SUBSTITUSI NUKLEOFILIK BIMOLEKULER (SN2)

MAKALAH

Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah

Struktur dan Kereaktifan Senyawa Organik

yang dibina oleh Prof. Srini Iskandar, P.hd

Oleh

Kelompok 3 / Off. A

1. Vinda Cory Imami (140331807052)

2. Urwatil Wutsqo Amry (140331807349)

3. Qory Laila Rusda (140331807593)

4. Heru E. Manafe (140331807456)

5. Billy. A. Kalay (140331807679)

6. Putu Rizky Febrilia (140331807113)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

PROGRAM PASCASARJANA

PRODI PENDIDIKAN KIMIA

Oktober 2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Alkil halida adalah turunan hidrokarbon di mana satu atau lebih

hidrogennya diganti dengan halogen. Alkil halida dapat mengalami beberapa

reaksi yaitu reaksi substitusi dan reaksi eliminasi. Reaksi substitusi merupakan

reaksi penggantian gugus pergi dengan nukleofil, sedangkan reaksi eliminasi

merupakan pelepasan proton (H+) dan pembentukan ikatan rangkap.

Pada makalah ini kami akan membahas tentang reaksi substitusi. Reaksi

substitusi dibagi menjadi dua macam yaitu reaksi substitusi nukleofilik

unimolekuler (SN1) dan reaksi substitusi nukleofilik bimolekuler (SN2). Kedua

reaksi substitusi ini memiliki perbedaan yang mendasar terkait perbedaan

mekanisme reaksinya.Selain memiliki perbedaan kedua reaksi tersebut juga

memiliki kesamaan dalam hal adanya gugus pergi.

Terdapat kriteria-kriteria khusus pada masing-masing reaksi substitusi

tersebut. Oleh karena itu untuk lebih memahami reaksi substitusi nukleofilik

khususnya reaksi SN2 maka akan selanjutnya akan dibahas dalam makalah ini.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas yang menjadi permasalahan dalam

makalah ini adalah:

1. Bagaimana mekanisme yang terjadi pada reaksi SN2?

2. Bagaimana laju reaksi dari reaksi SN2?

3. Bagaimana stereokimia yang dihasilkan pada reaksi SN2?

4. Bagaimana pengaruh gugus lepas terhadap reaksi SN2?

5. Bagaimana pengaruh pelarut terhadap reaksi SN2?

1.3 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah di atas yang menjadi tujuan dalam penulisan

makalah ini adalah:

1. Untuk mengetahui mekanisme yang terjadi pada reaksi SN2.

2. Untuk mengetahui laju reaksi dari reaksi SN2.

3. Untuk mengetahui stereokimia yang dihasilkan pada reaksi SN2.

4. Untuk mengetahui pengaruh gugus lepas terhadap reaksi SN2?

5. Untuk mengetahui pengaruh pelarut terhadap reaksi SN2.

ᵟ-Nu + C X

nukleofil substrat Guguspergi

C XNu

++

keadaan transisi

ᵟ-CNu + - X

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Reaksi Substitusi dan Reaksi SN2

Reaksi substitusi menurut Fessenden (2009:170) adalah suatu reaksi

dimana satu atom ion atau gugus disubstitusikan untuk menggantikan atom ion

atau gugus lain. Nukleofil adalah pereaksi yang dapat memberikan sepasang

elektron untuk membuat ikatan kovalen.Reaksi substitusi nukleofilik adalah reaksi

substitusi yang terjadi akibat suatu nukleofil menyerang alkil halida pada atom

karbon hibrida sp3 yang mengikat halogen. Sedangkan reaksi SN2 adalah reaksi

substitusi nukleofilik bimolekuler (2 molekul yaitu nukleofilik dan alkil halida

keduanya terlibat dalam satu tahap penentuan laju reaksi)

2.2 Mekanisme Reaksi SN2

Mekanisme reaksi Sn2 adalah proses satu tahap yang dapat digambarkan

sebagai berikut :

Gambar 1. Mekanisme reaksi SN2.

