KIMIA ORGANIK 7 (STKIP Muhammadiyah Sorong 2012)

Bab. 6. Reaksi dan mekanisme

6.1. Reaksi 

6.1.1. Ikatan pembentukan

Kimia organik sintetik adalah menciptakan molekul kompleks dari bahan awal yang sederhana - sebuah proses yang mungkin melibatkan reaksi yang berbeda. Merancang sintesis adalah sedikit seperti catur yang penuh perhitungan. Seorang guru besar harus mengetahui potongan dan pergerakan yang dapat dibuat sebelum merencanakan strategi permainan. Sejauh sebagai ahli kimia organik yang bersangkutan, dia harus tahu molekul dan semacamnya dari reaksi yang dapat dilakukan sebelum merencanakan strategi permainan yang disintetis. Tak pelak lagi, ada banyak pekerjaan ingatan memori yang terlibat dalam mengetahui reaksi, tapi memerlukan juga logika. Pada dasarnya, reaksi paling melibatkan molekul banyak electron membentuk ikatan dengan molekul kekurangan elektron (yaitu nukleofil membentuk ikatan ke elektrofil). Ikatan tersebut akan dibentuk secara khusus antara pusat nukleofilik nukleofil dan pusat elektrofilik dari elektrofil.

6.1.2. Klasifikasi reaksi

Ada sejumlah besar reaksi dalam kimia organik, namun kita dapat menyederhanakan gambar dengan mengelompokkan reaksi ini ke dalam berbagai kategori. Untuk memulainya, kita bisa
mengklasifikasikan reaksi sebagai:

1.      1. Reaksi Asam/basa;

2.      2. Transformasi gugus fungsional;

3.      3. Formasi ikatan karbon-karbon.

Kategori pertama reaksi relatif sederhana dan melibatkan reaksi dari asam dengan basa untuk menghasilkan garam. Kategori reaksi kedua adalah di mana satu gugus fungsional dapat dikonversi menjadi lain. Biasanya reaksi-reaksi ini relatif mudah dan lanjutan di hasil yang tinggi. Kategori ketiga reaksi ini sangat penting untuk kimia organik karena ini adalah reaksi yang memungkinkan ahli kimia untuk membangun molekul kompleks dari bahan awal yang sederhana. Secara umum, reaksi yang paling sulit dan temperamental untuk dilaksanakan. Beberapa dari reaksi sangat penting misalnya Grignard dan reaksi aldol. Cara lain untuk reaksi adalah untuk kategorisasi pengelompokkan sejenis reaksi bersama-sama, tergantung pada proses atau mekanisme yang terlibat. Hal ini terutama berguna karena gugus fungsional tertentu akan menjalani beberapa jenis kategori reaksi.

KATEGORI REAKSI	GUGUS FUNGSI
Adisi Elektrifilik	Alkena, alkuna
Subtitusi Elektrifilik	Aromatik
Adisi Nukleofilik	Aldehida dan keton
Subtitusi Nukleofilik	Derivat Asam karboksilat, alkil halida
Eliminasi	Alcohols and alkyl halides
Reduksi	Alkena, alkuna, aromatic aldehida Keton, nitril, asam karboksilat dan Derivat Asam karboksilat
Oksidasi	Alkena alcohol aldehida
Reaksi asam/basa	Asam karboksilat, fenol, amina

Tabel 1 Merupakan ringkasan dari jenis reaksi yang biasanya dijalani gugus fungsional.

6.2. Mekanisme

Definisi Pemahaman tentang pusat elektrofilik dan nukleofilik memungkinkan prediksi di mana reaksi mungkin terjadi tetapi tidak seperti apa reaksi akan terjadi. Agar memahami dan memprediksi hasil reaksi, perlu untuk memahami apa yang terjadi di tingkat elektronik. Proses ini dikenal sebagai mekanisme.

Mekanisme adalah 'cerita/perjalanan' tentang bagaimana reaksi terjadi. Ini menjelaskan bagaimana molekul bereaksi bersama untuk memberikan produk akhir. Mekanisme ini memberitahu kita bagaimana ikatan terbentuk dan bagaimana ikatan yang putus dan dalam rangka apa. Ini menjelaskan apa yang terjadi untuk elektron valensi dalam molekul karena merupakan gerakan elektron ini yang menghasilkan reaksi. Sebagai contoh sederhana reaksi antara ion hidroksida dan proton untuk membentuk air (Gambar. 6.1). Ion hidroksida adalah nukleofil dan proton adalah sebuah elektrofil. Sebuah reaksi terjadi antara pusat nukleofilik (oksigen) dan pusat elektrofilik (hidrogen) dan air terbentuk. Satu ikatan baru telah terbentuk antara ion oksigen hidroksida dan proton. Mekanisme ini melihat apa yang terjadi pada elektron. Dalam contoh ini, pasangan elektron bebas dari oksigen digunakan untuk membentuk ikatan untuk proton. Dengan demikian, oksigen secara efektif 'kehilangan' satu elektron dan proton efektif memperoleh satu elektron. Akibatnya, oksigen kehilangan muatan negatif dan proton kehilangan muatan positif.

