TUGAS TERSTRUKTUR TATAP MUKA KE-6 DAN KE-7

1.    Jelaskan mengapa suatu sikloheksana ter-distribusi cis-1,3 lebih stabil daripada struktur trans padanannya?

2.    Tuliskan proyeksi fischer untuk semua konfigurasi yang mungkin dari 2,3,4 pentanatriol. Tunjukkan pasangan-pasangan enantiomernya?

JAWAB:

1.    Kelompok golongan hidrokarbon jenuh dimana rantai-rantai karbonnya tertutup dan juga membentuk cincin adalah suatu definisi dari sikloalkana dimana sehingga juga termasuk dalam hidrokarbon siklik. Sikloalkana sebenarnya juga memiliki sifat-sifat yang hampir sama dengan alkana yang hidrogen alifatik maka dalam hal ini sikloalkana dapat dikategorikan sebagai hidrokarbon alisiklik.

Menurut teori regangan Baeyer dimana ia menjelaskan bahwa senyawa siklik sama seperti halnya sikloalkana yang membentuk cincin datar. Jika sudut yang ada didalam ikatan yang berada didalam senyawa siklik menyimpang dari sudut tetrahedral maka terjadi renggangan pada molekulnya. Sehingga akibatnya molekulnya semakin tegang dan menjadi semakin reaktif. Baik cis maupun trans dapat saja ditemukan dalam senyawa sikloheksana yang jika digambarkan dengan konformasi kursi yang dimana masing-masing subtituennya dapat berposisi aksial atau ekuatorial. Sifat dimiliki sikloalkana hampir sama dengan alkan baik itu sifat fisika maupun sifat kimia yaitu non polar, titik leburnya juga sebanding dengan berat molekulnya dan juga inert yaitu lambat bereaksi dengan senyawa lain.

Hal ini juga sama terjadi pada siklohesana cis-1,3 dan trans 1,3. Dimana pada sikloheksana dapat terjadi dua kemungkinan ini tapi cis 1,3 akan lebih stabil daripada trans-1,3. Hal ini dikarenakan pada posisi cis-1,3 subtituennya dapat memiliki posisi ekuatorial sedangkan trans-1,3 mendapat posisi aksial dimana kestabilan suatu suatu isomer itu tergantung pada letak subtituennya. Mengapa posisi ekuatorial lebih stabil, hal ini dikarenakan bahwa pada posisi ekuatorial efek tolakan steriknya lebih kecil dibandingkan dengan trans-1,3.

2.    Struktur 2,3,4 pentatriol

Setelah mengalami proyeksi fischer

STEREOKIMIA

A.   KONFIGURASI MUTLAK DAN RELATIF

1.    KONFIGURASI MUTLAK

Senyawa kiral adalah ketika adanya empat ligan yang berbeda terikat pada atom karbon dimana dapat menghasilkan molekul asimetris.

Contohnya :

Enantiomer adalah dua streoisomer yang dimana memperlihatkan namun tidak dapat dihimpitkan terhadap bayangan cerminnya. Diastreomers pada umumnya memiliki paling tidak dua pusat asimetris dimana bias salah satu diantaranya memiliki konfigurasi yang sama dan bukan merupakan bayangan cerminnya.sebagian besar senyawa kiral memiliki pusat kiral yang umumnya diwakili oleh karbon tetrahedral, meskipun atom lain seperti nitrogen, sulfur, fosfat, dapat juga ditemukan dalam stereoisomer. Senyawa yang memiliki sedikitnya dua enantiomer adalah senyawa kiral.

Sifat utama dari stereoisomer adalah diwakili oleh perputaran cahaya terpolaralisasi kearah yang berbeda. Berlawanan arah jarum jam maka disebut levo dan searah jarum jam disebut dektro.

