MEKANISME REAKSI ELIMINASI E2

Mekanisme Reaksi Eliminasi E2

Reaksi E2

E2 adalah salah satu dari empat mekanisme reaksi utama yang akan kita jumpai di awal studi tentang kimia organik. E adalah singkatan dari eliminasi. Dua atom pada karbon yang berdekatan dihilangkan, atau dihilangkan, untuk mendapatkan produk. Hasil akhirnya adalah alkena dengan ikatan pi C-C baru. 2 dalam nama mekanisme singkatan dari bimolecular. Ini berarti bahwa laju reaksi tergantung pada konsentrasi substrat, molekul organik yang mengalami eliminasi, serta basa yang diperlukan untuk reaksi. Reaksi E2 alkil halidanya cenderung  jika digunakan basa kuat misalnya ^-OH dan ^–OR dan suhu yang tinggi.

Contoh Reaksi E₂

Semua reaksi E2 memiliki dua kesamaan: gugus meninggalkan yang baik dan atom hidrogen pada karbon yang berdekatan dengan yang meninggalkan gugus. Alkil halida dan alkohol adalah reaktan yang paling umum dalam reaksi E2.

Perhatikan bahwa eliminasi alkohol E2 menggunakan asam, bukan basa. Seperti yang akan kita lihat ketika kita melihat mekanismenya, asam digunakan untuk membuat gugus ^-OH menjadi gugus yang lebih baik, yaitu air.

Alkil halida mengalami eliminasi untuk menghasilkan alkena.

Alkohol mengalami eliminasi untuk menghasilkan alkena.

Mekanisme Reaksi E2

            Protonnya ditransfer ke basa menjadi gugus lepas awal. Pada keadaan transisi terjadi lepasnya (X) dan transfer (H). Alkana yang akan dihasilkan stereospesifik.

 Di sini kita bisa lihat mekanisme eliminasi E2 dari alkil halida, RX.

Pada reaksi E2, alkil halida tersier bereaksi paling cepat dan jika pada alkil halida primer bereaksi paling lambat. (Jika kita olah suatu basa, alkil halida primer itu biasanya mudah betul bereaksi substitusi, yang nantinya menyebabkan sedikit alkena yang terbentuk).

Seperti disebutkan sebelumnya, basa mengambil proton (H +) dari karbon yang berdekatan dengan X. Elektron yang membentuk ikatan C-H sekarang digunakan untuk membuat ikatan pi C-C yang baru. Ketika ikatan baru terbentuk, kelompok yang meninggalkan daun dengan pasangan elektronnya. Penghapusan air dari alkohol primer dimungkinkan, tetapi sulit. Namun, jika itu terjadi akan menggunakan mekanisme E2. Reaksi eliminasi unimolecular, juga disebut E1, menggunakan mekanisme berbeda yang melibatkan karbokation. Karena karbokation primer jarang terbentuk, penghilangan alkohol primer akan terjadi melalui E2 seperti yang kita lihat.

Eliminasi bimolekul dari alkohol primer membutuhkan asam untuk mengubah gugus ^-OH
 menjadi gugus meninggalkan yang baik.

Permasalahan

1. Mengapa pada reaksi E2 alkil halidanya cenderung  dominan jika digunakan basa kuat misalnya ^-OH dan ^–OR?
2. Pada reaksi E2, alkil halida tersier bereaksi paling cepat dan jika pada alkil halida primer bereaksi paling lambat. Mengapa terjadi demikian?
3. Apa yang menjadi penyebab diperlukan temperatur yang tinggi pada eliminasi E2?

Referensi

Fessenden & Fessenden. 1986. Kimia Organik Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.

MEKANISME REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK SN1

Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik S_N1

Reaksi S_N1

Apa itu Reaksi ?

