Dokumen tersebut membahas mekanisme reaksi substitusi nukleofilik, khususnya reaksi SN1 dan SN2. Reaksi SN1 melibatkan pembentukan karbokation sementara dan berlangsung secara unimolekular, sedangkan reaksi SN2 berlangsung secara bimolekular melalui keadaan transisi. Kedua mekanisme ini memiliki pengaruh yang berbeda terhadap stereokimia molekul hasil reaksi.

1. MEKANISME REAKSI
SENYAWA ORGANIK
Dr. Elfi Susanti VH, MSi

2. REAKSI SENYAWA
ORGANIK
REAKSI
SUBSTITUSI
SUBSTITUSI
NUKLEOFILIK
SUBSTITUSI
ELEKTROFILIK
REAKSI ADISI
ADISI
NUKLEOFILIK
ADISI
ELEKTROFILIK
REAKSI
ELIMINASI
SENYAWA
ALKILHALIDA
SENYAWA
AROMATIK
SENYAWA
KARBONIL
SENYAWA
ALKENA-ALKUNA
SENYAWA
ALKILHALIDA

3. MEKANISME REAKSI:
 Tahap demi tahap secara spesifik apa yang terjadi selama reaksi
 Harus memiliki tahap pembentukan intermediet yang terbentuk
selama reaksi
 Terdiri atas persamaan, struktur dan tahap reaksi
 Ada 2 cara menuliskan mekanisme reaksi:
1. stepwise
2. merged-step

4. STEPWISE
MECHANISM
R O
H
H O
H
H R O H
H
O H
H
+ +
cepat
.. .. .. ..
: :
Tahap 1
Tahap 2
Tahap 3
Setiap tahap ditulis terpisah dan harus menggambarkan kembali masing-
masing intermediet yang terbentuk pada baris berikutnya.
R
+
R O
H
H
+
O
H
H
+
..
:
lambat
..
R Cl
Cl -
+
R+
..
..
.. :
:
:
cepat

5. MERGED STEPS
MECHANISM
Tidak perlu menuliskan baris baru untuk setiap tahap.
Setiap tahap mengikuti tahap yang lain tanpa menggambarkan kembali intermediet
+
+
O H
H
R O H
H
H O
H
H
R O
H
+ O
H
H
R+
Cl -
R Cl
+ +
Cepat
Lambat
cepat
..
:
.. .. ..
:
..
:
..
..
:
..
.. :
:

6. STEPWISE OR
MERGED ?
Metode baris demi baris lebih formal dan sering digunakan dalam naskah
yang berhubungan dengan reaksi kinetik.
Metode penggabungan lebih informal dan umumnya digunakan ketika
menggambarkan reaksi di papan tulis atau di kertas.
Kedua metode menggambarkan mekanisme : Benar
Anda harus menentukan cara mana yang lebih disukai

7. Aturan yang
berlaku :
 Menggunakan panah lengkung.
 Semua pasangan elektron diperlihatkan
 Semua muatan formal diperlihatkan
 Tahap penentu kecepatan reaksi
ditunjukkan

8. PANAH
Penggunaan panah lengkung untuk menunjukkan :
Ikatan yang putus atau terbentuk
Panah lengkung mewakili perpindahan
sepasang elektron

9. Dua contoh
Benar
Elektrons dari basa B: berikatan ke H,
yang memberikan pasangan ikatannya ke oksigen
Salah
H+ dipindahkan ke B:
B: H O
H
H B H
+
+
..
+ O
H
H
:
..
B: H O
H
H B H
+
+
..
+ O
H
H
:
..
(elektron yang bekerja)
(proton yang bekerja)
Penggunaan Panah yang salah

10. Penggunaan Tanda
Panah
Perpindahan sepasang elektron
Tahap Irreversibel (satu arah); digunakan untuk
menunjukkan produk dari suatu reaksi
Reaksi reversibel atau kesetimbangan
Variasi lain dari panah reaksi setimbang
Tanda bentuk resonansi

