1

Mekanisme Reaksi Organik

1.0 Pendahuluan

Pada bagian ini, akan mengingatkan kembali dasar-dasar yang biasa dipakai untuk

menuliskan mekanisme reaksi pada senyawa organik.Untuk menulis mekanisme reaksi

organik saudara harus dapat memahami distribusi elektron dan kerapatan elektron dan

hubungannya elektron-elektron pada raw-material dan elektron-elektron pada senyawa

hasil reaksi (produk).

1.1 Menulis struktur senyawa organik

1.1.1 Bagaimana menulis struktur Lewis dan Menghitung

muatan formal.

Untuk dapat menguasai dan memahami mekanisme reaksi, sangat

diperlukan dapat menyusun struktur Lewis senyawa organik, terutama

terhadap pasangan elektron yang sering dipergunakan dalam menulis

mekanisme reaksi.

Untuk dapat menggambarkan struktur Lewis , kita dapat memakai rumus

seperti di bawah ini:

Muatan formal=

tan2

tankberikaelektronta

rikaelektronbelensielektronva

Contoh: Bagaimana muatan formal senyawa : a). Diazometan H2C=N=N b). Metil isosianida H3C-NC c). Asetonitril oksida H3C-CN-O Jawab:

2

1.2 Menghitung ikatan rangkap dan cincin

Dengan mengetahui rumus molekul suatu senyawa, kita dapat menghitung jumlah

cincin dan / atau ikatan rangkap yang ada dalam molekul. Hal ini didasarkan bahwa

senyawa hidrokarbon jenuh mengandung hidrogen 2n + 2, dimana n adalah jumlah

atom karbon. Dan setiap adanya cincin atau / dan ikatan rangkap dalam molekul berarti

struktur akan mempunyai jumlah atom hidrogen menjadi berkurang dua.

Misalkan jumlah atom karbon dalam molekul adalah n, berarti jumlah atom

hidrogen dalam keadaan jenuh adalah 2n + 2. Jika ada nitrogen atau posfor, maka jumlah

atom hidrogen dikurangi satu untuk setiap atom nitrogen atau atom posfor, kemudian

hasilnya dibagi 2, hasil yang didapat adalah jumlah ikatan rangkap dan cincin. Jika ada

atom halogen maka, atom hidrogen yang ada ditambah dengan satu, setelah 2n + n

dikurangi atom hidrogen yang berasal , karena adanya atom halogen lalu dibagi dua,

hasilnya adalah jumlah ikatan rangkap dan cincin.

Contoh:

C N N

H

HStruktur Lewisa). H2C=N=N

Hidrogen muatan formal = 1 - 2/2 - 0 = 0

muatan formal = 4 - 8/2 - 0 = 0Karbon

muatan formal = 5 - 8/2 - 0 = +1

1 2

Nitrogen-1

Nitrogen-2 muatan formal = 5 - 42 - 4 = -1

Perhatian: Elektron valensi adalah elektron yang dimiliki oleh setiap unsur.

Elektron ikatan adalah elektron yang terlibat dalam ikatan antar atom.

Elektron tak berikatan adalah pasangan elektron sunyi (bebas/takberikatan)

3

1. Hitunglah jumlah cincin atau ikatan rangkap dari senyawa a. C2H2Cl2Br2

b. C2H3N

Jawab:

a). C2H2Cl2Br2 , n=2, jumlah atom hidrogen dalam Hidrokarbon jenuh adalah 2n + 2= 6.

Atom hidrogen yang ada =2, ditambah dengan 2 ( dari Cl ) dan 2 ( dari Br )= 6, maka

jumlah ikatan rangkap dan cincin adalah 6-6 / 2 = 0 / 2= 0.

b). C2H3N, n=2, atom hidrogen jenuh = 6, Atom hidrogen yang ada =3 dikurangi satu

(untuk setiap atom nitrogen atau posfor) menjadi 2.

6-2 dibagi dua = 2, maka jumlah cincin atau ikatan rangkap ada 2. ( senyawa tersebut

kemungkinan mengandung: 2 cinicn, atau 2 ikatan rangkap atau satu ikatan rangkap dan

satu cincin.)

