Makalah Stereokimia [PDF]

Citation preview

2. STEREOKIMIA Stereokimia adalah studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, artinya bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul diatur dalam ruang satu terhadap ruang yang lainnya. Stereokimia ini sangat penting. Karena sterokimia ini, sebuah struktur yang memiliki rumus molekul sama hanya karena susunannya berbeda akan mengakibatkan fungsi yang berbeda pula, hal ini sering terjadi di dunia kesehatan. pada produk hasil sintesis. produk berupa rasemat, yaitu dua produk isomer yang berlawanan strukturnya. 2.1 Isomer Isomer adalah molekul yang memiliki formula molekul yang sama tetapi memiliki pengaturan yang berbeda pada bentuk 3D. Tidak termasuk pengaturan berbeda yang diakibatkan rotasi molekul secara keseluruhan ataupun rotasi pada ikatan tertentu (ikatan tunggal). Isomer adalah senyawa-senyawa kimia yang mempunyai rumus molekul sama tetapi rumus strukturnya berbeda, sehingga sifat-sifatnya pun berbeda. 2.2 Jenis Isomer 2.2.1 Isomer Struktur Dalam isomer struktur, atom diatur dalam susunan yang berbeda-beda. Isomer struktural terjadi molekul sama,



ketika dua



tetapi struktur



yang



atau lebih



senyawa organik



berbeda.



Perbedaan-perbedaan



memiliki rumus ini cenderung



memberikan molekul kimia dan sifat fisik yang berbeda. Ada tiga jenis isomer struktur yaitu sebagai berikut : a. Isomer Rantai Isomer-isomer ini muncul karena adanya kemungkinan dari percabangan rantai karbon. Sebagai contoh, ada dua buah isomer dari butan, C4H10. Pada salah satunya rantai karbon berada dalam bentuk rantai panjang, dimana yang satunya berbentuk rantai karbon bercabang.



Isomer rantai muncul karena susunan yang berbeda dari atom karbon yang mengarah ke rantai linear dan bercabang. Isomer rantai memiliki rumus molekul yang sama tetapi berbagai jenis rantai yaitu, linier dan bercabang. Isomer rantai memiliki sifat kimia yang hampir sama tetapi sifat fisik yang berbeda. Sebagai contoh, isomer rantai bercabang memiliki titik didih lebih rendah daripada rekan-rekan linier mereka. Hal ini karena, yang linier memiliki luas permukaan lebih banyak kontak dan karenanya kekuatan tarik antarmolekul yang maksimum. b. Isomer posisi Pada isomer posisi, kerangka utama karbon tetap tidak berubah. Namun atomatom yang penting bertukar posisi pada kerangka tersebut. Sebagai contoh, ada dua isomer struktur dengan formula molekul C3H7Br. Pada salah satunya bromin berada diujung dari rantai. Dan yang satunya lagi pada bagian tengah dari rantai.



c. Isomer fungsional Pada variasi dari struktur isomer ini, isomer mengandung grup fungsional yang berbeda- yaitu isomer dari dua jenis kelompok molekul yang berbeda. Sebagai contoh, sebuah formula molekul C3H6O dapat berarti propanal (aldehid) atau propanon (keton).



2.2.2



Isomer Geometri



Senyawa yang memiliki rumus molekul sama tetapi memiliki penataan atom dengan ruang yang berbeda. Isomer geometri adalah suatu bentuk stereoisome. Isomer geometri terdiri atas : a. Isomer Cis-Trans Syarat terbentuknya isomer cis-trans adalah terdapat tingkatan rangkap dua (C=C) yang tiap-tiap karbon (C) dalam ikatan rangkap tersebut mengikat atom atau gugus atom yang berbeda. Isomer geometri ialah isomer yang diakibatkan oleh ketegangan dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelas senyawa, alkena dan senyawa siklik. Persyaratan isomer geometri dalam alkena ialah bahwa tiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan. Trans: dari bahasa latin yang berarti "seluruh" - seperti dalam transatlantik. Cis: dari makna latin "pada sisi ini"



b. Isomer Optik Ciri senyawa yang mempunyai isomer optik yaitu dapat memutar bidang polarisasi cahaya (eksperimen) dan mempunyai atom C asimetris/atom C kiral yaitu atom C yang mengikat empat gugus yang berbeda.