11. STEREOKIMIA
 Stereokimia penting dalam tahap reaksi,
 Perlu menggambarkan kembali struktur dalam dimensi-3;
 untuk memperlihatkan konfigurasi atau konformasi yang benar
:
:
..
..
-
I
C
CH3
I
CH2CH3
H
C
CH3
Br
CH3CH2
H
+ ..
:Br:
..
-
(R)
(S)

12. Kesalahan umum dalam
menggambarkan mekanisme reaksi :
 Menggunakan karbon pentavalen
(kecuali untuk keadaan transisi)
 Kesalahan (salah arah) penggunaan panah lengkung
 Kehilangan panah lengkung
 Kehilangan muatan formal
 Kehilangan elektron tidak berpasangan dalam tahap penting

13.  Kegagalan mengenal resonansi dalam suatu intermediet
 Kesalahan penggunaan panah resonansi atau
kesetimbangan
 Kegagalan mengenal tahap reversibel atau irreversibel
 Kegagalan menandai tahap penentu kecepatan reaksi

14.  Kesalahan pengenalan medium:
penggunaan OH- dalam medium asam
atau H+ dalam medium basa
 Kehilangan penataanulang karbokation
 Kehilangan satu tahap reaksi atau menggabungkan 2 tahap
menjadi satu
 Kegagalan memperlihatkan suatu intermediet
 Mengabaikan stereokimia produk

15. REAKSI SENYAWA
ORGANIK
REAKSI
SUBSTITUSI
SUBSTITUSI
NUKLEOFILIK
SUBSTITUSI
ELEKTROFILIK
REAKSI ADISI
ADISI
NUKLEOFILIK
ADISI
ELEKTROFILIK
REAKSI
ELIMINASI
SENYAWA
ALKILHALIDA
SENYAWA
AROMATIK
SENYAWA
KARBONIL
SENYAWA
ALKENA-ALKUNA
SENYAWA
ALKILHALIDA

16. SUBSTITUSI
NUKLEOFILIK
Dr. ELFI SUSANTI VH, MSi

17. REAKSI SUBSTITUSI
Y + R X R Y + X
Y menggantikan tempat X (Substitusi )
Y “menggantikan” X
Satu gugus menggantikan gugus yang lain

18. SUBSTITUSI NUKLEOFILIK
Nu:
-
+ R X R Nu + :X-
nukleofil
substrat
produk gugus
lepas
PENGGANTIAN NUKLEOFILIK
nukleofil “menggantikan” gugus lepas.
Disebut reaksi substitusi:
Nu menggantikan X (berganti tempat).

19. ALKIL HALIDA

20. 20
The Leaving Group:
Strong bases
Poor leaving groups for Nucleophilic Substitution

21. 21
The Leaving Group
Weak bases
Good leaving groups for Nucleophilic Substitution

22. NUKLEOFILISITAS
APA YANG MEMBUAT SUATU NUKLEOFIL BAIK?
APA ITU NUKLEOFIL? BASA?

23. NUKLEOFILISITAS
APA YANG MEMBUAT SUATU NUKLEOFIL BAIK?
APA ITU NUKLEOFIL? BASA?

24. NUKLEOFIL DAN BASA
Nukleofilisitas
kebasaan
PERBEDAAN DASAR
Basa baik belum tentu Nukleofil baik,
begitu sebaliknya
HOWEVER :
Parameter kinetik (kecepatan)
Parameter thermodinamika
(keseimbangan)
Semua nukleofil adalah basa.....
dan semua basa adalah nukleofil.

25. REAKSI PENGGANTIAN
REAKSI SUBSTITUSI NUKLEOFILIK
REAKSI ASAM-BASA
(substitusi pada atom karbon)
(Substitusi pada atom Hidrogen)
Dapat dibandingkan dengan …..