Canh-ingold-prelog adalah suatu konvensi yang dimana memiliki sistem yang paling sukses untuk menunjukkan konfigurasi-konfigurasi senyawa umum dan juga sistem ini menggunakan huruf R capital dan juga S kapital untuk setiap pusat kiral dalam suatu molekul dan juga merupakan pilihan dimana untuk menentukkan konfigurasi pusat kiral molekul obat.

Dalam penentuan setiap gugus yang melekat pada pusat kiral didasarkan pada nomor atom yang bersangkutan. Nilai nomor atom yang dimiliki suatu atom lebih tinggi maka atom tersebut akan menjadi prioritas yang lebih diutamakan. Sehingga atom hidrogen yang hanya memiliki satu atom berakhir pada urutan yang paling akhir. Seandainya urutan prioritas suatu gugus tersusun menurut arah jarum jam disekitar pusat kiral maka karbon kiral menerima konfigurasi R (rectus) dan jika sebaliknya sebagai konfigurasi S (sinister). Adapun cara untuk untuk menentukan konfigurasi sebagai R atau S:

·        Urutkan prioritas keempat atom yang terikat pada pusat kiral berdasarkan nomor atomnya. Jika diketahui atom Br = 35, Cl =17, F=9, H= 1. Jadi urutan prioritas dari keempat atom ini adalah Br > Cl > F > H.

·        Gambarlah proyeksi molekul sedemikian rupa sehingga atom yang paling kecil nomor atomnnya diletakkan dibelakang.

·        Buatlah anak panah yang mana dimulai dari atom atau gugus yang memiliki prioritas paling tinggi ke prioritas yang paling rendah.

·        Bila anak panah searah jarum jam maka konfigurasinya adalah R. sebaliknya jika anak panah berlawanan dengan arah jarum jam maka konfigurasinya adalah S. jadi konfigurasi struktur (1) adalah S dan konfigurasi struktur (2) adalah R.

2.    Konfigurasi relatif

Jika menggunakan konfigurasi fisher maka sistem penggambaran konfigurasi gugus yang berada disekitar pusat kiral akan berbeda  dimana susunan ruang atom atau gugus yang menempel pada karbon kiral yaitu konvensi D dn L. Dalam biokimia dan kimia organik yang dimana metode ini banyak digunakan dalam kedua bidang tersebut. Dalam kimia organik dan biokimia terutama karbohidrat dan asam amino. Dimana gliseraldehida dengan rantai karbon ditetapkan sebagai senyawa standar untuk menentukan konfigurasi semua karbohidrat. Proyeksi fischer terhadap griseraldehida dengan rantai karbon yang digambarkan secara vertikal dengan karbon yang paling teroksidasi harus berada pada bagian yang paling atas. Gugus OH yang berada disebelah pusat kiral digambarkan pada sisi sebelah kanan untuk isomer D dan disebelah kiri untuk isomer L. dalam hal ini maka berarti setiap gula yang memiliki streokimia yang sama dengan D-gliseraldehida termasuk gula seri D (misalnya D-glukosa) sedangkan gula yang memiliki stereokimia yang sama dengan L-giliseraldehida berarti seri L.

Sistem ini analog untuk asam amino, jika proyeksi fisher digambarkan rantai karbon vertikal dengan atom karbon yang paling teroksidasi berada palinga atas. Maka asam amino yang ditemukan dalam protein manusia diketahui memiliki gugus NH pada posisi sebelah kiri fisher yang dimana juga sama dengan posisi L-gliseraldehida. Sehingga asam-asam amino ini dikenal dengan asam amino seri L . hal ini sangat menguntungkan dan bermanfaat dalam bidang kesehatan khususnya dalam bidang farmasi dimana dalam merancang obat dengan uji toksisitas selektif, dan yang diketahui asam amino pada mikroorganisme diketahui memiliki konfiguasi yang berlawanan yaitu seri-D. seperti contoh dimana pensilin yang menghambat enzim transpeptidase dalam sintesis dinding sel mikroba. Hal ini berhubungan dengan dipeptida D-alanin-D-alanin dari dinding sel mikroba yang mirip dengan struktur penisilin, sehingga penisilin tidak toksis terhadap manusia yang memiliki L-alanin dalam protein tubuh.