           Reaksi S_N1 adalah reaksi substitusi nukleofilik di mana langkah penentuan laju unimolecular. Ini adalah jenis reaksi substitusi organik. S_N1 adalah singkatan dari unimolecular nucleophilic substitusi. Dengan demikian, persamaan laju (yang menyatakan bahwa reaksi S_N1 tergantung pada elektrofil tetapi tidak pada nukleofil) berlaku dalam situasi di mana jumlah nukleofil jauh lebih besar daripada jumlah perantara karbokation. Reaksi ini melibatkan pembentukan perantara karbokation. Umumnya terlihat dalam reaksi alkil halida tersier atau sekunder dengan alkohol sekunder atau tersier dalam kondisi asam kuat atau sangat basa. Reaksi S_N1 sering disebut sebagai mekanisme disosiatif dalam kimia anorganik.

       Kecepatan reaksi S_N1 sangat bergantung pada substratnya tidak bergantung pada reagennya. Di bawah ini contoh S_N1 (stepwise mechanism):

           

Diberikan di bawah ini adalah beberapa contoh dari reaksi substitusi nukleofilik tipe S_N1.

Efek Pelarut

• Pelarut yang dapat memfasilitasi pembentukan perantara karbokation akan mempercepat langkah penentuan laju reaksi S_N1.
• Pelarut yang disukai untuk jenis reaksi S_N1 ini adalah polar dan protik.
• Sifat kutub pelarut membantu menstabilkan zat antara ion sedangkan sifat protik pelarut membantu melarutkan kelompok yang meninggalkan.
• Contoh-contoh pelarut yang digunakan dalam reaksi S_N1 termasuk air dan alkohol. Pelarut ini juga bertindak sebagai nukleofil. 

Mekanisme Reaksi S_N1

Mekanisme reaksi S_N1 mengikuti proses langkah demi langkah di mana pertama-tama, karbokation dibentuk dari penghilangan gugus yang meninggalkan. Kemudian karbokation diserang oleh nukleofil. Akhirnya, deprotonasi nukleofil terprotonasi terjadi untuk menghasilkan produk yang dibutuhkan. Langkah menentukan laju reaksi ini tergantung murni pada elektrofilisitas kelompok yang meninggalkan dan tidak terpengaruh sama sekali oleh nukleofil. Nukleofil yang bisa menyerang ialah nukleofil basa yang sangat lemah misalnya H₂O, CH₃CH₂OH. Pada S_N1 ini terdapat tiga tahap reaksi. Dengan mengambil hidrolisis butil bromida tersier sebagai contoh, mekanisme reaksi S_N1 dapat dipahami melalui langkah-langkah berikut.

Langkah 1

• Ikatan karbon-bromin adalah ikatan kovalen polar. Pembelahan ikatan ini memungkinkan pengangkatan gugus yang meninggalkan (ion bromida).
• Ketika ion bromida meninggalkan butil bromida tersier, zat antara karbokation terbentuk.
• Seperti disebutkan sebelumnya, ini adalah langkah penentuan laju mekanisme S_N1.
• Penting untuk dicatat bahwa putusnya ikatan karbon-brom adalah endotermik.

Langkah 2

• Pada langkah kedua mekanisme reaksi S_N1, karbokation diserang oleh nukleofil.
• Karena air digunakan sebagai pelarut, zat antara ion oksonium terbentuk.
• Karena pelarut bersifat netral, langkah ketiga di mana deprotonasi terjadi diperlukan.

Langkah 3

• Muatan positif pada karboksi dialihkan ke oksigen pada langkah sebelumnya.
• Pelarut air sekarang itu bertindak sebagai basa dan mendeprotonasi ion oksonium guna menghasilkan alkohol yang dibutuhkan bersama dengan ion hidronium sebagai produk.
• Langkah 2 dan Langkah 3 dari reaksi ini cepat.

Ciri-ciri reaksi S_N1

            Ciri-ciri reaksi yang  berjalan dengan mekanisme S_N1 ialah sebagai berikut:

• Kecepatan reaksi itu tidak bergantung pada konsentrasi nukleofil.
• Jika karbon yang membawa gugus pergi ialah bersifat kiral, reaksi menyebabkan aktivitas optik hilang.