26. Nu:
-
+ R X R Nu + :X-
basa asam Asam
konyugasi
Basa
kanyugasi
nukleofil substrat produk Gugus
lepas
:X-
+
B H
H X
+
B:
-
PERBANDINGAN SUBSTITUSI
PENGGANTIAN PADA ATOM C
PENGGANTIAN PADA ATOM H

27. R O R
R' C C R
R' C
O
O R
NUKLEOFIL
PEMILIHAN NUKLEOFIL UNTUK SINTESIS BERBAGAI SENYAWA ORGANIK:
Nukleofil Produk
Cl
-
,Br
-
,I
-
R X
OH
-
R OH
RO
-
C N -
C N
R
R' C
O
O
-
R' C C:
-
SH
-
R SH
alkyl halides
alcohols
ethers
nitriles
esters
alkynes
thiols
Senyawa
‘ ‘
R-Y + Nu R-Nu + Y

28. R' NH R
O
R R
NUKLEOFIL YANG TIDAK BERMUATAN
Nukleofil Produk
alcohols
Senyawa
O
H H O
R H
ethers
O
R H
R NH2 amines
R' NH2
NH3
amines
O
H
H
+ R Br O
H
H
R
+
+ Br
O
H R
O H
H
+ H3O
+
+ Br
-
-
Under some circumstances
water will react.
‘ ‘

29. 29
◦I
◦Br
◦Cl
◦ROH
◦HOH
◦C≡N
◦OH
◦OR
 HOH
 ROH
 Cl
 Br
 OH
 OR
 I
 C≡N
Urutan kebasaan Urutan nukleofilisitas
Keterangan: semakin ke bawah semakin kuat

31. REAKSI “MIRIP”
RBr + NaOH ROH + NaBr
Kedua reaksi kelihatan identik
Dan mengikuti pola di atas
Dua reaksi berikut....
Kenyataan, keduanya berbeda !

32. DUA REAKSI MIRIP
CH3 Br + CH3 OH + Br
-
20% w ater
NaOH
80% ethanol
C
H3C
CH3
CH3
OH
+
C
H3C
CH3
CH3
Br
20% w ater
Br-
+
NaOH
80% ethanol
1)
2)
( + some alkene by E1,E2 )
KEC = k2 [RBr] [NaOH]
KEC = k1 [RBr]
55oC
55oC
RBr + NaOH ROH + NaBr
NaOH kons tinggi
NaOH kons rendah

33. REAKSI 1
REAKSI SN2

34. SN2
CH3 Br + CH3 OH + Br
-
20% w ater
NaOH
80% ethanol
kecepatan = k2 [RBr] [NaOH]
80% ethanol
20% w ater
Br
-
+
CH3 OH
CH3 Br
O
H
bimolekular
55oC
k2 = 0.022 liter/mole-sec
substitusi
nukleofilik
bimolekular

35. REAKSI 2
REAKSI SN1

36. C
H3C
CH3
CH3
OH
+
C
H3C
CH3
CH3
Br
20% w ater
Br-
+
NaOH
80% ethanol
kecepatan = k1 [RBr]
80% ethanol
NaOH + Br-
20% w ater
C
H3C
CH3
CH3
Br + C
H3C
CH3
CH3
OH
C
H3C
CH3
CH3
+ + Br-
O H
lambat
cepat
SN1
2 tahap;
unimolekular
55oC
k1 = 0.010 liter/mole-sec
substitusi
nukleofilik
unimolekular
alkene (via E1)
also

37. RBr + NaOH ROH + NaBr
CH3 Br + CH3 OH + Br
-
20% w ater
NaOH
80% ethanol
Kecepatan = k2 [RBr] [NaOH]
55oC
SN2
Alkil halida
primer
Two similar reactions,
different kinetics.
1) Kasus pertama

38. C
H3C
CH3
CH3
OH
+
C
H3C
CH3
CH3
Br
20% w ater
Br-
+
NaOH
80% ethanol
Kecepatan = k1 [RBr]
55oC
SN1
Alkil halida tersier
2) Kasus kedua

