Penyerangan oleh Nukleofilik, Kimia Organik Fisik

1. PENYERANGAN NUKLEOFILIK
Irma Rahmawati
Pendidikan Kimia
Sekolah Pascasarjana UPI

2. Kuis
Gambarkanlah mekanisme penyerangan nukleofilik
terhadap asetilklorida, sehingga bisa menghasilkan
produk seperti dibawah ini !

3. Nukleofil
• Nukleofil (Pencinta nukleus) sering diberi lambang :Nu(mempunyai pasangan elektron bebas). Umumnya, sebuah
nukleofil adalah spesi yang tertarik ke suatu pusat positif.
• Kebanyakan nukleofil adalah anion, namun molekul polar yang
netral seperti H2O, CH3OH, dan CH3NH2 dapat bertindak sebagai
nukleofil. Molekul-molekul ini memiliki pasangan elektron bebas.

4. Nukleofil
• Nukleofil dan basa mempunyai struktur yang sama karena
keduanya mempunyai pasangan elektron bebas. Namun
keduanya berbeda terhadap apa yang mereka serang.
Reaksi Subtitusi akan terjadi ketika Nukleofil menyerang suatu pusat
positif. Sedangkan Reaksi Eliminasi akan terjadi ketika Nukleofil
menyerang proton (dalam hal ini nukleofil bertindak sebagai basa).

5. Jenis-jenis Nukleofil

6. Reaksi SN2 (Proses serempak)
Ciri-ciri:
 Metil halida, alkilhalida primer bereaksi dengan nukleofil kuat
(misal: -OH, -CN). Alkil halida sekunder masih dapat bereaksi
secara SN2 namun alkil halida tersier tidak. Hal ini disebakan
karena rintangan sterik.
 Menghasilkan produk inversi
Rintangan sterik:
Dengan bertambahnya gugus alkil yang terikat pada
karbon, keadaan transisinya bertambah berjejal dengan atom.
Jejalan inilah yang disebut dengan rintangan sterik.

7. Rintangan Sterik

8. Reaksi SN2
Keterangan: Nukleofil menyerang C (dipol positif). Ketika
nukleofil menyerang dari arah belakang molekul, dalam
keadaan transisi posisi gugus yang terikat pada karbon
berubah (membalik kesisi lain), itu yang dinamakan dengan
inversi.

9. Inversi Reaksi SN2

10. Reaksi SN1 (Reaksi Bertahap)
Ciri-ciri:
 Alkilhalida tersier bereaksi dengan nukleofil lemah (misal: H2O, CH3OH).
 Menghasilkan produk rasemik
1. Tahap pembentukan karbokation
H 3C
C
Br
slow , rate
d etermining
CH3
C+
+
Br
H3 C
H3 C
H 3 C CH3
A carbocation intermediate;
carbon is trigonal p lanar

11. Reaksi SN1 (Reaksi Bertahap)
2. Tahap Penyerangan Nukleofil
CH3
+
CH3 O
H
C+
H3 C
+
OCH3
fast
O
H3 C
+
C
CH3
CH3
H
H
H3 C CH3
CH3
CH3
C O
H3 C
H3 C
H
Produk Rasemik
3. Tahap Lepasnya proton karena metanol yang berlebih
H3 C
H3 C
H3 C
C
+
O
CH3
H
H
+
O
CH3
H3 C
fas t
H3 C
H3 C
CH3
C O
+
+ H O
H
CH3

12. Reaksi E1
1. Tahap pembentukan karbokation
• Reaki E1 identik dengan reaksi SN1, merupakan reaksi bertahap, dengan
membentuk suatu karbokation. Alkilhalida tersier bereaksi cepat dengan
nukleofil lemah.
s low , rate
CH3
CH3
determin ing
CH2 -C-CH3
CH3 -C-CH3 + Br –
+
Br
(A carb ocation
in termediate)
2. Nukleofil menyerang proton dari kabon beta
H
O
H3 C
CH3
+ H-CH2 -C-CH3
+
fas t
CH3
H +
O H + CH2 =C-CH3
H3 C

13. Reaksi E2
• Hampir sama dengan reaksi SN2, dimana bereaksi dengan nukleofil kuat, dan
merupakan reaksi serempak. Sama halnya dengan Reaksi E1 alkil halida tersier
akan bereaksi cepat. Rintangan sterik tidak berpengaruh karena hidrogen
(proton) yang diserang adalah yang terikat pada karbon beta.