Beberapa kemungkinan struktur molekul senyawa C2H3N adalah:

1.3 Menggambar Struktur Resonansi

Struktur resonansi dapat membantu dalam menggambarkan bagaimana distribusi elektron

di dalam molekul. Contoh di bawah bagaimana menggambarkan struktur resonansi dari

naftalen?

Cara lain dapat juga sebagai berikut:

C C N

H

H

H

C C N

HH

H

C N C

HH

H

N

H H

H

N

H

H

H

4

Aturan Struktur Resonansi

1. Semua elektron terlibat dalam delokalisasi elektron ( π elektron ), pasangan

elektron sunyi, dapat terlibat dalam orbital p.

2. Setiap elektron yang terlibat dalam delokalisasi harus mempunyai overlap

yang sama dengan elektron lain, ini berarti, jika orbital dengan orientasi pada

sudut 90o maka tidak terjadi overlap. Overlap dapat terjadi apbila orbital

diorientasikan pada sudut 0o.

3. Setiap struktur resonansi harus mempunyai jumlah elektron π yang sama.

Untuk elektron π hanya 2 elektron, untuk ikatan rangkap tiga, hanya dua

elektron yang overlap dengan sistim phi konyugasi. Demikia juga dua untuk

muatan positif.

4. Struktur resonansi yang bergantung pada pemisahan muatan , mempunyai

energi yang tinggi dan tidak dapat memberikan kontribusi untuk memberikan

hibridisasi resonansi, dibandingkan dengan struktur yang tidak mengalami

pemisahan muatan.

5. Umumnya , struktur resonansi akan lebih disukai apabila muatan negatif

berada pada atom yang sangat elektronegatif dan muatan positif berada pada

atom yang

elektropositif.

C

O

O-R

C+

O-

O-R

lebih memadai beresonansi dari padaH2C

CH2 H2CCH2

lebih memadai beresonansi dari pada

CH2C

-O

CH3

lebih berkontribusi dari pada CH2C

O

CH3

O O

lebih berkontribusi dari pada

5

1.4 Aromatik dan Anti-aromatik

1.4.1 Aromatik

Senyawa siklis yang sepenuhnya memperlihatkan sistim konyugasi elektron π,

umumnya mempunyai ketabilan yang sangat tinggi, sistim semacam ini dikenal

dalam aromatik.

Huckel, menunjukkan senyawa aromatik adalah yang dapat memenuhi aturan yaitu;

(4n + 2) π elektron.

n dapat 0, 1, 2, 3 ....... dst

maka senyawa aromatik berturut-turut dapat memiliki 2, 6,

10, 14, 18 ....... π elektron.

Contoh:

Beberapa senyawa aromatik yang memenuhi aturan Huckel seperti di bawah ini;

1.4.2 Anti Aromatik

Bagaimana dengan senyawa yang mempunyai ( 4n ) π elektron ? seperti ( 4, 8, 12

, 16 ..). Sisitim ini tidak distabilisasikan dengan delokalisasi oleh karena itu disebut anti-

aromatik.

Contoh:

Jumlah elektron Phi 2 6 6 6

Jumlah elektron Phi 4 4 4 8

6

Tiga yang pertama senyawa mempunyai 4 π elektron dan yang keempat mempunyai 8 π

elektron. Semuanya mrupakan senyawa yang tidak stabil. Dengan kata lain senyawa

siklo-oktatetraena dengan 8 π elektron lebih stabil daripada senyawa di atas.

Hal ini disebabkan π elektron di dalam siklo-oktatetraena tidak seutuhnya didelokalisasi:

Cincin 8 akan bengkok menjadi struktur berupa tabung dan ikatan π elektron tidak

paralel.

1.5 Kesetimbangan dan Tautomerisasi

Kesetimbangan reaksi terjadi jika kecepatan antara produk dan reaktan adalah sama.

Contoh:

Tautomer adalah isomer yang berbeda susunan ikatan tunggal dan ikatan rangkap dan

atom yang kecil, seperti atom hidrogen.