B.   Pemisahan campuran resemik

Suatu campuran dimana memiliki sepasang enantiomer dengan jumlah yang sama dan sepasang enantiomer itu adalah enantiomer R dan enantiomer S dan hali ini disebut dengan campuran resemik.

Sebagian orang ada yang mungkin kurang memperhatikan sifat optis suatu senyawa organik padahal dalam suatu reaksi kimia dalam sistem biologis makhluk hidup sangat stereospesifik dimana artinya suatu stereoisomer akan menjalani reaksi yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis mahluk hidup. Bahkan pada lain hal suatu stereoisomer dapat menghasilkan produk yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis mahluk hidup.

Dikebanyakan reaksi dilaboratorium dimana seorang ahli kimia dapat menggunakan bahan baku akiral ataupun rasemik dan memperoleh produk akiral dan resemik. Dengan hal ini dapat seringnya kiralitas (tiadanya kiralitas) pereaksi dan produk diabaikan dalam bab-bab berikutnya.

Berlainan dengan reaksi kimia yang ada dilaboratorium, kebanyakan reaksi biologis mulai dengan pereaksi kiral ataupun akiral dan menghasilkan produk-produk kiral. Reaksi biologis ini di bantu oleh katalis biologis yang disebut enzim. Dalam laboratorium pemisahan fisis ataupun campuran rasemik menjadi enantiomer-enantiomer murni disebut resolusi campuran rasemik itu. Pemisahan natrium ammonium tartarat  rasemik oleh Pasteur adalah suatu resolusi campuran tersebut. Enantiomer-enantiomer yang mengkristal secara terpisah merupakan suatu gejala yang sangat jarang jadi ahli kimia mengandalkan reagensia kiral atau katalis kiral yang dimana hampir selalu berasal dari dalam organisme hidup.

Cara untuk memisahkan campuran rasemik atau sekurangnya mengisolasi enantiomer murni atau mengolah campuran itu dengan suatu mikroorganisme yang hanya akan mencerna salah satu dari enantiomer itu.

Pemisahan enantiomer dari rasemat atau dengan pemisahan rasemat adalah masalah biasa dalam penelitian stereokimia sama halnya pada preparasi senyawa aktif biologi dalam obat. Masalahnya adalah berbeda dengan diastereomer dan tipe jenis isomer lainnya, enantiomer menunjukkan sifat fisika kimia yang sama.

Pemisahan enantiomer adalah penelitian yang telah banyak dilakukan dalam analisis kimia terutama dalam bidang biologi dan farmasi karena obat kiral diberikan sebagai salah satu enantiomer atau sebagai campuran rasemat. Dapat terjadi bahkan sering kali dua enantiomer dari dua obat rasemat yang sama memilki efek farmakologi yang berbeda. Contohnya, S(+)-propanol sangan lebih aktif daripada enantiomernya. Anastetik ketamin diberikan kepada campuran rasemat dan R(+) ketamin lebih potensi daripada R(-) ketamin. Disamping itu bentuk  R(+) oleh hadirnya competent campuran dalam rasemat obat, sehingga saat ini kecenderungan industri farmasi dalam mempersiapkan obat dalam suatu enantiomernya saja. Hal ini dikarenakan hasilnya dari beberapa obat melalui reaksi stereoselektif atau melalui proses penyiapan pemisahan enantiomer bias memberikan bahan yang tidak murni. Jadi diperlukan metode analisis yang sangat sensitive karena daya pemisahan yang tinggi maka diperlukan untuk mengontrol proses sintesis senyawa kiral untuk sediaan farmasi.

