Mekanisme Reaksi Bersaing SN2 dan E2

Mekanisme Reaksi Bersaing SN2 dan E2

     

Reaksi SN2 dan E2 memiliki banyak kesamaan. Keduanya membutuhkan gugus pergi atau leaving group yang baik. Reaksi SN2 membutuhkan nukleofil yang baik, sedangkan reaksi E2 membutuhkan basa yang baik. Namun dalam banyak permasalahan, nukleofil yang baik juga merupakan basa yang baik. Jadi SN2 dan E2 sering bersaing dalam kondisi reaksi yang sama. Pemenang ditentukan oleh derajat percabangan α dan β dan kekuatan nukleofil atau basa. Peningkatan percabangan α dan β dan kebasaan yang kuat mendukung eliminasi E2. Peningkatan nukleofilisitas mendukung reaksi SN2.

     Identitas nukleofil atau basa juga menentukan mekanisme mana yang disukai. Reaksi E2 membutuhkan basa kuat. Reaksi SN2 membutuhkan nukleofil yang baik. Oleh karena itu nukleofil yang baik yang merupakan basa lemah akan menguntungkan SN2 sedangkan nukleofil yang lemah adalah basa kuat akan disukai E2. Nukleofil yang besar sulit mencapai karbon, dan dengan demikian meningkatkan proporsi E2 ke SN2. Polar, pelarut aprotik meningkatkan nukleofilisitas, dan dengan demikian meningkatkan laju SN2.

     Agar reaksi berlangsung melalui mekanisme SN2, nukleofil harus mampu menyerang 180° ke kelompok yang meninggalkan. Ketika ini terjadi, reaksi melewati keadaan transisi di mana kelima atom dikaitkan dengan karbon yang diserang. Akhirnya, nukleofil menambah dan meninggalkan kelompok secara bersamaan. Mekanisme SN2 tidak melibatkan karbokation. Dimana reaksi berlangsung dalam satu langkah.

Reaksi SN2 :

1. Nilai tergantung pada konsentrasi alkil halida dan konsentrasi nukleofil.
2. Ketika karbon yang mengandung halida menjadi lebih tersubstitusi, laju reaksi menurun.
3. Laju reaksi juga berkurang ketika ukuran substituen pada karbon yang menahan halida meningkat.
4. Reaksi SN2 adalah proses bimolekul satu langkah dengan satu keadaan transisi.
5. Kemampuan kelompok meninggalkan meningkat dengan menurunnya kebasaan.
6. Nukleofilisitas meningkat dengan meningkatnya kebasaan dalam pelarut aprotik.
7. Nukleofilisitas meningkat dengan meningkatnya ukuran atom dalam pelarut protik polar.
8. Dalam pelarut protik, nukleofilisitas meningkat dengan menurunnya kebasaan.

     Tetapi, jika kita mulai meningkatkan jumlah gugus non-hidrogen, reaksi mulai bergerak ke arah mekanisme E2. Karena kelompok non-hidrogen yang jauh lebih besar dari hidrogen. Perhatikan gambar berikut : 

Pada pembahasan di atas bahwa dalam mekanisme SN2, nukleofil harus mampu menyerang 180 ° ke kelompok yang meninggalkan. Ketika kelompok-kelompok bertambah besar, ruang bagi serangan nukleofil untuk menyerang semakin kecil. Ini berarti semakin sulit bagi nukleofil untuk melihat dan menyerang karbon. Dan akan memungkinkan terjadinya reaksi E2. 

Reaksi E2 :

1. Nilai tergantung pada konsentrasi alkil halida dan basa.
2. Reaksi E2 adalah proses bimolekul satu langkah dengan satu keadaan transisi.
3. Reaksi E2 bersifat regioselektif karena ketika dua produk eliminasi berbeda dimungkinkan dari alkil halida awal yang sama, produk dengan ikatan rangkap yang lebih tersubstitusi biasanya mendominasi (aturan Zaitsev).

      Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi bersaing ini adalah :

1. Substrat/Alkil Halida
2. Nukleofil
3. Basis/basa

Untuk lebih jelasnya, perhatikan tabel berikut :

Substrat (RX)	Nukleofil yang baik,     Basis yang lemah	Nukleofil yang baik,         Basis yang kuat	Nukleofil yang lemah,      Basis yang lemah
	I-, Br-, HS-, NH3PH3	OH-, RO-, NH2-	H2O, ROH
Metil	SN2	SN2	Tidak ada reaksi
Primer	SN2	Kebanyakan      SN2 (beberapa E2)	Tidak ada reaksi
Sekunder	SN2	E2	SN1
Tersier	Tidak ada reaksi	E2	SN1

       

      Permasalahan :        

1. Bagaimanakah pengaruh tingkat kepolaran pelarut terhadap kedua reaksi tersebut (SN2 dan E2) ?
2. Bagaimanakah hubungan antara nukleofil terhadap tingkat kebasaan dari reaksi persaingan tersebut ?
3. Mengapa produk substitusi lebih dominan terjadi jika struktur halidanya primer ?

