Mekanisme Reaksi Eliminasi E2

Sebelum masuk pada mekanisme reaksi E2, kita ketahui terlebih dahulu apa itu mekanisme eliminasi. Mekanisme eliminasi adalah reaksi kimia organik dimana dua substituen gugus lepas dan hidrogen dipisahkan dari suatu molekul, biasanya ini akan membentuk ikatan rangkap.

 Pada mekanisme reaksi eliminasi E2 ini sama halnya dengan mekanisme SN2, mekanisme eliminasi adalah proses satu langkah. Nukleofili yang bertindak sebagai basa mengambil Proton (hidrogen) pada atom karbon disebelah atom karbon pembawa gugus pergi. Pada waktu yang sama gugus pergi meninggalkan tempat dan ikatan rangkap terbentuk. Pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan yang terjadi pada waktu berlangsungnya reaksi  E2 ditunjukkan oleh panah lengkung berikut :

Konformasi yang disukai untuk substrat pada reaksi E2 ini juga di jelaskan pada persamaan diatas. Atom-atom H-C-C-L berada pada satu bidang datar, dengan H dan L pada kedudukan anti. Kemudahan ini beralasan karena ikatan C-H dan C-L kedudukannya sejajar pada konformasi ini. Kesejajaran ini dibutuhkan untuk membentuk ikatan Pi yang baru pada waktu ikatan-ikatan C-H dan C-L putus.

Karakteristik Mekanisme Reaksi E2

• Reaksi E2 merupakan eliminasi satu langkah dengan satu unsur transisi. 
• E2 biasanya terjadi pada alkil Halida primer tersubstitusi, tetapi ada kemungkinan juga terjadi pada alkil Halida sekunder dan senyawa lainnya.
• Laju reaksi E2 mengikuti orde kedua. 
• Oleh karena E2 membentuk ikatan Pi maka dua gugus pergi harus antiperiplanar. Keadaan transisi antiperiplanar ini mempunya konformasi goyang ( staggered) menggunakan energi lebih rendah dari pada keadaan transisi sinperiplanar, dimana pada keadaan transisi sinperiplanar ini konformasi eklips menggunakan energi yang lebih tinggi. Pada reaksi E2 ini mekanisme yang melibatkan konformasi goyang lebih disukai. 
• Reaksi E2 alkil halida biasanya cenderung dominan menggunakan basa kuat dan pada temperatur tinggi.

Jalannya reaksi E2 tidak melalui suatu karbokation sebagai zat antara, melainkan reaksi serempak yakni terjadi pada satu langkah yang mana tahap tahap nya adalah, suatu basa membentuk ikatan dengan hidrogen kemudian elektron- elektron C-H akan membentuk ikatan pi, Brom dan sepasang elektronnya meninggalkan ikatan sigma C- Br. Perhatikan gambar berikut:



Referensi
Hart, Harold dkk. 2003. Kimia Organik Edisi Kesebelas. Jakarta: Erlangga.
https://id.m.wikipedia.org/wiki/Reaksi_eliminasi

Permasalahan

1. Pada mekanisme reaksi E2 cenderung menggunakan basa kuat. Bagaimana jika basa yang digunakan pada reaksi E2 ini diganti dengan asam kuat?
2. Mengapa pada reaksi E2 mekanisme yang melibatkan konformasi goyang lebih disukai?
3. Laju reaksi E2 mengikut orde dua. Bagaimana jika laju reaksi E2 tersebut mengikut orde tiga?

Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik SN1

 Mekanisme SN1 adalah proses dua langkah. Pada langkah pertama yaitu berjalan lambat, yakni ikatan antara karbon dan gugus yang pergi putus disaat substrat ini mengion.



 dari ikatan C-L pergi secara bersamaan gugus pergi, dan akan terbentuk karbokation. Langkah kedua ini berlangsung cepat, karbokation bergabung dengan nukleofili dan menghasilkan produk.

Jika nukleofili berupa molekul netral seperti air dan alkohol, maka akan akan terlepas satu Proton dari oksigen nukleofililik pada langkah ketiga menghasilkan produk akhir.

Angka 1 disini menunjukkan mekanisme ini karena langkah penentu lajunya yang lambat hanya melibatkan salah satu dari reakta, yakni substrat. Tahap penetapan laju reaksi ada pada tahap awal, dengan demikian laju reaksi dari keseluruhan reaksi secara umum sama dengan pembentukan karbokation dan lajunya tidak bergantung pada konsentrasi nukleofili. Sehingga kenukleofian tidak menjadi faktor kelakuan reaksi dan laju keseluruhan reaksi hanya bergantung pada konsentrasi pereaksi.

