Elektrofil
Elektrofil (, 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 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 ).
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 aromatis yang paling banyak adalah benzene dan derivatnya (benzene tersubtitusi). Benzene jauh lebih stabil bila dibandingkan dengan sikloheksatriena.
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 :
CH + Cl (FeCl) → CHCl + HCl
CH + Br (FeBr) → CHBr + HBr
CH + HNO (HSO)→ CHNO + HO
CH + HSO → CHSOH + HO
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 :
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 "sp". Cincin benzene bertindak sebagai donor elektron pi, atau nukleofili,terhadap reagen elektrofilik. Karbokation yang dihasilkan ialah ion 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 "sp. 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 "sp", 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.
Klorin atau bromin dimasukkan ke dalam cincin aromatik dengan menggunakan halogen bersam-sama dengan besi halidanya yang sesuai sebagai katalis (yaitu, Cl + FeCl atau Br + FeBr). 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.
pereaksi adalah asam nitrat (HNO) dengan katalisator asam sulfat (HSO) dan mekanisme pembentukan elektrofil adalah sebagai berikut:
(HNO) + (HSO) → NO + HSO + HO
Pereaksi adalah alikil halida (R-X) adalah katalisator AlX atau FeX dan mekanisme pembentukan elektrofil adalah sebagai berikut :
R-X + AlX/FeX → R + AlX/FeX
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.
Pereaksi adalah asam sulfat (HSO) berasap dengan mekanisme pembentukan elektrofil adalah sebagai berikut :
(HSO) → SO + H0
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".