Substitusi Nukleofilik

Substitusi nukleofilik menggantikan gugus pergi pada karbon jenuh dengan nukleofil, berlangsung melalui jalur satu langkah (SN2) atau dua langkah (SN1).

Definition

Substitusi nukleofilik adalah reaksi di mana nukleofil menggantikan gugus pergi dari atom karbon, membentuk ikatan sigma baru dengan nukleofil.

Scope

Topik ini mencakup mekanisme SN1 dan SN2, hukum laju dan konsekuensi stereokimia, pengaruh struktur substrat, nukleofil, gugus pergi, dan pelarut, serta persaingan antara substitusi dan eliminasi.

Core questions

• Apa yang membedakan mekanisme SN1 dari SN2 secara kinetik dan stereokimia?
• Bagaimana struktur substrat, pelarut, dan kemampuan gugus pergi menggeser keseimbangan antara kedua jalur?
• Mengapa SN2 berlangsung dengan inversi konfigurasi sementara SN1 menghasilkan rasemisasi?

Key theories

SN2 (substitusi bimolekuler)

Perpindahan terkoordinasi satu langkah di mana nukleofil menyerang karbon dari belakang gugus pergi; menghasilkan kinetika orde kedua dan inversi konfigurasi Walden.

SN1 (substitusi unimolekuler)

Jalur bertahap melalui intermediat karbokation planar; menghasilkan kinetika orde pertama dan rasemisasi parsial hingga lengkap karena nukleofil menyerang salah satu sisi.

Mechanisms

Dalam SN2, tahap penentu laju melibatkan substrat dan nukleofil; keadaan transisi trigonal-bipiramidal memaksa serangan dari belakang dan inversi. Dalam SN1, tahap penentu laju adalah ionisasi menjadi karbokation, yang stabilitasnya (tersier > sekunder > primer) dan stabilisasi pelarut mengontrol laju; penangkapan nukleofilik selanjutnya berlangsung cepat dan non-stereospesifik.

Clinical relevance

Substitusi nukleofilik mendasari banyak reaksi alkilasi yang digunakan dalam sintesis farmasi dan merupakan dasar mekanistik untuk kerja agen kemoterapi pengalkilasi tertentu, yang melakukan substitusi pada situs nukleofilik dalam DNA.

History

Hughes dan Ingold mensistematisasi kinetika substitusi pada tahun 1930-an, menciptakan label SN1 dan SN2 serta menghubungkan hukum laju, stereokimia, dan efek pelarut menjadi gambaran terpadu yang menjadi landasan kimia organik fisik.

Key figures

• Christopher Kelk Ingold
• Edward D. Hughes
• Paul Walden

Seminal works

• ingold1969

Frequently asked questions

Substrat mana yang lebih menyukai SN2 daripada SN1?

Substrat primer dan tidak terhalang lebih menyukai SN2 karena serangan dari belakang tidak terhalang, sedangkan substrat tersier lebih menyukai SN1 karena membentuk karbokation yang stabil dan terlalu ramai untuk serangan dari belakang.

Mengapa polaritas pelarut penting?

Pelarut protik polar menstabilkan karbokation dan gugus pergi SN1, mempercepatnya, sedangkan pelarut aprotik polar membiarkan nukleofil 'telanjang' dan reaktif, mempercepat SN2.