Permasalahan:

1. Mengapa pelarut yang disukai untuk jenis reaksi S_N1 ini ialah polar dan protik?
2. Mengapa pada SN1 jika karbon yang membawa gugus pergi bersifat kiral, reaksi menyebabkan aktivitas optik hilang?
3. Mengapa kecepatan reaksi S_N1 sangat bergantung pada substratnya tidak bergantung pada reagennya?

MEKANISME REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK SN2

MEKANISME REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK S_N2

Reaksi Substitusi

Reaksi substitusi adalah jenis reaksi kimia di mana atom atau gugus fungsi suatu molekul tergantikan oleh atom atau gugus fungsi lainnya.

Contoh reaksi substitusi:

Reaksi substitusi nukleofilik

Reaksi Substitusi Nukleofilik adalah sekelompok reaksi yang melibatkan interaksi Nukleofil dengan Elektrofil. Nukleofil kaya-elektron mencari (menyerang) elektrofil yang kekurangan elektron. Sebelum reaksi berlangsung, elektrofil mengandung atom atau kelompok yang disebut Leaving Group, karena akhirnya terlepas dari elektrofil.

Reaksi substitusi nukleofilik pada suatu nukleofilik (Z) itu menyerang alkil halida yang ada pada suatu atom karbon yang hibrida-sp3 nya yaitu yang mengikat halogen (X), yang mengakibatkan tersingkirnya halogen oleh nukleofil. Halogen yang tersingkir ini kita namakan gugus pergi. Nukleofil disini harus memiliki pasangan elektron bebas yang nantinya dipakai untuk membentuk suatu ikatan yang baru dengan karbon. Hal ini yang menyebabkan memungkinkan untuk gugus pergi terlepas dengan membawa pasangan elektron yang semulanya sebagai elektron ikatan.

Reaksi S_N2

Reaksi S_N2 adalah jenis substitusi nukleofilik, di mana pasangan elektron bebas dari nukleofil menyerang pusat elektrofilik yang kekurangan elektron dan berikatan dengannya, mengeluarkan gugus lain yang disebut gugus yang pergi. Dengan demikian gugus yang masuk menggantikan gugus yang meninggalkan dalam satu langkah. Karena dua spesies yang bereaksi terlibat dalam langkah lambat, penentuan laju reaksi, ini mengarah pada penggantian substitusi nukleofilik bimolekular, atau SN2. Ahli kimiawan anorganik, reaksi SN2 sering dikenal sebagai mekanisme pertukaran.

Notasi S_N2 itu menunjukkan bahwa reaksi substitusi nukleofil bimolekular, yang artinya dalam reaksi ini ada dua spesies yang berperan dalam pembentukan keadaan transisi. Pada reaksi SN2, nukleofil itu menyerang substratnya dari arah belakang, dalam artian nukleofil melakukan pendekatan dengan substrat dari arah yang berlawanan dengan posisi gugus pergi.

Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik S_N2 

           Mekanisme rekasi S_N2 ialah merupakan proses satu tahap yang bisa digambarkan dengan cara:

           Nukleofil disini menyerang dari belakang ikatan C-X. pada saat keadaan transisi, nukleofil dan gugus pergi menyatu dengan karbon yang mana terjadinya substitusi. Ketika gugus pergi lepas dan membawa pasangan elektron, nukleofil memberikan pasangan elektron yang dimilikinya dengan karbon. Notasi dua ini artinya ialah bahwa reaksi bimolekuler, yakni nukleofil dan substrat berperan dalam langkah penentu kecepatan reaksi dalam mekanisme reaksi.

