Substitusi Nukleofilik dan Eliminasi
Based on McMurry’s Organic Chemistry, 7th edition
2
Alkil halida bereaksi dengan nukleofil dan basa
Alkil halida terpolariasi pada ikatan karbon – halida menjadikan karbon elektrofilik
Nukleofil akan menggantikan posisi halida pada ikatan C-X dari berbagai alkil halida( reaksi sebagai basa Lewis)
Nukleofil yang basa Brønsted menghasilkan eliminasi
3
Materi bagian ini ……
Substitusi nukleofilik, eliminasi yang disebabkan basa adalah reaksi yang banyak terjadi pada berbagai reaksi senyawa organik
Reaksi akan diuji untuk mengetahui :- Bagaimana terjadinya reaksi- Apa karakteristik reaksi- Bagaimana dapat digunakan
4
Penemuan Reaksi Substitusi Nukleofilik 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
5
Reaksi inversi Walden
6
Signifikansi inversi Walden
Reaksi alterasi terjadi pada pusat kiral Reaksi melibatkan substitusi pada pusat kiral Jadi, substitusi nukleofilik dapat menginversi
konfigurasi pada pusat kiral Adanya gugus karboksil pada asam malat
menimbulkan perdebatan mengenai sifat reaksi siklus Walden
7
Reaksi SN2
Reaksi yang melibatkan inversi pada pusat reaksi Mengikuti kinetika reaksi orde kedua Tatanama Ingold menerangkan tahapan reaksi:
S=substitusi N (subscript) = nukleofilik 2 = keduanya nukleofil dan substrat berada dalam
tahapan yang karakteristik (bimolekular)
8
Kinetika Substitusi Nukleofilik
Kecepatan (V) berubah menurut konsentrasi terhadap waktu
Tergantung pada konsentrasi, suhu, sifat reaksi (penghalang pada energi permukaan)
Hukum kecepatan menerangkan hubungan antara konsentrasi reaktan dan konversi terhadap produk
Konstanta kecepatan (k) adalah faktor proporsionalitas antara konsentrasi dan kecepatan
Example: for S converting to P
V = d[S]/dt = k [S]
9
Kinetika Reaksi
Kajian kinetika reaksi disebut kinetika Kecepatan berkurang dengan menurunnya
konsentrasi tetapi konstanta kecepatan tidak Satuan kecepatan: [konsentrasi]/waktu sebagai L/
(mol x s) Hukum kecepatan adalah mekanisme reaksi Orde raksi adalah jumlah eksponen konsentrasi
dalam hukum kecepatan – misalnya orde kedua
10
Proses SN2
Reaksi melibatkan keadaan transisi dimana kedua reaktan berada bersama-sama
11
Keadaan Transisi SN2
Keadaan transisi reaksi SN2 memiliki susunan atom karbon planar dari sisa tiga gugus
12
Karakteristik reaksi SN2
Sensitif terhadap efek sterik Metil halida paling reaktif Selanjutnya alkil halida primer adalah yang
paling reaktif Alkil halida sekunder masih dapat bereaksi Yang tersier tidak reaktif Tidak terjadi reaksi pada C=C (vinyl halida)
13
Pengaruh reaktan dan tingkat energi keadaan transisi terhadap kecepatan reaksi
Makin tinggi tingkat energi reaktan (kurva merah) = reaksi makin cepat (ΔG‡ lebih kecil).
Makin tinggi tingkat energi keadaan transisi (kurva merah) = reaksi makin lambat (ΔG‡ lebih besar)
14
Efek Sterik reaksi SN2
Atom karbon pada (a) bromometana siap diakses untuk menghasilkan reaksi SN2 yang cepat. Atom karbon pada (b) bromoetana (primer), (c) 2-bromopropana (sekunder), dan (d) 2-bromo-2-metilpropana (tersier) adalah lebih sesak, sehingga reaksi SN2 lebih lambat.