 

 Gambar. 6.1. Reaksi dari ion hidroksida dan sebuah proton membentuk air

6.4. Tanda Panah Curly

Menjelaskan apa yang terjadi pada semua elektron valensi selama mekanisme reaksi
bisa agak bertele-tele jika Anda mencoba untuk menjelaskan semuanya dalam kata-kata. Untungnya, ada cara diagram menunjukkan hal hal ini - dengan menggunakan panah bengkok. Untuk Misalnya, mekanisme yang dijelaskan di atas dapat dijelaskan dengan menggunakan panah bengkok untuk menunjukkan apa yang terjadi pada pasangan elektron (Gambar 6.2). Dalam hal ini, panah mulai dari pasangan elektron bebas pada oksigen (sumber dari dua elektron) dan menunjuk ke mana pusat ikatan baru akan terbentuk. Dalam beberapa buku teks, Anda mungkin melihat tanda panah ditulis langsung ke proton (Gambar. 6.3). Secara formal, ini tidak benar. Anak panah hanya harus ditarik langsung ke atom jika elektron akan berakhir pada atom sebagai pasangan elektron bebas. Aturan berikut ini perlu diingat ketika menggambar anak panah bengkok:

1.      anak panah bengkok menunjukkan gerakan elektron, bukan atom;

2.      anak panah bengkok mulai dari sumber dua elektron (yaitu pasangan elektron bebas pada atom atau tengah ikatan yang akan segera putus);

3.      anak panah bengkok menunjuk ke sebuah atom jika elektron akan berakhir sebagai pasangan bebas pada atom itu;

4.      anak panah bengkok menunjuk ke mana ikatan baru akan terbentuk jika elektron
digunakan untuk membentuk ikatan baru.

Mekanisme (Gambar. 6.4) menjelaskan apa yang terjadi ketika sebuah ion hidroksida bereaksi dengan asam karboksilat dan merupakan demonstrasi bagaimana anak panah bengkok harus dibuat. Salah satu pasangan elektron bebas pada ion hidroksida digunakan untuk membentuk sebuah ikatan dengan asam proton dari asam karboksilat. anak panah bengkok mewakili dimulai dari sepasang elektron tunggal dan mengarah pada ruang antara dua atom untuk menunjukkan bahwa ikatan yang terbentuk.

Gambar. 6.2. Mekanisme untuk reaksi ion hidroksida dengan proton.

 

Gambar. 6.3. Cara yang salah menggambar anak panah bengkok.

Gambar. 6.4. Mekanisme untuk reaksi ion hidroksida dengan asam etanoat.

Gambar. 6.5. Penggunaan setengah anak panah bengkok dalam suatu mekanisme (pembelahan homolytic).

Gambar. 6.6. Heterolytic pembelahan ikatan.

Pada saat yang sama seperti ini ikatan baru sedang terbentuk, ikatan O-H dari karboksilat asam harus istirahat. Hal ini karena atom hidrogen hanya diperbolehkan satu ikatan. Elektron dalam ikatan ini berakhir di oksigen karboksilat sebagai ketiga pasangan elektron tunggal. Panah mewakili dimulai dari pusat ikatan yang putus dan menunjuk langsung pada atom dimana elektron akan berakhir sebagai satu pasangan.

Perhatikan juga apa yang terjadi pada muatan. Oksigen yang bermuatan negatif dari ion hidroksida berakhir sebagai oksigen netral dalam air. Hal ini karena salah satu pasangan bebas pada oksigen digunakan untuk membentuk ikatan baru. Kedua elektron sekarang dibagi antara dua atom oksigen dan sebagainya secara efektif kehilangan satu elektron dan yang muatan negatif. Oksigen dalam ion karboksilat (yang awalnya netral dalam asam karboksilat) menjadi bermuatan negatif karena sekarang memiliki tiga pasang elektron tunggal dan secara efektif telah diperoleh elektron ekstra.

6.5. Setengah anak panah bengkok

Kadang-kadang reaksi terjadi yang melibatkan pergerakan elektron tunggal daripada pasangan elektron. Reaksi ini dikenal sebagai reaksi radikal. Misalnya, sebuah molekul klorin dapat dibagi menjadi dua radikal klorin pada penambahan dengan cahaya. Salah satu elektron ikatan awal berakhir pada satu klorin radikal dan elektron ikatan kedua berakhir di klorin radikal lainnya. Gerakan dari elektron tunggal itu dapat digambarkan dengan menggunakan setengah anak panah bengkok bukan anak panah bengkok penuh (Gambar. 6.5).

Bentuk pemecahan ikatan dikenal sebagai pembelahan homolytic. Atom radikal yang diperoleh adalah spesies netral namun sangat reaktif karena mereka memiliki valensi elektron tidak berpasangan. Ada beberapa reaksi radikal penting dalam kimia organik, tetapi sebagian besar reaksi organik melibatkan pembelahan ikatan kovalen heterolytic di mana elektron bergerak bersama sebagai pasangan (Gambar. 6.6).

Patrick, G.L, (2005.) “Instan Notes Organic Chemistry Second Edition”, Department of Chemistry and Chemical Engineering, Paisley University, Paisley, Scotland , Bios Scientific Publisher Taylor and Francis Group London and New York, ISBN 0-203-44168-0