Kimia Organik

1. Nekleofilik Dan elektrofilik
5.1. Definisi
Nukleofil
Kebanyakan reaksi organik melibatkan reaksi antara molekul yang berelektron banyak
dan molekul yang berelektron sedikit. Reaksi melibatkan pembentukan ikatan baru di mana
elektron disediakan oleh molekul kelebihan electron. Molekul kelebihan elektron disebut
nukleofil (artinya nucleusloving).
Nukleofil dengan mudah diidentifikasi berupa ion bermuatan negatif dengan pasang
elektron tunggal (misalnya ion hidroksida), tetapi molekul netral juga dapat bertindak sebagai
nukleofil jika mereka mengandung elektron-lebih gugus fungsional (misalnya amina).
Pusat Nukleofilik
Nukleofil memiliki atom atau wilayah tertentu dari molekul yang berelectron banyak. Ini
disebut pusat nukleofilik. Pusat nukleofilik ion adalah atom yang memiliki sepasang elektron
bebas dan muatan negatif. Pusat nukleofilik molekul netral biasanya berupa sebuah atom dengan
pasangan elektron (misalnya nitrogen atau oksigen), atau ikatan ganda (misalnya alkena, alkuna,
cincin aromatik).
Elektrofil
Molekul kekurangan-elektron disebut elektrofil (elektron-mencintai) dan bereaksi dengan
nukleofil. Ion bermuatan positif dengan mudah dapat diidentifikasi sebagai elektrofil (Misalnya
sebuah karbokation), tetapi molekul netral juga dapat bertindak sebagai elektrofil jika mereka
mengandung beberapa jenis gugus fungsional (misalnya gugus karbonil atau alkil halida).
Pusat Elektrofilik
Elektrofil memiliki atom atau wilayah tertentu dari molekul yang berelektron sedikit.
Wilayah ini disebut pusat elektrofilik. Dalam sebuah ion bermuatan positif, pusat elektrofilik
adalah atom yang menyandang muatan positif (misalnya sebuah atom karbon karbokation). Di
dalam sebuah molekul netral, pusat elektrofilik merupakan atom yang berelktron tak mencukupi
dalam suatu gugus fungsional (misalnya karbon atau atom hidrogen yang terkait dengan atom
elektronegatif seperti oksigen atau nitrogen).
5.2. SPESIES BERMUATAN
Anion
Sebuah molekul bermuatan negatif seperti ion hidroksida (Gambar. 5.1) adalah
kelebihan/banyak elektron dan bertindak sebagai nukleofil. Atom yang menyandang muatan
negatif dan sepasang elektron tunggal adalah pusat nukleofilik, yang dalam kasus ion hidroksida
adalah atom oksigen. Beberapa ion (misalnya ion karboksilat) mampu berbagi muatan negatif
antara dua atom atau lebih melalui proses yang dikenal sebagai delokalisasi. Dalam hal ini,
muatan negatif bersama antara kedua atom oksigen dan demikian kedua atom ini adalah pusat
nucleophilic (Gambar. 5.1).
Gambar. 5.1. Contoh nukleofil (a) ion hidroksida, (b) ion karboksilat.

2. Kation
Ion bermuatan positif adalah sedikit elektron dan bertindak sebagai sebuah elektrofil.
Atom yang menyandang muatan positif itu adalah pusat elektrofilik. Dalam kasus karbokation
(Gambar. 5.2), yang merupakan pusat elektrofilik adalah atom karbon. Beberapa molekul
(misalnya kation yang alilik) mampu delokalisasi muatan positif mereka di antara dua atau lebih
atom dalam hal ini semua atom mampu berbagi muatan adalah pusat elektrofilik (Gambar. 5. 2).
Gambar. 5.2. Contoh elektrofil: (a) karbokation (b) kation alilik
.
Relatif nucleophilicity/ ke-nukleofilik-an relatif
Dalam serangkaian anion, kekuatan nukleofilik sejajar dengan sifat kebasaan jika pusat
nukleofilik adalah atom yang sama. Misalnya kekuatan nukleofilik dari senyawa oksigen berikut
(RO- >HO->> RCO2-) Sesuai dengan kebasaan mereka.
