sebagai berikut :

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 menyerang dari belakang ikatan C-Br. Pada saat subsitusi terjadi, ketiga gugus yang terikat pada karbon sp3 kiral seolah-olah terdorong oleh suatu bidang datar sehingga membalik. Karena dalam molekul ini OH mempunyai perioritas yang sama dengan Br, maka hasil yang didapatkan adalah (S)-2-butanol, sehingga hasil 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. 

Adapun beberapa faktor yang mempengaru reaksi dari SN2, yaitu sebagai berikut : 

1.Kekuatan relative Nukleofil : Nukleofil yang bermuatan negative lebih kuat dari nukleofil netral. Seperti halnya methanol akan bereaksi dengan metil iodide. 

2.Efek Sterik pada Nukleofil : Nukleofil dengan struktur yang lebih muruah akan terintangi ketika membentuk ikatan tunggal.

3.Gugus pergi yang baik : gugus pergi yang baik penting untuk reaksi SN1 maupun SN2 

4.Efek Sterik Substrat : elektrofil yang meruah akan menyulitkan subsitusi oleh nukleofil pada reaksi SN2 

b.Reaksi SN1 mekanisme SN1 adalah proses dua tahap. Tahap pertama, ikatan antarkarbon dengan gugus pergi putus.

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

Pada dasarnya mekanisme SN1, subsitusi terjadi dalam dua tahap. Seperti yang telah dijelaskan diatas bahwasannya notasi 1 digunakan sebab pada tahap lambat hanya satu dari dua pereaksi yang terlibat, yaitu substrat. Pada tahap ini tidak sama sekali melibatkan nukleofil. Berikut ini merupakan ciri-cir dari reaksi mekanisme SN1, yaitu sebagai berikut :

1.Kecepatan reaksinya tidak tergantung pada konsentrasi nukleofil. Pada dasarnya tahap penentu kecepatan  pada reaksi ini adalah tahap pertama dimana nukleofil tidak terlibat.

2.Jika karbon pembawa gugus pergi adalah bersifat kiral, reaksi menyebabkan hilangnya aktivitas optic karena terjadi pada karbon positif. karena itu, karbon positif mempunyai hibridasi sp2 dan berbentuk planar. Jadi nukleofil mempunyai 2 arah penyerangan, yaitu  dari depan dan dari belakang. Misalnya reaksi (S)-3-bromo-3-metilheksana dengan air menghasilkan alcohol rasemik. 

Pada  dasarnya ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi dari SN1, yaitu sebagai berikut : 

a.Efek substituent : karbokation yang terbentuk pada SN1 menentukan laju reaksi. Karbokation yang lebih stabil akan mempercepat laju reaksi substituisi. Karbokation primer dan kation metil bersifat tidak stabil, sehingga alkl halide primer maupun metil halide tidak menjalani reakis SN1.

b.Kekuatan Nukleofil : Nukleofil tidak berperan alam laju reaksi SN1 karena nukleofil baru terlibat dalam reaksi setelah pembentukan karbokation. Tahap penentu laju reaksi SN1 adalah tahap pembentukan karbokation.

c.Gugus pergi yang baik : sangat berpengaruh, karena gugus pergi yang baik dapat mengemban muatan parsial negative sehinga mempermudah pembentukan karbokation. 

Dari penjelasan diatas maka dapat dibuat perbandingan mekanisme SN1 dan SN2, yaitu sebagai berikut :

Berikut ini merupakan beberapa contoh dari reaksi Subsitusi Nukleofilik

• Pembuatan Eter dari suatu alkil halide : Sintesis Wiliamson 
• Reaksi ini terbatas hanya untuk alkil halide primer, sementara alkil halide lain akan lebih cendrung mengalami reaksi eliminasi. 
• Pembuatan amina primer dari alkil halide : berlangsung secara SN2
• Pembuatan alcohol dari suatu epoksida 

PERMASALAHAN : 

1.Pada mekanisme reaksi SN1 terjadi 2 tahap , yaitu tahap pembentukan karbokation dan tahap penggabungan karbokation dengan nukloifil. Nukleofil yang digunakan pada mekanisme reaksi SN1 adalah nukleofil yang lemah atau netral, misalnya H2O dan alcohol. Apabila karbokation yang terbentuk adalah strktur tersier, maka pada saat tahapan penggabungan karbokation dengan nukleofil (digunakan H2O) akan membentuk produk apa ? 

2. Mengapa dalam reaksi mekanisme SN1 berlangsung dalam 2 tahap, tetapi hanya substrat (alkil halide) saja yang digunakan untuk penentuan laju reaksi dari mekanisme reaksi SN1 ? 

3.Menurut pendapat teman-teman, apakah  rumusan dari sintesa reaksi subsitusi dan nukleofil yang teman-teman ketahui? Jelaskan secara singkat, terima kasih.