Nukleofil menyerang dari belakang ikatan C-X. Pada keadaan transisi,

nukleofil dan gugus pergi berasosiasi dengan karbon dimana substitusi akan

terjadi. Pada saat gugus pergi terlepas dengan membawa pasangan elektron,

nukleofil memberikan pasangan elektronnya untuk dijadikan pasangan elektron

dengan karbon.

Contoh:

Gambar 2. Mekanisme reaksi SN2 bromo-metana.

2.3 Laju Reaksi SN2

Molekul yang bertabrakan membutuhkan energi untuk kita bisa bereaksi.

Molekul yang bergerak di dalam suatu larutan memiliki sejumlah energi

potensial tertentu dalam ikatan-ikatan mereka, dan sejumlah energy kinetik

tertentu dalam gerakan mereka. Energio potensial dan energy kinetic molekul-

molekul ini tidak sama, namun dapat digunakan pengertian energy rata-rata

molekul. Energy total (dari) campuran reaksi dapat ditambah, biasana dengan

memanasi larutan itu. Bila dipanasi, molekul memperoleh tambahan energy

kinetic, bertabrakan lebih sering dan lebih bertenaga, dan menukar (mengubah)

energy kinetic menjadi energy potensial.

Gambar dibawah ini menunjukkan diagram energy untuk berlangsungnya

reaksi SN2. Energy potensial yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan transisi

membentuk suatu barier energy, dalam grafik barier ini ialah titik energy

maksimum. Agar alkil halide dan nukleofil yang bertabrakan dapat mencapai

keadaan transisi, diperlukan sejumlah energy yang disebut energy pengaktifan

Eakt (activation energy). Pada keadaan transisi molekul-molekul mempunyai

pilihan yang sama mudahnya; kembali menjadi pereaksi atau terus menjadi

produk. Tetapi sekali melewati puncak, jalan dengan hambatan terkecil ialah

yang menuju ke produk. Selisih antara energy potensisal rata-rata pereaksi dan

produk, ialah perubahan entalpi ΔH untuk reaksi itu.

Gambar 3. Diagram energi suatu reaksi SN2

Tiap molekul yang bereaksi dan menghasilkan produk harus melewati

keadaan transisi, baik strukturnya maupun energinya. Karena energy molekul-

molekul tidak sama, maka diperlukan waktu agar semua molekul itu bereaksi.

Persyaratan waktu ini menimbulkan pengertian dan besaran yang disebut laju

reaksi (rate of reaction). Laju reaksi kimia adalah ukuran berapa cepat reaksi itu

berlangsung; yakni berapa cepat pereaksi itu habis dan produk terbentuk.

Kinetika reaksi mempelajari dan mengukur laju-laju reaksi.

Pada reaksi SN2 terdapat dua variabel yang harus diperhatikan ialah

konsentrasi pelarut dan struktur pereaksi. Lazimnya laju reaksi SN2 berbanding

lurus dengan konsentrasi-konsentrasi dua pereaksi. Jika semua variabel lainnya

dibuat konstan dan konsentrasi alkil hadila atau konsentrasi nukleofil dilipat

duakan, maka laju pembentukan produk juga berlipat dua. Jika salah satu

konsentrasi dilipat tigakan, laju juga akan berlipat tiga. Oleh sebab itu laju reaksi

pada SN2 mengikuti kinetika reaksi orde kedua (karena tergantung pada

konsentrasi alkil halida dan konsentrasi nukleofil). Tipe hukum laju ini digunakan

untuk reaksi substitusi nukleofilik alkil halida, dimana kereaktifan alkil halida

primer > sekunder > tersier

laju reaksi=k [ alkil hal ida ] [ nukleofil ]

Lajureaksi=k [ RX ] ¿

Dalam persamaan ini, [ RX ] dan ¿ menyatakan konsentrasi dalam mol/liter

masing-masing dari alkil halide dan nukleofil. Tetapan proporsionalitas k

disebut tetapan laju (rate constant). Harga k konstan untuk reaksi yang sama

pada kondisi eksperimen yang identik (pelarut, temperature, dan sebagainya).

