MEKANISME REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK SN1

MEKANISME REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK SN1

MEKANISME REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK

            Sebagai hasil dari eksperimen yang dimulai lebih dari 60 tahun lalu, kita sekarang paham tentang mekanisme reaksi-reaksi substitusi nukleofilik dengan lebih baik. Kami menggunakan kata jamak sebab substitusi nukleofilik berlangsung dengan lebih dari satu mekanisme. Mekanisme yang teramati pada kasus tertentu bergantung pada struktur nukleofilik dan alkil halida, pelarut, suhu reaksi, dan faktor lain.

            Terdapat dua mekanisme utama subtitusi nukleofilik. Keduanya diberi lambang S_N1 dan S_N2. S_N berarti “substitusi nukleofilik”. Angka 2 dan 1 akan menjadi jelas bila kita membahas setiap mekanisme tersebut. Tetapi disini saya akan menjelaskan tentang mekanisme dari reaksi S_N1.

REAKSI S_N1

Kecepatan reaksi S_N1 tidak tergantung pada reagen, namun sangat bergantung pada substratnya. S_N1 bertahap (stepwise), S_N2 serentak (concerted).

Contoh spesifik Reaksi S_N1:

Oleh karena reaksi S_N1 dari alkil halida tersier reaksi dengan pelarut (misalnya air atau alcohol), maka reaksi ini disebut reaksi solvolisis (dari kata “solvent” dan kata Yunani lysis yang berarti pembebasan-loosening atau pemecahan).

            Reaksi dari alkil halida dengan jalan S_N1 hanya terjadi dalam keadaan nukleofil lemah karena nukleofil dengan sifat basa yang lebih kuat akan menghilangkan reaksi dan yang dihasilkan adalah alkena. Nukleofil lemah pun akan mengalami eliminasi. Oleh karena hasilnya adalah suatu campuran, maka reaksi S_N1 dari alkil halida tidak begitu berguna untuk teknik sintesis yang umum. 

MEKANISME S_N1

Mekanisme S_N1ialah proses dua-langkah. Pada langkah pertama yang berjalan lambat, ikatan antara karbon dan gugus pergi putus sewaktu substrat ini berdisosiasi (mengion).

Elektron dari ikatan C−X pergi bersama gugus pergi, dan terbentuk karbokation. Pada langkah kedua yang berlangsung cepat, karbokation bergabung dengan nukleofili menghasilkan produk.

Bila nukleofili berupa molekul netral, seperti air atau alkohol, lepasnya satu proton dari oksigen nukleofilik pada langkah ketiga menghasilkan produk akhir.

            Angka 1 digunakan untuk menunjukkan mekanisme ini sebab langkah penentu lajunya yang lambat hanya melibatkan salah satu dari dua reaktan, yaitu substrat (Pers. 1). Tahap penentu laju ini tidak melibatkan nukleofili sama sekali. Artinya, langkah pertama termasuk unimolekular. 

Diagram perubahan energi reaksi S_N1

Mekanisme reaksi S_N1 hanya terjadi pada alkil halida tersier. Nukleofil yang dapat menyerang adalah nukleofil basa sangat lemah seperti H₂O, CH₃CH₂OH. Pada reaksi S_N1 terdiri dari 3 tahap reaksi. Sebagai contoh adalah reaksi antara t-butil bromida dengan air.

Tahap 1.

Tahap 2.

Tahap 3.

Kecepatan reaksi akan ditentukan oleh seberapa cepat halogenalkana terionisasi. Karena tahapan awal yang lambat ini hanya melibatkan satu spesies, maka mekanisme ini disebut sebagai S_N1 – substitusi, nukleofilik, satu spesies yang terlibat dalam tahap awal yang lambat.

Kesimpulannya, mekanisme S_N1 ialah proses dua-langkah yang cenderung berlangsung bila alkil halidanya tersier. Halida primer biasanya tidak bereaksi dengan mekanisme ini. Proses S_N1berlangsung dengan raseminasasi, dan lajunya tidak bergantung pada konsentrasi nukleofili.

Permasalahan:

1.  Mengapa laju reaksi tidak bergantung pada konsenrasi nukleofilik?

2. Halida primer hampir selalu bereaksi melalui mekanisme S_N2, sedangkan halida tersier bereaksi melalui mekanisme S_N1. Lalu bagaimana dengan halida sekunder apakah bisa bereaksi dengan salah satu atau kedua mekanisme reaksi tersebut? Sertakan alasannya.

3. Mengapa reaksi paling cepat bila gugus alkil pada substrat keadaannya tersier dan paling lambat bila primer?