Reaksi senyawa karbon
Download as DOCX, PDF2 likes10,504 views
Dokumen tersebut merangkum reaksi substitusi, eliminasi, dan adisi pada senyawa karbon. Reaksi substitusi melibatkan penggantian atom atau gugus pada molekul oleh atom atau gugus lain. Reaksi eliminasi melibatkan pembentukan ikatan rangkap dari ikatan tunggal. Sedangkan reaksi adisi melibatkan penyerapan atom atau gugus oleh senyawa dengan ikatan rangkap sehingga ikatan rangkap berubah menjadi ikatan
![a. Mekanisme SN2
Mekanisme ini berlangsung satu langkah, dinyatakan dengan persamaan:
|
Nu : -
+ C – L [Nu …. C …. L ] Nu – C + : L-
Nukleofil substrat keadaan transisi produk gugus pergi
Nukleofili menyerang dari sisi belakang dari ikatan C-L. Pada tahap tertentu (keadaan
transisi), nukleofili dan gugus pergi keduanya terikat secara parsial pada karbon tempat
berlangsungnya reaksi substitusi. Sewaktu gugus pergi meninggalkan karbon dengan
sepasang electron bebasnya, nukleofili memasok sepasang elektron lain pada atom karbon.
Angka 2 digunakan untuk menjelaskan mekanisme ini karena reaksi ini bimolekuler. Artinya
dua molekul, yaitu nukleofili dan substrat, yang terlibat dalam langkah kunci (hanya satu
langkah) dalam mekanisme reaksi ini.
Beberapa petunjuk agar mengetahui mekanisme SN2:
1. Laju reaksi bergantung pada konsentrasi nukleofili maupun substrat. Contohnya
reaksi ion hidroksida dengan etil bromida. Jika dilipat duakan konsentrasi nukleofili
(HO-
), maka reaksi berlangsung dua kali lebih cepat. Hal yang sama terjadi jika
dilipat duakan konsentrasi etil bromida.
2. Setiap penggantian melalui SN2 selalu mengakibatkan inversi konfigurasi. Contohnya
(R)-2-bromobutana direaksikan dengan natrium hidroksida, yang akan menghasilkan
(S)-2-butanol.
CH3 CH3
HO-
+ C – Br HO – C + Br -
H H
CH2CH3 CH2CH3
(R)-2-bromobutana (S)-2-butanol.
3. Reaksi akan paling cepat jika gugus alkil pada substrat berupa metal atau primer dan
paling lambat jika berupa tersier. Alkil halida sekunder bereaksi dengan laju
pertengahan.](https://image.slidesharecdn.com/reaksisenyawakarbon-130514005140-phpapp01/85/Reaksi-senyawa-karbon-4-320.jpg)
Reaksi senyawa karbon
- 1. TUGAS KIMIA ORGANIK II “RINGKASAN REAKSI SUBSTITUSI, ELIMINASI DAN ADISI” OLEH : NAMA : APRILIA YUNESTI NPM : A1F011022 DOSEN PENGAMPU : Dr. Agus Sundaryono PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS BENGKULU 2013
- 2. REAKSI-REAKSI SENYAWA KARBON (Reaksi Substitusi, Eliminasi, dan Adisi ) Reaksi senyawa karbon pada umumnya merupakan pemutusan dan pembentukan ikatan kovalen. Ada beberapa jenis reaksi senyawa karbon, diantaranya yaitu reaksi substitusi, adisi, dan eliminasi. 1. Reaksi Subtitusi Pada reaksi substitusi, atom atau gugus atom yang terdapat dalam suatu molekul digantikan oleh atom atau gugus atom lain. Reaksi substitusi umumnya terjadi pada senyawa yang jenuh (semua ikatan karbon-karbon merupakan ikatan tunggal), tetapi dengan kondisi tertentu dapat juga terjadi pada senyawa tak jenuh. Secara umum mekanismenya : R ─ X + R’ ─ Y → R ─ Y + R’ ─ X Atom karbon ujung suatu alkil halida mempunyai muatan positif parsial. Karbon ini sangat rentan (susceptible; mudah diserang oleh) terhadap serangan oleh anion dan spesi lain. Sehingga akan terjadi reaksi subtitusi , yaitu suatu reaksi dimana mana satu atom, disubstitusikan untuk menggantikan atom, atau gugus lain. Contoh: Halogenasi hidrokarbon (penggantian atom H oleh halogen) Animasi substitusi Animasi klorinasi Dalam reaksi substitusi alkil halida, halida itu disebut gugus pergi (leaving group) yang berarti gugus apa saja yang dapat digeser dari ikatannya dengan suatu atom karbon. Spesi yang menyerang suatu alkil halida dalam suatu reaksi substitusi disebut nukleofil,sering dilambangkan dengan Nu- .
