REAKSI SUBSTITUSI SENYAWA ORGANIK

Reaksi substitusi merupakan reaksi yang terjadi ketika satu atom, ion atau gugus digantikan oleh atom, ion atau gugus lain. Reaksi substitusi melibatkan penggantian satu atom atau gugus (X) oleh gugus atau atom lain (Y).

RX + Y → RY + X

1. Reaksi Substitusi Nukleofilik

Reaksi substitusi nulkeofilik terjadi ketika terdapat nukleofil yang kaya elektron menyerang gugus bermuatan positif, yang disebut dengan gugus pergi. Reaksi substitusi nukleofilik sangat penting dalam sintesis sekelompok gugus fungsional tertentu. Hal ini bergantung pada pemilihan nukleofil yang tepat.

Bentuk umum dari reaksi substitusi nukleofilik, yaitu

Nu^- + R–X → R–Nu + X

Contoh dari reaksi substitusi nukleofilik yaitu kloro metana bereaksi dengan basa kuat, OH^­- seperti reaksi di bawah ini

 

 

Dari reaksi substitusi alkil halida, halida berperan sebaga gugus pergi. Syarat terjadinya reaksi substitusi nukleoilik ini yaitu kekuatan nukleofil atau nukleofilitas dari gugus masuk (Nu^-) lebih kuat dibandingkan dengan gugus pergi (X^-). Nukleofil adalah ion yang sepenuhnya negatif, dan mengisi suatu tempat di sebuah molekul. Nukleofil umum adalah ion hidroksida, ion sianida, air dan amonia.

Reaksi substitusi nukleofilik terdapat dua jenis, yaitu substitusi nukleofilik unimolekuler (SN.1) dan substitusi nukleofilik biomolekuler (SN.2).

1) Substitusi Nukleofilik Bimolekuler (SN.2)

            Reaksi jenis ini terjadi pada alkil halida primer dan sekunder. Reaksi bimolekular adalah reaksi yang bergantung pada konsentrasi kedua reaktannya.

Pada SN. 2 ini, lepasnya gugus pergi terjadi bersamaan dengan serangan oleh nukleofil sehingga reaksi berjalan satu tahap. SN2 terjadi dalam satu langkah, dimana nukleofil dan substrat terlibat dalam langkah penentuan laju. Oleh karena itu laju tergantung pada konsentrasi substrat dan nukleofil. SN2 cenderung terjadi dengan nukleofil yang kuat ; oleh ini, umumnya berarti nukleofil bermuatan negatif seperti CH₃O(^-), CN(^-), HO(^-), dan lain-lain.

Dalam kedua reaksi, nukleofil bersaing dengan gugus pergi. Oleh karena itu, harus diperhatkan sifat apa yang harus dimiliki oleh gugus pergi, dan apa yang membentuk nukleofil yang baik. Untuk alasan ini, penting untuk mengetahui faktor mana yang akan menentukan apakah suatu reaksi mengikuti jalur SN 1 atau SN 2.

2). Reaksi Substitusi Nukleofilik Unimolekuler  (SN.1)

SN1 berlangsung bertahap, diawali dengan lepasnya gugus pergi, kemudian terbentuk karbokation yang diserang oleh nukleofil.

Dalam reaksi SN1, penghalang besar adalah stabilitas karbokation . Karena langkah pertama dari reaksi SN1 adalah hilangnya gugus pergi, dan terjadi pembentukan karbokation, laju reaksi akan sebanding dengan stabilitas karbokation. Stabilitas karbokation meningkat dengan meningkatnya substitusi karbon (tersier> sekunder > primer) serta dengan resonansi.

Mekanisme reaksi pada SN. 1 ini antara lain sebagai berikut 

Tahap 1 Nukleofil menyerang pusat karbon bermuatan +.

            Nukleofil memiliki sifat penyuka inti, artinya nukleofil ini akan menyerang inti sehingga menyebabkan kestabilan struktur dalam senyawa terganggu. Oleh karena halida merupakan gugus pergi yang baik, maka cenderung mudah lepas ketika terjadi penyerangan dari nukleofil SN1 cenderung berlanjut dengan nukleofil lemah, umumnya senyawa netral seperti CH₃OH, H₂O, CH₃CH₂OH, dan seterusnya.

Tahap 2 Terjadi keadaan transisi, disebut dengan karbokation

            Karbokation merupakan fase intermediet dalam reaksi substitusi nukleofilik 1. Karbokation diartikan sebagai karbon bermuatan positif, karena memiliki satu elektron yang tidak berikatan. Hal ini disebabkan karena lepasnya halida, sehingga pada atom karbon pusat memiliki muatan positif. Kestabilan karbokation bergantung pada gugus yang terikat pada atom C pusat. Urutan kestabilan karbokation dimulai dari karbokation primer, sekunder dan tersier.

Tahap 3 Gugus pergi lepas, membentuk produk akhir

            Karbokation yang terbentuk, merupakan spesi yang tidak diinginkan karena ketidakstabilannya. Masuknya nukleofil ke karbon pusat menyebabkan terbentuknya produk akhir yang lebih stabil. 

2. Substitusi Elektrofilik

Substitusi elektrofilik adalah reaksi di mana elektrofil E pengganti atom atau grup lain Y dalam suatu senyawa RY. Reaksi substitusi elektrofilik terjadi pada senyawa aromatis termasuk heteroaromatis. Substitusi elektrofilik terjadi ketika adanya pergantian H+ dengan suatu elektrofil atau spesi yang kekurangan elektron.

Persamaan umum pada reaksi ini adalah

E⁺ + RY → ER + Y⁺

dimana R dapat berupa alkil atau gugus aril.

Contohnya pada halogenasi aromatik

Pada reaksi halogenasi, terjadi penambahan gugus halogen atau halida ke cincin benzena. Reaksi ini terjadi dengan bantuan katalis berupa FeBr₃

Pertanyaan Diskusi

1. Mengapa substitusi nukleofilik 1 hanya terjadi pada alkil halida tersier?

2. Bagaimana pengaruh kekuatan nukleofil terhadap jalur reaksi?

3. Bagaimana pengaruh halangan sterik terhadap kecepatan reaksi?

DAFTAR PUSTAKA

Sitorus, M. 2008. Kimia Organik Fisik. Yogyakarta: Graha Ilmu.