Kinetika reaksi memberikan suatu cara yang berharga untuk memeriksa

efek-efek struktur terhadap reaktivitas. Berikut data laju reaksi beberapa jenis

alkil halida:

Tabel 1. Laju relatif rata-rata beberapa alkil halida dala reaksi SN2 yang lazim

Alkil Halida Jenis alkil halida Laju relatifCH3X Primer 30CH3CH2X Primer 1CH3CH2CH2X Primer 0,4CH3CH2CH2CH2X Primer 0,4(CH3)2CHX Sekunder 0,025(CH3)3CX Tersier ~0

Laju reaksi Sn2 pada Alkil halida : primer > sekunder > tersier dipengaruhi oleh

efek rintangan sterik. Beberapa struktur alkil halida dapat dilihat sebagai berikut:

(a) (b) (c)Gambar 4. (a) Alkil halida primer, (b) alkil halida sekunder, dan

(c)Alkil halida tersier

2.4 Stereokimia Reaksi Substitusi Nukleofilik Bimolekuler SN2

Stereokimia merupakan hasil dari mekanisme suatu reaksi. Mekanisme

reaksi SN2 dapat digambarkan secara lebih rinci dengan mempertimbangkan

stereokimianya. Reaksi substitusi dapat terjadi pada sebuah pusat stereo dalam

tiga cara yang berbeda secara stereokimia: (1) retensi konfigurasi, (2) inversi

konfigurasi, atau (3) rasemisasi (campuran retensi dan inversi).

Jika datangnya nukleofil dan lepasnya gugus pergi terjadi pada arah atau

jurusan yang sama (penggantian sisi depan), maka reaksi substitusi ini

menghasilkan produk dengan retensi konfigurasi.

Gambar 5……………………..

Perbedaan terjadi jika datangnya nukleofil dan lepasnya gugus pergi

terjadi dari arah yang berlawanan (pergantian sisi belakang), tiga gugus lainnya

pada karbon harus membalikkan arah, atau "berubah dari dalam ke luar" untuk

mempertahankan sudut ikatan tetrahedral. Mekanisme ini akan menghasilkan

produk dengan inversi konfigurasi.

Gambar 6………………………

Jika kedua jalur terjadi pada tingkat yang sama, maka rasemat akan

terbentuk.

Berdasarkan hasil eksperimen reaksi dari ion hidroksida dengan 2-

bromooktana yang merupakan alkil halida yang memiliki atom C kiral

menghasilkan produk berupa 2-oktanol yang khas dengan reaksi SN2. Reaksinya

mengikuti hukum laju orde kedua. Ketika (R)-2-bromooktana digunakan sebagai

reaktan dalam reaksi ini, produk yang dihasilkan berupa (S)-2-oktanol.

Gambar 7. Reaksi (R)-2-bromooktana dengan suatu nukleofilik, menghasilkan (S)-2-oktanol dan ion bromin.

Stereokimia untuk reaksi SN2 menunjukkan bahwa reaksi ini menghasilkan

inversi konfigurasi. Dengan demikian, reaksi terjadi dengan pengganti anion

hidroksida dari arah belakang pada alkil halida

Kita ingat bahwa penggantian dari arah belakang juga diamati untuk ion

bromida dan serangan nukleofil lainnya dengan zat antara ion bromonium dalam

brominasi alkana. Sekarang kita dapat mengenali bahwa reaksi ini juga

merupakan reaksi SN2. Stereokimia pada reaksi SN2 digambarkan dalam inversi

amina. Untuk reaksi SN2 itu, keadaan transisi mencakup suaru rehibridisasi

sementara atom karbon ujung, dari sp2 ke sp3 dan akhirnya kembali ke sp3 lagi.