- 3. Dari reaksi diatas Cl- adalah nukleofil. Kebanyakan nukleofil adalah anion, namun beberapa molekul polar yang netral seperti H2O, CH3OH, dan CH3NH2 dapat juga bertindak sebagai nukleofil. Substitusi oleh nukleofil disebut substitusi nukleofil atau pergantian nukleofil. Lawan nukleofil adalah elektrofil (pencinta electron) , sering dilambangkan dengan E+ . Suatu elektrofil adalah spesi apa saja yang tertarik ke suatu pusat negatif. Jadi, suatu elektrofil ialah suatu asam lewis seperti H+ atau ZnCl2 . Reaksi substitusi Nukleofilik Pada reaksi substitusi nukleofilik, atom/ gugus yang diganti mempunyai elektronegativitas lebih besar dari atom C, dan atom/gugus pengganti adalah suatu nukleofil, baik nukleofil netral atau nukleofil yang bermuatan negatif. Nukleofil adalah spesies (atom / ion/ molekul) yang kaya elektron, sehingga dia tidak suka akan elektron tetapi suka akan nukleus (inti yang kekurangan elektron). Mekanisme Reaksi substitusi Nukleofilik : Reaktivitas relatif dalam reaksi substitusi nukleofilik dipengaruhi oleh reaktivitas nukleofil, struktur alkilhalida dan sifat dari gugus terlepas. Reaktivitas nukleofil dipengaruhi oleh basisitas, kemampuan mengalami polarisasi, dan solvasi.
- 4. a. Mekanisme SN2 Mekanisme ini berlangsung satu langkah, dinyatakan dengan persamaan: | Nu : - + C – L [Nu …. C …. L ] Nu – C + : L- Nukleofil substrat keadaan transisi produk gugus pergi Nukleofili menyerang dari sisi belakang dari ikatan C-L. Pada tahap tertentu (keadaan transisi), nukleofili dan gugus pergi keduanya terikat secara parsial pada karbon tempat berlangsungnya reaksi substitusi. Sewaktu gugus pergi meninggalkan karbon dengan sepasang electron bebasnya, nukleofili memasok sepasang elektron lain pada atom karbon. Angka 2 digunakan untuk menjelaskan mekanisme ini karena reaksi ini bimolekuler. Artinya dua molekul, yaitu nukleofili dan substrat, yang terlibat dalam langkah kunci (hanya satu langkah) dalam mekanisme reaksi ini. Beberapa petunjuk agar mengetahui mekanisme SN2: 1. Laju reaksi bergantung pada konsentrasi nukleofili maupun substrat. Contohnya reaksi ion hidroksida dengan etil bromida. Jika dilipat duakan konsentrasi nukleofili (HO- ), maka reaksi berlangsung dua kali lebih cepat. Hal yang sama terjadi jika dilipat duakan konsentrasi etil bromida. 2. Setiap penggantian melalui SN2 selalu mengakibatkan inversi konfigurasi. Contohnya (R)-2-bromobutana direaksikan dengan natrium hidroksida, yang akan menghasilkan (S)-2-butanol. CH3 CH3 HO- + C – Br HO – C + Br - H H CH2CH3 CH2CH3 (R)-2-bromobutana (S)-2-butanol. 3. Reaksi akan paling cepat jika gugus alkil pada substrat berupa metal atau primer dan paling lambat jika berupa tersier. Alkil halida sekunder bereaksi dengan laju pertengahan.