Satu pendekatan dalam pemisahan enantiomer kadang ditunjukkan dalam pemisahan enantiomer secara tidak langsung dan hal itu melibatkan penggabungan enantiomer dengan reagen kiral tambahan untuk merubah molekul tersebut menjadi diastereomer. Senyawa diastereomer tersebut bias kemudian dipisahkan dengan beberapa teknik pemisahan akiral.

Pada saat ini metode pemisahan secara langsung biasanya dapat dilakukan dengan cara yang mana enantiomer ditempatkan didalam lingkungan kiral. Sebagai suatu prinsip penggunaan selector atau kiral irradiasi bias membedakan dengan jelas antara dua enantiomer. Kiral selector dapat merupakan suatu molekul atau permukaan kiral yang cocok.

STEREOKIMIA

A.   ISOMERI GEOMETRIK DALAM ALKENA DAN SENYAWA SIKLIK

Isomeri geometrik yang diakibatkan oleh ketegaran dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelas senyawa yaitu alkena dan senyawa siklik. Molekul yaitu dimana bukanlah partikel static yang hanya berdiam diri. Atom dan gugus yang terikat hanya oleh ikatan sigma dapat berputar (rotasi) sedemikian sehingga bentuk keseluruhan sebuah molekul selalu berubah berkesinambungan. Akan tetapi gugus-gugus yang telah terikat dalam ikatan rangkap tidak dapat berputar dalam ikatan rangkap itu sebagai sumbu, tanpa mematahkan ikatan-pi itu. Energy yang perlukan untuk mematahkan energy pi-karbon-karbon sekitar 68 kkal/mol dan tidak tersedia untuk molekul itu pada suhu kamar. Karena ketegaran ikatan pi inilah maka gugus-gugus yang terikat pada karbon yang dimana terikat pada ikatan pi maka akan terletak pada ruang relatif satu sama lain.

Biasanya struktur suatu alkena dapat ditulis seakan-akan atom-atom karbon sp² dan atom-atom yang terikat pada mereka terletak semuanya pada bidang kertas. Dalam pemaparan ini satu cuping (lobe) maka ikatan pi dapat diberapa diatas kertas dan cuping yang lain berada dibawah kertas, tertutup oleh cuping diatas.

Dalam gambar diatas dapat dilihat bahwa suatu struktur dengan dua atom Cl satu pada tiap karbon dan pada satu sisi ikatan pi dan dua atom H yang berada pada sisi yang lain. Dikarenakan ikatan rangkap tegar maka molekul ini tidak mudah saling diubah dengan senyawa dalam muaton atom-atom Cl yang berada pada sisi ikatan pi yang berlawanan.

Dua gugus yang terletak pada satu sisi ikatan pi disebut cis dan gugus-gugus yang terletak pada sisi-sisi yang berlawanan disebut trans.

Sifat-sifat fisik cis dan trans 1,2 dikloroetana berbeda, dan juga mereka adalah senyawa yang berlainan. Tetapi kedua senyawa ini bukanlah senyawa dari isomer-isomer struktural karena ikatan atom-atom dan lokasi ikatan rangkapnya sama. Pasangan ikatan isomer ini masuk dalam kategori umum streoisomer : senyawa berlainan yang dimana memiliki struktur berbeda hanya dalam hal penataan atom-atom dalam ruangan dan dapat dikatakan pasangan isomer ini termasuk dalam kategori yang lebih spesifik : isomer geometrik dan ada juga yang menyebutkan isomer cis-trans. Streoisomer-streoisomer yang  berbeda karena gugus-gugus yang berada pada satu sisi atau pada sisi yang  berlawanan terhadap letak ketegaran molekul.

Persyaratan isomer geometrik dalam alkena ialah bahwa tiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi maka mengikat dua gugus yang berlainan, misalnya H dan Cl atau CH3 dan Cl maka salah satu atom karbon berikatan rangkap mempunyai dua gugus identik. Misalnya dua atom H dan dua gugus CH3 maka tidak mungkin akan terjadi isomer geometrik.