Efek Gugus Lepas terhadap Reaksi SN2

Gugus lepas merupakan gugus apa saja yang dapat digeser dari ikatannya

dengan suatu atom karbon sambil membawa sepasang elektron yang semula

digunakan untuk berikatan. Reaktivitas gugus lepas juga merupakan faktor

penting pada reaksi substitusi nukleofilik bimolekuler. Semakin reaktif suatu

gugus lepas, maka akan semakin cepat reaksi tersebut berlasung. Di antara gugus

lepas yang ada, alkil halida merupakan gugus lepas yang baik. Laju reaksi relatif

dari alkil halida dapat dilihat pada data di bawah ini.

Data di atas menunjukkan bahwa dengan nukleofil dan gugus alkil yang

sama, perbedaan alkil halida yang diikat menunjukkan perbedaan laju reaksi yang

cukup signifikan. Ion iodida merupakan halida yang paling baik untuk digunakan

sebagai gugus lepas sedangkan ion fluorida merupakan alkil halida yang paling

buruk. Pada kenyataannya, alkil fluorida tidak mengalami reaksi dengan nukleofil.

Apa yang menyebabkan hal ini terjadi? Mengapa ion iodida merupakan

gugus lepas yang baik diantara halida lain pada satu golongan? Apa yang

menyebabkan gugus lepas dapat pergi dari ikatannya dan membawa sepasang

elektron?

1. Ditinjau dari polarisabilitas

Dari atas ke bawah dalam satu golongan ukuran atom semakin

bertambah besar. Besarnya ukuran atom menyebabkan bertambahnya

awan elektron yang terdapat di dalamnya sehingga awan elektron tersebut

memudahkan terjadinya polarisasi. Pada ikatan C-X, halida lebih

elektronegatif dibandingkan atom karbon sehingga terbentuklah dipol

positif dan negatif.

Muatan parsial positif yang terjadi pada atom karbon disukai oleh

sangat disukai oleh nukleofil yang menyebabkan terjadinya penyerangan

oleh nukleofil terhadap atom karbon.

2. Panjang Ikatan dan Kekuatan Ikatan

Ukuran atom yang semakin besar dari fluorin ke iodin

menyebabkan panjang ikatan meningkat dan kekuatan ikatan menurun.

Fluorometana sangat polar, memiliki ikatan C-X terpendek dan terkuat,

sedangkan iodometana kurang polar dan memiliki ikatan C-X terpanjang

dan kekuatan ikatannya terlemah. Hal ini yang menyebabkan ikatan

iodometana lebih mudah memutuskan ikatannya dan lebih reaktif

dibandingkan fluorometana. Di bawah ini merupakan ilustrasi dari

kepolaran, panjang ikatan, dan kekuatan ikatan.

3. Kekuatan basa dari gugus lepas

Basa lewis merupakan spesi yang dapat mendonorkan elektron

pada spesi lain. Semakin kuat basa lewis semakin baik kemampuan

mendonorkan elektronnya. Sebaliknya, gugus lepas merupakan gugus

penarik elektron yang akan lepas dari ikatan dengan membawa sepasang

elektron. Sehingga semakin lemah sifat basanya, maka baik

kemampuannya dalam menarik elektron. Hal ini ditunjukkan pada tabel

tingkat keasaman pada beberapa gugus lepas.

HI memiliki keasaman terkuat dengan pH yang sangat kecil sehingga sifat

basanya paling lemah diantara yang lainnya. Ion iodida merupakan gugus lepas

yang paling baik dibandingkan halida lainnya.

Sifat basa yang lemah ini menjadikan gugus lepas stabil ketika terlepas

menjadi ion. Gugus lepas tidak stabil dapat menyebabkan reaksi dapat balik atau

reversibel. Jika perbedaan kebasaan antara nukleofil dan gugus lepas kecil, maka

reaksi dapat berlangsung kebalikannya, gugus lepas dapat menyerang kembali

nukleofil. Contohnya jika nukleofil adalah Br- dan gugus lepas adalah I- maka

reaksi tersebut dapat balik karena selisih pKa yang sangat kecil.

