GUGUS PERGI DAN PENGARUH GUGUS TETANGGA

Pada kimia organik maupun anorganik, substitusi nukleofilik adalah suatu kelompok dasar reaksi substitusi, dimana sebuah nukleofil yang "kaya" elektron, secara selektif berikatan dengan atau menyerang muatan positif dari sebuah gugus kimia atau atom yang disebut gugus lepas (leaving group).

Bentuk umum reaksi ini adalah

Nu: + R-X → R-Nu + X:

Dengan Nu menandakan nukleofil, : menandakan pasangan elektron, serta R-X menandakan substrat dengan gugus pergi X. Pada reaksi tersebut, pasangan elektron dari nukleofil menyerang substrat membentuk ikatan baru, sementara gugus pergi melepaskan diri bersama dengan sepasang elektron. Produk utamanya adalah R-Nu. Nukleofil dapat memiliki muatan listrik negatif ataupun netral, sedangkan substrat biasanya netral atau bermuatan positif.

Contoh substitusi nukleofilik adalah hidrolisis alkil bromida, R-Br, pada kondisi basa, dimana nukleofilnya adalah OH⁻ dan gugus perginya adalah Br^-.

R-Br + OH⁻ → R-OH + Br⁻

Reaksi substitusi nukleofilik sangat umum dijumpai pada kimia organik, dan reaksi-reaksi ini dapat dikelompokkan sebagai reaksi yang terjadi pada karbon alifatik, atau pada karbon aromatik atau karbon tak jenuh lainnya (lebih jarang). Menurut kinetikanya, reaksi substitusi nukleofilik dapat dikelompokkan menjadi reaksi S_N1 dan S_N2.

Posisi Gugus Penstabil Elektron Terhadap Calon Gugus Pergi
Gugus penstabil elektron, seperti nitro atau karbonil dalam anion, harus berada pada posisi orto atau para untuk memberikan efeknya. Ilustrasi yang baik tentang ini digambarkan pada penggantian selektif satu dari dua gugus klorin, dimana yang lepas adalah klorin yang berada pada posisi orto, sedangkan pada posisi meta tidak dilepaskan.

Mekanismenya berjalan baik jika kita menyerang pada klorin dengan posisi orto yang kemudian muatan negatifnya dapat didorong masuk ke gugus nitro. Dan hal ini tidak dapat dilakukan jika kita menyerang klorin pada posisi yang lain. 

b. Gugus Pergi dan Mekanismenya
Sebelumnya kita telah menunjukkan substitusi nukleofilik aromatic dengan florida sebagai gugus pergi. Florida bekerja dengan baik sebagai gugus pergi, demikian halnya pada senyawa 2-nitro-fluorobenzena yang bereaksi baik dengan berbagai nukleofil, contohnya:

Reaksi yang sama terjadi dengan 2-nitrohalobenzena lainnya, namun kurang efektif. Senyawa fluoro bereaksi sekitar 102-103 kali lebih cepat dari senyawa kloro- atau bromo-, dan iodo- bereaksi lebih lambat.

Hal ini seharusnya mengherankan. Ketika kita mengamati substitusi nukleofilik lain seperti pada gugus karbonil atau pada karbon jenuh, kita tidak pernah menggunakan fluorida sebagai gugus pergi! Ikatan C-F sangat kuat – paling kuat dari semua ikatan tunggal dengan karbon – dan ikatan ini sulit dilepaskan. 
Jadi mengapa fluorida lebih baik digunakan dalam substitusi nukleofilik aromatic dan mengapa fluorida bereaksi lebih cepat dari pada halogen lainnya? Kita tidak mengatakan bahwa fluorida adalah gugus pergi yang lebih baik dalam substitusi nukleofilik aromatik. Penjelasannya bergantung dari pemahaman kita terhadap mekanisme reaksi.

PARTISIPASI OKSIGEN SEBAGAI GUGUS TETANGGA

Contoh partisipasi oksigen ialah pada substitusi basa dari 1,2-klorohidrin menghasilkan 1,2-diol dengan konfigurasi yang tidak berubah.
                          

Serangan awal dilakukan oleh basa pada pembentukan anion alkoksida, dilanjutkan dengan serangan internal oleh RO- dan menghasilkan epoksida dengan inversi konfigurasi pada C*. Atom karbon ini selanjutnya menjalani reaksi SN2 oleh serangan OH-, dengan inversi konfigurasi yang kedua pada C*. Anion alkoksida yang kedua ini mengabstraksi proton dari pelarut untuk membentuk produk 1,2-diol dengan konfigurasi yang sama dengan substrat.
Contoh lain dari partisipasi oksigen sebagai gugus tetangga ialah pada hidrolisis anion 2-bromopropanoat dengan konsentrasi OH- yang rendah, juga diperoleh hasil dengan konfigurasi yang tidak berubah. Kecepatan reaksi tidak bergantung dari konsentrasi OH-, dan mekanismenya ialah :                              

PARTISIPASI NITROGEN SEBAGAI GUGUS TETANGGA

Partisipasi nitrogen sebagai gugus tetangga dapat terjadi dalam bentuk aminanya, seperti reaksi substitusi senyawa amina di bawah ini :
                         

kinetika reaksi diatas merupakan reaksi orde satu. Kecepatan reaksi tergantung hanya pada konsentrasi substrat tapi tidak pada nukleofiliknya. Hal ini mengherankan, dimana substitusi nukleofilik atom karbon primer SN2 kecepatan reaksinya tergantung pada konsentrasi substrat dan nukleofilik. Tetapi dengan adanya partisipasi gugus tetangga mengakibatkan kecepatan reaksinya hanya bergantung kepada konsentrasi substratnya saja.

PARTISIPASI GUGUS ORTO INTRAMOLEKUL

Dengan adanya dua substituent pada benzene dengan posisi orto, dimana substituent pertama mengandung gugus pergi, dan substituen kedua mengandung gugus yang berpartisipasi sebagai gugus tetangga, maka dapat terbentuk senyawa intermediate melalui partisipasi gugus orto intramolekul.
         
pertanyaan !

 mengapa 2-nitrohalobenzena pada reaksi diatas kurang ektif ?