Mekanisme Reaksi Bersaing SN2 dan E2

 

MEKANISME REAKSI BERSAING SN2 dan E2

Reaksi SN2 dan E2 yaitu dua reaksi substitusi dan eliminasi yang paling umum dan bermanfaat. Reaksi SN2 membutuhkan nukleofil yang baik, sedangkan reaksi E2 membutuhkan basa yang baik. Namun dalam banyak kasus, nukleofil yang baik juga merupakan basa yang baik. Jadi SN2 dan E2 sering bersaing dalam kondisi reaksi yang sama. Pemenang ditentukan oleh derajat percabangan α dan β dan kekuatan nukleofil / basa. Peningkatan percabangan α dan β dan kebasaan yang kuat mendukung eliminasi E2. Peningkatan nukleofilisitas mendukung reaksi SN2.

Reaksi SN2 juga bisa dikatakan substitusi nukleofilik Bimolekular. Dan reaksi E2 yaitu reaksi yang terjadi apabila alkil halida direaksikan dengan basa kuat. Tingkat kebasaan suatu nukleofil dapat mempengaruhi pada kompetisi reaksi SN2 dan E2Reaksi SN2 bisa juga terjadi apabila digunakannya pelarut yang lebih polar. Reaksi SN2 dan E2 ini memiliki beberapa kesamaan diantaranya yaitu keduanya menjalankan hanya melalui proses 1 tahap, yang mana menggunakan 2 molekul sekaligus pada 1 tahap, kedua reaksi tidak menghasilkan karbokation.

Pada gambar di bawah ini bisa kita lihat bahwasanya ada dua kemungkinan kejadian yang akan terjadi, yaitu pada reaksi SN2 dan bisa saja pada reaksi E2. Perlu kita lihat, kejadian pertama jika basa kuat menyerang atom H β pada C β maka akan terbentuk ikatan rangkap pada C dan X lepas maka produk yang dihasilkan adalah produk E2. Sedangkan jika nukleofil menyerang atom C dan X lepas sebagai leaving group, maka produk yang dihasilkan adalah SN2.

Pada reaksi kompetisi SN2 dan E2 ini apabila pada reaksi bersaing SN2 dan E2 menggunakan alkil halida sekunder bisa juga bereaksi, karena mereka tidak mengalami ionisasi menjadi ion karbonium atau membentuk karbokation. Tetapi apabila menggunakan halida tersier yang berjalan dengan basa kuat dalam pelarut kurang polar maka reaksi yang terjadi yaitu E2, tidak dengan SN2. Kemudian, ketika menggunakan alkil halida primer maka yang terjadi adalah reaksi substitusi, SN2. Mekanisme yang terjadi sangat dipengaruhi oleh keadaan reaksi. Jika yang dipakai nukleofil basa lemah dengan pelarut polar aprotik, maka yang lebih dominan adalah SN2. E2 akan dominan jika yang dipakai adalah basa kuat seperti CH3CH2O-, atau OH- atau NH2-. Dan juga semakin tinggi temperatur, produk E2 yang dihasilkan banyak.

Faktor- faktor yang bisa mempengaruhi reaksi bersain SN2 dan E2 adalah temperatur, Struktur alkil halida (substrat), struktur basanya.

 

Permasalahan :

1.      Apa yang terjadi apabila pada reaksi bersaing SN2 dan E2 menggunakan alkil halida sekunder? Bagaimana produk yang dihasilkan?

2.      Mengapa tingkat kebasaan suatu nukleofil dapat mempengaruhi pada kompetisi reaksi SN2 dan E2?

3.      Mengapa semakin tinggi temperatur, produk E2 yang dihasilkan banyak juga?

 

Mekanisme Reaksi Bersaing SN1 dan E1

 

MEKANISME REAKSI BERSAING SN1 dan E1

     Seperti yang kita ketahui sebelumnya bahwa dalam mekanisme reaksi antara SN1 maupun E1 itu sama-sama terjadi pada unimolekuler yang berlangsung melalui dua tahapan. Tahap pertama pada kedua mekanisme ini juga sama dimana akan terjadi pembentukan karbokation terlebih dahulu. Dimana pada tahap pertama mekanisme SN1 substrat terurai sehingga ikatan antara atom karbon dan gugus bebas terputus dan membentuk karbokation. begitu juga pada mekanisme pada E1 yaitu tahapan ionisasi sendiri adalah tahap putusnya ikatan karbon-hidrogen dan membentuk karbokation. Sehingga menyebabkan kedua reaksi ini merupakan reaksi bersaing dikarenakan sama menggunakan basa lemah dan menggunakan pelarut protik polar.

