Reaksi – Reaksi Senyawa Karbon

Ada beberapa jenis reaksi senyawa karbon, diantaranya yaitu reaksi substitusi, adisi, dan eliminasi. Reaksi senyawa karbon pada umumnya merupakan pemutusan dan pembentukan ikatan kovalen

1.    Reaksi substitusi

Substitusi secara sederhana merupakan reaksi dimana gugus atom yang terdapat dalam suatu molekul digantikan oleh atom atau gugus atom lain. Reaksi substitusi biasanya terjadi pada senyawa jenuh (semua ikatan karbon-karbon merupakan ikatan tunggal), tetapi dengan kondisi tertentu dapat juga terjadi pada senyawa tak jenuh. Reaksi substitusi disebut juga reaksi pertukaran gugus fungsi. Pada reaksi substitusi, atom atau gugus atom yang terdapat dalam suatu molekul digantikan oleh atom atau gugus atom lain. Reaksi substitusi umumnya terjadi pada senyawa yang jenuh (semua ikatan karbon-karbon merupakan ikatan tunggal), tetapi dengan kondisi tertentu dapat juga terjadi pada senyawa tak jenuh.Secara umum mekanismenya :

R ─ X    +    R’ ─ Y        →         R ─ Y   +    R’ ─ X

Atom karbon ujung suatu alkil halida mempunyai muatan positif parsial. Karbon ini sangat  rentan (susceptible; mudah diserang oleh) terhadap serangan oleh anion dan spesi lain. Sehingga akan terjadi  reaksi subtitusi , yaitu suatu reaksi dimana  mana satu atom, disubstitusikan untuk menggantikan atom, atau gugus lain.

Contoh reaksi substitusi:  Halogenasi hidrokarbon  (penggantian atom H oleh halogen)

C₂H₆    +   Br₂         →  C₂H₅Br    +  HBr

Dalam reaksi substitusi alkil halida, halida itu disebut gugus pergi (leaving group) yang berarti gugus apa saja yang dapat digeser dari ikatannya dengan suatu atom karbon. Spesi yang menyerang suatu alkil halida dalam suatu reaksi substitusi disebut nukleofil, sering dilambangkan dengan Nu^-.  Dari reaksi diatas Cl^-   adalah nukleofil. Kebanyakan nukleofil adalah anion, namun beberapa molekul polar yang netral seperti H₂O, CH₃OH, dan CH₃NH₂ dapat juga bertindak sebagai nukleofil. Substitusi  oleh nukleofil disebut substitusi nukleofil atau pergantian nukleofil.

Lawan nukleofil adalah elektrofil (pencinta elektron) , sering dilambangkan dengan E⁺ . Suatu elektrofil adalah spesi apa saja yang tertarik ke suatu pusat negatif. Jadi, suatu elektrofil ialah suatu asam lewis seperti H⁺ atau ZnCl₂ .

v Reaksi substitusi Nukleofilik

Pada reaksi substitusi nukleofilik,  atom/ gugus yang diganti mempunyai elektronegativitas lebih besar dari atom C, dan atom/gugus pengganti adalah suatu nukleofil, baik nukleofil netral atau nukleofil yang bermuatan negatif. Nukleofil adalah spesies (atom / ion/ molekul) yang kaya elektron, sehingga dia tidak suka akan elektron tetapi suka akan nukleus (inti yang kekurangan elektron).

Reaksi substitusi nukleofilik  etil bromida bereaksi dengan ion hidroksida menghasilkan etil alkohol dan ion bromida.

HO^- + CH₃CH₂ – Br    ^H₂^O      CH₃CH₂ – OH + Br ^–

Etil bromida                        etanol

Ion hidroksida adalah nukleofili yang bereaksi dengan substrat (etil bromida) dan menggantikan ion bromida. Ion bromida dinamakan gugus pergi (leaving group). Dalam reaksi jenis ini, satu ikatan kovalen terputus, dan satu ikatan kovalen baru terbentuk. Dalam contoh ini, ikatan karbon-bromin putus dan ikatan karbon-oksigen terbentuk. Gugus pergi (bromida) mengambil kedua elektron dari ikatan-ikatan bromin dan nukleofili (ion hidroksida) memasok kedua electron untuk ikatan karbon-oksigen yang baru.

Gagasan ini merupakan generalisasi dari persamaan di bawah ini untuk reaksi substitusi nukleofilik:

Nu:   +  R : L             R : Nu⁺      +     : L^-     (a)

                     Nukleofili netral     substrat             produk          gugus pergi   

Nu: ^-  +  R : L                         R : Nu   +        : L^-     (b)

                     Nukleofili (anion)     substrat          produk          gugus pergi  

Bila nuklleofili dan substrat bersifat netral (a), produk akan bermuatan positif. Bila nukleofili berupa ion negatif dan substratnya netral (b), maka produknya akan netral. Hal ini berarti pasangan elektron bebas pada nukleofili memasok elektron untuk ikatan kovalen yang baru. Reaksi ini dapat reversible karena gugus pergi juga memiliki pasangan elektron bebas yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen.