Bila tiga atau empat gugus yang terikat pada atom-atom karbon yaitu suatu ikatan rangkap berlainan, maka hal tersebut dapat diperoleh isomer geometrik. Akan tetapi terkadang akan sulit menentukan penandaan yang mana cis maupun trans pada isomer-isomer itu.

Contohnya yaitu Br dan Cl dapat dikatan trans satu sama lain atau I dan Cl dapat dikatakan cis satu sama lain. Akan tetapi struktur itu dalam keseluruhan nya tidak dapat dinamai sebagai cis maupun trans. Karena kembar makanya dalam kasus semacam ini maka telah dikembangkan sistem penetapan isomer yang lebih umum yang disebut sistem E dan Z.

Sistem E dan Z ini dasarkan pada suatu pemberian prioritas dikarenakan atom atau gugus yang terikat pada masing-masing atom karbon pada ikatan rangkap. Jika atom atau gugus yang berprioritas tinggi itu berada dalam suatu sisi maka itu disebut Z. dimana sebelumya huruf E berasal dari entgegen kata dari bahasa jerman yang artinya bersebrangan sedangkan Z berasal dari kata zusammen arti dari kata jerman untuk arti bersama-sama.

Jika kedua atom pada masing-masing karbon ikatan rangkap itu berbeda maka prioritas utama didasarkan pada bobot atom yang dimana akan langsung terikat pada karbon ikatan rangkap itu. Atom karbon yang memiliki bobot yang lebih tinggi maka memperoleh maka dapat memperoleh prioritas yang lebih tinggi. Pada contoh ini bobot atom I lebih tinggi pada atom Br maka I berprioritas lebih tinggi. Pada atom lain Cl lebih diprioritaskan daripada F.

Isomeri geometrik dalam senyawa siklik

Atom-atom yang tergabunng dalam suatu cincin yang dimana tidak bebas berotasi mengelilingi ikatan sigma dari cincin. Rotasi dapat mengelilingi ikatan-ikatan sigma cincin dimana akan memutus agar atom-atom gugus yang terikat dapat melewat pusat cincin itu, tetapi gaya van der waals menghalangi terjadinya gerakan ini, kecuali jika cincin terdiri dari sepuluh atom karbon atau lebih. Dalam senyawa organik cincin yang paling lazim ialah cincin lima atau enam anggota. Maka oleh karena itu pembahasan dipusatkan dengan cincin atom karbon atau kurang.

Untuk saat ini diandaikan atom-atom karbon merupakan suatu struktur lingkar seperti sikloheksana yang membentuk bidang datar meskipun pengandalan ini tidak sepenuhnya benar. Dalam hal ini bidang cincin dipandang hampir-hampir horizontal dimana tepi cincin yang menghadap pembaca ditebali.

Tiap atom karbon dalam cincin sikloheksana terikat pada atom-atom tetangganya dan juga pada dua atom atau gugus lainnya. Ikatan pada dua gugus lain ini dinyatakan oleh garis-garis vertikal pada bidang kertas. Suatu gugus yang terikat pada ujung atas garis vertikal dikatakan berada diatas bidang cincin dan gugus yang terikat pada ujung bawah garis vertikal itu dikatakan berada dibawah bidang cincin.

Dalam perkembangan ini, atom-atom hydrogen yang terikat pada cincin dan ikatan-ikatn mereka tidak akan selalu ditunjukkan.

B.   KONFORMASI DAN KIRALITAS SENYAWA RANTAI TERBUKA

Pada senyawa rantai terbuka gugus-gugus yang terikat pada ikatan sigma dapat berotasi mengelilingi ikatan itu maka atom-atom dalam suatu molekul rantai terbuka dapat memiliki tak terhingga banyak posisi didalam ruang relatif satu terhadap yang lain. Sama pada halnya etana yang sebuah molekul kecil tetapi etana dapat memiliki penataan dalam ruang secara berlain-lainan dan penataan itu disebut dengan konformasi.