Hal yang sama berlaku untuk anion dimana pusat nukleofilik adalah sebuah elemen
dalam baris yang sama dari tabel periodik (misalnya C, N, O, F). Dengan demikian, urutan
nucleophilicity dari anion berikut (R3C-> R2N-> RO-> F-) adalah sama dengan dari kebasaan
mereka. Tren ini berkaitan dengan elektronegativitas dari atom-atom. Atom semakin
elektronegatif (misalnya F), semakin berpegang erat pada elektron dan yang ini kurang tersedia
elektron untuk membentuk ikatan baru (kurang nukleofilik).
Keadaan menjadi lebih kompleks jika kita membandingkan anion yang memiliki pusat
nukleofilik dari bagian yang berbeda dari tabel periodik. Berikut ke-nukleofilik-an relatif tidak
selalu sama dengan kebasaan relatif. Hal ini karena efek penting pelarut yang digunakan dalam
reaksi. Dalam pelarut protik seperti air atau alkohol, maka nukleofil kuat adalah mereka yang
memiliki pusat nukleofilik besar, yaitu, atom semakin renda seiring dengan penurunan letak
posisi atom dalam tabel periodik (misalnya S- lebih nukleofilik dari O- tetapi kurang rendah). Hal
ini karena pelarut protik dapat membentuk ikatan hidrogen untuk anion. Semakin kecil anion,
semakin kuat solvasi dan semakin sulit anion untuk bereaksi sebagai nukleofil. Urutan kenukleofilik-an beberapa anion umum dalam pelarut protik adalah sebagai berikut:
SH- > CN- > I- > OH- > N3 - > Br- > CH3CO2 - > Cl- > F- .
Ketika pelarut organik yang tidak mampu membentuk ikatan hidrogen digunakanuntuk
anion (misalnya DMF atau DMSO;. Gambar. 5.3), perubahan urutan ke-nukleofilik-an lebih
dekat cocok dengan kebasaan. Sebagai contoh, urutan ke-nukleofilik-an dari halida dalam
DMSO adalah F- > Cl- >Br- >I- .
Gambar. 5.3. (a) dimetilformamida (DMF), (b) dimetilsulfoksida (DMSO).
5.3. JENIS ANORGANIK NETRAL
Ikatan Polar
Jika dua atom yang memiliki elektronegativitas yang berbeda saling berhubungan, maka
ikatan yang menghubungkan mereka seperti kovalen polar seperti elektron ikatan yang bias
terhadap atom elektronegatif. Ini akan membentuk muatan sedikit negatif dan membuatnya
menjadi pusat nukleofilik. Sebaliknya, semakin sedikit atom elektronegatif akan mendapatkan
muatan sedikit positif dan menjadi pusat elektrofilik (Gambar 5.4.). Semakin jauh ke elemen
dalam tabel periodic maka semakin elektronegatif. Dengan demikian, fluor lebih elektronegatif
daripada oksigen, yang pada gilirannya lebih elektronegatif dari nitrogen. Perhatikan juga bahwa

3. semua atom nukleofilik diidentifikasi di atas memiliki pasangan electron tunggal. Ini merupakan
cara lain dari mengidentifikasi atom nukleofilik.
Gambar. 5.4. pusat nukleofilik (δ-) dan elektrofilik (δ+) pada molekul anorganik netral.
Kekuatan Nukleofilik
Molekul-molekul di atas memiliki kedua pusat nukleofilik dan elektrofilik dan dapat
bereaksi sebagai nukleofil atau elektrofil. Namun, biasanya ditemukan bahwa ada preferensi
untuk bereaksi sebagai salah satunya saja. Hal ini dijelaskan dengan mempertimbangkan
kekuatan relatif dari pusat nukleofilik dan elektrofilik. Pertama-tama, mari kita
mempertimbangkan kekuatan relatif dari pusat nukleofilik dengan membandingkan N, O, dan F.
Jika kita membandingkan posisi relatif dari atom-atom dalam tabel periodik, kita menemukan
bahwa fluor lebih elektronegatif daripada oksigen, yang pada gilirannya lebih elektronegatif dari
nitrogen. Namun, ketika kita membandingkan kekuatan nukleofilik atom-atom ini, kita
menemukan bahwa nitrogen lebih nukleofilik dari oksigen, yang pada gilirannya lebih
nukleofilik dari fluor. Kekuatan nukleofilik relatif dari atom dijelaskan dengan melihat produk
yang akan terbentuk jika atom-atom ini adalah untuk bertindak sebagai nukleofil.