          Perbedaan antara keduanya dapat kita ketahui bahwa reaksi SN1 merupakan reaksi substitusi nukleofilik yang merupakan substitusi nukleofilik untuk menggantikan gugus pergi dalam senyawa organik. Kemudian reakasi E1 merupakan reaksi eliminasi salah satu substituen yang terdapat dalam suatu senyawa organik.

       Mekanisme reaksi SN1 hampir identik dengan mekanisme E1 hanya berbeda dalam proses reaksi yang diambil dalam perantara karbokation. ada beberapa cara agar kita dapat mengetahui apakah reaksi ini merupakan SN1 atau E1 melihat hasil dari reaksi tersebut.  Seperti gambar diatas alkohol merupakan hasil dari reaksi SN1 sementara alkena merupakan hasil dari reaksi E1. Keduanya menunjukkan kinetika orede pertama. Karena reaksi Sn1 dan E1 berlangsung melalui perantara karbokation yang sama, rasio produk sulit untuk dikendalikan dan biasanya substitusi dan eliminasi bisa saja dilakukan.
ada beberapa hal yang dapat dlakukan agar reaksi SN1 yang menjadi dominan ataupun sebaliknya. jika kita menginginkan SN1 lebih mendominasi daripada E1 maka gunakan asam seperti HCl, HBr, ataupun HI. sedangkan jika kita menginginkan E1 yang mendominasi kita dapat memilih asam dengan counterion nukleofilik yang lemah seperti H2SO4,TsOH,H3PO4 dan kemudian panaskan.

Permasalahan:

1. kenapa reaksi SN1 dan E1 merupakan suatu reaksi bersaing ?
2. apa yang menjadi perbedaan antara reaksi SN1 dan E1 ?
3.      kenapa yang menjadi reaksi dominan jika dilakukan pemanasan adalah reaksi E1?

MEKANISME REAKSI ELIMINASI E1

 

MEKANISME REAKSI E1

Unimolecular Elimination (E1) ialah reaksi dimana penghilangan substituen HX menghasilkan pembentukan ikatan rangkap. Reaksi E1 ini sama dengan reaksi substitusi nukleofilik unimolecular (SN1) dalam berbagai cara. Salah satunya adalah pembentukan perantara karbokation. Dan juga salah satunya, tahap yang menentukan laju (lambat) adalah disosiasi kelompok yang meninggalkan untuk membentuk karbokation. Oleh karena itulah dinamakan unimolecular. Jadi, karena dua reaksi ini berperilaku sama, mereka saling bersaing. Sering kali, kedua reaksi ini akan terjadi secara bersamaan untuk membentuk produk yang berbeda dari satu reaksi. Namun, salah satunya dapat disukai lebih dari yang lain melalui kontrol termodinamika. Meskipun Eliminasi melibatkan dua jenis reaksi E1 dan E2.

Reaksi E1 melibatkan deprotonasi hidrogen di dekatnya (posisi beta) karbokation yang menghasilkan pembentukan produk alkena. Seperti reaksi dibawah ini yang akan menjadikan B sebagai basis Lewis, dan LG menjadi grup yang meninggalkan  halogen.

Seperti dapat dilihat di atas, langkah awal adalah meninggalkan kelompok (LG) sendiri. Karena kelompok (LG) membawa elektron-elektron dalam ikatan bersamanya, karbon yang melekat padanya kehilangan elektron, menjadikannya karbonokasi. Setelah menjadi karbokation, Basa Lewis (B−B−) mendeprotonasikan karboksi antara pada posisi beta, yang kemudian menyumbangkan elektronnya ke ikatan C-C yang berdekatan, membentuk ikatan rangkap. Reaksi E1 hanya membutuhkan hidrogen tetangga. Tidak seperti reaksi E2, yang membutuhkan proton anti terhadap kelompok yang pergi, Ini disebabkan oleh fakta bahwa kelompok yang pergi telah meninggalkan molekul. Produk akhirnya adalah alkena bersama dengan produk sampingan HB.

Mekanisme Reaksi E1

Dalam mekanisme reaksi E1, juga dikenal sebagai reaksi eliminasi unimolecular. Yang terdiri dari dua langkah mekanisme yaitu, ionisasi dan deprotonasi. Selama ionisasi, ada pembentukan karbokation sebagai perantara. Dalam deprotonasi, proton hilang oleh karbokation. Ini terjadi di hadapan basa yang selanjutnya mengarah pada pembentukan ikatan pi dalam molekul. Ini menunjukkan kinetika orde pertama, dengan laju reaksi yang hanya bergantung pada konsentrasi alkil halida saja. Reaksi E1 biasanya terjadi pada alkil halida tersier dan lebih cepat bereaksi dibandingkan dengan alkil halida sekunder. Tidak seperti reaksi E2, E1 tidak stereospesifik. Dengan demikian, hidrogen tidak diperlukan untuk menjadi anti-periplanar untuk kelompok yang pergi.

Contoh mekanisme reaksi E1, yaitu

 

Tahap pertama (ionisasi)

Pada tahap pertama, disebut tahap ionisasi, pada reaksi diatas dibantu oleh pelarut polar, klorin pergi dengan pasangan elektron yang mengikatnya dengan karbon.

Langkah lambat ini menghasilkan karbokation tersier dan ion klorida yang relatif stabil. Ion-ion dilarutkan (dan distabilkan) oleh molekul air di sekitarnya. Tahap ini juga disebut tahap lambat sebagai tahap penentu laju dari reaksi keseluruhan.

Tahap kedua (deprotonasi) 

Selanjutnya pada tahap ke-2, disebut tahap deprotonasi yaitu, Molekul air menghilangkan salah satu hidrogen dari karbon beta dari karbokation. Hidrogen ini bersifat asam karena muatan positif yang berdekatan. Pada saat yang sama pasangan elektron bergerak membentuk ikatan rangkap antara atom karbon alfa dan beta. Langkah ini menghasilkan ion alkena dan hidronium.

 

Permasalahan:

1.      Mengapa reaksi E1 hanya membutuhkan hydrogen tetangga bukan proton anti?

2.      Dikatakan bahwasanya reaksi SN1 dan E1 adalah reaksi bersaingan. Kondisi yang bagaimanakah suatu reaksi E1 dapat menang bersaing dengan SN1?

3.    Reaksi eliminasi identic dengan bantuan basa, dimana pada reaksi E1 yang digunakan adalah basa lemah, mengapa demikian dan apa pengaruhnya kekuatan basa tersebut pada reaksi E1 ini?

Mekanisme Reaksi Eliminasi E2

 

MEKANISME REAKSI ELIMINASI E2

Pada pertemuan kali ini kita akan membahas mengenai mekanisme reaksi eliminasi E2. Pada pertemuan sebelumnya kita telah mempelajari tentang mekanisme reaksi substitusi nukleofilik SN2 dan SN1. Sebelum melanjutkan materi mekanisme reaksi E2 lebih dalam, kita akan terlebih dahulu memahami apa itu reaksi eliminasi itu sendiri.

Reaksi eliminasi umumnya dikenal dengan jenis atom atau kelompok atom yang meninggalkan molekul. Penghapusan atom hidrogen dan atom halogen, misalnya dikenal sebagai dehidrohalogenasi, ketika kedua atom yang meninggalkannya adalah halogen, reaksinya dikenal sebagai dehalogenasi. Demikian pula, penghapusan molekul air, biasanya dari alkohol, dikenal sebagai dehidrasi, ketika kedua atom yang meninggalkannya adalah atom hidrogen, reaksinya dikenal sebagai dehidrogenasi. Reaksi eliminasi juga diklasifikasikan sebagai E1 atau E2, tergantung pada kinetika reaksi. Dalam reaksi E1, laju reaksi sebanding dengan konsentrasi zat yang akan diubah dalam reaksi E2, laju reaksi sebanding dengan konsentrasi substrat dan zat penghilang.