14. Epoksida
• Epoksida adalah eter siklik dengan cincin beranggota tiga.
• Pembukaan cincin epoksida akan menghasilkan produk yang lebih stabil
(energi rendah). Reaksi ini disebut dengan reaksi pemaksa pisahan.

15. Reaksi Substitusi pada Epoksida
Reaksi pemaksapisahan berkatalis-basa
Epoksida mengalami serangan SN2 oleh nukleofil kuat, seperti ion
hidroksida.

16. Reaksi pemaksapisahan berkatalis-asam
Dalam larutan asam epoksida terprotonkan, kemudian akan diserang
oleh nukleofil lemah (air/alkohol).
Lanjutan Epoksida

17. Reaksi Eliminasi pada Alkohol
• Alkohol seperti alkil halida, bereaksi eliminasi dan menghasilkan alkena.
Karena air dilepaskan pada eliminasi ini, maka reaksi ini disebut reaksi
dehidrasi

18. Reaksi E-1
pada Alkohol

19. Penyerangan Nukleofilik Pada Gugus Asil
• Gugus asil
, merupakan gugus yang ada pada setiap asam
karboksilat dan derivatnya.
• Semua interkonversi antara asam karboksilat dan derivatnya terjadi
dalam satu mekanisme umum yaitu Penyerangan Nukleofilik
pada Gugus Asil.
• Mekanisme secara umum :
..
:O :
1)
:O :
slow
R
C
+
Y
R
C
Y
Nu:
Nu
2)
..
:O :
R
C
Nu
:O :
Y
R
C
Nu
+
Y:

20. Penyerangan Nukleofilik Pada Gugus Asil
• Pada mekanisme dapat dilihat bawa pada tahap 1, dihasilkan zat
antara atau intermediate yang berbentuk tetrahedral.
O
R
C
Nu
Y

21. Penyerangan Nukleofilik Pada Asil Halida

22. Penyerangan Nukleofilik Pada Asam Anhidrid
• Contoh :
• Step 1, Dengan bantuan katalis asam, anhidrida asam diaktifkan untuk
proses adisi nukleofilik dengan proses protonasi.

23. Penyerangan Nukleofilik Pada Asam Anhidrid
• Step 2, Nukleofil CH3OH menyerang gugus karbonil yang telah diprotonasi,
• Step 3, Asam juga mengkatalisis proses disosiasi zat antara tetrahedral.

24. Penyerangan Nukleofilik Pada Ester
• Hidrolisis Ester dengan Katalis Asam
• Step 1, Protonasi oksigen karbonil pada ester
• Step 2, Adisi nukleofilik air untuk mencapai bentuk terprotonasi dari ester

25. Penyerangan Nukleofilik Pada Ester
• Step 3, Deprotonasi ion oxonium untuk membentuk zat antara tetrahedral
netral
• Step 4, Protonasi oksigen karbonil pada ester

26. Penyerangan Nukleofilik Pada Ester
• Step 5, Disosiasi bentuk terprotonasi dari zat antara tetrahedral ke alkohol
dan bentuk terprotonasi asam karboksilat
• Step 6, Deprotonasi dari bentuk asam karboksilat terprotonasi

27. Penyerangan Nukleofilik Pada Ester
• Hidrolisis Ester dalam Basa
• Step 1, Adisi nukleofilik ion hidroksida ke gugus karbonil pada ester
• Step 2, Transfer proton bentuk an-ionik zat antara

28. Penyerangan Nukleofilik Pada Ester
• Step 3, Disosiasi zat antara
• Step 4, Transfer proton untuk menghasilkan alkohol dan ion karboksilat

29. Penyerangan Nukleofilik Pada Ester
• Penyerangan nukleofilik dengan Ammonia
• Step 1, Pembentukan zat antara tetrahedral
• Step 2, Disosiasi zat antara tetrahedral

