Reaksi-Reaksi Spesifik pada Protein

REAKSI ADISI 

       Reaksi adisi adalah reaksi pemutusan ikatan rangkap (pengubahan ikatan rangkap menjadi ikatan kovalen tunggal ). Reaksi adisi antara lain dapat digunakan untuk membedakan alkana dengan alkena. Reaksi pengenalan ini dilakukan dengan penambahan bromine (Br2) yang berwarna merah coklat. Terjadinya reaksi adisi ditandai dengan hilangmya warna merah coklat daro bromin (Br2). Karena alkana tidak memiliki ikatan rangkap ( tidak mengalami reaksi adisi adisi ) warna merah dari bromin tidak berubah. Dalam suatu reaksi adisi suatu alkena, ikatan pi terputus dan pasangan elektronnya digunakan untuk membentuk dua ikatan sigma baru. Dalam tiap kasus, atom karbom sp2 direhibridisasi menjadi sp3. Senyawa yang mengandung ikatan pi biasanya berenergi lebih tinggi daripada senyawa yang sepadan yang mengandung hanya ikatan sigma; oleh karena itu reaksi adisi biasanya eksoterm

Adisi Elektrofilik HX pada Alkena 

        Dasar untuk memahami reaksi adisi alektrofilik HX (halida asam) pada alkena adalah: alkena dapat bertindak sebagai nukleofil dalam reaksi polar. Ikatan rangkap karbon-karbon kaya akan elektron dan dapat disumbangkan kepada spesies elektrofilik. Contohnya reaksi 2-metilpropena dengan HBr menghasilkan 2-bromo-2-metilpropana. Reaksi dimulai dengan serangan elektrofil (HBr) pada ikatan π. Dua elektron π akan membentuk satu ikatan σ antara hidrogen dari HBr dengan karbon ikatan rangkap. Hasilnya adalah intermediet karbokation yang bersifat elektrofilik, sehingga dapat bereaksi dengan nukleofil dengan menerima pasangan elektron bebas dari nukleofil tersebut. Di sini yang bertindak sebagai nukleofil adalah Br. Karbokation bereaksi dengan Brmenghasilkan ikatan C-Br dan menghasilkan produk akhir reaksi adisi.

Diagram energi reaksi adisi elektrofilik memiliki dua puncak transition state yang dibatasi oleh pembentukan intermediet karbokation. Tingkat energi intermediet lebih tinggi dibandingkan tingkat energi alkena awal, tetapi keseluruhan reaksi adalah eksergonik (ΔG0 bernilai negatif). Tahap pertama, protonasi alkena menghasilkan intermediet kation, berjalan relatif lambat. Akan tetapi sekali terbentuk, karbokation tersebut dengan cepat bereaksi dengan nukleofil dan menghasilkan produk akhir reaksi adisi.

Reaksi adisi elektrofilik tidak hanya untuk HBr saja, tetapi bisa juga menggunakan HCl dan HI.

Orientasi Adisi Elektrofilik: Aturan Markovnikov

Coba kita lihat lagi reaksi antara 2-metilpropena dengan HBr. Semestinya akan terbentuk dua produk dari reaksi adisi yang berlangsung, yaitu 1-bromo-2-metilpropana dan 2-bromo-2- metilpropana. Pada kenyataannya tidaklah demikian, yang terbentuk hanya 2-bromo-2-metilpropana. Bagaimanakah hal ini dapat terjadi?

Pada reaksi adisi HX pada alkena, hidrogen menyerang karbon yang kurang tersubstitusi, sedangkan X menyerang karbon yang lebih tersubstitusi.

Ketika terdapat alkena di mana karbon-karbon yang memiliki ikatan rangkap mempunyai substituen dengan derajat yang sama maka terbentuk produk campuran.

Oleh karena karbokation terlibat sebagai intermediet dalam reaksi ini maka aturan Markovnikov dapat diulangi: Dalam reaksi adisi HX pada alkena, karbokation yang lebih tersubstitusi akan terbentuk sebagai intermediet dari pada yang karbokation yang kurang tersubstitusi.

Halida asam (HX) dapat juga mengadisi alkena dengan mekanisme yang mirip seperti di atas. Umumnya reaksinya menghasilkan produk adisi Markovnikov. Misalnya adisi HBr pada alkena, di mana Br akan mengadisi pada atom karbon yang lebih tersubstitusi (aturan Markovnikov). Akan tetapi jika terdapat O2 atau perksida (ROOR), adisi HBr berjalan dengan mekanisme radikal bebas, bukan dengan mekanisme ion. Reaksinya dinamai adisi nonMarkovnikov.

