Mekanisme Reaksi SN2

Kinetika Reaksi Pergantian Nukleofilik: Reaksi SN2

Untuk memahami bagaimana laju reaksi (kinetika) hal tersebut dapat kita ukur, mari kita perhatikan contoh aktualnya, yaitu Reaksi yang terjadi antara ion klorometana dan hidroksida dalam larutan air seperti reaksi di bawah :

Dari reaksi tersebut dapat kita lihat bahwa meskipun klorometana tidak larut sangat tinggi dalam air, ia cukup larut untuk melakukan penelitian kinetic kita dalam larutan natrium hidroksida dalam air. Karena laju reaksi diketahui bergantung pada suhu, kita melakukan reaksi ini pada suhu konstan.

Mekanisme untuk Reaksi SN2

Representasi skematis orbital yang terlibat dalam reaksi SN2 berdasarkan gagasan yang diajukan oleh Edward D. Hughes dan Sir Christopher Ingold pada tahun 1937 diuraikan di bawah ini.

Secara umum, urutan keseluruhan reaksi sama dengan jumlah eksponen a dan b dalam persamaan laju Laju = k [A]^a [B]^b. Jika dalam beberapa reaksi lain, misalnya, kita menemukan bahwa Laju = k [A]² [B], maka kita akan mengatakan bahwa reaksi tersebut adalah urutan kedua sehubungan dengan [A], urutan pertama sehubungan dengan [B], dan urutan ketiga secara keseluruhan.

Menurut mekanisme di atas:

·               Nukleofil mendekati karbon yang mengandung gugus yang gugus pergi dari sisi belakang, yaitu dari samping yang berhadapan langsung dengan gugus yang gugus pergi.

Orbital yang mengandung pasangan elektron nukleofil (orbital molekul tertingginya, atau HOMO) mulai tumpang tindih dengan orbital kosong (orbital molekul kosong yang tidak dihuni, atau LUMO) dari atom karbon yang membawa kelompok yang gugus pergi. Ketika reaksi berlangsung, ikatan antara nukleofil dan atom karbon menguat, dan ikatan antara atom karbon dan kelompok yang gugus pergi melemah.

·    Ketika nukleofil membentuk ikatan dan kelompok yang berangkat, atom karbon substrat mengalami inversi konfigurasi ikatan tetrahedralnya terbalik.

Pembentukan ikatan antara nukleofil dan atom karbon menyediakan sebagian besar energi yang diperlukan untuk memutus ikatan antara atom karbon dan gugus yang gugus pergi. Kita dapat mewakili mekanisme ini dengan ion klorometana dan hidroksida seperti yang ditunjukkan dalam kotak "Mekanisme Reaksi SN2" di bawah ini.

·               Reaksi SN2 berlangsung dalam satu langkah tunggal (tanpa perantara) melalui pengaturan atom yang tidak stabil yang disebut keadaan transisi.

R Keadaan transisi adalah pengaturan singkat dari atom-atom di mana nukleofil dan kelompok yang gugus pergi keduanya terikat sebagian dengan atom karbon yang mengalami substitusi. Karena keadaan transisi melibatkan nukleofil (minsalnya, Ion hidroksida) dan substrat (minsalnya, Molekul klorometana), mekanisme ini menjelaskan kinetika reaksi orde dua.

·                Reaksi SN2 dikatakan sebagai reaksi bersama, karena pembentukan ikatan dan pemutusan ikatan terjadi bersamaan (simultan) melalui satu keadaan transisi.

Keadaan transisi memiliki keberadaan yang sangat singkat. Itu hanya berlangsung selama waktu yang diperlukan untuk satu getaran molekuler, sekitar 10 12 detik. Struktur dan energi dari keadaan transisi adalah aspek yang sangat penting dari setiap reaksi kimia (Solomon, 2011).

Mekanisme reaksi substitusi nukleofilik biomolekul SN2

Mekanisme reaksi SN2 hanya terjadi pada alkil halida primer dan sekunder. Nukleofil yang menyerang adalah jenis nukleofil kuat seperti -OH, -CN, CH3O-. Serangan dilakukan dari belakang. Untuk lebih mengetahui seperti apa mekanismenya Mekanisme reaksi substitusi nukleofilik biomolekul SN2.

Mekanisme reaksi SN2 hanya terjadi pada alkil halida primer dan sekunder. Nukleofil yang menyerang adalah jenis nukleofil kuat seperti -OH, -CN, CH3O-. Serangan dilakukan dari belakang. Untuk lebih jelas perhatikan rekasi mekanisme SN2 biomolekul bromoetana dengan ion hidroksida seperti di bawah ini :

SN2 juga memiliki beberapa ciri-ciri khasnya, yaitu sebagai berikut :

• Karena nukleofil dan substrat terlibat dalam langkah penentu kecepatan reaksi, maka kecepatan reaksi tergantung pada konsentrasi kedua spesies tersebut.
• Reaksi terjadi dengan pembalikan (inversi) konfigurasi. Misalnya jika kita mereaksikan (R)-2-bromobutana dengan natrium hidroksida, akan diperoleh (S)-2-butanol. Ion hidroksida menyerang dari belakang ikatan C-Br. Pada saat substitusi terjadi, ketiga gugus yang terikat pada karbon sp3 kiral itu seolah-olah terdorong oleh suatu bidang datar sehingga membalik. Karena dalam molekul ini OH mempunyai perioritas yang sama dengan Br, tentu hasilnya adalah (S)-2-butanol. Jadi reaksi SN2 memberikan hasil inversi.
• Jika substrat R-L bereaksi melalui mekanisme SN2, 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 kecil dari primer kecil dari sekunder kecil dari tersier. Jadi kecenderungan reaksi SN2 terjadi pada alkil halida adalah: metil besar dari primer besar dari sekunder besar dari tersier (Fessenden, 1989).

Sumber :

Solomons, T.W. Graham dan Fryhle, Craig B..2011.Organic chemistry tenth edition. John Wiley and Sons Inc:USA

Fessenden, J,Ralp., dan Joan Fessenden. 1989. Kimia Organik Edisi ketiga. Erlangga:Jakarta.

Permasalahan : 

1. kenapa pada berdasarkan mekanisme Ketika nukleofil membentuk ikatan dan kelompok yang berangkat, atom karbon substrat mengalami inversi konfigurasi ikatan tetrahedralnya terbalik? 
2. Apakah dalam proses mekanisme reaksi SN2 alkil halide berperan sangat penting? Jelaskan!
3. Jelaskan bagamana terjadinya proses mekanisme rekasi SN2 yang terjadi pada alkil halide sekunder?