Untuk mengemukakan konformasi aka digunakan tiga jenis rumus yaitu rumus dimensional, rumus bola dan pasak dan proyeksi newman. Pada suatu rumus bola dan pasak dan rumus dimensional adalah representasi dari model molekul suatu senyawa. Suatu proyeksi newman adalah pandang dari ujung keujung dari dua atom karbon saja dalam molekul itu. Ikatan yang mehubungkan kedua atom itu tersembunyi. Ketiga ikatan dari karbon depan tampak menuju pusat proyeksi dan ketiga ikatan dari karbon belakang hanya tampak sebagian.

Proyeksi newman dapat digambar dengan dua molekul atom karbon atau lebih, hal itu dikarenakan tiap kali hanya dapat dua atom karbon yang dapat ditunjukkan dalam proyeksi itu, maka lebih dari satu proyeksi newman dapat digambar untuk sebuah molekul. Misalnya dapat dikemukakan dua proyeksi newman untuk 3-kloro-1-propanol.

Karena adanya rotasi yang mengelilingi ikatan sigma, maka suatu molekul dapat memiliki konformasi molekul berapa saja. Konformasi yang berbeda-beda itu disebut konformer. Karena konformer dapat dengan mudah diubah satu menjadi yang lain dan biasanya mereka tidak dapat diisolasi satu bebas dari yang lain, seperti isomer struktural.

Dalam rumus-rumus etana dan 3-kloro-2-propanol telah diperagakan conformer goyang, dalam atom-atom hidrogen atau gugus-gugus terpisah sejauh mungkin satu dari yang lain. Karena atom C-C dapat berotasi maka atom-atom hidrogen juga dapat saling menutup atau sedapat mungkin berdekatan satu dibelakang yang lain.

Rotasi yang mengelilingi ikatan sigma seringkali disebut juga rotasi bebas akan tetapi sebenarnya rotasi ini tidaklah benar-benar bebas. Konformasi elips dari etana kira-kira 3 kkal/mol hal ini menyebabkan kurang stabil karena lebih tinggi energinya dibandingkan dengan conformer goyang, karena adanya tolak-menolak antara electron-elektron ikatan dan atom-atom hidrogen. Untuk berotasi dari konformasi goyang ke konformasi elips maka satu mol molekul etana memerlukan 3 kkal energi hal ini dikarenakan pada suhu kamar jumlah  energi ini mudah diperoleh maka rotasi itu dapat berlangsung dengan mudah dan inilah sebabnya konformasi yang berbeda-beda bukanlah isomer. Akan tetapi meskipun konformasi-konformasi etana mudah dipertukarkan pada temparatur kamar namun pada saat kapan saja sebagian besar molekul etana mudah dipertukankan pada temparatur kamar, pada saat kapan saja sebagian besar molekul etana berada dalam konformasi goyang dikarenkan energinya lebih rendah.

Kiralitas senyawa rantai terbuaka

     Kiralitas yaitu dimana suatu benda yang tidak dapat dihimpitkan pada bayangan cermin maka hal tersebut disebut dengan kiral dan sebaliknya disebut akiral.

Sebuah molekul akiral dan molekul bayangan cerminnya yang dapat diimpitkan adalah senyawa yang sama dan hal tersebut tidak dapat dikatakan isomer.

Sebuah molekul kiral tidak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya dikarenakan merupakan dua senyawa yang berbeda dan streoisomer yang disebut enansiomer yaitu sepasang isomer yang merupakan bayangan cermin yang tidak dapat diimpitkan.

Atom karbon kiral terjadi karena molekul tersebut mengandung sebuah atom karbon sp³ dan 4 gugus yang berlainan dan atom karbon tersebut disebut dengan atom karbon asimetris atau atom karbon kiral. Penataan gugus-gugus yang disekitar atom kiral disebut dengan konfigurasi mutlak.