15
Orde Reaksi pada SN2
Semakin banyak gugus alkil yang terikat pada karbon pusat reaksi, reaksi lebih lambat
16
Nukleofil
Basa Lewis netral atau bermuatan negatif Koordinasi reaksi meningkat pada nukleofil
Nukleofil netral mengakuisisi muatan positif Nukleofil anionik menjadi netral
17
Kereaktifan relatif Nukleofil
Tergantung pada reaksi dan kondisi Makin basa nukleofil semakin cepat reaksi Nukleofil semakin baik kalai semakin ke bawah pada
golongan dalam sistem berkala Anion biasanya lebih reaktif dari nukleofil netral
18
Gugus lepas
Gugus lepas yang baik mengurangi halangan reaksi Anion stabil adalah basa lemah yang biasanya gugus
lepas yang sangat baik dan dapat mendelokalisasi muatan
19
Gugus Lepas Jelek
Jika suatu gugus sangat basa atau sangat kecil, ia akan menghalangi reaksi
Alkil fluorida, alkohol, eter dan amina tidak cendrung mengalami reaksi SN2.
20
Pelarut
Pelarut yang dapat mendonasikan ikatan hidrogen (-OH atau –NH) memperlambat reaksi SN2 melalui asosiasi dengan reaktan
Energi dibutuhkan untuk memecah interaksi antara reaktan dan pelarut
Pelarut polar aprotik (bukan NH, OH, SH) membentuk interaksi lebih lemah dengan substrat dan mengizinkan reaksi lebih cepat
21
Reaksi SN1
Alkil halida tersier bereaksi cepat dalam pelarut protik melalui mekanisme yang melibatkan pembebasan gugus lepas sebelum terjadi addisi nukleofil
Disebut reaksi SN1 – terjadi dalam dua tahap sedangkan SN2 terjadi dua tahapan dalam waktu yang sama
Jika nukleofil ada dalam konsentrasi yang wajar (atau itu adalah pelarut), maka ionisasi adalah langkah paling lambat
22
Diagram Energi SN1
Tahap penentu kecepatan adalah pembentukan karbokation
V = k[RX]
23
Tahap pembatasan-laju reaksi
Laju reaksi keseluruhan dikendalikan oleh laju langkah paling lambat
Laju reaksi tergantung pada konsentrasi spesies dan konstanta laju pada setiap langkah
Energi keadaan transisi tertinggi pada diagram adalah yang langkah penentu laju (yang tidak selalu berpenghalang tertinggi)
24
Stereokimia reaksi SN1
Intermediet yang planar menghilangkan kekiralan Karbokation bebas adalah akiral
Produk reaksi adalah rasemat atau beberapa ada yang mengalami inversi
25
Realitas SN1
Karbokation bias bereaksi pada sisi yang berlawanan dengan sisi gugus lepas
Reaksi yang terjadi disarankan dengan karbokation yang berjarak dengan gugus pergi selama terjadi adisi nukleofilik
Alternatif bahwa terjadi SN2 tidak mungkin
26
Efek pembentukan pasangan ion
Jika gugus lepas tetap berasosiasi, maka produk cendrung inversi dari retensi
Produk hanya rasemat parsial dengan cendrung inversi dari retensi
Assosiasi karbokation dan gugus lepas adalah pasangan ion
27
Karakteristik Reaksi SN1
Substrat Alkil halida tersier adalah yang paling reaktif
pada mekanisme ini Reaksi dikontrol oleh kestabilan karbokation Menurut postulat Hammond,”Setiap faktor
yang menstabilkan intermediet berenergi tinggi akan menstabilkan keadaan transisi mengarah ke intermediet”
28
Allylik dan Halida Benzylik Intermediet Allylik dan benzylik ditsabilkan oleh
delokalisasi muatan Allylik dan benzylik primer lebih reaktif pada
mekanisme SN2
29
Efek gugus lepas pada SN1
Secara kritik tergantung pada gugus lepas Kereaktifan: ion halida yang lebih besar