2.    Reaksi Adisi

Reaksi adisi dapat diartikan sebagai reaksi pemutusan ikatan rangkap (tak jenuh) menjadi ikatan tunggal (jenuh).Reaksi adisi adalah penambahan dimana yang bertambah adalah atomnya. Reaksi adisi terjadi pada senyawa yang mempunyai ikatan rangkap atau rangkap tiga, termasuk ikatan rangkap karbon dengan atom lain, seperti ikatan rangkap dua C dengan O atau ikatan rangkap tiga antara C dengan N. Pada reaksi adisi, senyawa yang memiliki ikatan rangkap, maka satu ikatannya akan membuka dan menyerap atom atau gugus atom sehingga ikatan rangkap berubah menjadi ikatan tunggal. Ikatan rangkap merupakan ikatan tak jenuh, sedangkan ikatan tunggal merupakan ikatan jenuh.

Untuk alkena atau alkuna, bila jumlah atom H pada kedua atom C ikatan rangkap berbeda, maka arah adisi ditentukan oleh kaidah Markovnikov, yaitu atom H akan terikat pada atom karbon yang lebih banyak atom H-nya (“yang kaya semakin kaya”).

Mekanisme reaksi adisi :

C = C   →   C- C

C ≡ C   →   C = C   →   C – C

Beberapa reaksi adisi:

v Reaksi hidrogenasi alkana

R – CH = CH – R’  +  H – H  →   R – CH2 – CH2 – R’

Contoh :

C₂H₅ – CH = CH – CH3  +   H – H     →     C₂H₅ – CH₂ – CH₂ – CH₃

          2-pentena                                                       n-pentana

Reaksi hidrogenasi ini digunakan untuk membuat margarin (mentega tiruan) dari minyak yang mengandung asam lemak tak jenuh (C = C). Minyak cair dihidrogenasi dengan bantuan katalis Ni menghasilkan lemak padat.

v Reaksi adisi dengan halogen

        CH₃ – CH = CH – C₂H₅   +    Br₂   →          CH₃  – CH – CH – C₂H₅

                                                                                                            |        |

                                                                                                          Br      Br

 Reaksi adisi dengan brom digunakan untuk membedakan senyawa alkena (C = C) dengan sikloalkana. Hal ini karena kedua senyawa mempunyai isomer fungsional (rumus molekul sama, tetapi gugus fungsi berbeda). Pengamatan reaksinya dengan membedakan warna dari brom yaitu merah coklat. Alkena dapat bereaksi dengan brom sehingga warna merah coklat dari brom hilang menjadi tidak berwarna. Akan tetapi, sikloalkana tidak bereaksi dan warna merah coklat dari brom tetap.

v Adisi dengan asam halida (HX)

            CH₃ – CH = CH –CH₃       +       H – Cl       →         CH₃ – CH – CH – CH₃

                                                                                                         |         |

                                                                                                        H      Cl

3.      Reaksi eliminasi

Reaksi eliminasi merupakan reaksi peruraian suatu molekul menjadi molekul-molekul lain di mana salah satu molekul dikatakan tereliminasi. Reaksi eliminiasi dapat juga dikatakan sebagai reaksi pembentukan ikatan rangkap dari ikatan tunggal (kebalikan dari reaksi adisi). Sesuai dengan namanya eliminasi atau penghapusan, jadi senyawa yang berikatan tunggal salah satu atom atau gugus atomnya dilepas,  sehingga ikatan yang tunggal tersebut bersatu dengan ikatan lain membentuk ikatan rangkap. Pada reaksi eliminasi, molekul senyawa berikatan tunggal berubah menjadi senyawa berikatan rangkap dengan melepas molekul kecil.

Mekanisme reaksi eliminasi  :

 CH3 ─ CH ─ CH─ CH3      →   CH3 ─ C H = CH─ CH3      +   X─Y

               |         |

              X      Y

Bila suatu alkil halida direaksikan  dengan suatu basa kuat, dapat terjadi suatu reaksi eliminasi. Dalam reaksi ini sebuah molekul kehilangan atom-atom atau ion-ion dari struktur-strukturnya. Produk organik suatu reaksi eliminasi suatu alkil halida adalah suatu alkena. Dalam reaksi eliminasi ini, unsur H dan X keluar dari dalam alkil halida sehingga  reaksi ini disebut reaksi  dehidrohalogenasi. (awalan de- berarti “minus” atau “hilangnya”).

v Reaksi eliminasi H₂ dari alkana menjadi alkena

CH₃ ─ CH₂ ─ CH₃     →   CH₃ ─CH =  CH₂   +    H₂
 

v Reaksi eliminasi air (dehidrogenasi) dari alkohol

Alkohol dapat bereaksi membentuk alkena dengan bantuan katalis H₂SO₄ pekat berlebih pada suhu 180^oC.

CH₃ ─ CH₂  ─ OH    →    CH₂  =  CH₂  +    H₂O

permasalahan 

bagaimana perbedaan Sn1 dan Sn2 ?