Solvolisis – Definisi, Mekanisme, Contoh dan Efek Nukleofilik

Ada banyak reaksi yang terlibat dalam kimia, salah satu reaksi yang paling umum digunakan adalah solvolisis. Mari kita bahas secara rinci, apa itu reaksi solvolisis? Substitusi nukleofilik atau reaksi eliminasi adalah solvolisis.

Nukleofil dalam reaksi ini adalah molekul pelarut. Solvolisis reaktan kiral menghasilkan rasemat, yang merupakan tipikal reaksi SN1. Pasangan ion intim, di mana anion yang keluar tetap dekat dengan karbokation, secara efektif melindunginya dari serangan nukleofil, dapat memperumit jalur stereokimia.

Keterlibatan kelompok tetangga dapat mengakibatkan reaksi yang sangat cepat, dengan ion nonklasik bertindak sebagai perantara atau keadaan transisi.

Klasifikasi Solvolisis

Reaksi solvolisis diklasifikasikan untuk nukleofil tertentu. Hidrolisis adalah bentuk solvolisis yang melibatkan air . Alkoholisis (alkohol) dan, lebih tepatnya, metanolisis (metanol), asetolisis, ammonolisis (amonia), dan aminolisis adalah konsep yang terkait (alkil amina). Glikolisis, di sisi lain, adalah istilah yang lebih tua untuk proses multilangkah mengubah glukosa menjadi piruvat.

Contoh Umum Solvolisis

Hidrolisis

Meskipun solvolisis paling sering dikaitkan dengan kimia organik, hidrolisis terjadi dalam kimia anorganik ketika kompleks aqua ion logam bereaksi dengan molekul pelarut karena keasaman Lewis dari inti logam. Larutan aluminium klorida berair, misalnya, bersifat asam karena kompleks aqua-aluminium kehilangan proton menjadi molekul air, menghasilkan ion hidronium, yang mengurangi pH.

Reaksi hidrolisis dalam kimia organik sering menghasilkan dua fragmen dari substrat awal. Hidrolisis amida menghasilkan asam karboksilat dan amina, sedangkan hidrolisis ester menghasilkan alkohol dan asam karboksilat.

Alkoholisis

Reaksi trigliserida dengan alkohol sederhana seperti metanol atau etanol untuk menghasilkan metil atau etil ester asam lemak, serta gliserol, adalah contoh solvolisis. Karena pertukaran fragmen alkohol, reaksi ini lebih dikenal sebagai reaksi transesterifikasi.

Amonolisis

Ammonolisis adalah istilah yang mengacu pada solvolisis amonia, tetapi juga dapat merujuk pada serangan nukleofilik amonia secara umum. Karena amonia mendidih pada 33 derajat Celcius, amonia jarang digunakan sebagai pelarut dalam keadaan murni. Namun, mudah larut dengan air dan sering digunakan sebagai larutan air jenuh. Akibatnya, ammonolisis dapat dianggap sebagai bagian dari solvolisis, karena amonia dilarutkan dalam pelarut. Meskipun demikian, karena amonia memiliki nukleofilisitas yang lebih tinggi daripada air, reaksi biasanya sangat selektif.

Hidrolisis Alkil Halida (Haloalkana Tersier dan Sekunder)

Hidrolisis alkil halida merupakan reaksi substitusi nukleofilik dengan mekanisme solvolisis. Nukleofil, pelarut, dan gugus pergi semuanya mempengaruhi reaksi SN1 (Substitusi Nukleofilik Unimolekuler), seperti yang terjadi pada reaksi substitusi nukleofilik dua (SN2). Atom hidrogen sangat terpolarisasi dalam pelarut protik polar karena terikat pada atom elektronegatif. Momen dipol ada dalam pelarut aprotik polar, tetapi hidrogennya tidak terpolarisasi kuat. Karena pelarut aprotik polar tertentu dapat bereaksi dengan zat antara karbokation dan menghasilkan produk yang tidak diinginkan, pelarut tersebut tidak digunakan dalam reaksi SN1. Pelarut protik polar lebih disukai.

Karena atom hidrogen dalam pelarut protik polar bermuatan sangat positif, ia dapat berinteraksi dengan nukleofil anionik dalam reaksi SN2, tetapi tidak dalam reaksi SN1 karena nukleofil bukanlah fase penentu laju. Karena momen dipol pelarut yang luas membantu menstabilkan keadaan transisi, pelarut protik polar sebenarnya mempercepat laju reaksi substitusi unimolekuler. Substrat berinteraksi dengan bagian yang sangat positif dan sangat negatif untuk menurunkan energi keadaan transisi. Karena karbokation tidak stabil, apapun yang dapat menstabilkannya sedikit saja akan mempercepat reaksi.

Pelarut sering dapat berfungsi sebagai nukleofil dalam reaksi SN1. Reaksi solvolisis disebut demikian. Polaritas pelarut dan kemampuannya untuk menstabilkan karbokation antara sangat penting untuk laju solvolisis. Konstanta dielektrik pelarut mendekati polaritas pelarut. Bahan non-polar memiliki konstanta dielektrik kurang dari 15. Konstanta dielektrik dapat dianggap sebagai kecenderungan pelarut untuk mengurangi muatan internalnya. Untuk tujuan kita, semakin tinggi konstanta dielektrik, semakin polar material, dan semakin cepat laju reaksi SN1.