Sebagai contoh senyawa 2 – butanol :



Atom C kedua mengikat 4 gugus berbeda yaitu : - CH3, - H, - OH, dan – C2H5. 2.3 Proyeksi Proyeksi merupakan penggambaran dari suatu molekul atau senyawa. Di akhir abad 19, seorang ahli kimia Jerman Emil Fisher mengemukakan rumus proyeksi untuk menunjukkan penataan ruang dari gugus-gugus di sekitar atom kiral. Rumus proyeksi ini disebut proyeksi Fischer. Contohnya 2,3-dihidroksipropanal (biasa disebut gliseraldehida) dan 2,3,4-trihidroksibutana (eritrosa). Gliseraldehida mempunyai satu atom karbol kiral (karbon 2), sementara eritrosa mempunyai dua karbon kiral (karbon 2 dan 3). 1. Untuk gliseraldehida



2. Untuk eritrosa



Dalam menggambarkan suatu proyeksi Fischer, diandaikan bahwa molekul itu diulur (streched) sepenuhnya dalam bidang kertas dengan semua subtituennya eklips, tanpa mempedulikan konformasi apapun yang disukai. Rumus-rumus eritrosa tersebut di atas menunjukkan konformasi yang digunakan untuj proyeksi Fischer. Menurut perjanjian, gugus karbonil (atau gugus berprioritas tata nama tertinggi) diletakkan pada atau di dekat ujung teratas. Jadi karbon teratas adalah karbon 1. Tiap titik potong garis horizontal dan vertikal menyatakan sebuah atom karbon kiral. Tiap garis horizontal melambangkan suatu ikatan ke arah pembaca, sementara garis vertikal melambangkan ikatan ke belakang menjauhi pembaca, sepasang enantiomer mudah dikenali bila digunakan proyeksi Fischer.



Proyeksi Fischer adalah suatu cara singkat dan mudah untuk memaparkan molekul kiral. Oleh adanya keterbatasan proyeksi ini, seperti misalnya keterbatasan dalam hal rotasi tersebut di atas, maka proyeksi Fischer harus diterapkan dengan hati-hati. Disarankan agar mengubah dulu proyeksi Fischer ke rumus dimensional atau bola-danpasak (atau menggunakan model molekul) bila akan melakukan manipulasi ruang. 2.4 Konformasi Konformasi adalah suatu penataan ruang tertentu dari atom – atom dalam molekul. Struktur etana dapat digambarkan dalam dua konformasi (bentuk) yang ekstrim. Konformer – konformer hanya berbeda dalam rotasi atom – atom sekeliling ikatan tunggal. Sesungguhnya terdapat sejumlah yang tidak terbatas konformasi yang mungkin bagi suatu molekul. Salah satunya konformasi eklips (eclipsed conformation), dimana ikatan – ikatan C-H dari atom karbon yang satu tepat dibelakang ikatan C-H pada atom karbon yang lain jika dilihat sepanjang sumbu ikatan C-C. Pada konformasi stagger (staggered conformation), dapat melihat seluruh ikatan molekul jika dilihat sepanjang ikatan C-C. Struktur atau susunan yang mungkin dari atom-atom akibat adanya rotasi ikatan tunggal •



Staggered



•



Eklips



•



Gauche



Staggered conf.



Eclipsed conf.



