Substitusi Nukleofilik
Reaksi substitusi nukleofilik adalah reaksi ketika suatu nukleofil secara selektif menyerang suatu molekul bermuatan positif atau parsial positif. Saat hal tersebut terjadi, nukleofil akan menggantikan gugus pergi. Pada reaksi semacam ini, Lewis basa dapat bereaksi dengan alkil halida untuk membentuk alkena, di mana basa Lewis bertindak sebagai nukleofil biasanya bermuatan netral atau negatif, Sedangkan substrat biasanya bermuatan netral atau positif.
Pada reaksi substitusi nukleofilik gambar di atas , tahapan proses lepasnya gugus pergi dan proses pembentukan ikatan substrat dengan nukleofil menentukan mekanisme reaksi yang terjadi. Berdasarkan kinetikanya, proses lepasnya gugus pergi dapat terjadi terlebih dahulu, kemudian terjadi proses pembentukan ikatan substrat dengan nukleofil ataupun proses lepasnya gugus pergi dapat terjadi bersamaan dengan proses pembentukan ikatan substrat dengan nukleofil. Hal ini menghasilkan dua bentuk mekanisme reaksi substitusi nukleofilik (SN), yaitu reaksi SN1 (unimolekuler) dan SN2 (bimolekuler).
Pembentukan Gugus Fungsi Oleh Substitusi Nukleofilik
Pada alkil halida terdapat halogen yang bertindak sebagai gugus pergi pada karbon dan lepas sebagai anion dalam reaksi substitusi nukleofilik. Karbon- ikatan halogen dari alkil halida terputus secara heterolitik. Nukleofil yang paling sering ditemui dalam transformasi gugus fungsi sebagai anion.
| Nukleofilik | Persamaan Reaksi |
Ion Alkoksida  Atom oksigen dari logam alkoksida bertindak sebagai nukleofil untuk menggantikan halogen dari alkil halida. Produknya adalah eter. |  |
Ion Karboksilat  Ester terbentuk ketika nukleofil ion karboksilat bereaksi dengan Alkil halida |  |
Ion Hidrogen Sulfida  hidrogen sulfida sebagai nukleofil dalam alkil halida membentuk Senyawa yang dikenal tiol. |  |
Ion sianida  Penggunaan ion sianida sebagai nukleofil membentuk produknya adalah alkil sianida, atau nitril. |  |
Ion Azida  Ion Azida sebagai nukleofil membentuk produknya adalah alkil azida. |  |
Ion iodida  Ion iodida sebagai nukleofil membentuk produknya adalah alkil iodida, dan substratnya dalam Alkil klorida, atau bromide |  |
Reaktivitas Gugus Pergi Halida
Di antara alkil halida, alkil iodida mengalami substitusi nukleofilik pada laju tercepat, alkil fluorida paling lambat dalam urutan reaktivitas alkil halida dalam substitusi nukleofilik, urutannya sebagai berikut:
Alkil iodida beberapa kali lebih reaktif daripada alkil bromida dan 50 hingga 100 kali lebih reaktif dibandingkan alkil klorida. Floirda memiliki ikatan yang kuat dengan karbon, sehingga sulit untuk lepas. Alkil fluorida jarang digunakan sebagai substrat dalam substitusi nukleofilik.
Mekanisme Reaksi SN2
Pada reaksi SN2, pemutusan dan pembentukan ikatan baru terjadi secara bersamaan. Ion hidroksida sebagai nukleofil menyerang karbon yang bermuatan parsial positif pada substrat, yaitu karbon yang mengikat atom klor pada molekul klorometana .
Serangan nukleofil terjadi dari sisi yang berlawanan dengan gugus pergi (atom klor). Saat reaksi berlangsung, ikatan antara nukleofil dan atom karbon semakin kuat, sedangkan ikatan antara atom karbon dan klor (gugus pergi) semakin melemah. Dalam keadaan transisi, ikatan antara oksigen dan karbon sebagian terbentuk, sedangkan ikatan antara karbon dan klorin sebagian putus. Segera setelah ikatan antara oksigen dan karbon terbentuk, ikatan karbon dengan klor putus dan atom klor lepas sebagai ion klorida. Reaksi ini berlangsung dalam satu tahapan reaksi, tanpa pembentukan zat antara (intermediet) dengan keadaan transisi.
Kestabilan SN2
Pada reaksi SN2, nukleofil menyerang substrat yang masih mengikat gugus pergi. Oleh karena itu, substrat yang memiliki struktur besar atau atom karbon yang akan diserang mengikat gugus-gugus yang memiliki efek ruang yang besar dapat menghambat reaksi SN2. Substrat karbon tersier memiliki efek ruang yang sangat besar sehingga menyulitkan nukleofil untuk menyerang sehingga substrat ini tidak bereaksi dengan mekanisme SN2.
Kinetika SN2
Pada reaksi Subtitusi Nukelofilik SN2 laju reaksi dipengaruhi baik oleh konsentrasi Substrat maupun konsentrasi Nukleofil. Ketika konsentrasi klorometana (gambar 6) diperbanyak dua kali lipat, laju reaksinya pun dua kali lebih cepat. Begitu pula pada penambahan dua kali lipat konsentrasi ion hidroksida, lajunya menjadi dua kali lipat. Hal ini menunjukkan bahwa keduanya terlibat dalam tahap penentu laju reaksi, yaitu pada pembentukan keadaan transisi, sehingga disebut sebagai reaksi substitusi nukleofilik bimolekular (SN2).
Laju = k [RX] [N ]
Laju = k [Substrat][Nukleofil]
Stereokimia SN2
Dalam reaksi SN2, stereokimia produk dibalik atau disebut Inversi pada dengan substrat. Reaksi SN2 adalah serangan balik dari arah yang berlawanan. Nukleofil menyerang pusat elektrofilik di sisi yang berlawanan dengan gugus lepas. Selama serangan balik, stereokimia pada atom karbon berubah.
Sebagai contoh, reaksi (R)-3-Bromo-2-Metilheksana dengan ion metoksida mengikuti mekanisme SN2, yaitu nukleofil menyerang dari arah yang berlawanan dengan gugus pergi. Hal ini menyebabkan (R)-3-Bromo-2-Metilheksana tidak dapat mempertahankan stereokimianya sehingga menghasilkan produk reaksi yang memiliki konfigurasi yang berlawanan dengan substrat membentuk (S)-2-Metil-3-heksanol
