Pembentukan Ikatan C-C, Penyerangan Elektrofilik dan Nukleofilik

Pembentukan Ikatan C-C

          Atom karbon memiliki 4 jenis specien yang bervalensi dua atau tiga. Spesies-spesies atom karbon biasanya memiliki waktu hidup yang pendek dan umunya sebagai zat antara yang cepat berubah ke molekul yang lebih stabil. Keempat jenis spesies karcon tersebut yaitu (1) karbokation, (2) radikal bebas, (3) karbanion dan (4) karben.

          Pembentukan C-C dapat melalui pembentukan karbokation, karbanion dan radikal bebas. Untuk pembentukan C-C dapat berlangsung melalui pembentukan karbokation yang umunya sebagai zat antara dalam suatu rekasi. Dimana suatu proton atau spesies positif lain menambah ke suatu atom sistem tak jenuh, meninggalkan atom karbon didekaynta dengan satu muatan positif.

 

Karbokation merupakan zat antara atau intermediet yang umumnya memiliki waktu hidup yang pendek dan bereaksi lebih lanjut tanpa diisolasi, karbokation akan berlanjut bereaksi membentuk psoduk yang stabil.

          Pembentukan C-C juga dapat terjadi melalui adisi, karbokation dapat mengadisi ke dalam ikatan rangkap menghasilkan muatan positif pada posisi yang baru.

          Selain karbokation, pembentukan C-C juga terjadi pada karbanion dengan cara ion negatif mengadisi ke ikatan rangkap dua sehingga terbentuk ikatan C-C, dengan C berupa karbanion.

Penyerangan Elektrofilik dan Nukleofilik

          Elektrofil merupakan spesi yang bermuatan positif yang mudah mendekati suatu pusat gugus yang kaya elektron atau spesi yang menyukai elektron. Elektrofil mendekati pusat gugus yang kaya akan elektron dapat melalui reaksi substitusi maupun reaksi adisi.

Reaksi Adisi Elektrofilik

            Reaksi adisi elektrofil mengikuti orientasi aturan Markovnikov. Aturan tersebut menyatakan bahwa penambahan asam protik HX pada alkena asimetris, hidrogen asam (H) akan menempel pada karbon dengan substituen alkil yang lebih sedikit, dan gugus halida (X) akan menempel pada karbon dengan substituen alkil yang lebih banyak. Dengan kata lain, aturan tersebut menyatakan bahwa atom hidrogen ditambahkan ke karbon dengan jumlah atom hidrogen paling banyak sedangkan komponen X ditambahkan ke karbon dengan jumlah atom hidrogen paling sedikit. Dasar kimia Aturan Markovnikov adalah pembentukan karbokation yang paling stabil selama proses adisi. Adisi ion hidrogen kepada satu atom karbon dalam alkena menciptakan muatan positif pada karbon lainnya, membentuk intermediate karbokation. Semakin tersubstitusi karbokationnya, semakin stabil kondisinya, karena efek induksi dan hiperkonjugasi. Produk utama reaksi adisi adalah yang terbentuk dari intermediate yang lebih stabil. Oleh karena itu, produk utama adisi HX (dengan X adalah beberapa atom yang lebih elektronegatif daripada H) pada alkena memiliki atom hidrogen dalam posisi kurang tersubstitusi dan X pada posisi yang lebih tersubstitusi. Meski demikian, karbokation yang kurang tersubstitusi dan kurang stabil masih akan terbentuk pada konsentrasi tertentu, dan akan menjadi produk minoritas yang berlawanan, ikatan konjugat X. berikut contoh reaksi adisi yang mengikuti aturan Markovnikov:

          Mekanisme yang tidak melibatkan intermediate karbokation dapat bereaksi melalui mekanisme lain yang memiliki regioselektivitas lainnya yang tidak didikte oleh aturan Markovnikov, seperti adisi radikal bebas. Reaksi semacam itu dikatakan anti-Markovnikov, karena halogen mengadisi karbon yang kurang tersubstitusi, lawan dari reaksi Markovnikov. Mirip dengan spesies bermuatan positif, spesies radikal paling stabil bila elektron yang tidak berpasangan berada pada posisi yang lebih tersubstitusi. Aturan anti-Markovnikov dapat diilustrasikan dengan menggunakan adisi hidrogen bromida pada propena dengan adanya benzoil peroksida. Reaksi HBr dengan alkena tersubstitusi adalah prototipe dalam studi adisi radikal bebas. Perilaku anti-Markovnikov meluas ke lebih banyak reaksi kimia daripada adisi alkena. Perilaku anti-Markovnikov terlihat pada hidrasi fenilasetilena dengan katalisis aurik, yang menghasilkan asetofenon; meskipun dengan katalis ruthenium khusus ia menghasilkan regioisomer lainnya, 2-fenilasetaldehida.

Reaksi Substitusi Elektrofilik

          Reaksi susbtitusi dapat berlangsung secara substitusi pertama, kedua, ketiga dan seterusnya. Substitusi elektrofil dapat pada senyawa alifatik maupun aromatik. Untuk susbtitusi elektrofil alifatik salah satunya dapat berlangsung raksi substitusi karbonil alfa.