Kita bandingkan tiga molekul HF, H2O, dan NH3 dan lihat apa yang terjadi jika mereka
membentuk sebuah ikatan untuk membentuk sebuah proton (Gambar. 5.5). Karena proton
memiliki elektron, baik elektron untuk ikatan baru harus berasal dari pusat-pusat nukleofilik
(yaitu F, O, dan N). Akibatnya, atom-atom ini akan memperoleh muatan positif. Jika hidrogen
fluorida bertindak sebagai nukleofil, maka atom fluor melepas muatan positif. Karena atom fluor
adalah sangat elektronegatif, tidak menerima muatan positif. Oleh karena itu, reaksi ini tidak
terjadi. Oksigen sangat kurang elektronegatif dan dapat menerima muatan positif sedikit lebih
baik, sehingga kesetimbangan adalah mungkin antara spesies diisi dan bermuatan.
Gambar. 5.5. Kation terbentuk jika HF, H2O, dan NH3 bertindak sebagai nukleofil
Nitrogen adalah elektronegatif setidaknya dari tiga atom dan mentolerir muatan positif
dengan baik sehingga reaksi tidak dapat diubah dan garam terbentuk. Dengan demikian, nitrogen
sangat nukleofilik dan biasanya akan bereaksi seperti itu, sedangkan halogen yang nukleofilik
lemah dan jarang akan bereaksi seperti itu. Terakhir, perlu dicatat bahwa semua molekul ini
nukleofil lemah dari anion mereka yang sesuai, yaitu HF, H2O, dan NH3 merupakan nukleofil
yang lebih lemah masing-masing dari F-, OH- dan NH2-.
Kekuatan Elektrofilik
Argumen yang sama dapat digunakan secara terbalik ketika melihat kekuatan elektrofilik
relatif dari atom dalam molekul yang berbeda. Mari kita bandingkan kekuatan elektrofilik dari
hidrogen di HF, H2O, dan NH3. Dalam hal ini, reaksi dengan nukleofil kuat atau basa akan
menghasilkan anion (Gambar. 5.6). Fluor adalah atom paling elektronegatif yang terbaik mampu
menstabilkan muatan negatif sehingga ion fluorida adalah ion yang paling stabil dari tiga ion
lain. Oksigen juga mampu menstabilkan muatan negatif, meskipun tidak seperti fluor. Nitrogen
adalah elektronegatif setidaknya dari tiga atom tersebut dan memiliki pengaruh paling stabil pada
muatan negatif sehingga ion NH2- tidak stabil. Anion lebih stabil, maka semakin mudah dibentuk
dan karena itu hidrogen yang hilang akan sangat elektrofilik. Ini adalah kasus untuk HF.
Sebaliknya, hidrogen dalam amoniak adalah elektrofilik yang sangat lemah dan pusat anion

4. terbentuk tidak stabil. Akibatnya, anion nitrogen hanya dapat dibentuk dengan basa yang sangat
kuat.
Gambar. 5.6. Anion dihasilkan ketika HF, H2O, dan NH3 sebagai elektrofil.
Sifat.
Hal ini dimungkinkan untuk memprediksi apakah molekul lebih cenderung untuk
bereaksi sebagai nukleofil atau elektrofil tergantung pada kekuatan pusat nukleofilik dan
elektrofilik yang ada. Sebagai contoh, amonia memiliki elektrofilik dan pusat nukleofilik baik.
Namun, biasanya bereaksi sebagai nukleofil karena atom nitrogen adalah pusat nukleofilik kuat
dan atom hidrogen adalah pusat elektrofilik lemah. Sebaliknya, molekul seperti hidrogen fluorida
atau aluminium klorida lebih memilih untuk bereaksi sebagai elektrofil. Hal ini karena pusat
nukleofilik di kedua molekul (atom halogen) lemah, sedangkan pusat-pusat elektrofilik (H atau
Al) kuat. Air adalah molekul yang dapat bereaksi sama baiknya sebagai sebuah nukleofil atau
sebagai elektrofil. Sebagai contoh, air bereaksi sebagai nukleofil dengan proton dan sebagai
sebuah elektrofil dengan anion (Gambar 5.7).