30. Penyerangan Nukleofilik Pada Ester
• Penyerangan nukleofilik dengan Amina
• Contoh :

31. Penyerangan Nukleofilik Pada Amida
• Hidrolisis Amida
• Reaksi Amida dengan asam
• Reaksi Amida dengan basa

32. Penyerangan Nukleofilik Pada Amida
• Mekanisme Hidrolisis Amida pada larutan Asam
• Step 1, Protonasi oksigen karbonil pada amida
• Step 2, Adisi nukloefilik air
• Step 3, Deprotonasi ion oxonium untuk membentuk zat antara

33. Penyerangan Nukleofilik Pada Amida
• Step 4, Protonasi zat antara tetrahedral
• Step 5, Disosiasi N-terprotonasi

34. Penyerangan Nukleofilik Pada Amida
• Step 6, Proses transfer proton untuk membentuk ion ammonium dan
asam karboksilat

35. Penyerangan Nukleofilik Pada Amida
• Mekanisme Hidrolisis Amida pada larutan Basa
• Step 1, Adisi nukleofilik ion hidroksida pada gugus karbonil
• Step 2, Transfer proton untuk membentuk zat antara
• Step 3, Protonasi nitrogen amino pada zat antara

36. Penyerangan Nukleofilik Pada Amida
• Step 4, Disosiasi N-terprotonasi pada zat antara
• Step 5, Formasi irreversible dari ion karboksilat

37. Penyerangan Nukleofilik Pada Nitril
• Reaksi hidrolisis nitril dalam larutan asam
• Reaksi hidrolisis nitril dalam larutan basa
• Reaksi hidrolisis nitril dalam air

38. Penyerangan Nukleofilik Pada Kondensasi Claissen
• Reaksi keseluruhan :
• Step 1, Penyerangan proton pada karbon α:
• Step 2, Adisi nukleofilik ester enolat

39. Penyerangan Nukleofilik Pada Kondensasi Claissen
• Step 3, Disosiasi zat antara tetrahedral :
• Step 4, Deprotonasi β-keto produk ester
• Pengasaman basa konjugat

40. Penyerangan Nukleofilik Pada Gugus Aldehid dan Keton
• Reaksi Aldehid atau Keton dengan air (Hidration) :
• Mekanisme Hidrasi dalam larutan basa, Step 1 : Adisi nukleofilik OH-
• Step 2 : Transfer proton dari zat antara

41. Penyerangan Nukleofilik Pada Gugus Aldehid dan Keton
• Mekanisme Hidrasi dalam larutan asam, Step 1: Protonasi oksigen karbonil
• Step 2 : Adisi nukleofilik ke aldehid atau keton yang terprotonasi
• Step 3 : Transfer proton dari asam konjugat geminal ke molekul air

42. Aldehid dan Keton : Adisi Hidrogen Sianida
• Reaksi keseluruhan :
• Step 1 : Adisi nukleofilik ke aldehid atau keton
• Step 2 : Transfer proton dari hidrogen sianida ke basa konjugat sianohidrin

43. Aldehid dan Keton : Adisi Alkohol
• Reaksi keseluruhan :
• Step 1 : Hidrasi aldehid atau keton dengan katalis asam
• Step 2 : Protonasi hemiasetal

44. Aldehid dan Keton : Adisi oleh Alkohol
• Step 3, Stabilisasi elektron
• Step 4 : Penyerangan nukleofilik alkohol

45. Aldehid dan Keton : Reaksi Wittig
• Reaksi Wittig, untuk mengubah aldehid atau keton menjadi alkena
• Step 1 : Penyerangan ylida pada aldehid atau keton
• Step 2 : Disosiasi oksapospetana menjadi alkena

46. TUGAS
1. Gambarkan mekanisme penyerangan nukleofilik amina primer terhadap
aldehid sehingga bisa menghasilkan produk seperti reaksi dibawah ini!
2.Gambarkan mekanisme penyerangan nukleofilik amina sekunder terhadap
aldehid sehingga bisa menghasilkan produk seperti reaksi dibawah ini!