- 5. b. Mekanisme SN1 Mekanisme ini berlangsung dua langkah. Pada langkah pertama yang berjalan lambat, ikatan antra karbon dan gugus pergi putus sewaktu substrat ini berdisosiasi (mengion). C — L lambat C + - : L Substrat karbokation gugus pergi Elektron dari ikatan C-L pergi bersama gugus pergi dan terbentuk karbokation. Sedangkan pada langkah kedua yang berlangsung cepat, karbokation bergabung dengan nukleofili menghasilkan produk. C+ + : Nu cepat C dan C Nu++ Nu Karbokation nukleofili Jika nukleofili berupa molekul netral, contohnya air atau alkohol, lepasnya satu proton dari oksigen nukleofilik pada langkah ketiga menghasilkan produk akhir. Angka 1 digunakan untuk menunjukkan mekanisme ini sebab langkah penentu lajunya yang lambat hanya melibatkan salah satu dari dua reaktan, yaitu substrat. Tahap penentu laju ini tidak melibatkan nukleofili sama sekali. Artinya langkah pertama termasuk unimolekuler. Reaksi SN1 menyerupai adisi elektrofili pada alkena ayitu reaksi lain yang memiliki karbokation intermediet. Beberapa petunjuk agar mengetahui mekanisme SN1: 1. Laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi nukleofili. Langkah pertama adalah penentu laju dan nukleofili tidak terlibat dalam langkah ini. Dengan demikian kendala dalam laju reaksi adalah laju pembentukan karbokation bukan laju reaksinya dengan nukleofili yang berlangsung secara cepat. 2. Jika karbon pembawa gugus pergi merupakan stereogenik, reaksi berlangsung terutama dengan hilangnya aktivitas optis (artinya dengan rasemisasi). Pada karbokation hanya tiga gugus yang melekat pada karbon yang bermuatan positif. Maka karbon positif terhibridisasi sp2 dan berbentuk planar. Contohnya (R)-3-bromo- 3-metilheksana dengan air manghasilkan alkohol rasemik. +
- 6. Karbokation intermediet berbentuk planar dan akiral. Gabungan dengan H2O dari ―atas‖ atau ―bawah‖ sama peluangnya, masing-masing menghasilkan alcohol R dan S dalam jumlah yang sama. Br | aseton CH3CH2 + C berair C – CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2CH2 CH3 (R)-3-bromo-3-metilheksana karbokation intermediet H2O -H+ CH3 OH CH3CH2 C CH3CH2 C CH3CH2CH2 | CH3 OH CH3CH2CH2 50%S 50%R (produk dan serangan (produk dan serangan Pada bagian bawah karbokation) pada bagian atas karbokation) 3. Reaksi paling cepat bila gugus alkil pada substrat keadaan tersier dan paling lambat bila primer. Hal ini karena reaksi SN1 belangsung melalui karbokation sehingga urutan reaktivitasnya sama dengan urutan kestabilan karbokation (3° > 2° > 1°) artinya semakin mudah pembentukan karbokation semakin cepat reaksi berlangsung. Maka reaktivitas SN1 juga sejalan dengan karbokation yang terstabilkan resonansi, contohnya karbokation alilik. Dan reaktivitas SN1 kurang menyukai aril dan vinil halida karena karbokation aril dan vinil tidak stabil dan tidak mudah terbentuk.
- 7. Perbedaan antara SN1 dan SN2 Variabel SN2 SN1 Struktur halida Primer atau CH3 Sekunder Tersier Sering dijumpai Kadang-kadang jarang Jarang Kadang-kadang Sering dijumpai Stereokimia Inversi Rasemisasi Pelarut Laju dihambat oleh pelarut protik polar dan meningkat dengan pelarut aprotik polar Karena intermediet berupa ion, lajunya meningkat dalam pelarut polar Nukleofili Laju bergantung pada konsentrasi nukleofili, mekanisme menyukai nukleofili yang berupa anion Laju tidak bergantung pada konsentrasi nukleofili, mekanisme cendrung dengan nukleofili netral. Ada beberapa ketentuan umum yang berguna, yakni: 1. Ion negatif lebih nukleofilik atau pemasok electron yang lebih baik daripada molekul netral. Maka HO- > HOH ; RS- > RSH ; RO- > ROH 2. Unsur yang berada dibagian bawah table berkala cendrung lebih nukleofilik dari pada unsur yang terletak di bagian atas pada golongan yang sama, maka HS- > HO- ; I- > Br- > Cl- > F- (dalam pelarut protik) 3. Unsur dalam periode yang sama pada table berkala cenderung kurang nukleofilik jika unsur tersebut semakin elektronegatif (artinya semakin kuat mengikat electron pada dirinya). Maka R R R – C- > N- > R – O- > F- dan H3N: > H2O > HF R R
