Elektrofil

Elektrofil (bahasa Inggris: electrophile, secara harfiah electron lover; "pecinta elektron") adalah suatu istilah kimia untuk reagen yang tertarik pada elektron. Umumnya, elektrofil merupakan suatu zat bermuatan positif yang mudah mendekati suatu pusat gugus yang kaya elektron.

Reaksi

Reaksi substitusi elektrofilik terjadi pada senyawa aromatis termasuk heteroaromatis. Substitusi elektrofilik adalah penggantian H⁺ dengan suatu elektrofil (E⁺) /spesi yang kekurangan elektron. Elektrofil berasal dari perkataan elektron dan philia (suka), dengan demikian elektrofilik berarti spesi yang suka elektron ( spesi yang bermuatan positif atau suatu orbital kosong ).

http://splashurl.com/lnk5pe8

Kearomatisan

Ciri senyawa aromatis adalah mempunyai ikatan rangkap yang terkonjugasi, namun sifatnya tidak sama dengan alkana khususnya sifat kimianya, dimana senyawa aromatis tidak mengalami reaksi adisi. Sifat kearomatisan (aromatisitas) suatu senyawa harus memenuhi tiga kriteria sebagai berikut:

• Senyawa tersebut harus siklik
• Molekul tersebut harus datar (hampir datar), dengan hybrid yang memenuhi adalah sp²
• Memenuhi kaidah Huckel dengan sistem (4n+2)e¶, dengan n = 0, 1, 2, 3 . . ., dengan elektron ¶ yang terkonyugasi. Elektron ¶ adalah elektron pada ikatan ¶ atau orbital p (non bonding electron = n.

Senyawa aromatis yang paling banyak adalah benzene dan derivatnya (benzene tersubtitusi). Benzene jauh lebih stabil bila dibandingkan dengan sikloheksatriena.

Subtitusi Elektrofilik Aromatik

Reaksi yang paling umum pada senyawa aromatik adalah substitusi atom atau gugus lain terhadap hidrogen pada cincin. Berikut ini adalah beberapa reaksi subtitusi pada benzena:

• Klorinasi

C₆H₆ + Cl₂ (FeCl₃) → C₆H₆Cl + HCl

http://splashurl.com/lmt9vme

• Brominasi

C₆H₆ + Br₂ (FeBr₂) → C₆H₆Br + HBr

• Nitrasi

C₆H₆ + HNO₃ (H₂SO₄)→ C₆H₆NO₂ + H₂O

• Sulfonasi

C₆H₆ + H₂SO₄ → C₆H₆SO₃H + H₂O

Substitusi Elektrofilik Terhadap Benzena

Elektrofilik berarti satu elektron (spesi yang bermuatan positif atau mempunyai orbital kosong) dengan notasi umum E⁺. Cincin benzena kaya elektron sehingga sangat reaktif terhadap elektrofil (mengalami reaksi subtitusi elektrofilik) dengan mekanisme sebagai berikut:

• Tahap 1: Pembentukan elektrofil E⁺ (cepat)
• Tahap 2: Serangan E⁺ terhadap cincin benzene (lambat sebagai langkah penentu laju reaksi/RDS)
• Pengambilan H⁺ dari cincin benzene oleh suatu elektrofil (cepat)

