Mekanisme Reaksi Subsitusi Nukleofilik SN1

Pada artikel sebelumnya telah di bahas mengenai reaksi subsitusi S_N2, dimana alkil halide tersier tidak dapat bereaksi dengan mekanisme reaksi subsitusi tersebut. Namun lain ceritanya apabila alkil halide tersebut di reaksikan dengan suatu basa yang sangat lemah semisalnya H₂O atau CH₃CH₂OH maka akan terbentuk produk subsitusi  disertai dengan produk eliminasi.

Jika alkil halida tersier tak dapat bereaksi secara S_N2, bagaimaną produk substitusi itu terbentuk? Ternyata alkil halida tersier mengalami substitusi dengan suatu mekanisme yang berlainan, yang disebut reaksi S_N1 (substitusi, nukleofilik, unimolekular). Hasil eksperimen yang diperoleh dalam reaksi S_N2 cukup berbeda dari hasil dalam reaksi S_N2. Secara kha jika suatu enantiomer murni (dari) suatu alkil halida yang mengandung karbon C-X yang kiral, mengalami suatu reaksi S_N1maka akan diperoleh produk substitusi rasenik (bukan produk inversi seperti yang diperoleh dalam reaksi S_N2). Juga disimpulkan bahwa pada umumnya pengaruh konsentrasi nukleofil pada laju keseluruhan reaksi S_N1sangat kecil (kontras dengan reaksi S_N2, di mana laju berbanding lurus dengan konsentrasi nukleofil) Untuk menerangkan hasil eksperimen ini, akan dibahas mekanisme reaksi SN1 dengan menggunakan t-butil bromida dan air. Untuk sementara produk eliminasi diabaikan dulu .

Mekanisme reaksi

Reaksi S_N1 adalah reaksi ion. Mekanismenya kompleks karena adanya antaraksi antara molekul pelarut, molekul RX, dan ion-ion antara yang terbentuk. Atas alasan ini, mekanisme yang kita paparkan di sini agak diidealkan.

Reaksi S_N1 suatu alkil halida tersier adalah reaksi bertahap (stepwise reaction). Tahap pertama berupa pematahan alkil halida menjadi sepasang ion: ion halida dan suatu kar. bokation, suatu ion dalan mana atom karbon mengemban suatu muatan positif. Karena reaksi S_N1 melibatkan ionisasi, reaksi-reaksi ini dibantu oleh pelarut polar, seperti 0, yang dapat menstabilkan ion dengan cara solvasi (sovation).

Tahap 2 adalah penggabungan karbokation itu dengan nukleofil (H20) menghasilkanterbent produk awal, suatu alkohol 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 keseluruhan t-butil bromida dengan air sebenarnya terdiri dari dua reaksi yang terpisah: reaksi S_N1 (ionisasi yang dikuti oleh kombinasi dengan nukleofil) dan suatu reaksi asam-basa. Tahap-tahap itu dapat diringkaskan sebagai berikut:

Perhatikan diagram energi untuk suatu reaksi S_N1 (Gambar 5.5). Tahap 1 (ionisasi) secara khas mempunyai E_akt tinggi; inilah tahap lambat dalam proses keseluruhan. Harus tersedia cukup energi agar alkil halida tersier mematahkan ikatan sigma C-X dan meng hasilkan karbokation serta ion halida Karbokation itu adalah zat-antara (intermediate) dalam reaksi ini, suatu struktur yang terbentuk dalam reaksi dan bereaksi lebih lanjut menghasilkan produk. Suatu zat-antara bukanlah keadaan transisi. Zat antara mempunyai usia terhingga (finite), sedangkan keada- an transisi tidak. Pada keadaan transisi, molekul mengalami pematahan ikatan dan pemben- tukan ikatan. Energi potensial suatu keadaan transisi merupakan titik puncak dalam suatu kurva energi-potensial. Sebaliknya, zat-antara adalah suatu produk sementara yang reaktif Pematahan ikatan atau pembentukan ikatan tidak sedang berlangsung di dalam suatu zat- antara. Energi suatu zat-antara lebih rendah daripada energi keadaan-keadaan transisi yang mengapitnya, tetapi energi ini lebih tinggi daripada energi produk-produk akhir. Diagram energi dalam Gambar 5.5 menunjukkan suatu sumur untuk pembentukan karbokation; su mur ini tidak dalam keadaan karbokation adalah spesi reaktif berenergi-tinggi Tahap 2 dalam deret reaksi S_N1 berupa reaksi antara karbokation dengan nukleofil. Keduanya bereaksi dengan Eakt rendah, jadi suatu reaksi yang cepat.

Permasalahan

1.           Bagaimana relasi antara laju reaksi dengan E_akt?

2.           Bagaimana pengaruh hubungan laju reaksi dengan E_akt pada mekanisme reaksi subsitusi nukleofilik S_N1?

3.           Mengapa tahap 1 pada reaksi subsitusi nukleofilik S_N 1 berlangsung secara lambat dan pada tahap dua berlangsung cepat?