merupakan gugus lepas yang lebih baik Dalam asam, OH alkohol diprotonasi dan gugus
lepas adalah H2O, yang masih kurang reaktif dibandingkan halida
p-Toluensulfonat (TosO-) adalah gugus lepas yang baik
30
Nukleofil pada SN1
Bila adisi nuleofilik terjadi setelah pembentukan karbokation, laju reaksi biasanya tidak dipengaruhi oleh konsentrasi nukleofil
31
Pelarut pada SN1
Menstabilkan karbokation juga menstabilkan keadaan transisi dan kontrol jalu reaksi
Efek pelarut pada reaksi SN1 sebagian besar untuk menstabilkan atau mendestabilkan keadaan transisi
32
Pelarut polar memudahkan Ionisasi Pelarut polar, protik dan basa Lewis tidak reaktif
memudahkan terbentuknya R+ Kepolaran pelarut diukur sebagai polarisasi
dielectrik (P) Pelarut nonpolar mempunyai P rendah Pelarut polar mempunyai P tinggi
33
Reaksi Substitusi Biologikal
Reaksi SN1 dan SN2 terjadi juga pada kimia biologikal
Tidak seperti yang di laboatorium, substrat pada substitusi biologikal sering berupa organodifosfat dari pada alkil halida
34
Reaksi Eliminasi Alkil Halida: Aturan Zaitsev Eliminasi adalah jalur alternatif ke substitusi Berlawanan dengan reaksi adisi Menghasilkan alkena Dapat berkompetisi dengan substitusi dan
menurunkan jumlah produk, khususnya untuk SN1
35
Aturan Zaitsev untuk reaksi Eliminasi
Pada eliminasi HX dari alkil halida, produk alkena yang lebih tersubstitusi adalah produk yang dominan
36
Mekanisme reaksi Eliminasi
Tatanama Ingold: E – “eliminasi” E1: pertama X- lepas membentuk karbokation
suatu basa abstrak proton dari karbokation E2: Transfer terpadi proton ke suatu basa dan
perginya gugus lepas
37
Reaksi E2 dan efek isotop Deuterium
Proton ditransfer ke basa sebagai gugus lepas awal
Keadaan transisi terjadina lepasnya X dan transfer H
Alkana yang dihasilkan stereospesifik
38
Geometri Eliminasi – E2
Antiperiplanar memungkinkan orbital bertumpang-tindih dan meminimalkan interaksi efek sterik
39
Stereokimia E2
Tumpang tindih orbital π pada keadaan transisi membutuhkan geometri periplanar, anti penataan
40
Prediksi Produk
E2 adalah stereospesifik Meso-1,2-dibromo-1,2-difeniletana dengan basa
menghasilkan cis 1,2-difenil RR atau SS 1,2-dibromo-1,2-difeniletana
menghasilkan trans 1,2-difenil
41
Reaksi E2 dan pembentukan sikloheksana
Proton diambil dan gugus lepas harus menyesuaikan trans-diaksial menjadi anti periplanar (app) mendekati keadaan transisi
Gugus equatorial tidak benar-benar sejajar
42
Reaksi E1 dan E1cB
Berkompetisi dengan SN1 dan E2 pada pusat 3°
V = k [RX], sama denga SN1
43
Perbandingan E1 dan E2
Basa kuat dibutuhkan untuk E2 tapi tidak untuk E1 E2 stereospesifik, E1 tidak E1 menghasilkan orientasi Zaitsev
44
Reaksi E1cB
Berlangsung melalui intermediet karbanion
45
Reaksi Eliminasi Biologikal
Ketiga reaksi eliminasi terjadi dalam makhluk hidup
E1cB sangat umum Contoh spesifik terjadi pada biosintesis lemak
bila 3-hidroksi butiril thioester di dehidrasi menghasilkan thioester nya
46
Ringkasan Kereaktifan: SN1, SN1, E1,E1cB, E2 Alkil halida mengalami berbagai reaksi berbeda yang
berkompetisi, tergantig pada reaksi molekul dan kondisi Berdasarkan polanya, dapat diprediksi produknya
47
bon courage.....et a la prochaine cours...
Top Related