Reaksi Alkena dengan Hidrogen Halida

Ditulis oleh Jim Clark pada 17-10-2007

Halaman ini membahas mengenai reaksi antara ikatan karbon-karbon rangkap (C=C) pada senyawa-senyawa alkena seperti etena dengan halida-halida hidrogen seperti hidrogen klorida dan hidrogen bromida.
Alkena-alkena simetris (seperti etena atau but-2-ena) akan dibahas pertama kali. Alkena-alkena ini memiliki gugus-gugus identik yang terikat pada masing-masing ujung ikatan C=C. Untuk alkena-alkena yang tidak simetris seperti propena, reaksi yang terjadi sedikit lebih rumit, sehingga akan dibahas pada bagian terpisah selanjutnya.
Adisi pada alkena-alkena simetris
Fakta-fakta
Semua alkena mengalami reaksi adisi dengan halida-halida hidrogen. Sebuah atom hidrogen terikat pada salah satu atom karbon yang pada awalnya berikatan rangkap, dan sebuah atom halogen terikat pada atom karbon lainnya.
Sebagai contoh, dengan etena dan hidrogen klorida, akan terbentuk kloroetana:

But-2-ena dengan hidrogen klorida akan menghasilkan 2-klorobutana:

Apa yang akan terjadi jika hidrogen diadisi ke atom karbon pada ujung sebelah kanan ikatan rangkap, dan klorin diadisi ke atom karbon pada ujung sebelah kiri? Hasil reaksi yang terbentuk masih sama, yaitu 2-klorobutana.
Klorin akan terikat pada atom karbon setelah ujung rantai – molekul hanya terputar dimana hidrogen dan klorin menempati ujung yang berlainan.
Ada perbedaan untuk alkena yang tidak simetris – itulah sebabnya alkena yang tidak simetris ini akan dibahas secara terpisah.
Kondisi-kondisi
Senyawa-senyawa alkena bereaksi dengan hidrogen halida yang berwujud gas pada suhu kamar. Jika alkena juga merupakan sebuah gas, maka kedua gas tersebut bisa bercampur. Jika alkena berwujud cair, maka hidrogen halida bisa digelembungkan melalui alkena yang berwujud cair tersebut.
Senyawa-senyawa alkena juga akan bereaksi dengan larutan-larutan gas yang pekat dalam air. Larutan hidrogen klorida dalam air adalah asam hidroklorat. Larutan hidrogen bromida dalam air adalah asam hidrobromat – dan seterusnya.
Akan tetapi, reaksi-reaksi ini sedikit rumit. Air juga akan terlibat dalam reaksi dan hasil reaksi adalah campuran dari beberapa produk.
Laju reaksi
Variasi laju reaksi sesuai jenis halogen
Laju raksi akan meningkat sesuai dengan urutan HF – HCl – HBr – HI. Hidrogen fluoride bereaksi jauh lebih lambat dibanding HF, HBr dan HI, dan biasanya diabaikan ketika kita membahas tentang reaksi-reaksi ini.
Apabila halida-halida hidrogen bereaksi dengan senyawa-senyawa alkena, maka ikatan hidrogen-halogen harus terputus. Kekuatan ikatan akan menurun semakin ke bawah mulai dari HF sampai HI, dan ikatan hidrogen-fluorine cukup kuat. Karena ikatan antara hidrogen dan fluorine sulit diputus, maka adisi HF akan berlangsung lambat.
Variasi laju reaksi sesuai jenis alkena
Variasi ini berlaku baik bagi alkena tak-simetris maupun alkena simetris. Untuk memudahkan, berikut ini hanya diberikan contoh-contoh dari alkena simetris.
Laju reaksi meningkat seiring dengan bertambah kompleksnya molekul alkena, yakni bertambah besar dalam arti jumlah gugus alkil (seperti gugus metil) yang terikat pada atom karbon di kedua ujung ikatan rangkap.
Sebagai contoh:

Ada dua penjelasan untuk meningkatnya kereaktifan pada gambar di atas – kedua penjelasan ini memerlukan pengetahuan tentang mekanisme reaksi.
Alkena bereaksi karena elektron-elektron dalam ikatan pi menarik sesuatu yang memiliki muatan positif. Apapun yang dapat meningkatkan kepadatan elektron di sekitar ikatan rangkap akan membantu daya tarik elektron-elektron dalam ikatan pi tersebut.
Gugus-gugus alkil memiliki kecenderungan untuk "menekan" elektron-elektron agar menjauh darinya menuju ke ikatan rangkap. Semakin banyak gugus alkil, semakin negatif daerah di sekitar ikatan-ikatan rangkap tersebut.
Semakin bermuatan negatif daerah di sekitar ikatan rangkap, maka semakin kuat daya tariknya terhadap molekul-molekul seperti hidrogen klorida.
Meski demikian, alasan yang lebih penting tentang meningkatnya kereaktifan terletak pada kestabilan ion intermediet yang terbentuk selama reaksi berlangsung. Ketiga contoh yang diberikan pada gambar di atas menghasilkan ion-ion karbonium berikut (ion intermediet) pada tahap pertengahan reaksi:

Kestabilan ion-ion intermediet ini mempengaruhi energi aktivasi reaksi. Semakin kompleks alkena, energi aktivasi reaksi semakin berkurang. Ini berarti bahwa reaksi akan berlangsung lebih cepat.
Adisi pada alkena-alkena tidak simetris
Fakta-fakta
Dari segi kondisi-kondisi reaksi dan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi, tidak ada perbedaan antara alkena tak-simetris dengan alkena simetris yang telah dijelaskan di atas. Yang menjadi permasalahan pada alkena-alkena tidak simetris adalah orientasi adisi – dengan kata lain, atom karbon mana dari ikatan rangkap yang dimasuki oleh hidrogen dan halogen.
Orientasi adisi
Jika HCl diadisi pada alkena tidak simetris seperti propena, ada dua kemungkinan cara adisi yang bisa terjadi. Akan tetapi, biasaya hanya terdapat satu produk utama.

Ini sejalan dengan Kaidah Markovnikov yang mengatakan bahwa:

Apabila sebuah senyawa HX diadisi pada sebuah alkena tidak simetris, maka hidrogen akan terikat pada atom karbon yang sebelumnya memiliki paling banyak atom hidrogen.

Dalam hal ini, hidrogen terikat pada gugus CH₂, karena gugus CH₂ memiliki lebih banyak hidrogen dibanding gugus CH.
Perlu diperhatikan bahwa hanya hidrogen yang terikat langsung pada atom karbon ikatan rangkap yang dihitung. Hidrogen yang terdapat pada gugus CH₃ tidak dianggap.
Pengecualian untuk hidrogen bromida
Berbeda dengan halida-halida hidrogen yang lain, hidrogen bromida bisa diadisi ke sebuah ikatan karbon-karbon rangkap baik pada ujung yang satu maupun pada ujung yang lain – tergantung pada kondisi-kondisi reaksi.
Adisi hidrogen bromida murni pada alkena murni
Apabila hidrogen bromida dan alkena sama-sama murni, hidrogen bromida akan masuk ke karbon ikatan rangkap menurut Kaidah Markovnikov. Sebagai contoh, dengan propena akan diperoleh 2-bromopropana.

Halida-halida hidrogen yang lain mengalami adisi dengan propena persis sama seperti mekanisme di atas.
Adisi hidrogen bromida yang mengandung peroksida organik pada alkena yang mengandung peroksida yang sama
Oksigen dari udara cenderung bereaksi lambat dengan alkena menghasilkan beberapa peroksida organik, sehingga dengan sendirinya akan terdapat beberapa peroksida organik dalam alkena. Dengan demikian, reaksi dengan oksigen ini adalah reaksi yang cenderung terjadi sebelum semua udara dikeluarkan dari sistem.
Apabila hidrogen bromida dan alkena sama-sama mengandung peroksida organik dalam jumlah kecil, maka reaksi adisi berlangsung dengan cara berbeda dan dihasilkan 1-bromopropana:

Reaksi ini terkadang disebut sebagai adisi anti-Markovnikov atau efek peroksida.
Peroksida-peroksida organik adalah sumber radikal bebas yang sangat potensial. Dengan adanya peroksida organik, hidrogen bromida akan bereaksi dengan alkena menggunakan mekanisme yang berbeda (lebih cepat). Karena berbagai faktor, reaksi ini tidak terjadi pada halida-halida hidrogen yang lain.
Reaksi ini juga bisa terjadi dengan mekanisme ini jika terdapat sinar ultraviolet dengan panjang gelombang yang tepat untuk memutus ikatan hidrogen-bromida menjadi hidrogen dan radikal bebas bromin.