- 8. 2. Reaksi Adisi Reaksi adisi terjadi pada senyawa yang mempunyai ikatan rangkap atau rangkap tiga, termasuk ikatan rangkap karbon dengan atom lain, seperti pada C=O dan pada . Dalam reaksi adisi, molekul senyawa yang mempunyai ikatan rangkap menyerap atom atau gugus atom sehingga ikatan rangkap berubah menjadi ikatan tunggal. Untuk alkena atau alkuna, bila jumlah atom H pada kedua atom C ikatan rangkap berbeda, maka arah adisi ditentukan oleh kaidah Markovnikov, yaitu atom H akan terikat pada atom karbon yang lebih banyak atom H-nya (―yang kaya semakin kaya‖).Contoh: Animasiadisi Beberapa reaksi adisi yaitu : Reaksi hidrogenasi alkana R – CH = CH – R’ + H – H → R – CH2 – CH2 – R’ Contoh : C2H5 – CH = CH – CH3 + H – H → C2H5 – CH2 – CH2 – CH3 2-pentena n-pentana Reaksi hidrogenasi ini digunakan untuk membuat margarin (mentega tiruan) dari minyak yang mengandung asam lemak tak jenuh (C = C). Minyak cair dihidrogenasi dengan bantuan katalis Ni menghasilkan lemak padat. Reaksi adisi dengan halogen CH3 – CH = CH – C2H5 + Br2 → CH3 – CH – CH – C2H5 | | Br Br
- 9. Reaksi adisi dengan brom digunakan untuk membedakan senyawa alkena (C = C) dengan sikloalkana. Hal ini karena kedua senyawa mempunyai isomer fungsional (rumus molekul sama, tetapi gugus fungsi berbeda). Pengamatan reaksinya dengan membedakan warna dari brom yaitu merah coklat. Alkena dapat bereaksi dengan brom sehingga warna merah coklat dari brom hilang menjadi tidak berwarna. Akan tetapi, sikloalkana tidak bereaksi dan warna merah coklat dari brom tetap. Adisi dengan asam halida (HX) CH3 – CH = CH –CH3 + H – Cl → CH3 – CH – CH – CH3 | | H Cl 3. Reaksi Eliminasi Reaksi eliminiasi dapat juga dikatakan sebagai reaksi pembentukan ikatan rangkap dari ikatan tunggal (kebalikan dari reaksi adisi). Sesuai dengan namanya eliminasi atau penghapusan, jadi senyawa yang berikatan tunggal salah satu atom atau gugus atomnya dilepas, sehingga ikatan yang tunggal tersebut bersatu dengan ikatan lain membentuk ikatan rangkap. Pada reaksi eliminasi, molekul senyawa berikatan tunggal berubah menjadi senyawa berikatan rangkap dengan melepas molekul kecil. Mekanisme reaksi eliminasi : CH3 ─ CH ─ CH─ CH3 → CH3 ─ C H = CH─ CH3 + X─Y | | X Y Contoh: Eliminasi air (dehidrasi) dari alkohol. Apabila dipanaskan dengan asam sulfat pekat pada suhu sekitar 1800 C, alkohol dapat mengalami dehidrasi membentuk alkena.
- 10. Ada dua mekanisme utama untuk reaksi elminasi yang disebut sebagai E2 dan E1. Mekanime yang terjadi adalah: a. Mekanisme E2 Mekanisme E2 merupakan proses satu langkah. Nukleofili yang bertindak sebagai basa, mengambil proton (hydrogen) pada atom karbon di sebelah atom karbon pembawa gugus pergi. Pada waktu yang sama, gugus pergi meninggalkan tempat dan ikatan rangkap terbentuk. Pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan yang terjadi sewaktu berlangsungnya reaksi E2 ditunjukkan dengan panah lengkung berikut: Nu:- H Nu – H ikatan pi C − C E2 C C L L:- Konformasi yang disukai untuk substrat pada reaksi E2 juga pada reaksi di atas. Atom-atom H-C-C-L terletak pada satu bidang datar, dengan H dan L pada kedudukan anti. Kemudahan ini beralasan sebab ikatan C-H dan C-L berkedudukan sejajar pada konformasi ini. Kesejajaran ini diperlukan untuk membentuk ikatan pi yang baru sewaktu ikatan C-H dan C-L putus. b. Mekanisme E1 Mekanisme E1 merupakan proses dua langkah dan lankah pertamanya sama seperti pada mekanisme SN1, yaitu ionisasi substrat yang menentukan laju (lambat) untuk menghasilkan karbokation. H H | | Lambat | | −C – C – L −C – C+ + : L- | | | | Substrat karbokation
- 11. Dengan demikian ada dua reaksi yang mungkin untuk karbokation. Karbokation dapat bergabung dengan nukleofili (proses SN1), atau dapat kehilangan satu proton dari atom karbon di sebeleh karbon positif missal ditunjukkan oleh panah lengkung dan menghasilkan alkena (proses E1). H H Nu: - C – C – Nu SN1 | | −C – C+ – | | -H+ C = C + H+ E1 Karbokation