•



E potensial minimum



•



T kamar, 99% etana dalam bentuk staggered



- E potensial maksimum



2.4.1 Konformasi Alkana Proyeksi Newman : Untuk menggambarkan konformasi yang bebeda, ikatan karbon harus dilihat dari salah satu ujung rantai Contoh: Eclipsed



Perubahan energi potensial selama rotasi



Staggered



2.5 Senyawa Optis Aktif Senyawa optis aktif adalah senyawa yang dapat memutar bidang polarisasi, dan yang dimaksud dengan polarisasi adalah pembatasan arah getaran ( vibrasi ) dalam sinar atau radiasi elektromagnetik yang lain. Untuk mengetahui besarnya polarisasi cahaya oleh suatu senyawa optis aktif, maka besarnya perputaran itu bergantung pada beberapa faktor yaitu : 1. Struktur Molekul 2. Temperatur 3. Panjang Gelombang 4. Banyakanya Molekul pada Jalan Cahaya 5. Jenis Zat 6. Konsentrasi



Polarimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya putaran optic yang dihasilkan oleh suatu zat yang bersifat optis aktif yang terdapat dalam larutan. Alat ini didesain khusus untuk mempolariasi cahaya oleh suatu senyawa optis aktif.



Polarisasi bidang dilakukan dengan melewatkan cahaya biasa menembus sepaang kristal kalsit atau menembus suatu lensa polarisai. Jika cahaya terpolarisasi bidang dilewatkan suatu larutan yang mengandung suatu enantiomer tunggal maka bidang polarisasi itu diputar kekanan atau kekiri. Perputaran cahaya terpolarisasi bidang ini disebut rotasi optis. Suatu senyawa yang memutar bidang polarisasi suatu senyawa terpolarisasi bidang dikatakan bersifat aktif optis. Karena inilah maka enantiomer kadang – kadang disebut isomer optis.



Hasil Senyawa yang dilihat dengan Polarimeter. (1) dan (3) Senyawa yang menempati diatas atau dibawah area nol optis polarimeter. (2) Senyawa yang menempati area nol optis polarimeter. 2.5.1 Senyawa Kiral Dan Akiral Senyawa kiral merupakan senyawa yang mempunyai empat gugus yang berlainan yang melekat pada satu atom karbon atau karbon tetrahedral.



Molekul yang mempunyai sisi simetri dalam berbagai kemungkinan dalam konformasinya identik dengan bayangan merupakan senyawa nonkiral atau biasa disebut akiral.



2.5.2 Percobaan Pasteur KRISTAL AMONIUM TARTARAT



KRISTAL TIDAK SIMETRIS



KRISTAL SIMETRIS



ENANTIOMER I



ENANTIOMER II



CAMPURAN RASEMAT



Louis Pasteur melakukan percobaan pada Kristal Amonium Tartarat menemukan dan menyimpulkan bahawa : 1. suatu larutan campuran asli kristal-kristal itu tidak memutar bidang polarisasi cahaya, 2. suatu larutan kristal-kristal kiri ternyata memutar bidang polarisasi cahaya, 3. suatu larutan kristal-kristal kanan juga memutar bidang polarisasi cahaya, secara eksa sama besar, tetapi dengan arah yang berlawanan. Pada percobaan ini Pasteur juga menemukan bahwa suatu senyawa dapat memutar pada bidang polarisasi kea rah kanan ( Dextro) maupun kea rah kiri ( Levo).



Aturan Cahn Ingold Prelog 1. Urutkan prioritas berdasarkan nomor atom substituen 2. Jika (1) tdk bisa, maka urutkan prioritas berdasarkan nomor atom kedua substituen 3. Multibonding atom adl sama dg atom ikatan tunggal 4. Urutkan prioritas dan lihat arah perputarannya •R = rectus = bila arah perputaran ke kanan atau searah jarum jam •S = sinister = bila arah perputaran ke kiri atau berlawanan arah jarum jam



2.6 Senyawa Meso Senyawa Meso adalah suatu senyawa akiral yang memiliki dua senyawa kiral sebagai penyusunnya.



Konvensi E-Z untuk Isomer cis-trans Z = jika gugus berprioritas tinggi berada pada sisi yang sama E = jika gugus berprioritas tinggi berada pada posisi berseberangan



2.7 Senyawa Optis Aktif Tanpa C Kiral Senyawa optis aktif adalah senyawa yang dapat memutar bidang polarisasi. sedangkan yang dimaksud dengan polarisasi adalah pembatasan arah getaran (vibrasi) dalam sinar atau radiasi elektromagnetik yang lain. Zat yang optis ditandai dengan adanya atom C asimetris atau atom C kiral dalam senyawa organik, contohnya gula (sukrosa) yang merupakan salah satu bahan optik aktif, memutar bidang polarisasi ke kanan (dextrorotatory). Umumnya sudut pemutaran bidang polarisasi gula digunakan untuk menunjukan kadar gula berdasarkan skala gula internasional.



