KIMIA ORGANIK FISIK

Pembentukan Ikatan C-C Penyerangan Elektrofilik dan Nukleofilik

Atom karbon sebagai basis senyawa organik, adalah atom yang memiliki enam elektron dengan konfigurasi 1s² 2s² 2p². Atom karbon mempunyai empat elektron valensi. Dengan empat elektron valensi tersebut, atom karbon dalam membentuk ikatan dengan atom lainnya tidak mempunyai kecenderungan melepaskan keempat elektronnya untuk memenuhi aturan oktet, sehingga dapat membentuk ion positif C⁴⁺, atau menerima empat elektron sehingga menjadi ion negatif C^4-. Sebaliknya, empat elektron pada kulit terluar dapat membentuk empat ikatan kovalen baik dengan atom karbon maupun dengan atom lain, melalui pemakaian bersama pasangan elektron. Misalnya, karbon bergabung dengan empat atom hidrogen membentuk molekul CH4 atau metana. Setiap atom hidrogen menyumbangkan satu elektron, sehingga terdapat empat pasang elektron yang digunakan membentuk ikatan antara C dan H. Karbon dapat juga  menggunakan pasangan elektron bersama dengan empat atom klorin, membentuk CCl4.

Pembentukan ikatan tunggal C-C adalah dasar yang amat penting bagi sintesis organik. Kebanyakan prosedur yang sangat berguna meliputi adisi spesi organometalik atau enolat menjadi elektrofil, seperti pada reaksi grignard, reaksi aldol, reaksi Michael, reaksi alkilasi, dan coupling reaction. Selain itu, pembentukan ikatan C-C juga bisa terjadi memlalui reaksi perisiklik atau reaksi radikal.

Pembentukan ikatan C-C dapat dikatakan juga sebagai ikatan tunggal atom karbon (ikatan kovalen homolitik). Sesuai dengan keistimewaan atom karbon  yaitu memiliki empat elektron valensi  yang dapat membentuk ikatan antar karbon  berupa ikatan tunggal  ,ikatan rangkap , ikatan rangkap tiga selain itu dapat pula membentuk rantai melingkar ( siklik) hal inilah yang menyebabkan mengapa atom karbon banyak senyawanya dijumpai, contoh metana, etana, etena, etuna, siklopropana, benzena dll. 

1. Melalui Reaksi Radikal bebas, Tidak terkendali, dapat melakukan reaksi berantai (tidak digunakan dalam sintesis).

2. Melalui reaksi antara C⁺ dengan C^-   Lebih terkendali (digunakan dalam sintesis).

Pada etana atau H3C-CH3, dua karbon membentuk ikatan satu sama lain melalui overlap orbital sp3 dari setiap karbon membentuk satu ikatan sigma (σ). Tiga orbital sp3 lain pada setiap karbon overlap dengan orbital 1s atom H untuk membentuk enam ikatan σ C-H.

Berikut beberapa metode pembentukan ikatan C-C lainnya.

1.    Reaksi Grignard

Reagen Grignard adalah suatu organomagnesium halida (RMgX). Reagensia grignard adalah produk reaksi radikal bebas antara logam magnesium dengan senyawa organohalogen dalam pelarut eter. Suatu reagen Grignard akan ditambahkan ke keton, aldehid dan ester untuk membentuk ikatan C-C.

2.    Reaksi Wittig

Ilid ditambahkan ke suatu alehida dan keton membentuk ikatan C=C

3.    Alkilasi enolat

Enolat merupakan nukleofil yang sangat baik. Reaksi antara suatu keton atau ester dengan basa kuat dan lalu suatu alkil halida adalah jalan dalam pembentukan ikatan C-C, melalui reaksi SN2

4.    Reaksi aldol

Enolat akan bereaksi dengan aldehid dan keton membentuk ikatan C-C.

5.    Kondensasi claisen

Hampir mirip dengan sebelumnya, enolat akan bereaksi dengan ester membentuk ikatan C-C

6.    Michael Reaction

Enolat akan bereaksi dengan enon (alpha, beta unsaturated ketones) untuk membentuk ikatan C-C. Juga, enon akan bereaksi dengan reagen Giman yang juag bisa membentuk ikatan C-C.

Penyerangan elektrofilik dan nukleofilik

Reaksi adisi nukleofilik merupakan reaksi yang khas untuk golongan aldehid dan keton dan tidak terjadi pada golongan asam karboksilat dan lurunannya. Semua reaksi adisi nukleofilik diawali oleh serangan nukleofil pada atom karbon karbonil yang elektrofilik, menghasilkan intermediet tetrahedral. Nukleofil menyerang karbon karbonil menggunakan pasangan elektronnya dan dua electron dan ikatan rangkap karbon-oksigen akan berpindah ke atom oksigen yang elektronegatif di mana mereka dapat distabilkan sebagai anion alkoksida.

Reaksi adisi nukleofilik terjadi apabila gugus yang pertama kali menyerang suatu ikatan rangkap merupakan pereaksi nukleofil. Reaksi adisi nukleofilik ditemukan pada senyawa C yang mengandung ikatan rangkap antara dua atom C dengan atom lain, seperti senyawa yang mengandung gugus karbonil dan senyawa yang mempunyai gugus sianida. Contoh reaksi adisi nukleofilik adalar reaksi antara dimetil-keton dengan asam sianida menghasilkan 2-siano-2-propanol.

Reaksi Adisi Elektrofilik

Reaksi adisi elektrofilik terjadi apabila gugus yang pertama menyerang suatu ikatan rangkap pereaksi elektrofil. Reaksi adisi elektrofilik ditemukan pada senyawa C yang mengandung ikatan rangkap antara dua atom C seperti alkena dan alkuna. Contoh reaksi adisi elektrofilik adalah reaksi antara etena dengan asam klorida menghasilkan etil-klorida.

Tahap reaksi adisi elekrofilik adalah:

• Tahap 1: serangan terhadap E⁺ yang terjadi secara lambat
• Tahap 2 : serangan nukleoilik terhdap karbonium
  Sebagai contoh, apabila etana bereaksi dengan HBr, meknisme reaksi mengikuti langkah sebagai berikut

Kemudian terjadi serangan nukleofilik pada karbonium

Pertanyaan

1. Bagaimana reaksi adisi nukleofilik terjadi, jelaskan?