Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik SN2

Reaksi S_N²

Reaksi S_N² adalah suatu jenis mekanisme reaksi substitusi nukleofilik dalam kimia organik. Dalam mekanisme ini, salah satu ikatan terputus dan satu ikatan lainnya terbentuk secara bersamaan, dengan kata lain, dalam satu tahapan reaksi. Karena dua spesi yang bereaksi terlibat dalam suatu tahapan yang lambat (tahap penentu laju reaksi), hal ini mengarah pada nama substitusi nukleofilik (bi-molekular) atau S_N², jenis mekanisme utama lainnya adalah S_N¹. Jenis reaksi ini sangat umum dan karenanya memiliki bermacam-macam nama, seperti “sustitusi nukleofilik biomolekuler” atau diantara kimiawan organik, “substitusi asosiatif” atau “mekanisme pertukaran”.

Mekanisme Reaksi

Pemerian terinci mengenai bagaimana reaksi berlangsung disebut mekanisme reaksi. Suatu mekanisme reaksi harus bisa menjelaskan semua fakta yang diketahui. Untuk beberapa reaksi, diketahui banyak fakta, dan untuk itu mekanisme-mekanisme reaksi tertentu telah disepakati oleh kebanyakan pakar kimia. Sementara itu mekanisme reaksi-reaksi lain masih sangat bersifat dugaan (speculative). Reaksi S_N² adalah salah satu yang telah dipelajaru secara meluas; terdapat sejumlah besar data eksperimen yang mendukung mekanisme yang akan dibahas sekarang.

Agar bereaksi pertama-tama molekul-molekul itu harus saling bertabrakan. Molekul-molekul yang bertabrakan itu harus menganndung cukup energi potensial agar terjadi pematahan ikatan.

Stereokimia Reaksi S_N²

       Dalam reaksi S_N² antara bromoetana dan ion hidroksida, oksigen (dari) ion hidroksida menabrak bagian belakang karbon ujung dan menggantikan ion bromida:

Reaksi S_N² keseluruhan:

Bila sebuah nukleofilik menabrak sisi belakang suatu atom karbon tetrahedral yang terikat pada sebuah halogen, dua peristiwa terjadi sekaligus: (1) suatu ikatan baru mulai terbentuk, dan (2) ikatan C-X mulai patah. Proses ini disebut proses setahap atau proses serempak (concerted). Jika energi potensial kedua spesi yang bertabrakan cukup tinggi, tercapai suatu titik di mana, dilihat dari segi energi, pembentukan ikatan baru dan pematahan ikatan C-X lama dimudahkan.

Untuk reaksi S_N² itu, keadaan transisi mencakup suatu rehibridisasi sementara (dari) atom karbon ujung, dari sp³ ke sp² dan akhirnya kembali ke sp³ lagi. Dalam keadaan transisi itu, atom karbon tersebut mempunyai tiga ikatan sp² datar ditambah dua setengah ikatan yang mengggunakan orbital.

Jika substrat yang menjadi target serangan nukleofilik bersifat kiral, reaksi ini terkadang mengarah pada konfigurasi yang disebut sebagai inversi Walden. Sebagai contoh reaksi S_N², penyerangan Br^- (nukleofil) pada suatu etil klorida (elektrofil) menghasilkan etil bromida dengan klorida lepas sebagai gugus pergi:

Penyerangan pada S_N² dapat terjadi jika rute sisi belakang penyerangan tidak terdapat halanganW sterik oleh substituen atau substrat.

Energi dalam Suatu Reaksi S_N²

Agar suatu reaksi dapat mulai terjadi, beberapa molekul dan ion yang bertabrakan dalam wadah itu harus memiliki cukup energi untuk mencapai keadaan transisi pada waktu bertabrakan.

 

Gambar 5.1 menunjukkan diagram energi untuk berlangsungnya reaksi S_N². Energi potensial yang dibutuhkan untuk meencapai keadaan transisi membentuk suatu barier energi; dalam grafik barier ini ialah titik energi maksimum. Agar alkil halida dan nkleofil yang bertabrakan dapat mencapai keadaan transisi, diperlukan sejumlah energi yang disebut energi pengaktifan E_akt (activation energy).

Adapun ciri-ciri reaksi S_N² adalah:

1. Karena nukleofil dan substrat terlibat dalam langkah penentu kecepatan reaksi, maka kecepatan reak tergantung pada konsentrasi kedua spesies tersebut.
2. Reaksi terjadi dengan pembalikan (inversi) konfigurasi. Misalnya jika mereaksikan (R)-2-bromobutana dengan natrium hidroksida menyerang dari belakang ikatan C-Br. Pada saat substitusi terjadi, ketiga gugus yang terkait pada karbon sp³ kiral itu seolah-olah terdorong oleh suatu bidang datar sehingga membalik. Karena dalam molekul ini OH mempunyai prioritas yang sama dengan Br, tentu hasilnya adalah (S)-2-butanol. Jadi reaksi S_N² memberikan hasil inversi.
3. Jika substrat R-L bereaksi melalui mekanisme S_N², reaksi terjadi lebih cepat apabila R merupakan gugus metil atau primer, dan lambat jika R adalah gugus tersier. Gugus R sekunder mempunyai kecepatan pertengahan. Alasan untuk urutan ini adalah adanya efek rintangan sterik. Rintangan sterik gugus R meningkat dari metil < primer < sekunder < tersier. Jadi keccenderungan reaksi S_N² terjadi pada alkil halida adalah: metil > primer > sekunder > tersier.

Permasalahan:

1. Apa yang dibutuhkan oleh alkil halida dan nukleofil yang bertabrakan untuk mencapai keadaan transisi?
2. Penyerangan pada S_N² dapat terjadi jika rute sisi belakang penyerangan tidak terdapat halangan sterik oleh substituen atau substrat. Mengapa hal ini bisa terjadi?
3. Mengapa tiap molekul yang bereaksi dan menghasilkan produk harus melewati keadaan transisi, baik strukturnya maupun energinya? Dan apa yang terjadi jika struktur dan energinya tidak melewati keadaan transisi?

DAFTAR PUSTAKA

Fessenden, Ralp J and Joan S. Fessenden. 1986. Kimia Organiik jilid 1, 3ed. Terjemahan A. Jakarta: Erlangga.

https://id.m.wikipedia.org/wiki/Reaksi_SN2