Ciri-ciri untuk mengenali apakah nukleofili tertentu dan substrat bereaksi melalui mekanisme SN1 :
1. Laju reaksi tidak bergantung kepada konsentrasi nukleofili. Langkah awal adalah penentu laju, dan nukleofili tidak terlibat dalam langkah ini. Sehingga kendala dalam laju reaksi ini adalah laju pembentukan karbokation, bukan laju reaksinya dengan nukleofili, dan berlangsung sangat cepat.
2. Jika karbon pembawa gugus pergi merupakan stereokimia, reaksi berlangsung terutama dengan hilangnya aktifitas optis. Hanya ada tiga gugus ang melekat pada karbon yang bermuatan positif ( pada karbokation).
3. Reaksi paling cepat apabila gugus alkil pada substrat keadaannya tersier dan paling lambat pada primer.

Mekanisme reaksi
Ada tiga tahap Reaksi SN 1 antara Molekul A dan nukleofil B
1. Tahap yang pertama,  pembentukan sebuah karbokation dari A dengan memisahkan gugus lepas dari Karbon. Pada tahap ini berjalan dengan lambat
2. Tahap kedua yakni serangan nukleofili. B bereaksi dengan Air, jika nukleofilnya Molekul netral. Tahap ketiga diperlukan agar reaksi ini dapat selesai
3. Tahap ketiga yakni Deprotonasi. Pada tahap ini dilakukan pelepasan proton pada nukleofil yang terprotonasi oleh ion ataupun Molekul yang disekitarnya.

Efek pelarut
 Karena reaksi SN1 melibatkan pembentukan zat antara karbokation tidak stabil pada tahap penetapan laju reaksi, semua sesuatu yang bisa memfasilitasinya akan meningkatkan laju reaksi. Pelarut yang digunakan biasanya bersifat polar dan protik (untuk melarutkan gugus lepas secara khususnya). Pelarut protik polar adalah pelarut yang lebih baik pada reaksi SN 1 dari pada pelarut apotik polar.


Permasalahan
1.mengapa hanya substrat saja yang digunakan untuk penentuan laju reaksi dari mekanisme reaksi SN1?
2. Mengapa mekanisme SN1 cenderung berlangsung cepat bila alkil halidanya tersier dan paling lambat bila primer?
3. Mengapa pelarut priotik polar merupakan pelarut yang terbaik untuk reaksi SN1 dari pada pelarut apriotik polar?

Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik SN2

Mekanisme  SN2 adalah proses satu langkah. Pada mekanisme ini, terdapat salah satu ikatan terputus dan satu ikatan lainnya terbentuk secara bersamaan. Seperti dinyatakan dengan persamaan berikut:

Nukleofilik menyerang dari sisi belakang dari ikatan C-L. Pada tahap tertentu atau pada keadaan transisi, nukleofili dan gugus pergi keduanya terikat secara parsial pada karbon sebagai tempat berlangsungnya reaksi substitusi. Pada saat gugus pergi meninggalkan karbon dengan sepasang elektron bebasnya, nukleofili memasuki sepasang elektron lain pada atom karbon tersebut.

Angka 2 disini berfungsi untuk menjelaskan mekanisme substitusi nukleofili karena reaksi ini bimolekular, yang mana artinya yaitu nukleofili dan substrat yang terlibat dalam satu langkah pada mekanisme reaksi ini. Mekanisme reaksi substitusi nukleofili biomolekul, SN2 hanya terjadi pada alkil Halida primer dan alkil Halida sekunder, dan biasanya tidak berlangsung sama sekali dengan Halida tersier. Nukleofil yang melakukan penyerangan adalah jenis nukleofil kuat seperti OH-, CN-, CH3O-. Serangan ini dilakukan dari belakang. Sebagai contoh pada gambar berikut :



Ada beberapa petunjuk yang dapat membantu kita mengenali apakah nukleofili dan substrat bereaksi melalui SN2, yaitu antara lain :
1. Laju reaksi bergantung pada konsentrasi nukleofili maupun substrat
2. Setiap penggantian melalui SN2 selalu mengakibatkan inversi konfigurasi
3. Reaksi akan paling cepat bila gugus alkil pada substrat berupa metil atau primer dan paling lambat bila berupa tersier. Alkil Halida sekunder bereaksi dengan laju.

Ada beberapa peran gugus tetangga pada mekanisme SN2 yaitu :
a. Peran pertama Gugus tetangga ini memberikan suatu reaksi intermediate yang baru pada pusat reaksi.
b. Kedua gugus tetangga ini juga bisa mempengaruhi kecepatan reaksi. Jika gugus tetangga ini bisa mempengaruhi reaksi dengan suatu jalan yang mengakibatkan peningkatan suatu kecepatan reaksi, maka gugus tersebut dikatakan Sebagai anchimeric assistance.
c. Yang ketiga gugus tetangga yaitu bisa menggunakan pasangan elektronnya untuk berinteraksi dengan sisi belakang atom karbon yang mengalami substitusi, sehingga bisa mencegah serangan dari nukleofili. Sehingga nukleofili hanya bisa bereaksi dengan atom karbon dari sisi depan. Gugus yang bisa meningkatkan laju SN2, dengan melalui partisipasi gugus tetangga yaitu nitrogen dalam bentuk amina, oksigen dalam bentuk karbohidrat dan ion alkoksida, serta cincin aromatik. Partisipasi ini hanya efektif jika interaksinya membentuk cincin segitiga, lima dan enam.