Dari mekanisme diatas kita dapat mengambil contoh Klorinasi. Reaksi benzena dengan klorin berjalan sangat lambat tanpa katalis, tetapi menjadi sangat cepat bila ada katalis. Apa yang dilakukan oleh katalis? Ia bertindak sebagai asam lewis dan mengonversi klorin menjadi elektrofili kuat dengan membentuk suatu kompleks dan mempolarisasikan ikatan C—C. Alasan mengapa diperlukan elektrofili kuat akan menjadi jelas sebentar lagi. Elektrofili mengikat salah satu atom karbon pada cincin benzena, menggunakan dua elektron pi dari awan pi untuk membentuk ikatan sigma dengan atom karbon cincin. Atom karbon ini menjadi terhibridisasi sp³. Cincin benzene bertindak sebagai donor elektron pi, atau nukleofili,terhadap reagen elektrofilik. Karbokation yang dihasilkan ialah i'on benzenonium', dengan muatan positif terdelokalisasi oleh resonansi pada atom karbon orto dan para terhadap atom karbon yang dilekati oleh atom klorin; artinya orto dan para terhadap atom karbon sp³'. Ion benzenonium mirip seperti karbokation alilik, tetapi muatan positifnya terdelokalisasi pada tiga atom karbon, bukan hany dua. Meskipun distabilkan oleh resonansi dibandingkan dengan karbokation lain, energi resonansinya jauh lebih rendah daripada cincin benzene awalnya. Sunstitusi diselesaikan dengan melepaskan satu proton dari atom karbon sp³, yaitu atom yang sama yang telah dilekati oleh elektrofilik. Alasan mengapa elektrofili harus kuat, dan mengapa yang terjadi ialah substitusi dan bukan adisi, sekarang menjadi jelas. Pada langkah 1, energi stabilisasi (energi resonansi) dari cincin aromatik telah hilang, karena perusakan sistem pi aromatik. Perusakan ini, yang disebabkan oleh adisi elektrofili pada salah satu karbon cincin, memerlukan energi dan elektrofili kuat. Pada langkah 2, energi resonansi aromatik tercapai kembali dengan melepaskan satu proton. Hal ini tidak akan terjadi karbokation intermedietnya mengadisi nukleofili.

Diagram Energi Reaksi Substitusi Elektrofilik

http://splashurl.com/m34w54e

Jenis-Jenis Reaksi Substitusi Elektrifilik

• a. Halogenisasi

Klorin atau bromin dimasukkan ke dalam cincin aromatik dengan menggunakan halogen bersam-sama dengan besi halidanya yang sesuai sebagai katalis (yaitu, Cl₂ + FeCl₃ atau Br₂ + FeBr₃). Biasanya reaksi dilaksanakan dengan menambahkan halogen perlahan-lahan pada campuran senyawa aromatik dan serbuk besi. Besi bereaksi dengan halogen membentuk besi halida, yang kemudian mengkatalisis halogenisasi. Flourinasi dan iodinasi langsung pada cincin aromatik juga dimungkinkan tetapi memerlukan metode khusus.

• b. Nitrasi

pereaksi adalah asam nitrat (HNO³) dengan katalisator asam sulfat (H₂SO₄) dan mekanisme pembentukan elektrofil adalah sebagai berikut: (HNO³) + (H₂SO₄) → NO₂⁺ + HSO₄^- + H₂O

• c. Alkilasi

Pereaksi adalah alikil halida (R-X) adalah katalisator AlX₃ atau FeX₃ dan mekanisme pembentukan elektrofil adalah sebagai berikut: R-X + AlX₃/FeX₃ → R⁺ + Al⁺X₄/Fe^-X₄

• d. Asilasi

Friedel-Crafts berlangsung dengan cara yang sama dengan alkilasi. Elektrofili berupa kation asil yang dihasilkan dari turunan asam, biasanya suatu asil halida. Reaksi ini menjadi rute umum yang bermanfaat untuk pembentukan keton aromatik.

• e. Sulfonasi

Pereaksi adalah asam sulfat (H₂SO₄) berasap dengan mekanisme pembentukan elektrofil adalah sebagai berikut: (H₂SO₄) → SO₃ + H₂0 Pada reaksi asilasi dengan elektrofil R⁺ dapat terjadi penataan ulang ion karbonium untuk mencapai bentuk yang paling stabil. Sedangkan pada sulfonasi H⁺ yang dilepaskan oleh cincin digunakan kembali oleh elketrofil yang dikenal sebagai back bonding.