     Mekanisme reaksi S_N2 terjadi hanya pada alkil halida primer dan sekunder. Nukleofil yang menyerang disini ialah jenis nukleofil kuat misalnya –OH, -CN, CH3O-. serangan ini dilakukan dari belakang. Contoh mekanisme S_N2 ialah sebagai berikut:

Ciri-ciri dari reaksi S_N2:

• Konsentrasi nukleofili maupun substrat menentukan laju reaksi
• Terjadi inversi konfigurasi di setiap penggantian SN2. Misalnya jika kita mengolah (R)-2-bromobutana dengan natrium hidroksida, kita mendapatkan (S)-2-butanol. 

• Apabila gugus alkil pada substrat berupa metil atau primer maka reaksi akan paling cepat dan jika berupa tersier paling lambat. Alkil halida itu bereaksi dengan laju pertengahan.

Permasalahan

1. Mengapa pada reaksi SN2 akan paling cepat apabila gugus alkil pada substrat berupa metil atau primer?
2. Mengapa konsentrasi nukleofilik maupun substrat menentukan laju reaksi?
3. Mengapa ketika suatu nukleofil (Z) menyerang alkil halida pada atom karbon hibrida sp-3 yang mengikat halogen (X) bisa menyebabkan halogen tersingkirkan?  

STEREOKIMIA

Chemistry Education

Hi Chems kali ini saya akan membahas mengenai stereokimia

Come on with me  

STEREOKIMIA      

Stereokimia ialah kajian ilmu yang membahas tentang molekul-molekul di dalam ruang tiga dimensinya yaitu bagaimana cara atom-atom pada sebuah molekul disusun dalam ruangan satu relatif pada yang lain.

       Pada stereokimia ada tiga aspek yang akan dicakup diantaranya ialah isomer geometri, konfomasi molekul dan kiralitas molekul. Tapi kali ini saya akan membahas mengenai konfigurasi mutlak (ketetapan Chad Ingold Prelog) dan kiralitas dalam obat-obatan.

          Konfigurasi mutlak ialah cara uturan penataan keempat gugus yang terletak di sekitar atom karbon kiral. Satu pasang enantiomer memiliki konfigurasi yang bertolak belakang atau berlawanan. Konfigurasi mutlak enantiomer ialah ciri dari khas struktur molekulnya. Tidak ada hubungan yang sederhana di antara konfogurasi mutlak enantiomer dengan arah perputaran bidang polarisasi cahaya.

            Sudah ditunjukkan bagaimana pemutaran bidang polarisasi cahaya bisa dalam bentuk (+) dan (-). Juga diperlukan sistem guna menyatakan konfigurasi mutlak. Yaitu dengan cara penataan dengan cara sesunggunya dari gugus-gugus pada sekeliling suatu karbon kiral. Ada sistem (R) dan sistem (S) atau sistem Chand Ingold Prelog. Huruf R dari bahasa latin “rectus” berarti kanan dan huruf S dari bahsa latin “sinister” berarti kiri. Atom karbon kiral apapun memiliki konfigurasi R bisa juga konfigurasi S. Sehingga saru enantiomer adalah (R) dan enantiomer selain R ialah (S).

         Pada sistem (R) dan (S), gugus-gugus diurutkan sesuai dengan prioritas dan memakai cara aturan yang sama dengan yang dipakai pada sistem (E) dan (Z) hanya saja urutan prioritas ini dipakai dengan cara yang sedikit berbeda.

            Konfigurasi (R) dan (S) pada suatu karbon diberikan dengan cara:

1. Diurutkan keempat gugus (atom) yang terikat oleh karbon kiral iru sesuai urutan prioritas atau sesuai aturan deret Chan-Ingold-Prelog.
2. Diproyeksikan molekulnya sedemikian rupa menjadi gugus yang berprioritas rendah ke belakang.
3. Gugus dengan prioritas tinggi dipilih untuk ditarik dengan anak panah bengkok kea rah gugus dengan prioritas tertinggi selanjutnya.
4. Konfigurasinya (R) jika anak panahnya searah jarum jam, jika tidak searah jarum jam maka konfigurasinya (S).