Contoh:

Siklo-oktatetraena

CH3COOH + H2O CH3COO- = H3O

+

C

O

H3C CH3

C

OH

H3C CH2

Keto Enol

OH O O

Enol Keto Keto

7

Catatan:

Orang sering bimbang terhadap perbedaan antara resonansi dan tautomerisasi.

Berikut tiga pedoman yang harus diingat:

1. Tautomerisasi adalah suatu kesetimbangan antara isomer, yang berbeda pada

tempat lokasi ikatan rangkap dan hidrogen. Kesetimbangan ditunjukkan dengan

tanda panah.

2. Stuktur resonansi, diperlihatkan seperti pada kesetimbangan dengan anak panah,

dan bukan merupakan spesies yang berbeda yang berada dalam kesetimbangan.

Resonansi hanya merupakan pola ikatan π yang berbeda.

3. Tidak seperti struktur isomer, semua struktur resonansi adalah merupakan spesies

yang berbeda, dengan pola ikatan sigma (dengan beberapa pengecualian) dan

geometry yang identik.

Contoh: Tautomerisasi Vs Resonansi

Senyawa I dan II adalah tautomer; mereka berisomer dan berada dalam kesetimbangan

satu sam lainnya.

Sedangkan senyawa III, IV dan V adalah bentuk resonansinya, hibridisasi ketiga struktur

ini dapat dinyatakan dalam tiga bentuk dengan pelepasan proton dari senyawa I.

O

OO

R H

O

OHO

R

I II

O

OO

R

O

O-O

R

O

O-O

R

IIIIV V

8

1.6 Nukleofilik dan Elektrofilik

Suatu senyawa kimia yang mencari pusat-pusat atom yang miskin elektron

disebut nukleofil. Molekul semacam ini biasanya mempinyai muatan negatif atau parsial

negatif pada atom nukleofilik.

Pusat-pusat atom yang miskin elektron adalah merupakan suatu atom yang mempunyai

muatan positif atau parsial positif. Senyawa kimia yang kekurangan elektron yang

bereaksi dengan nukleofil disebut elektrofil. Contoh elektrofil termasuk asam Lewis

seperti; ZnCl3, Al Cl3, dan BF3; PBr3, SOCl2’ atom karbon yang berikatan dengan

halogen (F,Cl, Br dan I ), alfa karbondari α-asam halogen, ester dan keton, ROSO2R’

dimana R’= p-tolil, CF3, CH3 dsb.

Nukleofil dengan kebasaan biasanya adalah paralel. Kecepatan realatif reaksi nuklefilik

juga tergantung pada substrat dan living grup.

Dari reaksi-reaksi di bawah ini, tentukan nukleofil dan elektrofil setiap reaktannya. Pada

a, b dan c terdapat bagian yang dari asetophenon, yang dapat berperan baik sebagai

nukleofil maupun elektrofil.

Jawab:

O

O

O

O

+NO2

H2SO4

CH3Mg-Br

H-Cl

+

ON2

H

a).

+

O H

b).

+ HSO4-

+c).

OMgBr

d). +Cl

9

a). +NO2 adalah elektrofil (jika ditulis dengan struktrur Lewis, struktur ini dapat

mununjukkan bahwa nitrogen bermutan positif ), maka atom ini akan bereaksi dengan

nukleofilik. Pada asetofenon elektron π pada cincin bertindak sebagai nukleofil.

Dengan mudah kita ketahui bahwa, nukleofil (pasangan elektron pada

karbon dimana nitrogen terikat).

b). Satu proton dari asam sulfat adalah elektrofil yang akan menuju ke atom oksigen dari

asetofenon. Maka oksigen dalam reaksi ini akan berfungsi sebagai nukleofil. Satu lagi

yang juga dapat memperlihatkan elektron π dari gugus C=O yang berfungsi sebagai

nukleofil, dan meberikan struktur sbb:

c). Pasangan elektron ikatan π antara gugus metil dan magnesium adalah nukleofil. Ikatan

pereaksi Grignard adalah ikatan kovalen yang terpolarisasi dengan atom karbon

bermuatan sangat negatif. Karbon ini akan mengikat karbon dari gugus karbonil pada

asetofenon, dimana karbon terakhir ini adalah suatu elektrofil.

d). Pasangan elektron, merupakan ikatan π pada sikloheksena, adalah nukleofili dan

proton dari H-Cl adalah elektrofil.

