Pada tahun 1930,
Hammet telah mempelajari hubungan antara struktur dan aktivitas biologik dari
suatu senyawa seturunan. Ternyata, adanya perubahan gugus pada senyawa induk
dapat menyebabkan perubahan pada lipofilitas, elektronik atau sterik suatu
senyawa, sehingga dapat menyebabkan perubahan pada aktivitas biologik yang
ditimbulkannya.
Hammet mengemukakan
bahwa efek elektronik dari suatu gugus dapat mempengaruhi tetapan keseimbangan
atau tetapan reaksi suatu senyawa. Parameter elektronik memberikan nilai yang
merupakan ukuran tingkat kekuatan menyumbangkan elektron atau menarik elektron.
Dengan kata lain adanya gugus pengganti dapat mengubah kekuatan elektronik pada
pusat reaksi.
Suatu
reaksi polar terjadi karena interaksi antara sebuah nukleofil dengan sebuah elektrofil.
Kekuatan interaksi dan affinitas reaksi tersebut umumnya dikuasai oleh kekuatan
nukleofil dan elektrofil pereaksi. Gugus substituen yang tidak mengalami reaksi
namum berlokasi di dekat pusat reaksi mengganggu kekuatan tersebut melalui penarikan
elektron atau penyumbangan elektron. Substituen pemberi elektron meningkatkan
kekuatan nukleofil (kebasaan) dan menurunkan kekuatan elektrofil (keasaman);
hal yang sebaliknya terjadi pada substituen penarik elektron yang akan meningkatkan
kekuatan elektrofil dan menurunkan kekuatan nukleofil pereaksi.
Pada tahun
1937 Hammett mengusulkan suatu hubungan kuantitatif untuk menghitung pengaruh
substituen terhadap reaktivitas molekul, hubungan ini disebut persamaan
Hammett.
dengan k = tetapan hidrolisis
ester tersubstitusi meta atau para,
ko
= tetapan hidrolisis yang bekaitan
dengan senyawa tak tersubstitusi,
σ =
tetapan substituen,
ρ = tetapan reaksi.
Persamaan
ini menggambarkan pengaruh substituen polar posisi meta atau para terhadap sisi
reaksi turunan benzena. Persamaan Hammet tidak berlaku untuk substituen pada
posisi orto karena adanya efek sterik, dan juga terhadap turunan alifatik
karena pelintiran rantai karbon dapat menimbulkan aksi sterik. Suatu alur log k/ko
lawan σ
adalah linier, dan kemiringannya adalah ρ. Tetapan substituen σ ditetapkan dengan Persamaan :
dengan Ko
menyatakan tetapan ionisasi asam benzoat, dan K adalah tetapan
ionisasi turunan asam benzoat.
Tabel
1. Tetapan nilai subtituen
Pada tabel
1 telah jelas bahwa nilai σ bagi beberapa gugus adalah negatif sedangkan yang lain
adalah positif. Nilai negatif bagi gugus amino menunjukkan peningkatan kerapatan
elektron pada pusat reaksi sedangkan nilai positif bagi nitril menunjukkan penurunan
kerapatan elektron. Nilai-nilai tersebut dapat digunakan sebagai ukuran derajat
pengusiran atau penarikan elektron oleh gugus terhadap cincin benzena.
Nilai angka
bagi ρ (Tabel 2) dapat diinterperetasikan
dengan yang sama. Suatu reaksi yang melibatkan muatan positif dalam keadaan
transisi akan dibantu oleh substituen pemberi elektron dan nilai ρ akan negatif. Di pihak lain bagi reaksi
yang melibatkan penurunan muatan positif atau meningkatan muatan negatif akan dipermudah
oleh substituen penarik elektron dan nilai ρ akan positif. Besarnya nilai ρ menunjukkan kepekaan pusat reaksi
terhadap efek polar dari substituen dan juga memberikan informasi tentang sifat
keadaan transisi yang terlibat dalam reaksi. Kecepatan sejumlah reaksi telah
dihubungkan dengan persamaan Hammet, dan beberapa yang lain dapat diperkirakan
dengan menggunakan persamaan Hammet. Sangat sulit memperkirakan ρ dari kondisi percobaan karena ρ tergantung pada banyak faktor seperti
pelarut, sifat gugus pergi, dan sebagainya. Penempatan gugus metilen di antara
pusat reaksi dengan cincin aromatik akan menurunkan nilai ρ karena efek polar diteruskan melalui
ikatan yang telah bertambah.
Persamaan
Hammet yang telah mengalami perluasan tertentu telah diusulkan. Jaffe
menyelidiki sifat penambahan lebih daripada satu gugus kepada cincin aromatik. Jaffe
menemukan bahwa nilai σ untuk berbagai gugus dapat dijumlahkan dan hubungan berikut
memberikan hasil yang baik.
dengan Σσ berarti jumlah nilai-nilai σ dari semua gugus.
Bagi
senyawa yang mengandung lebih dari satu cincin benzena, Persamaan berikut ini
dapat digunakan untuk menghubungkan hasil-hasil tersebut.
Di dalam
sistem alifatik kaku seperti asam 4-substituen bisiklo[2,2,2]oktan-1-karboksilat
(22), substituen - substituen
juga mengikuti persamanaan Hammett meskipun dengan kumpulan nilai σ yang berbeda, digambarkan dengan σ1. Nilai σ1 menyatakan efek elektrik substituen
yang terikat pada atom karbon hibrida sp3 karena efek ini diteruskan
elektron σ.
Nilai σ1 sejumlah gugus diberikan dalam Tabel 1.
Tabel
2. Hubungan kecepatan reaksi dengan tetapan subtituen
Persamaan
Hammett terbukti paling sukses digunakan untuk hubungan kuantitatif antara
struktur-struktur senyawa dengan kesetimbangan atau kecepatan reaksi. Akan tetapi
teramati pula adanya penyimpangan dari persaman tersebut. Telah ditemukan adanya
grafik antara logaritme tetapan kecepatan reaksi lawan σ yang non-linear, diperoleh dari reaksi
klorinasi dengan nitrasi benzena tersubstitusi, dan reaksi benzilhalida dengan
amina. Tetapan kecepatan reaksi solvolisis meta-substitusi fenildimetilkarbinil
klorida memberikan grafik linier terhadap tetapan σ, tetapi parasubstituen menyimpang dari
linearitas. Alasan yang paling penting untuk deviasi ini adalah interaksi
resonansi antara substituen dengan pusat reaksi.
DAFTAR
PUSTAKA
Ariens, E.
J. 1971. Drug Design. New York and
London : Academic Press.
Firdaus. 2009. Modul
Pembelajaran Kimia Organik Fisis I. Makasar: Universitas Hasanudin.
Pertanyaan:
Kenapa
persamaan Hammet tidak berlaku untuk substituen pada posisi orto dan juga
terhadap turunan alifatik?
