Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik SN1

Reaksi substitusi

Reaksi terjadi ketika dua reaktan bereaksi menghasilkan dua produk baru. Misalnya reaksi alkana dengan Cl₂ dengan adanya radiasi ultraviolet menghasilkan alkil klorida. Satu atom Cl dari Cl₂ menggantikan posisi H pada alkana, dan dua produk baru terbentuk. 

Reaksi S_N1

Sebelum kita membahas reaksi S_N1 ada baik nya kita mengetahui apa itu S_N1 ( subtitusi nukleofilik unimolekuler), nukleofilik adalah suatu spesi yang menyukai spesi bermuatan positif umumnya berupa anion. Nukleofilik merupakan basa lewis yang mendonorkan pasangan elektron pada elektrofil (asam lewis) untuk membentuk sebuah ikatan. Elektrofil merupakan spesi yang menyukai spesi bermuatan negatif, pada umumnya kation, elektrofil meruakan asam lewis yang menerima sepasang elektron. Disini juga terdapat leaving group (atom yang dapat lepas atau pergi dengan membawa sepasang elektron).

Karena rintangan sterik, t-butil bromida dan alkil halida tersier lain tidak bereaksi secara S_N2. Namun, t-butil bromida direaksikan dengan suatu nukleofil yang berupa basa yang sangat lemah (seperti H₂o atau CH₃ CH₂ OH) terbentuk produk substitusi bersama-sama dengan produk eliminasi. Karena H₂O  atau CH₃ CH₂ OH juga digunakan sebagai pelarut, tie reaksi substitusi ini kadang-kadang disebut reaksi solvolisis (solvent dan lysis, penguraian oleh pelarut).

Jika alkil halida tersier tak dapat bereaksi secara S_N2, bagaimana produk substitusi itu terbentuk? Ternyata alkil halida trsier mengalami substitusi dengan suatu mekanisme yang berlainan, yang disebut dengan S_N1 ( substitusi, nukleofilik, unimolekular). Hasil eksperimen yang diperoleh dalam reaksi S_N1 cukup berbeda dengan hasil dalam reaksi S_N2. Secara khas jika suatu enantiomer murni (dari) suatu alkil halida yang mengandung karbon C-X  yang kiral, mengalami suatu reaksi S_N1, maka akan diperoleh produk substitusi resemik (bukan produk inversi seperti yang diperoleh dalam reaksi S_N2). Juga disimpulkan bahwa pada umumnya pengaruh konsentarsi nukleofil pada laju keseluruhan reaksi S_N1 sangat kecil (kontras dengan reaksi S_N2, dimana laju berbanding lurus dengan konsentrasi nukleofil).untuk menerangkan hasil eksperimen ini, akan dibahas mekanisme eaksi S_N1 dengan menggunakan t-butil bromida dan air. Untuk sementara produk eliminasi diabaikan dulu.

Mekanisme reaksi 

Penggambaran menyeluruh mengenai bagaimana suatu reaksi dapat terjadi disebut mekanisme reaksi. Mekanisme menjelaskan secara detail dan eksak apa yang terjadi tiap-tiap tahap dalam perubahan kimia, ikatan mana yang terpuus dan mana yang tidak, serta bagaimana kecepatan reaksi relatif tiap tahapnya. Mekanisme reaksi secara lengkap juga menghitung jumlah reaktan yang digunakan,produk-produk yang terbentuk, dan jumlah masing-masing produk.

Reaksi kimia melibatkan pemutusan dan pembentukan ikatan. Ketika dua molekul mendekat satu sama lain, bereaksi, dan menghasilkan produk, ikatan spesifik dalam reaktan terputus, dan ikatan spesifik dalam molekul produk terbentuk.

Mekanisme S_N1 merupakan proses 2 tahap, dimana pada tahap pertama , ikatan antara karbon dengan gugus pergi putus.

Gugus pergi terlepas membawa pasangan electron dan terbentuklah ion karbonium. Untuk tahap kedua ( tahap cepat), ion karbonium bergabung dengan nukleofil membentuk produk.

Pada mekanisme S_N1,substitusi terjadi dalam dua tahap. Notasi pertama digunakan pada tahap lambat hanya satu dari dua pereaksi yang terlibat,yaitu substrat,tahap ini sama sekali tidak melibatkan nukleofil.

Karena reaksi S_N1 melibatkan ionisasi ,reaksi-reaksi ini dibantu oleh pelarut polar, seperti H₂O yang dapat menstabilkan ion dengan cara solvasi.

Tahap 2 adalah penghubungan karbokation dengan nukleofil H2O menghasilkan produkawal, suatu alkohol berproton

Tahap terakahir dalam deretini ialah lepasnya H+ dari dalamalkohol berproton pada tahap 2 tadi, dalamsuatu reaksi asam-basa yang cepat dan reversibeldengan pelarut. 

Jadi reaksi keseluruhan t-butil bromida dengan air sebenarnya terdiri dari dua reaksi yang terpisah :reaksi SN1 (ionisasi yang diikuti oleh kombinasi dengan nukleofil) suatu reaksi asam-basa. tahap-tahap diatas dapat kita ringkas menjadi :

Perhatikan diagram energi untuk suatu reaksi S_N1 (gambar 5.5). Tahap 1 (ionisasi) secara khas mempunyai  E_akt tinggi: inilah  tahap lambat dalam proses keseluruhan. Harus tersedia cukupenergi agar alkil halida tersier mematahkan ikatan sigma C-X dan menghasilkan karbokation serta ion halida.

Ciri-ciri suatu reaksi yang berjalan melalui mekanisme S_N1

1. Kecepatan reaksinya tidak tergantung pada konsentrasi nukleofil. Tahap penentuan kecepatan reaksi adalah tahap peratama dimana nukleofil tidak terlibat.
2. Jika karbon membawa gugus pergi bersifat kiral, reaksi yang menyebabkan hilangnya aktivitas optic karena terjadi resemik. Pada karbonium,hanya ada tiga gugus yang terikat pada karbon positif. Oleh karena itu, karbon positif mempunyai hibridisasi sp2 dan berbentuk planar.

Stereokimia suatu reaksi S_N1

Suatu karbokation juga disebut ion karbonium adalah sebuah atom karbon, yang mengikat hanya tiga gugus, tidak empat seperti biasanya.karena hanya tiga gugus,maka ikatan ke gugus-gugus ini terletak dalam sebuah bidang, dan sudut yang diapit oleh dua ikatan sekitar 120°.untuk mencapai geometri ini,karbon positif berhibridisasi sp2 dan memiliki orbital p yang kosong.

Laju suatu reaksi S_N1

Untuk laju reaksi S_N1 tidak bergantung pada konsentrasi nukleofil, tetapi hanya bergantung pada konsentrasi alkil halide.

                           Laju S_N1 = k [RX]

Dimana cepatnya reaksi antara R+ dan Nu-  : tetapi konsentrasi R+ sangat kecil. Kombinasi cepat antara R+ dan Nu- hanya terjadi bila karbokation terbentuk. Oleh sebab itu, laju keseluruhan reaksi ditentukan oleh cepatnya RX berionisasi dan membentuk karbokation R+.

Reaksi SN1 ini bersifat orede pertama dalam laju karena itu berbanding lurus dengan konsentrasi satu pereaksi (RX). Bisa juga disebut reaksi unimolekuler karena hanya satu partikel(RX) yang terlibat dalam keadaan transisi tahap penentu laju

Permasalahan :

1. Apakah yang menyebabkan reaksi SN1 ini terjadi secara cepat ketimbang reaksi SN2 yang terjadi lebih lama atau lambat dari SN1? 

2. Jika karbon pembawa gugus pergi bersifat kiral menyebabkan hilangnya aktivitas optik, mengapa hal ini dapat terjadi?
3. Pada reaksi SN1 energi sangatlah mempengaruhi, mengapa demikian?

Daftar Pustaka

Fessenden, Ralp J and Joan S. Fessenden.1986.Kimia Oranik jilid 1,3ed. Terjemahan A. Jakarta:Erlangga.

Firdaus,M.S.2016.Alkil Halida. Jurusan Kimia FMIPA Unhas:Makassar.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/SN1_reaction