Mekanisme Reaksi Solvolisis

Dalam reaksi solvolisis, umumnya pelarutnya adalah nukleofil. Reaksi solvolisis tipe SN1 terjadi dalam tiga langkah. Langkah-langkah ini adalah:

  • Pembentukan karbokation
  • Serangan nukleofil
  • Pembentukan senyawa yang stabil

Pembentukan Karbokation

Ikatan antara karbon dan bromin adalah ikatan kovalen polar. Pemutusan ikatan ini memungkinkan gugus pergi dihilangkan (ion bromida pada contoh di atas). Zat antara karbokation terbentuk ketika ion bromida meninggalkan butil bromida tersier. Langkah penentuan laju mekanisme solvolisis SN1 adalah yang ini. Penting untuk diingat bahwa pemutusan ikatan karbon-bromin adalah reaksi endoterm.

Serangan Nukleofil

Nukleofil menyerang karbokation pada langkah kedua dari proses reaksi SN1. Karena pelarutnya netral, langkah ketiga yang melibatkan deprotonasi diperlukan.

Formasi Senyawa Stabil

Pada langkah sebelumnya, muatan positif pada karbokation dipindahkan ke oksigen. Pelarut air sekarang bertindak sebagai fondasi, mendeprotonasi zat antara yang dihasilkan dalam reaksi untuk menghasilkan alkohol yang diinginkan serta ion hidronium sebagai produk. Akibatnya, ion hidronium yang dihasilkan berinteraksi dengan ion bromida untuk menghasilkan hidrogen bromida sebagai komponen. Langkah 2 dan 3 reaksi ini berlangsung cepat.

Efek Nukleofilik pada Solvolisis

Karena nukleofil tidak terlibat dalam langkah penentuan laju, kekuatan nukleofil tidak berpengaruh pada laju reaksi jenis SN1 dari reaksi solvolisis. Ketika lebih dari satu nukleofil bersaing untuk ikatan dengan karbokation, kekuatan dan konsentrasi nukleofil tersebut mempengaruhi distribusi produk yang dihasilkan. Ketika alkil halida tersier bereaksi dengan air dan asam format, di mana air dan asam format merupakan nukleofil yang bersaing, dua produk terpisah terbentuk. Hasil relatif dari produk ini ditentukan oleh konsentrasi dan reaktivitas nukleofil.

Dengan gugus pergi yang kuat, reaksi SN1 dipercepat. Karena gugus pergi terlibat dalam langkah penentuan laju, inilah masalahnya. Karena grup keluar yang berhasil harus pergi, ikatan Grup C-Leaving putus lebih cepat. Karbokation terbentuk saat ikatan putus, dan semakin cepat karbokation terbentuk, semakin cepat nukleofil dapat masuk dan reaksi akan selesai.

Karena basa lemah dapat membawa muatan, gugus pergi yang kuat adalah basa lemah. Mereka siap untuk pergi dengan semua elektron, dan gugus pergi harus dapat menerima elektron untuk pergi. Basa kuat, di sisi lain, menyumbangkan elektron, membuatnya tidak efektif sebagai gugus pergi. Kemampuan untuk mendonorkan elektron berkurang ketika Anda bergerak dari kiri ke kanan pada tabel periodik , sedangkan kemampuan untuk menjadi pihak yang meninggalkan yang kuat meningkat. Halide adalah contoh komunitas meninggalkan yang sukses yang kemauannya untuk pergi tumbuh saat Anda maju ke bawah kolom.

Dalam reaksi solvolisis SN2, nukleofil terlibat dalam proses penentuan laju. Akibatnya, nukleofil yang lebih kuat bereaksi lebih cepat. Nukleofilisitas dikatakan lebih tinggi pada nukleofil yang lebih kuat. Meskipun ada beberapa pengecualian untuk pola ini dalam larutan, ada hubungan antara peningkatan nukleofilisitas relatif dan peningkatan kekuatan basa dalam fase gas. Nukleofilisitas naik dari kanan ke kiri di sekitar tabel periodik secara umum. Lebih lanjut, anion adalah nukleofil yang lebih kuat daripa
da spesies netral untuk reagen berbeda dari atom nukleofilik yang sama.

Perbedaan antara reaksi SN1 dan reaksi SN2

Perbedaan utama antara reaksi SN1 dan reaksi SN2 adalah sebagai berikut:

  • Reaksi SN1 adalah reaksi unimolekuler sedangkan reaksi SN2 adalah reaksi bimolekuler.
  • Reaksi SN1 mengikuti mekanisme kinetika orde 1 sedangkan reaksi SN2 mengikuti mekanisme kinetika orde 2.
  • Ada dua langkah yang terlibat dalam reaksi SN1 sedangkan hanya satu langkah yang terlibat dalam reaksi SN2.
  • Konsentrasi substrat menentukan laju reaksi mekanisme SN1 sedangkan konsentrasi substrat serta nukleofil menentukan laju reaksi mekanisme SN2.
  • Sebuah intermediet karbokation terbentuk dalam reaksi SN1 di mana reaksi SN2 adalah reaksi langkah transisi tunggal.

Tahukah kamu?

  • Konstanta dielektrik zat atau bahan kimia mempengaruhi laju solvolisis.
  • Laju solvolisis tergantung pada stabilitas zat antara yang terbentuk dalam reaksi.

Related Posts

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *