alkil halida2

ALKIL HALIDA :Tinjauan reaksi subtitusi nukleofilik

Kelompok Kimia Organik Jurusan Pendidikan Kimia Universitas Pendidikan Indonesia

Alkil HalidaOrgano halogen Alkil halida Aril halidaH

H H C Cl Cl Cl

Cl C Cl Cl H

Cl C ClCCl3

Cl

Halida vinilik

H

C

C H

Cl

Cl

C H

Cl

I HO I O

I H2 H C C I O C OH

NH2

Pembahasan1. Pembuatan alkil halida : reaksi radikal bebas 2. Reaksi alkil halida :

Reaksi subtitusi : SN1 dan SN2 Reaksi eliminasi : E1 dan E2

Subtitusi NukleofilikReaksi Umum :

RAlkil halida

X

YGugus pengganti

R

Y

XGugus pergi (leaving group)

Produk

Mekanisme

SN1

SN2

Gugus Pergi (Leaving groups)Gugus pergi merupakan basa lemahReaktivitas: R-I > R-Br > R-Cl >> R-FL.G. baik Lebih reaktif L.G. buruk Kurang reaktif

Reaksi umum :

R X + Y stronger Basa base kuat

R Y + X weaker Basa base lemah

K>1

Contoh :

Br + NaF SB Basakuat

F + NaBr Basa WBlemah

+ NaI Br WB

acetone I

+ NaBr (s) SB

Mekanisme SNRumus umum laju reaksi : V = k1[RX] + k2[RX][Y]k1 meningkat RX = CH3X 1 2 3

k2 meningkat

k1 ~ 0 V = k2[RX][Y] (bimolekular) SN2

k2 ~ 0 V = k1[RX] (unimolekular) SN1

A. Kinetika

Mekanisme SN2

Contoh: CH3I + OH CH3OH + IV = k[CH3I][OH], bimolekular Kedua spesi terlibat dalam tahap penentu laju reaksi

Reaktivitas: R-I > R-Br > R-Cl >> R-F Pemutusan ikatan C-X terlibat dalam penentu laju reaksi serentak, mekanisme satu tahap[HO---CH3---I]

CH3I + OH CH3OH + I

Mekanisme SN2B. Stereokimia Reaksi stereospesifik:H Br NaOH(R)-()-2-bromooktan (S)-(+)-2-oktanol Reaksi berlangsung dengan konfigurasi inversi

HO H

Mekanisme SN2C. Mekanisme

HO

H + C I H H

H HO C HH I HO C

H H H + I

serangan LG dari arah berlawanan

Konfigurasi inversi

HO

C

I

HO

C

I

HO

C

I

D. Efek Sterik e.g., RBr + I RI + Br

Mekanisme SN2H I H C H

Halangan sterik minimal

Br

Senyawa metil CH3Br

Kec.Relatif 150

1 RX2 RX 3 RX

CH3CH2Br(CH3)2CHBr (CH3)3CBr

10.008 ~0

Halangan sterik meningkat

I

Reaktifitas terhadap SN2: CH3X > 1 RX > 2 RX >> 3 RX bereaksi dgn mekanisme SN2 (k2 large) lebih sulit Tidak bereaksi dgn mekanisme SN2 (k2 ~ 0)

H H H C H C Br H C H C H H H

Halangan sterik minimal

E. Nukleofil Vs Nukleofilisitas Jenis Nukleofil : 1. AnionsR X + OH R X + CN

Mekanisme SN2R OH + X R CN + X

2. Species netral

R X + H2O

R O H + X H

ROH + HXhidrolisis

R X + R'OH

R O R' + X H

ROR' + HXalkoholisis

Nukleofilisitas : Nu sangat baik: Nu baik: fair Nu: Nu buruk: Nu sangat buruk: I, HS, RS, H2N Br, HO, RO, CN, N3 NH3, Cl, F, RCO2 H2O, ROH RCO2H

A. Kinetik

Mekanisme SN1CH3 H3C C Br + CH3OH CH3 CH3 H3C C O CH3 + HBr CH3

contoh :