Stabilitas radikal bebas seperti halnya karbokation, berurutan sebagai: tersier > sekunder > primer. Pada contoh di atas, hasil adisi radikal bebas ialah 1-bromopropana bukan 2- bromopropana. Hidrogen klorida tidak menjalani adisi radikal bebas kepada alkena karena relatif lambatnya pemecahan homolisis HCl menjadi radikal bebas. Hidrogen iodida juga tidak menjalani reaksi ini karena adisi radikal I kepada alkena bersifat endoterm dan terlalu perlahan untuk mendukung reaksi berantai

Struktur dan Stabilitas Karbokation
Karbokation memiliki struktur trivalen dengan karbon tersubstitusi sp2. Selain itu, karbokation memiliki orbital p kosong yang tegak lurus terhadap ketiga substituennya.

Untuk memahami stabilitas karbokation lebih lanjut, mari kita lihat contoh berikut ini. 2-metilpropena dapat bereaksi dengan H+ dan menghasilkan karbokation yang memiliki tiga substituen metil (karbokation tersier, 30) dan karbokation dengan satu substituen alkil (karbokation primer, 10). Karbokation mampu bereaksi dengan suatu nukleofil, misalnya Cl menghasilkan alkil klorida. Dari hasil penelitian, didapat hanya 2-kloro-2- metilpropana, hal ini karena pembentukan intermediet karbokation tersier lebih stabil dibandingkan karbokation primer. Ingat bahwa karbokation yang lebih tersubstitusi lebih stabil dibandingkan karbokation yang kurang tersubstitusi. Urutan stabilitas karbokation adalah sebagai berikut:

Mengapa karbokation yang lebih tersubstitusi lebih stabil? Ada dua alasan mendasar untuk menjawab pertanyaan tersebut, yaitu adanya efek induksi dari substituen dan hiperkonjugasi. Efek induksi mengakibatkan pergeseran elektron dalam ikatan sigma yang diakibatkan perbedaan elektronegativitas atom tetangga. Gugus alkil merupakan gugus pemberi elektron, sehingga dapat menyetabilkan muatan positif pada karbokation, sedangkan atom hidrogen tidak dapat menyumbangkan elektron. Dengan demikian, semakin banyak gugus alkil yang terikat pada karbokation maka karbokation tersebut menjadi semakin stabil.

Hiperkonjugasi, berhubungan dengan stabilitas alkena tersubstitusi, berhubungan dengan interaksi antara orbital kosong p dengan orbital ikatan sigam C-H tetangganya. Semakin banyak gugus alkil yang terikat pada karbokation maka kesempatan untuk melakukan hiperkonjugasi semakin besar, sehingga semakin menyetabilkan karbokation tersebut. Contohnya, hiperkonjugasi yang terjadi pada karbokation etil. Interaksi antara orbital ikatan sigma dengan orbital kosong p dapat menyetabilkan karbokationnya dan menurunkan energinya pula. Pada gambar 4.33 tampak bahwa terdapat dua ikatan C-H yang berposisi paralel dan karenanya dapat melakukan hiperkonjugasi.

Postulat Hammond

Materi penting dalam memahami reaksi adisi elektrofilik pada bab ini adalah: 

a. Adisi elektrofilik pada alkena asimetris akan menghasilkan karbokation yang lebih tersubstitusi yang kemudian dengan cepat bereaksi dengan nukleofil menghasilkan produk akhir. 

b. Urutan stabilitas karbokation adalah: karbokation tersier > sekunder > primer > metil. 

Pertanyaan berikutnya adalah bagaimana karbokation dapat mempengaruhi kecepatan reaksi dan menjadi penentu struktur produk akhir? Padahal karbokation ditentukan oleh ∆G0, sedangkan kecepatan reaksi ditentukan oleh ∆G‡. Kedua nilai tersebut tidak berhubungan secara langsung. Umumnya, karbokation yang lebih stabil akan menghasilkan produk akhir dengan lebih cepat dibandingkan karbokation yang kurang stabil. Penjelasan tentang hubungan antara stabilitas karbokation dengan kecepatan reaksi pertama kali dijelaskan oleh Hammond pada tahun 1955. Lebih lanjut, penjelasan tersebut dikenal dengan insitah Postulat Hammond. Postulat ini menjelaskan hubungan antara stabilitas karbokation dengan kecepatan reaksi dengan cara melihat tingkat energi dan struktur transition state.