          Misalnya pada 1-bromo-1-kloroetana.

Dirutkan keempat gugus. Yang diurutkan di sini ialah prioritas keempat atomnya dengan nomor atom: Br (paling ringgi, Cl, C, dan H (paling rendah). Gambar ini diproyeksikan dengan atom H prioritasnya rendah berada di belakang (atom ini ditutupi dengan atom karbon pada proyeksi di bawah ini. Atom dengan prioritas tertinggi yaitu (Br) ditarik anak panah menuju atom dengan prioritas kedua (Cl). Dan diberikan lambang (R) dan (S) nya.

Obat-obatan dan atom C khiral

Banyak perusahaan farmasi memakai obat dan makanan yang berasal dari berbagai macam sumber. Obat-obatan itu langsung diisolasi dari bakteri atau tumbuhan, yang dibuat dari senyawa bahan alam yang dimodifikasi kimia, da nada pula yang obatnya tersebut diracik di laboratorium sepenuhnya dan tidak ada di alam. Obat yang dibuat dari bahan alam atau yang sudah dimodifikasi kebanyakan memiliki atom C khiral dan hanya ditemukan dalam bentuk enantiomer tunggal dibandingkan dalam bentuk campuran rasematnya. Misalnya penisilin V, ialah antibiotic yang berasal dari isolasi lumut Penicillium, memiliki konfigurasi 2S, 5R, 6R. Enantiomernya tidak ada di alam dan juga dibuat di dalam laboratorium. Penisilin V ini biasanya tidak mempunyai aktivitas biologis.

Penisilin V

Lain halnya dengan obat-obatan yang bersumber dari bahan alam, ada juga obatobatan yang disintesisbdalam laboratorium yang terdiri dari kiral dan juga akiral yang sering dijual dalam keadaan campuran rasematnya. Misalnya ibuprofen yang didalamnya terkandung sebuah atom C stereogenik dan hanya memiliki enantiomer S saja yang bisa digunakan untuk anti-inflamasi (antiradang) atau analgesianalgesic penyembuhan rematik, sedangkan enantiomer R ibuprofen bersifat tidak aktif. Di pasaran, nama dagang dari ibuprofen Nuprin^®, Advil^®, dan Motrin^® yang merupakan campuran yang terdiri dari rasemat R dan S.

Melakukan sistesis senyawa tidak hanya menyebabkan boros bahan kimia, akan tetapi bisa juga mendapatkan enantiomer yang tidak menghasilkan fungsi seperti yang diinginkan. Enantiomer (R) ibuprofen yang terdapat dalam campuran rasemat bisa menyebabkan keterlambatan kecepatan dari enantiomer S. untuk mengatasi masalah ini, saat ini perusahaan farmasi merancang metode yang disebut sintesis asimetri, ialah yang hanya menciptakan atau membuat enantiomer tunggal, tidak untuk campuran rasemat. Pada masa ini sudah dikembangkan metode sebagai pembuatan (S)-ibuprofen.

Talidomid ialah salah satu diantara senyawa yang memiliki sifat-sifat biologis yang agak kurang mengenakkan. Pasalnya, senyawa ini memiliki satu atom khiral dan (+ dan -). Pada awalnya senyawa ini digunakan sebagai obat tidur, akan tetapi obat ini ditarik dari peredaran pada tahun 1961 karena bisa menyebabkan kecacatan pada bayi ketika lahir dari ibu yang menggunakan obat ini bahkan pada saat lahir bayi bisa saja kekurangan 2,3, atau 4 jari, ataupun tidak memiliki jari sama sekali.

           

            

Permasalahan
1. Mengapa penting bagi kita untuk mengidentifikasi apakah senyawa tersebut tergolong R atau S?
2. Bagaimana caranya menentukan apakah molekul tersebut tergolong R dan S?
3. Bagaimana kegunaan senyawa kiral pada dunia farmasi?