Gambar. 5.7. Air bertindak sebagai sebuah (a) nukleofil dan (b) elektrofil
5.4. STRUKTUR ORGANIK
Alkana
Alkana terbuat dari karbon-karbon dan karbon-hidrogen tunggal dan merupakan senyawa tidak
reaktif. Hal ini karena ikatan kovalen C-C dan C-H di alam dan sehingga tidak ada pusat
elektrofilik atau nukleofilik. Karena sebagian reagen bereaksi dengan pusat nukleofilik atau
elektrofilik, sedangkan alkana merupakan molekul tidak reaktif.
●
●
●
●
●
Gugus fungsional polar
Hal ini dimungkinkan untuk mengidentifikasi pusat-pusat nukleofilik dan elektrofilik
dalam gugus fungsional umum, berdasarkan elektronegativitas relatif dari atom-atom ini.
Pedoman berikut ini perlu diingat:
ikatan kovalen C-H dan C-C. Oleh karena itu, baik karbon maupun hidrogen adalah pusat
nukleofilik atau elektrofilik;
Nitrogen di sebelah kanan karbon dalam tabel periodik. Nitrogen lebih elektronegatif namun
perbedaan elektronegativitas antara dua atom kecil dan ikatan N-C tidak terlalu polar. Oleh
karena itu, atom karbon biasanya dapat diabaikan sebagai pusat elektrofilik;
ikatan N-H dan O-H bersifat kovalen polar. Nitrogen dan oksigen pusat nukleofilik kuat.
Hidrogen adalah pusat elektrofilik lemah;
ikatan C=O, C=N dan C=N bersifat kovalen polar. O dan N adalah pusat nukleofilik dan karbon
merupakan pusat elektrofilik;
Ikatan C-O dan C-X (X_halogen) bersifat kovalen polar. Atom oksigen cukup nukleofilik
sedangkan atom halogen adalah nukleofilik lemah. Atom karbon merupakan pusat elektrofilik.
Menggunakan pedoman di atas, pusat nukleofilik dan elektrofilik dari gugus fungsional umum
dapat diidentifikasi, di mana atom memiliki sedikit muatan negatif adalah pusat nukleofilik dan
atom memiliki muatan yang sedikit positif adalah pusat elektrofilik (Gambar 5.8).
Gambar. 5.8. Nukleofilik dan elektrofilik pusat gugus fungsi umum.

5. Gambar. 5.9. Pusat nukleofilik dalam (a) sebuah alkuna, (b) alkena (c) senyawa aromatik.
Tidak semua pusat nukleofilik dan elektrofilik sama pentingnya. Misalnya, atom nitrogen
lebih nukleofilik dari satu atom oksigen. Juga atom halogen merupakan nukleofilik sangat lemah
dan biasanya tidak akan bereaksi dengan elektrofil jika ada pengaruh pusat nukleofilik kuat.
Atom hidrogen yang terikat pada halogen lebih elektrofilik dari atom hidrogen yang terikat pada
oksigen. Atom hidrogen yang terikat pada nitrogen elektrofilik sangat lemah.
Berdasarkan keterangan diatas maka beberapa gugus fungsional lebih mungkin untuk
bereaksi sebagai nukleofil sementara beberapa gugus fungsional lebih mungkin untuk bereaksi
sebagai elektrofil. Sebagai contoh, amina, alkohol dan eter lebih cenderung untuk bereaksi
sebagai nukleofil, karena mereka memiliki pusat-pusat nukleofilik kuat dan pusat elektrofilik
lemah. Alkil halida lebih cenderung bereaksi sebagai elektrofil karena mereka memiliki pusat
elektrofilik kuat dan pusat-pusat nukleofilik lemah. Aldehid dan keton dapat bereaksi sebagai
nukleofil atau elektrofil karena keduanya elektrofilik dan pusat nukleofilik kuat. Beberapa gugus
fungsional mengandung beberapa pusat nukleofilik dan elektrofilik. Sebagai contoh yang
termasuk dalam kelas ini adalah asam karboksilat dan turunannya dan begitu ada beberapa
kemungkinan pusat di mana sebuah nukleofil atau sebuah elektrofil bisa bereaksi.
Hidrokarbon Jenuh
Tidak semua gugus fungsional memiliki ikatan polar. Alkena, alkuna, dan senyawa
aromatik adalah contoh dari gugus fungsional yang memiliki beberapa ikatan kovalen. Ruang
antara karbon terikat akan kelebihan beberapa elektron dan karena itu dianggap nukleofilik.
Dengan demikian, pusat nukleofilik dalam molekul-molekul bukan spesifik atom, namun juga
ikatan ganda (Gambar. 5.9).