3, tidak melalui SN2V = k[(CH3)3CBr] unimolekular

Penetu laju reaksi tergantung hanya pada (CH3)3CBr

B. Mekanismetahap penentu lajuRLS: H3C reaksi

Mekanisme SN1CH3 C Br CH3 CH3 H3C C CH3 CH3 H C O CH3 CH3 -H+ CH3 H3C C O CH3 + HBr CH3 HOCH3 H3C H3C CH3 C CH3 CH3 H C O CH3 CH3 + Br

H3C

Mekanisme SN1C. Diagram Energi Mekanisme dua tahap:

R+

RBr + CH3OH ROCH3 + HBr

Mekanisme SN1E. Stereokimia: stereorandomBr CH3CH2 H OH2 CH3CH2 + H C CH3 OH2 sp2, trigonal planar CH3 H2O CH3CH2 H OH CH3 + CH3CH2 racemic rasemat OH H CH3

Mekanisme SN1F. Stabilitas Karbokation Stabilitas R+ : 3 > 2 >> 1 > CH3+

Raktivitas R-X terhadap SN1: 3 > 2 >> 1 > CH3XCH3+ 1 R+ 2 R+ 3 R+Kemungkinan penataan ulang

SN1 vs SN2A. Efek pelarut Jenis pelarut : nonpolar: moderat polar: polar protic: polar aprotic: heksan, benzen eter, aseton, etil asetat H2O, ROH, RCO2H DMSO DMFO CH3 S CH3 H O C CH3 N(CH3)2 C N

asetonitril

SN1 vs SN2A. Efek pelarut Mekanisme SN1 didukung oleh pelarut protik polar Menstabilkan R+, X (relatif RX)

dalam pelarut kurang polar dalam pelarut lebih polarR+X

RX

SN1 vs SN2A. Efek pelarut Mekanisme SN2 didukung oleh pelarut polar dan semi polardalam DMSO, pelarutan OH- lemah, OH- lebih reaktifdalam DMSO dalam H2O destabilisasi Nu, meningkatkan nukleofilisitas

RX + OH

dalam H2O, OHmembentuk ik. hidrogen OH- kurang reaktif

ROH + X

SN1 vs SN2B. KesimpulanV SN1 meningkat (stabilitas karbokation)

RX =

CH3X

1

2

3V SN2 meningkat (efek sterik)

bereaksi terutama melalui SN2 (k1 ~ 0, k2 besar)

dapat bereaksi dgn kedua mekanisme

bereaksi terutama melalui SN1 (k2 ~ 0, k1 besar)

SN2 jika ada Nu baik (V = k2[RX][Nu]) -biasanya dalam pelarut polar aprotikSN1 dapat terjadi tanpa kehadiran No baik (V = k1[RX]) - biasanya dalam pelarut polar protik (solvolisis)

EliminasiReaksi Umum : Eliminasi alkil halida: dehidrohalogenasiH X C C + B C C + BH + X

alkil halida

basa kuat Mekanisme E1 E2

produk (alkena)

Basa kuat : KOH/ethanol; CH3CH2ONa/CH3CH2OH; tBuOK/tBuOH

EliminasiProduk mengikuti aturan Zaitsev :alkena lebih stabil, dihasilkan lebih banyak

EtONa EtOH Br EtONa EtOH Br 71% 61%

+ 20%

+ 19%

+ 29%

Mekanisme E2Mekanisme E2 : eliminasi bimolekuler

Reaksi adalah bimolekul, V tergantung pada konsentrasi RX dan BV = k[RX][B] Tahap penentu laju reaksi melibatkan konsentrasi B reactivity: RI > RBr > RCl > RFkekuatan ikatan RX meningkat

Tahap penentu laju reaksi melibatkan pemutusan ikatan RX (Reaksi tidak tergantung pada jenis RX apakah 1, 2, atau 3)

Mekanisme E2A. Satu tahap, mekanisme serentak:X C C H B B H B H X C C C C X

Br + OH-

Zaitsev

Mekanisme E2B. Anti elimination

H C C X

H C C

X

anti periplanar syn periplanar -kebanyakan molekul -tetapi eklips! dapat mengadopsi konformasi lebih mudah Eliminasi E2 biasanya terjadi ketika H dan X adalah anti