 

Reaksi E2

E2 menggambarkan eliminasi (E) yang memiliki langkah menentukan tingkat bimolekuler (2) yang harus melibatkan basis. Hilangnya kelompok yang pergi bersamaan dengan pengangkatan proton. Ada sejumlah faktor yang mempengaruhi apakah eliminasi berjalan dengan mekanisme E1 atau E2. Hanya E2 yang dipengaruhi oleh konsentrasi basa, sehingga pada konsentrasi basa tinggi E2 disukai. Laju reaksi E1 bahkan tidak terpengaruh oleh basa apa yang ada, jadi E1 juga sama lemahnya dengan basa kuat, sementara E2 lebih cepat dengan basa kuat daripada basa lemah. Basa kuat pada konsentrasi apa pun yang lebih disukai E2 daripada E1. Jika kita melihat bahwa basa kuat diperlukan untuk eliminasi, itu tentu termasuk reaksi E2. 

Reaksi E2 berjalan tidak lewat suatu karbokation sebagai zat antara, melainkan berupa reaksi serempak (concerted reaction) yaitu terjadi pada satu tahap, sama seperti reaksi Sn1.

Reaksi E2 merupakan reaksi satu tahap. Dimana dalam satu tahap tersebut terjadi 3 hal, yaitu : 

1. Basa membentuk ikatan dengan hidrogen
2. Elektron-elektron C-H membentuk ikatan pi
3. Brom bersama sepasang elektronnya meninggalkan ikatan sigma C-Br

Dalam reaksi E2, alkil halida tersier lebih cepat bereaksi sedangkan alkil halida primer lebih lambat bereaksi.

 

Mekanisme Reaksi E2

Dalam reaksi E2, ikatan baru terbentuk antara basa, H3CO-, dan proton dari 2-klorobutana, sementara secara bersamaan ikatan karbon-klorin rusak dan ikatan pi baru sedang terbentuk pada butana. Anion klorida yang pergi disebut sebagai kelompok yang meninggalkan.

Istilah E2 adalah singkatan dari reaksi Eliminasi, orde kedua (juga disebut bimolekul). Menurut mekanisme E2, ada satu keadaan transisi karena pemutusan ikatan dan pembuatan ikatan terjadi secara bersamaan. Reaksi seperti reaksi E2 di mana atom hilang dari dua atom yang berdekatan dari molekul diklasifikasikan di bawah kategori yang lebih luas dari reaksi eliminasi beta. Dalam mekanisme E2 yang mengacu pada eliminasi bimolekuler pada dasarnya adalah mekanisme satu langkah.  Reaksi bimolecular, seperti reaksi E2 adalah reaksi di mana dua reaktan mengambil bagian dalam keadaan transisi dari reaksi yang lambat atau yang menentukan laju reaksi. Untuk alasan ini, konsentrasi basa dan alkil halida baik sebanding dengan laju reaksi E2 yang diamati.

 

Pengaruh struktur alkil halida pada reaktivitas Alkil halida sekunder seperti 2-chlorobutane dapat bereaksi dengan jalur reaksi E2 atau SN2 ke berbagai tingkat tergantung pada sifat nukleofil atau basa yang digunakan. Jika basa kuat seperti metoksida digunakan, langkah pemindahan proton disukai dan mekanisme E2 menunjukkan kembali seperti yang ditunjukkan pada gambar. Jika basa lemah atau nukleofil kuat digunakan seperti halida lain atau anion azida (N3-) digunakan, maka substitusi menurut jalur reaksi SN2 lebih disukai.

Geometri anti-periplanar Untuk pemutusan ikatan dan pembuatan ikatan terjadi dengan tumpang tindih orbital yang tepat dalam reaksi E2, proton yang ditransfer harus ditempatkan dalam geometri anti-periplanar (di sisi yang berlawanan) berkenaan dengan kelompok meninggalkan klorida. Ini dapat dilihat pada gambar,  reaksi dengan memeriksa arah molekul basa yang mendekat dan lintasan anion klorida yang pergi.

 

 

Permasalahan:

1.      Mengapa pada reaksi E2 hanya dipengaruhi oleh konsentrasi basa?

2.  Dapat sama-sama kita ketahui, bahwa didalam mekanisme reaksi eliminasi E2 ini tidak terjadi pembentukan karbokation. Mengapa hal ini bisa terjadi?

3.  Mengapa dalam mekanisme E2 yang mengacu pada eliminasi bimolekuler pada dasarnya adalah mekanisme satu langkah?