Mekanisme Reaksi Substitusi Nukleofilik SN1

MEKANISME REAKSI  SUBSTITUSI NUKLEOFILIK SN1 

Reaksi SN1 adalah sebuah reaksi substitusi dalam kimia organik. SN1 adalah singkatan dari substitusi nukleofil dan "1" memiliki arti bahwa tahap penetapan laju reaksi ini adalah reaksi molekul tunggal. Reaksi ini melibatkan sebuah zat antara karbokation dan umumnya terjadi pada reaksi alkil halida sekunder ataupun tersier, atau dalam keadaan asam yang kuat, alkohol sekunder, dan tersier. Dengan alkil halida primer, reaksi alternatif SN2 terjadi. Dalam kimia organik, SN1 dirujuk sebagai mekanisme disosiatif. Mekanisme reaksi ini pertama kali diajukan oleh Christopher Ingold, dkk. pada tahun 1940Untuk membahas mekanisme reaksi SN1 ini kita akan menggunakan t-butil bromide dan air. Untuk sementara produk eliminasi diabaikan dulu. Karena sterik, t-butil bromide idak bereaksi secara SN2. Namun, bila t-butil bromide direaksikan dengan suatu nukleofil yang berupa basa yang sangat lemah (seperti H2O atau CH3CH2 OH), terbentuk produk substitusi, bersama-sama dengan produk eliminasi. Karena H2O atau CH3CH2 OH juga digunakan sebagai pelarut, tipe substitusi ini kadang-kadang disebut reaksi solvolisis (solvent dan –lysis, penguraian oleh pelarut). 

Secara khas, juka suatu enantionermurni suatu alkil halide yang mengandung karbon C-X  yang kiral mengalami suatu reaksi SN1, maka akan diperoleh produk substitusi resemik ( bukan produk inversi seperti yang diperoleh dalam reaksi SN2 ). Juga dapat disimpulkan pada umumnya pengaruh konsentrasi nukleofil pada laju keseluruhan reaksi SN1sangat kecil (kontras dengan reaksi SN2 dimana laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi nukleofil).

 

Mekanisme SN1 

Reaksi SN1 adalah reaksi ion. Mekanismenya kompleks karena danya interaksi antara molekul pelarut, molekul RX, dan ion-ion antara yang terbentuk. Reaksi SN1 suatu alkil alida tersieradala reaksi bertahap ( stepwise reaction). Tahap p[ertama berupa pemataan alkil alida menjadi sepasang ion: ion alida dan suatu  karbokation, suatu ion dalam mana atom karbon mengmban suatu muatan positif. Karena reaksi SN1 melibatkan ionisasi, reaksi-reaksi ini dibantu oleh pelaru polar, seperti H2O, yang dapat menstabilkan ion dengan cara solvasi (solvation).

Tahap 2 adalah penggabungan karbokation itu dengan nukleofil (H2O)menghasilkan produk awal, suatu alcohol berproton (protonated).

Tahap terakhir dalam deret ini ialah lepasnya h+ dari dalam alkohol berproton tadi, dalam suatu reaksi asam-basa yang cepat dan reversibel, dengan pelarut.

 Jadi reaksi keseluruan t-butil bromide dengan air sebenarnya terdiri dari dua reaksi yang terpisa : SN1 (ionisasi yang diikuti ole kombinasi dengan nukleofil) dan suatu reaksi asam-basa. Tahap –tahap itu dapat diringkaskan dengan sebagi berikut:

Perhatikan diagram energy untuk reaksi SN1. Tahap 1 (ionisasi) secara kas mempunyai Eakt tinggi; inilah tahap lambat dalam semua proses keseluruhan. Harus tersedia cukup energy agar alkil halide tersier dan menghasilkan karbokation serta ion halide. Pada keadaan transisi, molekul mengalami pematahan ikatan dan pembentukan ikatan. 

Energi potensial suatu keadaan transisi merupaka titik puncak dalam suatu kurva-potensial. Pematahan ikatan atau pembentukan ikatan tidak sedang berlangsung di dalam suatu zat-antara. Energy suatu zat-antara lebi rendah daripada energy produk-produk akir. 

Diagram energy gambar diatas menunjukan suatu sumur untuk pembentukan karbokation; sumur initidak dalam keadaan karbokation adalah spesi reaktif berenergi-tinggi.

Tahap 2 dalam deret reaksi SN1 berupa reaksi antara karbokation dengan nukleofil. Keduanyan bereaksi dengan Eakt rendah, jadi suatu reaksi yang cepat.

Laju suatu reaksi SN1

Laju reaksi SN1 tidak bergantung pada konsentrasi nukleofil, tetapi hanya bergantung pada konsentrasi alkil halide.

                        Laju SN1= k [RX]

Ini disebabkan oleh sangat cepatnya raksi antara R+ dan NU:- tetapi konsentrasi R+ sangat kecil. Kombinasi cepat antara R+ dan NU:- hanya terjadi bila karbonkation itu terbentuk. Oleh karena itu laju reaksi ditentukan seluruhnya olrh cepatnya RX berionisasi dan membentuk karbokation R+.. Tahap ionisasi ini (tahap 1 dalam reaksi keseluruhan) disebut tahap penentu –laju (rate determining)atau tahap pembatas laju  (rate-limiting). Dalam reaksi bertahap apa saja, tahap palinglambat dalam deret keseluruhan adalah menetukan laju.

 

 

Berikut penjelasan mekanisme reaksi SN1 

Reaksi SN1 antara molekul A dan nukleofil B memiliki tiga tahapan:

1.  Pembentukan sebuah karbokation dari A dengan pemisahan gugus lepas dari karbon; tahap ini berjalan dengan lambat dan reversibel.

2.   Serangan nukleofilik: B bereaksi dengan A. Jika nukleofil tersebut adalah molekul netral (contoh: pelarut), tahap ketiga diperlukan agar reaksi ini selesai. Jika pelarutnya adalah air, maka zat antaranya adalah ion oksonium.

3. Deprotonasi: Penyingkiran proton pada nukleofil yang terprotonasi oleh ion ataupun molekul di sekitar

 

Permasalah

1. Pada artikel diatas telah disebut bahwa laju reaksi khas SN1 tidak bergantung pada konsentrasi nukleofil, tetapi hanya tergantung pada konsentrsi alkil halida. Mengapa laju reaksi SN1 hanya dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksinya saja? 

2. Pada artikel diatas saya masih kurang mengerti tentang, apa yang menyebabkan tahap 1 pada mekanisme reaksi SN1 berjakan lambat?

Mohon bantuannya teman atas permasalahanya dan perbaikan jika kurang tepat, terimaksih..... 

Sumber:

Fessenden, Ralp J., 1986, Kimia Organik, Jakarta: Erlangga

Hart, Harold., 2003, Kimia Organik, Jakarta: PT Gelora Aksara Pratama