REAKSI SUBSTITUSI PADA ALKIL HALIDA

            Dalam reaksi substitusi alkil halida, halida itu disebut juga dengan gugus pergi (leaving group) suatu istilah yang berarti gugus apa saja yang dapat digeser dari ikatannya dengan suatu atom karbon. Ion halida merupakan gugus pergi yang baik, oleh karena ion-ion ini merupakan basa yang sangat lemah. Basa kuat seperti misalnya OH^-, bukan gugus pergi yang baik.

            Dalam reaksi substitusi alkil halida, ion iodida adalah halida yang paling mudah digantikan, baru ion bromida, dan kemudian klorida. Karena F^- merupakan basa yang lebih kuat daripada ion halida lain, dan karena ikatan C-F lebih kuat daripada ikatan C-X lain fluorida bukan gugus pergi yang baik. Dari segi praktis hanya Cl, Br, dan I merupakan gugus pergi yang cukup baik, sehingga bermanfaat dalam reaksi reaksi substitusi. Dengan alasan ini, bila disebut RX, maka biasanya berarti alkil klorida, bromida dan iodida.

            Spesi (species) yang menyerang suatu alkil halida dalam suatu reaksi disebut nukleofil (nucleophile, “pecinta nukleus”), sering dilambangkan dengan Nu^-. Umumnya, sebuah nukleofil ialah spesi apa saja yang tertarik ke dalam suatu pusat positif; jadi sebuah nukleofil ialah 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 menyendirin yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan sigma. Substitusi oleh nukleofil disebut substitusi nukleofil atau pergantian nukleofil (nucleophilic displacement).

REAKSI S_N2

            Reaksi bromoetana dengan ion hidroksida yang menghasilkan etanol dan ion bromida (gambar diatas) adalah suatu reaksi S_N2 yang khas (S_N2 berarti “substitusi, nukleofilik, bimolekular”). Boleh dikatakan metil halida dan alkil halida primer apa saja, bereaksi S_N2 dengan nukleofil yang agak kuat: ^-OH, ^-CN, dan lainnya yang belum disebut. Metil halida dan alkil halida primer juga bereaksi dengan nukleofil lemah, seperti H₂O, tetapi reaksi reaksi ini terlalu lambat sehingga tak bemanfaat. Alkil halida sekunder dapat bereaksi S_N2; tetapi alkil halida tersier tidak.

MEKANISME S_N2

Mekanisme S_N2 ialah proses satu-langkah, dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

Nukleofili menyerang dari sisi belakang dari ikatan C-L (ingat ada cuping “belakang” yang kecil pada orbital ikatan hibrid sp³).  Pada tahap tertentu (keadaan transisi), nukleofili dan gugus pergi keduanya terikat secara parsial pada karbon tempat berlangsungnya reaksi substitusi. Sewaktu gugus pergi meninggalkan karbon dengan sepasang elektron bebasnya, nukleofili memasok sepasang elektron lain pada atom karbon.

            Angka 2 digunakan untuk menjelaskan mekanisme ini karena reaksi ini bimolekular. Artinya, dua molekul, yaitu nukleofili dan substrat, yang terlibat dalam langkah kunci (hanya satu langkah) dalam mekanisme reaksi ini. Reaksi yang ditunjukkan berlangsungnya mekanisme S_N2. Diagram energi reaksinya sebagai berikut:

Ada beberapa petunjuk yang dapat membantu bagaimana cara mengenali apakah suatu nukleofili dan substrat bereaksi melalui mekanisme S_N2:

1.      Laju reaksi bergantung pada konsentrasi nukleofili maupun substrat. Reaksi ion hidroksida dengan etil bromida merupakan contoh reaksi S_N2. Jika kita lipatduakan konsentrasi nukleofili (OH^-), maka reaksi berlangsung dua kali lebih cepat etil bromida.

2.      Setiap penggantian melalui S_N2 selalu melibatkan inversi konvigurasi. Contohnya jika kita mengolah (R)-2-bromobutana dengan natrium hidroksida, maka akan diperoleh  (S)-2-butanol.

Hasil eksperimen ini, yang pada mulanya mengherankan para kimiawan, berarti bahwa gugus OH tidak mengambil posisi yang sama persis dengan yang ditempati oleh Br. Jika demikian, mestinya konfigurasinya akan dipertahankan; (R)-bromida akan menghasilkan (R)-alkohol. Ion hidriksida mestinya menyerang ikatan C-Br dari belakang. Sewaktu substitusi berlangsung, ketiga gugus yang melekat pada karbon sp³ terinvensi, layaknya sebuah payung yang diterpa angin kencang.

3.      Reaksi akan paling cepat bila gugus alkil pada substrat berupa metil atau romer dan paling lambat bila berupa tersier. Alkil halida sekunder bereaksi dengan laju pertengahan. Bagian belakang karbon tempat terjadinya penggantian lebih sesak jika lebih banyak gugus alkil melekat padanya, sehingga laju reaksinya lambat.

Ringkasnya, mekanisme S_N2 ialah proses satu langkah yang menyukai metil halida dan halida primer. Reaksi ini berlangsung lebih lambat dengan halida sekunder dan biasanya tidak berlangsung sama sekali dengan halida tersier. Suatu reaksi S_N2 berlangsung dengan inveksi konfigurasi, dan lajunya bergantung pada konsentrasi baik nukleofili maupun substrat (alkil halida).

DAFTAR PUSTAKA

Fessenden.1989. Kimia Organik edisi ketiga. Jakarta : Erlangga.

Hart,Harold dkk. 2003. Kimia Organik. Jakarta : Erlangga.

Permasalahan:

11.      Mengapa gugus tetangga berpengaruh terhadap reaksi nukleofilik?

2.      Pada mekanisme S_N2 Nukleofili menyerang dari sisi belakang dari ikatan C-L, apa yang terjadi jika nukleofili menyerang dari sisi depan C-L?

3.      Mekanisme S_N2 ialah proses satu langkah yang menyukai metil halida dan halida primer. Reaksi ini berlangsung lebih lambat dengan halida sekunder dan biasanya tidak berlangsung sama sekali dengan halida tersier. Mengapa reaksi ini berlangsung lambat dan biasanya tidak berlangsung sama sekali dengan halida tersier? Sebutkan faktor-faktor laju reaksinya!

Semoga bermanfaat, dan terimakasih J