pembentukan ikatan C-C, penyerangan elektrofilik dan nukleofilik

Pembentukan ikatan C-C

Setiap atom atau unsur memiliki kecendrungan untuk saling berikatan baik sesama unsur tersebut ataupun dengan unsur yang lain untuk mencapai kestabilan. Unsur periode dua dan sebagian periode tiga yang memiliki orbital s dan p pada kulit terluar akan berusaha untuk memenuhi teori oktet, yaitu memiliki delapan elektron di kulit terluar seperti lazimnya terjadi dalam gas mulia. Jumlah ikatan yang mampu dibentuk oleh suatu unsur ditentukan oleh jumlah elektron terluarnya. Misalnya, unsur karbon yang memiliki 4 elektron terluar, harus membentuk empat ikatan untuk memenuhi teori oktet. Ikatan tersebut dapat terjadi dengan sesama atom karbon atau dengan atom lain seperti H, N, O, S, maupun halogen. 

 6C : 1s2 2s2 2p2        elektron valensi = 4     membentuk empat ikatan

7N : 1s2 2s2 2p3         elektron valensi = 5      membentuk tiga ikatan 

 8O : 1s2 2s2 2p4        elektron valensi = 6     membentuk dua ikatan 

Saat berikatan, orbital masing-masing atom bergabung membentuk orbital baru, yaitu orbital molekul. Ikatan yang dibentuk suatu unsur dapat berupa ikatan ion maupun ikatan kovalen, tergantung pada seberapa besar perbedaan harga keelektronegatipan dari unsur-unsur yang berikatan tersebut. Bila perbedaan kelektronegatifannya kecil, seperti  yang umumnya terjadi dalam senyawa organik, maka unsur-unsur tersebut membentuk ikatan kovalen.

Ikatan kovalen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu ikatan kovalen murni dan ikatan kovalen koordinasi. Pada ikatan kovalen murni, pasangan elektron ikatan berasal dari kedua atom yang berikatan, sedangkan pada ikatan kovalen koordinasi berasal dari salah satu atom yang berikatan. Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan, ikatan kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma (σ) dan ikatan phi (π). Ikatan sigma (σ) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan ikatan phi (π) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak tidak berada dalam poros ikatan. Adanya perbedaan cara tumpang tindih orbital dalam pembentukan ikatan tersebut menyebabkan  perbedaan kekuatan ikatan. Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi. Sebelum kita menggambarkan proses tumpang tindih orbital-orbital tersebut, ada baiknya kita pelajari dulu hibridisasi atom karbon.

PEREAKSI DALAM REAKSI ORGANIK 

Dengan adanya pengaruh dari pereaksi dan kondisi reaksi, suatu substrat dapat mengalami pemutusan ikatan dan membentuk zat antara. Dari pemutusan ikatan secara heterolitik, substrat berubah menjadi ion karbonium atau ion karbon yang reaktif. Untuk mencapai kestabilan, ion karbonium atau ion karbon bereaksi dengan pereaksi dengan muatan tertentu. Pereaksi tersebut dapat diklasifikasi menjadi pereaksi nukleofil dan pereaksi elektrofil.

1.      Pereaksi nukleofil

pereaksi nukleofil ion karbonium, kata nukleofil berasal dari kata bahasa Inggris, nucleophilic yang terdiri dari kata nucleo (nucleus, bermuatan positif) dan philic (menyukai). Jadi reaksi nukleofil menyukai sesuatu yang bermuatan positif. Pereaksi nukleofil dapat berupa ion yang bermuatan negatif atau molekul netral yang mempunyai atom dengan pasangan elektron bebas.

2.      Pereaksi elektrofil

Kata elektrofil berasal dari kata bahasa Inggris electrophilic yang terdiri dari kata electro (electron, bermuatan negatif) dan philic (menyukai). Jadi, pereaksi elektrofil menyukai sesuatu yang bermuatan negatif.  Pereaksi elektrofil dapat berupa ion positif atau molekul netral yang mengandung atom pusat dengan orbital kosong. 

Elektrofil positif:

Elektrofil netral:

Contoh mekanisme penyerangan / substitusi elektrofil pada benzena

NUKLEOFIL, Spesies yang kaya akan elektron yang dapat mem- bentuk ikatan kovalen dengan cara mendonasikan 2 elektron kepada situs yang kekurangan elektron. Nukleofil bermuatan negatif (anion) atau molekul netral yang berisi lone pair of electron.

ELEKTROFIL, Spesies yang kekurangan elektron yang dapat mem- bentuk ikatan kovalen dengan cara menerima 2 elektron dari situs yang kaya akan elektron. Nukleofil bermuatan positif (kation) atau molekul netral.

Situs nukleofil atau elektrofil dalam suatu senyawa organik netral dapat ditentukan dengan melihat:

1. Keberadaan lone pair

2. Tipe ikatan (sp, sp2, atau sp3)

3. Polaritas ikatan.

Atom (N, O, atau S) yang memiliki elektron yang berpasangan merupakan situs nukleofil.  Ikatan rangkap 2 atau 3 dalam alkena, alkuna, atau aromatis memiliki elektron dengan densitas tinggi, sehingga bersifat sebagai nukleofil. (Ikatan tunggal C – C bukan nukleofil).  Dalam suatu ikatan polar, elektron terikat lebih dekat ke atom yang lebih elektronegatif. Atom elektronegatif merupakan situs nukleofil, dan atom yang kurang elektronegatif merupakan situs elektrofil.

Kekuatan relatif nukleofil (nuklefilisitas) dari suatu anion, atau situs nukleofil dalam suatu molekul netral, tergantung pada ketersediaan dua elektron. Semakin elektronegatif suatu atom, maka semakin nukleofilik atom tersebut, karena atom diikat lebih kuat oleh nukleus. Kekuatan nukleofil suatu anion, dalam satu perioda yang sama pada tabel priodik, mengikuti aturan basisitas: semakin elektronegatif suatu atom, maka semakin lemah nukelofilnya dan basanya.

Kekuatan relatif nukleofil (nuklefilisitas) dari suatu anion, atau atom netral dalam satu golongan yang sama, semakin ke bawah akan semakin bertambah. Elektron terikat lebih lemah dengan bertambahnya ukuran atom, sehingga atom tersebut lebih mudah membentuk ikatan. Atom yang lebih besar, yang mengikat elektron dengan lebih lemah (daripada atom kecil), memiliki polarisabilitas yang lebih besar.

Mekanisme reaksi

1.      Adisi elektrofilik pada alkana

2.      Adisi nuleofilik pada alkana

3.      Substitusi nukleofilik alkil halida

4.      Substitusi nukleofilik alkil halida

Permasalahan:

1.      Pereaksi nukleofil dapat berupa ion yang bermuatan negatif atau molekul netral yang mempunyai atom dengan pasangan elektron bebas. Apakah muatan negatif atau netral dari nukleofilik akan berpengaruh pada saat reaksi?

2.      Bagaimana kekuatan relatif nukleofil (nuklefilisitas) dari suatu anion?