II. Prinsip-Prinsip umum Dalam Menulis Mekanisme Organik

Prinsip-prinsip ini didapat dari pengalaman dalam percobaan reaksi organik dan

kemudian diaplikasikan dalam menulis mekanisme reaksi, beberapa prinsip adalah

sebagai berikut:

2.1 a). Kesetimbangan atom dan muatan

O N O

C

OH

10

Dalam suatu reaksi kesetimbangan, mula-mula melihat pada kesetimbangan semua atom-

atom yang terlibat pada dua sisi, kemudian baru kesetimbangan muatannya. Perlu

disadari kesetimbangan dalam literatur organik kadang-kadang tidak setibang.

Jika atom-atom sebelah kiri bermuatan postif maka sisi kanan juga harus memiliki

muatan positif atau bermuatan negatif.

b). Tanda panah dipakai untuk menunjukan pergerakan elektron, yaitu dari

elektyron yang mempunyai kerapatan tinggi ke atom yang mempunyai kerapatan elektron

rendah, dengan perkataan lain elektron bergerak dari nukleofil kearah elektrofil.

Yang menjadi pertanyaan adalah, mengapa elektron pada oksigen lebih menyukai

menyerang atom H daripada muatan positif yang ada pada atom karbon.

C

O

H3C H

+ O

H

H H

C

O

H3C H

H

O

H H

+

N

O

H3C O

+ +OEt N

O

H2C O

HOEt

C

O

H3C H

+ O

H

H HC

O

H3C H

H

O

H H

+

OEt

N

O

C O

H

H

HN

O

C O

H

H

+ OEt

11

c). Jika reaksi berlangsung dalam suasana basa kuat.

Jika reaksi berlangsung dalam suasana basa kuat, maka spesi muatan positif harus

sebagai asam lemah, dan jika berlangsung dalam suasana asam kuat, maka spesi

bermuatan negatif haruslah basa lemah.

Suasana basa kuat.

Karena reaksi di atas berlangsung dalam suasana basa kuat, maka semua muatan dalam

mekanisme adalah negatif.

Reaksi-reaksi di bawah ini adalah salah, sebab melibatkan pembentukan ROH2

(intermediet) dan H3O+ yang merupakan asam kuat.

OEt

N

O

C O

H

H

HN

O

C O

H

H

+ OEt

C

O

H3C OCH3

OH

C

O

C O

H

H

H OH

CH3C

O

H3C O

H

OCH3

C

O

H3C O-

+ CH3OH

C

O

H3C OCH3

OH2

C

O

H3C O

O

CH3

H H

OH2

12

Suasana Asam kuat

Contohnya adalah reaksi esterifikasi asam asetat

dengan metanol dalam asam kuat.

Reaksi di bawah ini sangat tidak mungkin, karena reaksi berlangsung dalam basa kuat

dan protonasi oksigen karbonil dengan asam kuat.

2.2 Menulis Mekanisme dalam asam atau basa lemah.

Di bawah ini sering orang menulis mekanisme hidrolisis asetil klorida dalam air (

kebanyakan senyawa asetil klorida diprotonasi terlebih dahulu sebelum bereaksi dengan

nukleofil).

C

O

H3C O

O

CH3

H

+ H3O+

C

O

H3C OH

H

C

O

H3C OH

H

OH CH3

HOCH3

C

O

H3C OH

OCH3

H

C

O

H3C OH

H

OCH3

HOCH3+

C

O

H3C Cl

OH2 C

O

H3CCl

OH H

C

O

H3C OH

H

Cl-

CH3COOH + HCl

13

2.2.1 Mekanisme Tautomerisasi enol dalam air (kondisi netral) dengan

melibatkan asam dan basa kuat sebagai intermedit sbb:

Tahap pertama, transfer (perpindahan) proton dari enol ke molekul air. Namun

dalam kenyataannya adalah berlangsung dari nukleofilik ke elektrofilik.

Anion yang terbentuk, dapat berhibridisasi resonansi seperti di bawah ini:

Hibrid ini dapat menarik proton dari hidronium ion menghasilkan keton tautomer.

Catatan:

Serangan nukleofilik tidak dapat berlangsung pada oksigen atau nitrogen yang

bermuatan positif ( elektron valensi telah terisi penuh), karena hanya delapan elektron

O

H

H

C

O

H3C CH2+ H3O

+

H

C

O

H3C CH2

C

O

H3C CH2

C

O

H3C CH2-

C

O

H3C CH3

C

O

H3C CH2- O

H

H

H+ H2O

14

yang dapat diakomedasikan oleh unsur periode ke dua. Tetapi unsur-unsur periode

tiga seperti sulfur dan phospor dapat diakomodasikan sampai 10 elektron.

Contoh; Nitrogen tidak dapat diakomodasikan lebih dari 8 elektron.

Untuk menghindari keadaan seperti ini, π elektron pada ikatan rangkap dapat dipindahkan

pada atom karbon tetangganya, dan menghasilkan suatu garam internal yang disebut

dengan Ylied. Meskipun agak kurang stabil ylied adalah merupakan intermedit yang

banyak dikenal dalam reaksi-reaksi.

Jika nukleofilik netral menyerang nitrogen dengancara yang sama, akan ada tiga muatan ,

dua muatan positif berdekatan dan intermedit ini sangat tidak stabil.

Reaksi yang disukai adalah;

C

Cl

H

NH

C

Cl

H

N

H

C

Cl

H

NH C

Cl

H

N

H

O

H

R

C

Cl

H

N C

Cl

H

N

H

O

R

H

O

H

R

C

Cl

H

N O

R

H

C

Cl

H

N

15

2.3 Dasar pertimbangan terhadap gugus tinggal (leaving groups) dalam

hidrolisa suasana asam dan basa pada senyawa amida.

Amonia merupakan leaving groups dalam hidrolisa suasana asam suatu amida.

Ion amida NH2- adalah leaving groups dalam hidrolisa suasana basa. Perbedaan ini dapat

dijelaskan dengan kekuatan relatif dari nukleofilik intramolekuler terhadap kemampuan

ion amida atau amonia sebagai leaving groups.

Dalam suasana asam nukleofilik intramolekuler adalah oksigen dari hidroksi

dalam intermedit tetrahedral.

Dalam suasana basa, nukleofilik intramolekuler adalah oksianion dari intermedit

tetrahedral:

Dalam suasana asam, gugus hidroksil tidak cukup kuat sebagai nukleofilik untuk

melepaskan ion amida, sehingga nitrogen harus diprotonasi lebih dulu, sehingga leaving

groupnya adalah amonia yang stabil. Dalam suasana basa oksianion terbentuk dari reaksi

antara amida dan ion hidroksil, merupakan nukleofilik yang kuat untuk melepaskan ion

amida.

Catatan:

Memahami hubungan antara atom-atom dari bahan baku dan atom-atom

dalam produk reaksi, dapat dibantu dengan memberikan penomoran pada bahan baku

dan kemudian penomoran pada atom-atom yang sama pada hasil reaksi.

C

O

R NH2

+ H3O+

O

H

C

O

R

NH3

H

C

O

R O

H

H + NH3

C

O

R NH2

+ OH-

O

H

C

O

R

NH2 C

O

R OH

+ NH2-

16

Contoh: Tuliskan mekanisme reaksi berikut:

Berikan penomoran pada bahan baku dan produk reaksi di atas.

Yakinkan bahwa atom nitrogen-1 berikatan dengan atom karbon-6.

Sekarang langsung tuliskan mekanisme reaksi sebagai berikut:

H3CO

S N

HN

Ph

O

Et3N

MeOH

S

N

N

O

Ph

H3CO

S N

HN

Ph

O

Et3N

MeOH

S

N

N

O

Ph

1

2

3

4

5

6 1

2

3

4

5

6

H3CO

S N

HN

Ph

O

S

N

N

O

Ph

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

56

H

NEt3

H3CO

S

N

N

O

Ph

1

2

3

4

56

H3CO

S

N

N

O

Ph

1

2

3

4

56

+ CH3O

17

BAB III Reaksi Nukleofilik dan Basa

Pada bab ini termasuk contoh reaksi substitusi nukleofilik alifatik baik sp3

maupun sp2, substitusi nukleofilik aromatik, eleminasi E-2, adisi nukleofilik pada

senyawa karbonil, adisi 1,4- senyawa karbonil α-β tak jenuh dan reaksi penataan ulang

suasana basa.

3.0 Reaksi SN2.

Reaksi Sn2 adalah merupakan reaksi substitusi nukleofilik bimolekuler serentak, yang

melibatkan karbon elektrofilik, leaving geoups dan nukleofil.

Elektron dari nukleofil akan berinteraksi dengan atom karbon dan saat yang bersamaan

gugus tinggal akan mengambil elektron ikatan antara karbon dan gugus tinggal.

Umumnya basa lemah ,merupakan gugus tinggal (leaving groups) yang baik.

Beberapa contoh gugus tinggal (leaving groups)

CN PhCH2 OSO2CF3 PhCH2 CN + OSO2CF3

Paling baik

N2 OSO2CF3 NO2S

O

O

O

triflat

nosilat

BrS

O

O

O

brosilat

CH3S

O

O

O

tosilat

OSO2CH3

mesilat

18

Baik Sedang Buruk Sangat buruk

I-, Br

-, Cl

-, SR2 H2O, NH2,

-OCOCH3 F

-, OH

-,

-OR

-NH2,

-NHR,

-NR2, R

-, H

-,Ar

-

Dalamm reaksi eleminasi , hidroksida berlaku sebagai leaving groups, hanya jika

ada kekuatan yang mampu untuk melepaskan gugus hidroksi, seperti pembentukan ikatan

rangkap yang stabil (distabilkan oleh resonansi).

Contoh:

Reaksi SN2 alkohol memerlukan protonasi terlebih dahulu, maka gugus tinggal adalah

H2O yang lebih baik daripada OH- (gugus tinggal yang buruk).

Reaksi SN2 hanya terjadi pada karbon hibridisasi sp3, reaktivitas relatif karbon pada reaksi

SN2 adalah CH3 > 1o > 2

o > 3

o, karena adanya pengaruh ruang. Metil , 1

o, 2

o dan karbon

allilik, benzilik atau alpha gugus karbonil sangat reaktif, senyawa alpha-halokarbonil

memperlihatkan reaktifitas reaksi SN2. Produk reaksi SN2 konfigurasinya selalu inversi

100%.

Contoh:

Manakah elektrofil, nukleofil dan gugus tinggal dari reaksi di bawah ini;

OH H Br

OH

H

+ Br-

OH

H

Br-

Br+ H2O

P

Ph

PhPh

+ CH3CH2Br P

Ph

PhPh

CH

3C

H2

Bra).

O

Ph

+ O

H H

H3O+ HO OH

Phb).

19

Jawab:

a). Karbon metilen dari etil bromida adalah elektrofil, pasangan elektron sunyi dari posfor

pada trifenilposfor adalah nukleofilik, sedangkan ion bromida adalah leaving groupnya.

Garam yang terbentuk stabil, dan tidak ada reaksi berikutnya. Jika kita menganggap

etoksi akan tebentuk dan belaku sebagai nukleofilik sehingga akan terjadi reaksi lanjut,

maka kita mengabaikan kekuatan keasaman relatif dari HBr dan EtOH (lihat Tabel ).

pKa’s relatif menunjukkan bahwa reaksi tidak akan terjadi:

HBr mempunyai pKa = -9 sedangkan EtOH = 16, maka Ka reaksi adalah 10-25

.

Kecendrungan ionisasi dari etil bromida untuk menghasilkan karbonium ion tidak disukai

dan juga karena karbonium ion primer sangat tidak stabil.

b). Dalam suasana asam, tahap pertama adalah protonasi oksigen dari epoksida, agar

menjadi leaving group yang baik. Kemudian diikuti pembukaan cincin, menjadi

karboiniumion yang stabil yang distabilkan oleh konyugasi dari gugus fenil, baru

kemudian bereaksi dengan air sebagai nukleofilik pada muatan karbon yang positif.