Dan untuk reaksi substitusi elektrofilik aromatik dapat berlangsung seperti berikut ini.

Nukleofil adalah sebuah spesies (ion atau molekul) yang tertarik kuat ke sebuah daerah yang bermuatan positif pada sesuatu yang lain. Nukleofil dapat berupa ion negatif penuh, atau lainnya yang memiliki muatan kuat di suatu tempat pada sebuah molekul. Nukleofil juga dapat berperilaku sebagai basa Lewis. Penyerangan nukleofilik dapat berlangsung salah satunya melalui reaksi substitusi.

Reaksi Substitusi Nukleofilik2 (S_N2)

          Reaksi metil bromida dengan larutan natrium hidroksida dalam metilalkohol berlangsung melalui reaksi order pertama dalam ion hidroksida. Oleh karena itu, kedua spesi yang terlibat muncul dalam keadaan transisi dari reaksi. Oleh Inglod, mekanisme seperti ini disebut substitusi nukleofilik bimolekuler atau yang diberi symbol dengan S_N2. Angka 2 berarti bimolekuler dan bukan menunjukkan reaksi order kedua.

          Jika pusat reaksi brupa karbon asimetrik, maka stereokimia dari reaksi dapat diamati, yaitu reaksi berlangsung dengan inversi konfigurasi. Secara stereokimia prose berlangsung sebagai berikut:

Inversi konfigurasi yang terjadi selama berlangsungnya reaksi S_N2 tidaklah semata-mata karena tolakan elektrostatik antara gugs penyerang ion hidroksida dengan ion halide yang akan meninggalkan karbon. Terdapat beberapa faktor yang memperngaruhi reaksivitas dalam S_N2 yaitu sebagai berikut:

v        Struktur gugus alkil

Pengaruh rintanga ruang (sterik) paling besar berlangsung apabila alkil yang secara langsung terikat ke atom karbon yang akan bereaksi tersubstitusi semperuna misalnya pada ter-butil. Dimana semakin besar rintangan ruang (sterik) maka laju relatif akan semakin kecil.

v         Keadaan nukleofil

Reaktivitas relatif dari berbagai nulkeofil bergantung pada substrat, kondisi reaksi serta beberapa faktor lain. Pada keadaan transisi, nukleofil mulai menggandakan ikatan dengan karbon; makin kuat ikatan ini, energi keadaan transisi akan semakin rendah yang berarti reaksi berlangsung semakin cepat. Nukleotifitas bergantung pada dua faktor yaitu jika gugus penyerang mengandung atom yang sama mislanya oksigen maka basisitas tidak berperan dan atom-atom besar lebih bersifat nukleofilik dari pada atom-atom yang kecil.

v       Keadaan gugus L (yang meninggalkan pusat reaksi)

Karena gugus L harus meninggalkan pusat rekasi (karbon) maka diharapkan gugus L yang baik yaitu basa lemah.

v           Keadaan pelarut

Reaksi Substitusi Nukleofilik1 (S_N1)

Mekanisme rekasi substitusi nukleofilik unimolekuler atau S_N1 berlangsung melalui dua langkah. Pertama gugus L mengion dan meninggalkan karbokation dan selanjutnya ion tersebut bereaksi dengan nukleofil. Karbokation sangat tidak stabil sehingga dengan cepat bereaksi dengan nuklepfil. Sehinggs lsngkah penentu laju dalam reaksi S_N1 adalah langkah pertama atau ioninasi. Laju rekasi beegantung pada konsentrasi substrat dan bukan pada konsentrasi nukleofil. Contohnya pada reaksi t-butil bromide dengan air berikut ini:

Dari contoh tersebut senyawa bromo etana merupakan halogen primer yang sederhana, memiliki ikatan polar anatara atom karbon dan bromin. Salah stu pasangan elektron bebas pada ion OH+akan tertarik kuat ke atom karbon δ⁺, dan akan bergerak kearahnya membentuk sebuah ikatan. Ion negatif yang mendekat akan mendororgn elektron-elektron dalam ikatan karbob-bromin semakin dekat ke bromin. Berikut rekativitas pada reaksi S_N1.

Pertanyaan:

1. Tuliskan cara pembentukan C-C pada suatu reaksi?
2. Jelaskan faktor yang mempengaruhi reaksitivitas nukleofilik dalam reaksi substitusi?

DAFTAR PUSTAKA

Firdaus. 2009. Modul Pembelajaran Kimia Organik Fisis I. Makasar: Universitas Hasanudin.

https://id.wikipedia.org/wiki/Aturan_Markovnikov

https://id.wikipedia.org/wiki/Nukleofil

McMurry, J. 2012. Organic Chemistry Eighth Edition. USA: Graphic Word Inc.

Tobing, R. L. 1989. Kimia Organik Fisik. Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Diektorat Jendral Pendidikan Tinggi.