Reaksi-Reaksi Alkuna

    Berdasarkan kemiripan sifat elektroniknya, alkuna dan alkena memiliki sifat yang mirip pula, sehingga reaktivitas kedua gugus fungsi tersebut juga mirip. Meskipun demikian, terdapat juga perbedaan yang signifikan.

a. Adisi HX dan X2

Secara umum, elektrofil akan lebih banyak bereaksi dengan alkuna dibandingkan dengan alkena. Contohnya reaksi adisi HX pada alkuna. Pada kondisi di mana HX berlebih, reaksi alkuna dengan HX akan memberikan hasil akhir berupa dihalida. Jadi, satu mol alkuna membutuhkan dua mol HX. Contohnya, reaksi antara 1-heksuna dengan HBr akan menghasilkan 2,2- dibromoheksana. Regiokimia reaksi adisi ini mengikuti aturan Markovnikov: Halogen akan berikatan dengan karbon yang lebih tersubstitusi, sedangkan hidrogen pada karbon yang kurang tersubstitusi. Stereokimia trans biasanya (meski tidak selalu) ditemukan dalam produk reaksi ini.

Bromin dan klorin juga dapat mengadisi alkuna dan menghasilkan produk trans.

Mekanisme reaksi adisi elektrofilik alkuna mirip tetapi tidak sama dengan adisi pada alkena. Ketika elektrofil seperti HBr mengadisi alkena, reaksinya berjalan dalam dua tahap dan melibatkan pembentukan intermediet karbokation alkil. Jika reaksi adisi HBr pada alkuna sama dengan reaksinya dengan alkuna, maka akan terbentuk intermediet karbokation vinilik.

Karbokation vinilik memiliki hibridisasi sp dan pada kenyataannya tidak ditemukan. Dengan demikian, mekanisme reaksi adisi HX pada alkuna terjadi dengan jalur yang sangat kompleks.

b. Hidrasi Alkuna

      Seperti alkena, alkuna dapat juga mengalami reaksi hidrasi dengan dua cara. Adisi air secara langsung dengan katalis ion merkuri (II) menghasilkan produk Markovnikov, adisi air secara tak langsung melalui reaksi hidroborasi/oksidasi menghasilkan produk non-Markovnikov  

1) Hidrasi Alkuna dengan Katalis Merkuri (II) Alkuna tidak dapat bereaksi secara langsung dengan air asam, tetapi membutuhkan katalis merkuri (II) sulfat. Reaksinya terjadi mengikuti regiokimia Markovnikov, gugus OH akan mengadisi karbon yang lebih tersubstitusi, sedangkan hidrogen pada karbon yang kurang tersubstitusi.

Hal yang menarik di sini adalah bahwa produk yang dihasilkan bukan vinilik alkohol atau enol, tetapi suatu keton. Meskipun enol merupakan intermediet dalam reaksi ini, tetapi dengan cepat ditata ulang menjadi keton melalui proses tautomeri keto-enol. Tautomeri digunakan untuk menjelaskan isomer konstitusional yang berinterkonversi dengan cepat.

Mekanisme reaksi dari merkuri (II) sulfat dengan alkuna mirip dengan reaksi oksimerkurasi pada alkena. Adisi elektrofilik ion merkuri pada alkuna menghasilkan intermediet karbokation vinilik, yang kemudian bereaksi dengan air dan melepaskan proton dan membentuk intermediet enol yang mengandung merkuri. Kondisi reaksinya adalah asam untuk menggantikan merkuri dengan hidrogen. Akan terbentuk campuran produk (keton) ketika alkuna asimetris dihidrasi. Contohnya adalah sebagai berikut:

2) Hidroborasi/ Oksidasi Alkuna Boran bereaksi dengan alkuna seperti halnya pada alkena, dan menghasilkan boran vinilik yang kemudian dioksidasi oleh H2O2 menghasilkan enol.

Proses tautomerisasi kemudian menghasilkan keton atau aldehida, tergantung pada struktur alkuna yang direaksikan. Hidroborasi terminal alkuna akan menghasilkan aldehid, sedangkan hidroborasi internal alkuna akan menghasilkan keton. Catat bahwa terminal alkuna akan mengalami dua kali adisi menghasilkan intermediet terhidroborasi dobel. Oksidasi dengan H2O2 pada pH 8 kemudian mengganti kedua boron oleh dua hidrogen dan menghasilkan aldehid.

permasalahan 

1. Mengapa karbokation yang lebih tersubstitusi lebih stabil pada reaksi adisi ?

2. bagaimana perbedaan antara reaksi adisi eletrofilik pada alkena dan alkuna ?

3. mekanisme reaksi adisi HX pada alkuna terjadi dengan jalur yang sangat kompleks. ?