3.1 Substitusi Nukleofilik pada Karbon sp2 Alifatik

Br + EtOH HBr + EtO-

O

Ph

O

H

H

H2O

H

O

Ph

H

OH

Ph

O OH

Ph

H

H

H2OProduk

20

Reaksi substitusi yang sangat familier dari turunan asam karboksilat dengan basa adalah

gambaran reaksi substitusi nukleofilik pada atom karbon sp2 alifatik. Mekanisme reaksi

ini teridri dari dua tahap:

1). Adisi nukleofilik pada gugus karbonil dan

2). Eliminasi beberapa gugus lain yang terikat pada atom karbon. Contoh ini temasuk

hidrolisa suasana basa, aminolisis dari klorida asam, anhidrid, ester da amida.

Contoh mekanisme hidrolisis suatu ester dalam kondisi basa.

Tidak seperti satu tahap reaksi substitusi SN2 , hidrolisa ester dalam kondisi basa melalui

proses dua tahap.

Kemudian diikuti keluarnya proton dari asam dengan adanya ion metoksida,

menghasilkan metanol dan asam karboksilat.

Mekanisme hidrolisis lain yang mungkin adalah reaksi SN2 pada karbon alkil suatu ester.

Mekanisme satu tahap ini kelihatannya sangat masuk akal, sebab karboksilat merupakan

gugus tinggal yang sedang dan hidroksida ion merupakan nukleofil yang baik. Namun

mekanisme ini dikesampingkan , karena mekanisme dua tahap lebih disukai sebab

mobilitas yang tinggi dari elektron phi gugus karbonil, menjadikan karbon karbonil suatu

elektropil yang khusus.

Contoh soal:

C

O

H3C OH

C

O

H3C OCH3

OH

C

O

H3C

HO

OCH3+ OCH3

C

O

H3C O

OCH3

HC

O

H3C O

+ HOCH3

C

O

H3C OCH3

OH

C

O

H3C O

+ HOCH3

O

N

CO2MeR

1. NaH/DMF

2. H2O

N

R CO2Me

OH

+ OCH3

21

a). Bagaimana mekanisme reaksi berikut:

Jawab:

b). Tuliskan tahapan mekanisme transformasi berikut:

( I )

Karena ada basa kuat, maka mekanisme tidak melalui nitrogen guanidin sebagai

nukleofilik, tetapi tahap pertama adalah menaik proton dari gugus NH2 guanidin, dan

akan menghasilkan anion yang distabilkan oleh resonansi seperti berikut:

( II )

Jika yang terlepas hidrogen dari nitrogen imino akan menghasilkan anion tidak stabil

(tidak distabilkan dengan resonansi). Reaksi dapat berlangsung dengan melepaskan

proton dari karbon alfa etil malonat, namun reaaksi ini menghasilkan produk (merupakan

reaksi yang tidak produktif). Reaksi lain yang juga tidak produktif adalah interchange

O

N

CO2MeR

HH

O

N

CO2MeR

O

N

CO2MeR

H

O

H

N

R CO2Me

OH

NN

NH

NH2

H3C + CH2(CO2Et)2NaOMe

NN

N

N

H3C

OH

OH

NN

NH

NH

H3CH

OMe

NN

NH

NHH3C

22

dari ester dietil malonat. Hal ini karena sodium metoksida akan bereaksi etil ester untuk

menghasilkan metil ester, namun reaksi ini tidak berlangsung karena metil dan etil etil

ester mempunyai kereaktivann yang sama. Nitrogen nukleofilik (II) akan menyerang

gugus karbonil, dan melepaskan ion etoksida.

( III)

Intermedit (III) bereaksi dan akan menghasilkan (IV) yang beresonansi menghasilkan

anion yang stabil (V). Anion (IV) dan (V) akan menyerang karbonil ester yang

berikutnya, dan mengeluarkan (eleminasi) etoksida menghasilkan senyawa ( VI ).