Mekanisme E2B. Anti elimination Contoh :CH3 Br EtONa EtOH major CH3 Br " " major + minor

Mekanisme E2B. Anti elimination Penjelasan contoh : Br harus aksial untuk menjadi anti terhadap H:

H H CH3 BrBr anti terhadap kedua H produk berorientasi Zaitsev

CH3 Htetapi but

H Br

Br anti hanya pada H yang memberikan produk berorientasi non-Zaitsev

Mekanisme E1A. Mekanisme E1

Mekanisme E2:Br

EtONa EtOH major

+ minor

V = k[RBr][B] Reaktivitas: RI > RBr > RCl > RF (tidak ada efek 1, 2, 3) EtOH major + minor

Namun jika:Br

Maka : V = k[RBr] E1 Reaktivitas: RI > RBr > RCl > RF dan: 3 > 2 > 1

(melibatkan pemutusan RX) (melibatkan R+)

Mekanisme E1A. Mekanisme E1

Step Tahap 1: 1: Penentu laju (RLS) Br

+ Br

EtOH + HBr Step Tahap 2: 2: H EtOH- R+ dapat mengalami penataan ulang eliminasi biasanya terjadi dengan kehadiran basa kuat

+ EtOH2

Subtitusi Vs EliminasiA. Reaksi unimolekuler (SN1, E1) atau bimolekuler (SN2, E2)? V = k1[RX] + k2[RX][Nu / B] faktor ini akan membesar jika konsentrasi Nu atau B meningkat

Reaksi bimolekular (SN2, E2) didukung oleh konsentrasi Nu baik atau B kuat yang tinggi faktor ini akan bernilai nol jika konsentrasi Nu atau B juga nol reaksi unimolekular (SN1, E1) terjadi pada ketidak hadiran Nu baik atau B kuat

Subtitusi Vs EliminasiB. Bimolekular: SN2 or E2?

Rate = kSN2[RX][Nu] + kE2[RX][B]1. Struktur substrat: halangan sterik menyebabkan penurunan V SN2, tidak berpengaruh pada V E2 E2 lebih dominanNaOEt O 91% Br " O 13% Br " tBuOK 100% O 15%Nu memiliki efek sterik yang besar

Br

+ 9% + 87%

efek sterik meningkat

Br

+ 85%

Subtitusi Vs EliminasiB. Bimolekular: SN2 or E2?2. Basa Vs Nukleofil basa yang lebih kuat mendukung E2 nukleofil yang baik mendukung SN2NaI Br NaOCH3 40% tBuOK 5% OtBu + 95% I

100%

good Nu weak B

OCH3 + 60%

good Nu strong B

poor Nu strong B

Subtitusi Vs EliminasiC. Unimolekular: SN1 or E1?

OH2 Br H2O (weak B, poor Nu) H OH2

OH

V = k[R+][H2O] tidak ada kontrol terhadap rasio SN1 dan E1

Subtitusi Vs EliminasiD. Kesimpulan 1. bimolekular: SN2 & E2 Didukung oleh konsentrasi tinggi dari Nu baik atau B kuat Nu baik, B lemah : I, Br, HS, RS, NH3, PH3Nu baik, B kuat Nu buruk, B kuat

mendukung SN2 SN2 & E2 mendukung E2

: HO, RO, H2N : tBuO (sterically hindered)

Substrat: 1 RX 2 RX 3 RX lebih sering SN2 (kecuali dengan tBuO) bisa SN2 dan E2 (tetapi lebih sering E2) hanya E2

Subtitusi Vs EliminasiD. Kesimpulan 2. unimolekular: SN1 & E1Terjadi pada ketidakhadiran dari Nu baik atau B kuat

Nu buruk, B lemah: H2O, ROH, RCO2HSubstrat: 1 RX 2 RX 3 RX SN1 and E1 (hanya dengan penataan ulang)

SN1 and E1 (dapat terjadi penataan ulang)

tidak dapat mengontrol rasio SN1 to E1