39. SN2
SN1

40. R
H
CH3 Br
R
H
HO
CH3
R
H
CH3 OH
R
H
HO
CH3
SN2 conditions
SN1 conditions
[OH-] tinggi
[OH-] rendah
enantiomer
Campuran resemat
R-(-)-2-bromooktana
S-(+)-2-octanol
Inversion
sempurna
Rasemisasi
sempurna
PERUBAHAN STEREOKIMIA
[a]D = +10.3o
[a]D = -36.0o
[a]D = 0o
+
R
S
R S

41. MEKANISME SN1

42. MEKANISME SN2
C
R
H
CH3
H O:
..
..
Serangan
Belakang
Serangan nukleofilik
Konfigurasi (R)
Konfigurasi (S)
:
O
..
H
..
INVERSI
C
H
Br
R
CH3
: :
..
..

43. Menemukan secara eksperiment bahwa:
Kebanyakan alkil halida primer bereaksi SN2
dengan orde reaksi kedua
Kebanyakan alkil halida tersier bereaksi SN1
dengan orde reaksi pertama
HUGHES AND INGOLD ca. 1940

44. 44

Nu: C X
Nu: + C X + X
Nu C


E
R
rate = k Nu C X
SN2 = Substitusi Nukleofilik orde kedua
Mekanisme Reaksi SN2

45. 45

Nu: C X
E
R
Nu: + C X + X
Nu C


rate = k Nu C X
SN2 = Substitusi Nukleofilik orde kedua
Mekanisme Reaksi SN2

46. 46
C
Nu

X
E
R
Nu: + C X + X
Nu C


rate = k Nu C X
SN2 = Substitusi Nukleofilik orde kedua
Mekanisme Reaksi SN2

47. 47
C
Nu

X
E
R
Nu: + C X + X
Nu C


Terjadi inversi
pada karbon
“serangan belakang”
SN2 = Substitusi Nukleofilik orde kedua
Mekanisme Reaksi SN2

48. 48

Nu:
SN2 = Substitusi Nukleofilik Orde ke 2
C X
Nu: + C X + X
Nu C


E
R
reaktan
produk

49. 49

Nu: C X
E
R
Nu: + C X + X
Nu C


Keadaan transisi
reaktan
produk
SN2 = Substitusi Nukleofilik Orde ke 2

50. 50
C
Nu

X
E
R
Nu: + C X + X
Nu C


ΔG‡
ΔG° (equilibria)
(rates)
Keadaan transisi
reaktan
produk
SN2 = Substitusi Nukleofilik Orde ke 2

51. LIKE POOL OR BILLIARDS
1) two balls at rest
and touching
2) forceful shot
directly on axis
3) straight-on
collision
4) momentum
transfer
Nu
Nu
Nu
X
X
X
X
CONCEPTUAL ANALOGY 1
Similar in concept
to an attack from
the back forcing
the nucleophile to
leave.

52. INVERSION OF AN UMBRELLA IN THE WIND
Inversion of the
umbrella is
similar in concept
to the inversion of
an SN2 atom.
CONCEPTUAL ANALOGY 2

53. C
R
H
CH3
Br
:
C
R
H
CH3
HO :
C
H
CH3
R
Br
HO
H O:
..
..
activated complex
is trigonal planar (sp2 )
(R)-configuration
(S)-configuration
configuration
is inverted
Ea
HO C B
partial bonding
2p
THE INVERSION
PROCESS
sp3
sp3
sp2

54. ACTIVATED COMPLEX FOR SN2
C
R
H
CH3
Br
HO
trigonal planar (sp2)
5 bonds to Carbon
breaking
forming
… but the bonds to
Br and OH are only
half-formed and
are not full bonds.
NOT A STABLE SPECIES
MIDPOINT OF THE REACTION

55. Tuliskan mekanisme reaksi (yang menunjukkan stereo kimia dengan menggunakan rumus
dimensional) untuk reaksi SN2 dari (R)-2-kkloro butana dengan –OCH3

58. Tuliskan mekanisme reaksi dari reaksi SN1 (S) 3-kloro-3-metil heksana
dengan etanol