Permasalahan
1. Seperti yang di jelaskan pada artikel diatas bahwa nukleofili menyerang dari sisi belakang dari ikatan C-L. Bagaimana jika nukleofili menyerang dari sisi depan C-L? Apakah bisa, jika bisa berikan satu contohnya?
2. Mengapa mekanisme reaksi substitusi nukleofili biomolekul, (SN2) hanya terjadi pada alkil Halida primer dan alkil Halida sekunder, dan tidak berlangsung sama sekali dengan Halida tersier?
3. Mengapa partisipasi gugus tetangga hanya efektif jika interaksinya membentuk cincin segitiga, lima dan enam? Apakah bisa partisipasi gugus  tetangga efektif jika teraksinya membentuk cincin segi lain?

Stereokimia

Konfigurasi Relatif
Konfigurasi diartikan sebagai suatu metode untuk menggambarkan suatu susunan ruang (tiga dimensi) atom- atom atau gugus-gugus pada atom karbon pusat stereokimia. Konfigurasi ini disebut relatif karena cara menentukannya didasarkan dengan dibandingkan dengan suatu senyawa pembanding. Konfigurasi relatif timbul sebelum struktur penataan ruang gugus diseputar karbon kiral diketahui.

Isomeri Optik
Salah satu jenis stereoisomeri adalah isomeri optis. Isomeri optis ini terjadi pada molekul yang tidak memiliki bidang simetri. Bidang simetris merupakan bidang yang membagi molekul menjadi dua bagian satu sama lain adalah bayangan cermin. Bidang simetri itu adalah pada molekulnya terdapat atom C yang mengikat 4 gugus yang berbeda. Atom karbon seperti inilah yang disebut atom karbon kiral. Seperti pada contoh berikut yaitu 2- kloropentana dan 2- kloro - 3 metilbutana seperti ditunjukkan gambar berikut: ko
Atom karbon nomor 2 pada molekul 2-kloropentana dan atom karbon nomor 2 pada molekul 2- kloro - 3 metilbutana adalah atom karbon kiral karena mengikat 4 gugus yang berbeda. Ketiadaan bidang simetri akan menyebabkan berubahnya penataan ruang gugus yang terikat pada pusat kiral. Ada dua kemungkinan penataan gugus- gugus disekitaran Pusat kiral sehingga bagi senyawa yang satu nama dan mempunyai satu pusat kiral akan memiliki dua senyawa berbeda yang merupakan isomer sama lain. Sebagai contoh yaitu seperti pada gambar berikut:


 
Kedua isomeri tersebut merupakan bayangan cermin satu sama lain secara strukturnya. artinya jika salah satu isomer diletakkan di depan cermin, maka bayangan yang muncul akan memiliki struktur yang identik dengan isomer lainnya. Tetapi keduanya tidak bisa saling berimpitan. Cara penataan ruang di sekitar pusat kiral dinamakan konfigurasi. Beda halnya dengan adanya beberapa senyawa yang memiliki rumus molekul yang sama, akan tetapi beda dalam penataan ruang gugus-gugus diseputar pusat kiral dinamakan isomeri konfigurasi. Senyawa yang memiliki isomeri konfigurasi adalah bayangan cermin satu sama lain,  tapi dapat juga satu sama lain ini bukan merupakan bayangan cermin. Isomer- isomer konfigurasi itu sendiri yang merupakan bayangan cermin satu sama lain dinamakan enantiomer, dan setiap enantiomer yang memiliki sebuah atom C kiral atau sebuah pusat kiral, akan memiliki pasangan sehingga dapat membentuk sepasang benda dan bayangan yang tidak saling menutupi satu sama lain jika didekatkan. Benda dan bayangan tersebut di kenal juga dengan sebutan sepasang enantiomer.


Permasalahan
1. Bagaimana hubungan antara konfigurasi Relatif dengan proyek ruang fischer?
2. Mengapa molekul asimetris belum tentu kiral, sedangkan molekul kiral sudah pasti asimetris?
3. Isomer-isomer konfigurasi merupakan bayangan cermin satu sama lain disebut enantiomer. Permasalahannya itu mengapa perbedaan senyawa-senyawa yang berenantiomer terletak pada interaksinya dengan senyawa kiral lain dan juga interaksinya dengan bidang cahaya terpolarisasi?.