Mekansime Reaksi Bersaing SN1 dan E1

Mekansime Reaksi Bersaing SN1 dan E1

SN1 dan E1 memiliki langkah pertama yang sama - sama pembentukan karbokation. Dalam reaksi SN1, nukleofil menyerang karbokation, membentuk produk substitusi. Dalam mekanisme E1, basis menghilangkan proton beta pada atom H yang membentuk ikatan baru.

Reaksi SN1 adalah reaksi substitusi nukleofilik dalam senyawa organik. Reaksi E1 adalah reaksi eliminasi unimolekuler. Reaksi SN1 adalah reaksi substitusi di mana substituen baru disubstitusi dengan mengganti gugus fungsi yang ada dalam senyawa organik. Reaksi E1 adalah reaksi eliminasi di mana substituen yang ada dihapus dari senyawa organik. Perbedaan utama antara reaksi SN1 dan E1 adalah bahwa reaksi SN1 adalah reaksi substitusi sedangkan reaksi E1 adalah reaksi eliminasi.

Perbedaan yang cukup mendasar dari reaksi SN1 dan E1.

Reaksi SN1 vs E1
Reaksi SN1 adalah reaksi substitusi nukleofilik dalam senyawa organik.	Reaksi E1 adalah reaksi eliminasi unimolekuler.
Persyaratan Nukleofil
Reaksi SN1 membutuhkan nukleofil untuk membentuk karbokation.	Reaksi E1 tidak memerlukan nukleofil untuk membentuk karbokation.
Proses
Reaksi SN1 termasuk substitusi nukleofil.	Reaksi E1 meliputi eliminasi gugus fungsional.
Formasi Obligasi Berganda
Tidak ada formasi ikatan rangkap yang dapat diamati pada reaksi SN1.	Ikatan rangkap terbentuk antara dua atom karbon dalam reaksi E1.
Tidak jenuh
Tidak ada jenuh yang terjadi setelah selesainya reaksi SN1.	Zat kimia jenuh menjadi tidak jenuh setelah selesainya reaksi E1.
Atom karbon
Satu atom karbon pusat terlibat dalam reaksi SN1.	Dua atom karbon yang berdekatan dari senyawa yang sama terlibat dalam reaksi E1.

Perhatikan gambar berikut!!

Jika kita menambahkan asam kuat, kita mengubah OH menjadi H₂O⁺, asam konjugat adalah kelompok pergi yang lebih baik. Sekarang, air dapat pergi, membentuk karbokation, dan kemudian basa dapat memutus ikatan C-H, membentuk alkena.

Perhatikan bahwa ini sekarang adalah reaksi E1 klasik. Laju akan tergantung pada stabilitas karbokation. Yang ini tersier, jadi harus dilanjutkan dengan laju yang cukup tinggi.

Sebuah pertanyaan muncul di sini. Apa yang akan bertindak sebagai basis? Seperti yang terjadi, ikatan C-H yang berdekatan dengan karbokation memiliki keasaman yang sangat tinggi. Itu berarti bahwa hampir semua basa lemah (air, atau basa konjugat asam) cukup untuk mendeprotonasi karbon. Mungkin saja lebih dari satu spesies dapat bertindak sebagai pangkalan di sini. Telah diketahui bahwa air menghilangkan proton, tetapi tidak masuk akal untuk menunjukkan basa konjugat dari asam yang melepaskan proton dalam sebagian besar keadaan.

Perhatikan bahwa reaksi E1 melewati karbonasi, benar? Nah, jika kita ingat, begitu juga dengan reaksi SN1. kita telah melihat contoh di mana karbokation dibentuk dari alkohol dengan menambahkan asam kuat seperti HCl, HBr, atau HI, dan berakhir dengan alkil halida. Ion halida adalah nukleofil yang layak di bawah kondisi reaksi.

Jadi bagaimana kita bisa mengetahui reaksi tersebut adalah E1? Gunakan asam kuat dengan basa konjugat yang merupakan nukleofil yang buruk. Pilihan yang biasa adalah H₂SO₄. Ion HSO₄ (-) adalah nukleofil yang relatif buruk karena muatan negatif oksigen didistribusikan ke seluruh molekul (resonansi). 

Ringkasnya, jika kita ingin E1 mendominasi di atas SN1: pilih asam dengan lawan nukleofilik yang lemah [H₂SO₄, TsOH, atau H₃PO₄], pada pelarut polar seperti air atau alkohol, dan panaskan.

Jika kita ingin SN1 mendominasi di atas E1, pilih asam seperti HCl, HBr, atau HI.

Permasalahan :

1. Mengapa reaksi E1 dan SN1 dikatakan sebagai reaksi bersaing ?
2. Mengapa asam seperti HCl, HBr, atau HI dapat mendominasi terjadinya reaksi SN1 ?
3. Apakah ada faktor yang dapat mempengaruhi persaingan antara kedua reaksi tersebut ?