Lain halnya jika nukelofil berupa H2O dan gugus lepas berupa Cl-. HCl

jauh lebih asam daripada H2O sehinga sifat basa jauh lebih kecil. Akibatya, OH-

dapat mengusir Cl- sedangkan Cl- tidak dapat melakukan hal sebaliknya. Oleh

karena itu, semakin lemah sifat basa akan menjadi gugus lepas yang paling baik

karena ia idak akan menyerang kembali ikatan antara nukleofil dengan substrat.

Efek Pelarut terhadap Reaksi SN2

Pelarut yang digunakan dalam reaksi subtitusi kita ketahui ada dua yaitu,

pelarut polar protik dan pelarut polar aprotik. Pelarut polar protik adalah pelarut

yang dapat mendonorkan ikatan hidrogen. Molekul-molekul pelarut mengatur diri

mereka sendiri sehingga hidrogen bermuatan positif mengarah ke spesies

bermuatan negatif. Interaksi antara ion dan dipol pelarut protik disebut interaksi

ion-dipol.

Gambar 9. Interaksi antara ion dan dipol pelarut protik

Dapat dilihat dari gambar diatas, bahwa hydrogen bermuatan positif pada pelarut

polar protik mengelilingi nukleofil sehingga nukleofil tidak bebas bergerak. Hal

ini sangat cocok untuk reaksi SN1 yang membutuhkan waktu pembentukan

karbokation sehingga nukleofil tidak dapat langsung menyerang pada subtract

karena disolvasi terlebih dahulu oleh pelarut polar protik.

Pelarut polar aprotik bukan pendonor ikatan hidrogen karena tidak memiliki

hidrogen yang terikat pada oksigen atau nitrogen, jadi tidak ada hidrogen

bermuatan positif untuk membentuk interaksi ion-dipol untuk mensolvasi

anion/nukleofil.

Gambar 10. Contoh pelarut polar aprotik

Gambar 11. ……………….

Hasilnya, sehubungan dengan solvasi, adalah interaksi relatif lemah antara pelarut

aprotik dan nukleofil tersebut. Lemahnya interaksi antara pelarut polar aprotik

dengan nukloefil ini menyebabkan semakin cepat pula nukleofil untuk menyerang

subtract. Hal ini menyebabkan pelarut polar aprotik lebih baik untuk reaksi SN2,

karena pelarut tersebut tidak menghambat nukleofil untuk menyerang subtract.

Semakin kuat nukleofilik, maka akan semakin cepat pula reaksi berlangsung.

Gambar 12. …………………

BAB III

KESIMPULAN

1. Mekanisme reaksi SN2 terjadi satu tahap dan berlangsung cepat.

2. Laju reaksi ditentukan oleh konsentrasi substrat dan nukleofilik

V= k [RX][Nu-]

3. Streokimia yang dihasilkan pada reaksi SN2 merupakan inversi konfigurasi

4. Pelarut yang digunakan adalah pelarut aprotik.

5. Pada alkil halida gugus lepas yang paling baik adalah iodin sedangkan flourin

merupakan gugus lepas yang paling buruk.

DAFTAR PUSTAKA

Bruice, Paula Yurkanis. Organic Chemistry Fourth Edition.

Fessenden, Ralp J dan Fessenden, Joan S.1986. Kimia Organik Edisi

Ketiga.Erlangga: Jakarta.

Jr, Wade L.G. 2006. Organic Chemistry Sixth Edition. Pearson Prentice HaW:

United State of America

Loudon, Marc. 2008. Organic Chemistry Seventh Edition. Robert A D Compa Y

Publishers: Colorado.

Murry, Jhon Mc. 2008. Organic Chemistry Seventh Edition. Thomson Learning

Academic Resource Center: United State of America.

Solomon, Graham T.W. 2008. Organic Chemistry Seventh Edition. John Wiley &

Sons, Inc: United State of America.

http://en.wikipedia.org/wiki/SN2_reaction diakses pada tanggal 10 september

2014

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Reactions/SN2_Reaction diakses

pada tanggal 10 september 2014