Pendahuluan
Penisilin adalah antibiotik yang digunakan untuk menangani infeksi bakteri. Penisilin diisolasi dari Penicillium notatum dan dikenal dengan penisilin G (1) atau benzil penisilin. Senyawa ini sangat tidak stabil dan dengan cepat tereliminasi dari tubuh akibatnya efek pelepasan obat aktif menjadi tidak terkendali. Selain itu, spektrum antibakteri penisilin terbatas hanya pada organisme tertentu. Sehingga, mendorong para ahli sintesis untuk mensintesis senyawa analognya guna mengatasi kekurangan dari penisilin G. Oleh kerena itu, dibuat senyawa 5 (Asam 6-aminopenisilanat) yang merupakan kunci untuk senyawa semisintetik yang memiliki sifat farmasetis yang unggul dibandingkan dengan penisilin dari bahan alam (1). Jalur sintesis reaksinya seperti ditunjukkan pada serangkaian reaksi berikut:
Pada salah satu tahapan reaksinya terdapat reaksi substitusi yaitu pada senyawa 2 menjadi senyawa 3. Gugus karbonil pada senyawa 2 digantikan oleh gugus halida menjadi senyawa 3. Dalam sintesis tidak perlu memperhitungkan struktur kimia yang komplek atau besar tetapi perhatikanlah gugus fungsi yang bereaksi karena disitulah terjadinya tempat reaksi. Sehingga dalam mempelajari permasalahan sintesis menjadi lebih sederhana dan mudah.
Reaksi substitusi lainnya yaitu pada senyawa 3 menjadi senyawa 4. Gugus fungsi halida pada senyawa 3 digantikan dengan gugus alkohol menjadi senyawa 4. Reaksi ini menggunakan reagen BuOH atau butil alkohol. BuOH nanti yang akan disebut sebagai nukleofil (Nu–). Senyawa 3 dapat disebut sebagai senyawa turunan alkil halida (RX) dan senyawa 4 dapat disebut sebagai senyawa turunan eter (ROR). Oleh karena, reaksi penggantian ini menggunakan nukleofil maka reaksinya disebut sebagai reaksi substitusi nukleofilik. Nukelofil yang digunakan dalam reaksi 1 pada tahap 3 adalah nukleofil lemah dan alkil halida yang terlibat termasuk dalam alkil halida sekunder serta menghasilkan produk eter maka mekanisme reaksinya termasuk ke dalam mekanisme reaksi sebagai SN1. Agar dapat membuat senyawa-senyawa yang mempunyai manfaat besar untuk kehidupan manusia seperti senyawa 5 tersebut. Maka, perlu dipelajari reaksi-reaksi dasar seperti reaksi substitusi nukleofilik yang akan dibahas pada bab ini. Sifat-sifat reaktan (alkil halida), reagen (nukelofil), pelarut, produk, kinetika, dan energetika reaksi, serta mekanisme reaksinya menjadi kunci dalam memahami reaksi ini. Pada bab ini akan dibahas tentang reaksi substitusi nukleofilik baik dengan mekanisme SN2, SN1, ataupun SNi. Reaktan yang digunakan untuk mempelajari reaksi substitusi nukelofilik ini dimulai dengan mempelajari senyawa alkil halida.
Alkil halida dapat menjalani reaksi dengan basa Lewis membentuk suatu produk baru yang disebut sebagai produk substitusi, seperti ditunjukkan pada reaksi 2, berikut:
Basa Lewis adalah zat dalam bentuk senyawa, molekul atau ion yang memberikan sepasang elektron ke asam Lewis. Sehingga, asam Lewis adalah zat (senyawa, molekul, atau ion) yang menerima sepasang elektron dari basa Lewis. Pada reaksi 2, basa lewis berfungsi sebagai nukleofil yang menggantikan atom halogen pada senyawa alkil halida. Reaksi ini disebut sebagai reaksi substitusi nukleofilik karena proses penggantian gugus fungsi halida yang terikat pada atom karbon dilakukan oleh sebuah nukleofil.
Nukleofil (Nu–) adalah zat (senyawa, molekul, atau ion) yang kaya elektron dan berfungsi memberikan sepasang elektron ke elektrofil. Sedangkan, elektofil (E+) adalah zat yang miskin elektron yang menerima sepasang elektron dari nukleofil. Perbedaan antara nukleofil dengan basa Lewis adalah nukleofil menyerang pusat yang bermuatan positif seperti atom karbon yang bermuatan parsial positif (Cδ+) sedangkan basa Lewis menyerang proton (H+) atau atom hidrogen yang bermuatan parsial positif (Hδ+).
Pada bab ini akan dibahas mekanisme reaksi substitusi nukleofilik yang digambarkan oleh reaksi pada senyawa alkil halida.