( IV) ( V )

(VI) ( VII )

Intermedit (VII) mengalami dua tautomerisasi untuk menghasilkan produk.

Tautomerisasi yang pertama keluarnya proton dari nitrogen (lebih terdelokaliosasi dari

NN

NH

NHH3C

H2C

C

COOEt

O

OEtNN

NH

NH

H3CC

H2C

CO2Et

O

OEt

NN

NH

N

H3C

C

H2C

CO2Et

O

H

EtO

NN

NH

N

H3C

C

H2C

CO2Et

O

NN

NH

N

H3C

C

CH2

C

O

OEtO

NN

HN

N

H3C

C

CH2

C

O

OEtO

NN

N

N

H3C

C

CH2

C

O

OH

EtO

23

pada keluarnya proton dari atom karbon), enolat (VIII) akan mengambil proton dari

etanol atau metanol.

( VIII )

Akhirnya, keluarnya proton asam membentuk produk fenolat (X). Reaksi ini adalah

reversibel dan kekuatan yang mengarahkan reaksi ini adalah terbentuknya garam fenolat

yang stabil.

( IX ) ( X )

Catatan:

Tautomerisasi seperti pada (VIII), perpindahan proton umumnya dianggap sebagai

proses intermolekular, bukan sebagai proses intramolekular seperti pada contoh

berikut:

3.2 Substitusi Nukleofilik Pada Karbon Aromatik

Mekanisme substitusi aromatik nukleofilik dapat terjadi melalui dua tahapan,

yang pertama adalah adisi kemudian diikuti oleh eleminasi, yang kedua eleminasi dulu

baru kemudian diikuti oleh adisi.

NN

N

N

H3C

C

CH2

C

O

OH OEt

NN

N

N

H3C

C

CH

C

O

OH

OEt

H NN

N

N

H3C

C

CH

C

O

OH

NN

N

N

H3C

C

CH2

C

O

OH

NN

N

N

H3C

C

CH2

C

O

OH

24

a. Contoh reaktivitas dalam mekanisme adisi-eleminasi.

Jika X adalah halogen, maka kecepatan realatif

adalah F >Cl > Br > I, sebab semakin besar kekuatan

menarik elektron suatu halogen maka akan menaikkan

elektrofilisitas dari cincin aromatik, berarti akan lebih

reaktif terhadap nukleofilik.

b. Contoh reaktivitas dalam mekanisme eleminasi-adisi

Tuliskan mekanisme reaksi berikut;

Jawab:

Proton yang paling asam dalam molekul di atas terletak pada alfa dari gugus

karbonitril.Jadi proton ini yang pertama akan aktif, berikutnya adalah eleminasi HCl

menghasilkan benzuna ( keluar proton baru menyusul ion klorida). Intermedit benzyn

(benzuna), maka sistim aromatis menjadi terdelokalisasi sempurna , sehingga

penulisannya tidak boleh seperti berikut;

X

O2N NO2

NO2

NH(CH3)2

X

O2N NO2

NO2

NH(CH3)2 N

O2N NO2

NO2

H

H3C CH3

OH

N

O2N NO2

NO2

H3C CH3

CN

Cl

KNH2, liq NH3

CN

CN

I

CN

II

25

Intermedit I akan segera berubah menjadi II. Karena anion dari rantai samping akan

bereaksi dengan nukleofilik dari benzuna. Senyawa Anion (II), dapat menarik proton dari

amonia menjadi senyawa (III).

3.3 Reaksi-Reaksi eleminasi yang lain

Reaksi eleminasi lain adalah Reaksi E-2 dan E-1. Reaksi E-2 adalah reaksi bimolekuler

yang serentak (concerted proses), concerted berarti terbentuknya ikatan antara basa dan

proton , membentuk ikatan rangkap dan keluarnya leaving group semua terjadi dalam

satu tahap.. Produk stereokimianya biasanya berupa anti(kadang-kadang syn). Anti

dikarenakan proton dan leaving groups terpisah dari sisi yang berlawanan (180o ). Namun

jika pemisahan bersudut nol derajat ,maka peneleminasinya adalah syn.

Contoh , eleminasi E-2 anti.

CN

NH2H

CN

III

26