Tahun 1932 telah ditetapkan standar internasional untuk analisa kadar gula oleh International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis. Untuk 26,000 gram sukrosa murni yang dilarutkan dalam air hingga 100 mL, pemutaran bidang polarisasi sama dengan 34,6260 diukur menggunakan tabung 200 mm dan cahaya lampu natrium. Standar ini sama dengan 1000 Z. Dengan demikian 10 Z sama dengan sudut pemutaran bidang polarisasi 0,346260, dan 10 pemutaran bidang polarisasi sama dengan 2,88800 Z. Hubungan ini dapat digunakan untuk menentukan kandungan gula di dalam cuplikan yang tidak diketahui, dengan menggunakan cuplikan seberat 26,000 gram dan mengukur sudut bidang polarisasi dengan cara yang sama. Prinsip dasar polarimetris ini adalah pengukuran daya putar optis suatu zat yang menimbulkan terjadinya putaran bidang getar sinar terpolarisir. Pemutaran bidang getar sinar terpolarisir oleh senyawa optis aktif ada 2 macam, yaitu : 1. Dexro rotary (+), jika arah putarnya ke kanan atau sesuai putaran jarum jam. 2. Levo rotary (-), jika arah putarnya ke kiri atau berlawanan dengan putaran jarum jam. Sinar mempunyai arah getar atau arah rambat kesegala arah dengan variasi warna dan panjang gelombang yang dikenal dengan sinar polikromatis.



2.8 Polarimeter Polarimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya putaran optik yang dihasilkan oleh suatu zat yang bersifat optis aktif yang terdapat dalam larutan. merupakan alat yang didesain khusus untuk mempolarisasi cahaya oleh suatu senyawa optis aktif.



Polarisasi bidang dilakukan dengan melewatkan cahaya biasa menembus sepasang kristal kalsit atau menembus suatu lensa polarisasi. Jika cahaya terpolarisasi-bidang dilewatkan suatu larutan yang mengandung suatu enantiomer tunggal maka bidang polarisasi itu diputar kekanan atau kekiri. Perputaran cahaya terpolarisasi-bidang ini disebut rotasi optis. Suatu senyawa yang memutar bidang polarisasi suatu senyawa terpolarisasi-bidang dikatakan bersifat aktif optis. Karena inilah maka enantimer-enantiomer kadang-kadang disebut isomer optis.



Komponen Polarimeter 1. Sumber cahaya monokromatis, yaitu sinar yang dapat memancarkan sinar monokromatis. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah lampu D Natrium dengan panjang gelombang 589,3 nm. Selain itu juga dapat digunakan lampu uap raksa dengan panjang gelombang 546 nm. Polarisator dan analisator. 2. Polarisator berfungsi untuk menghasilkan sinar terpolarisir. Sedangkan analisator berfungsi untuk menganalisa sudut yang terpolarisasi. Yang digunakan sebagai polarisator dan analisator adalah prismanikol. Prisma setengah nikol merupakan alat untuk menghasilkan bayangan setengah yaitu bayangan terang gelap dan gelap terang. 3. Skala lingkar merupakan skala yang bentuknya melingkar dan pembacaan skalanya dilaku kan jika telah didapatkan pengamatan tepat baur-baur. 4. Wadah sampel ( tabung polarimeter ). Wadah sampel ini berbentuk silinder yang terbuat dari kaca yang tertutup dikedua ujungnya berukuran besar dan yang lain berukuran kecil, biasanya mempunyai ukuran panjang 0,5 ; 1 ;dm. Wadah sampel ini harus dibersihkan secara hati-hati dan tidak bileh ada gelembung udara yang terperangkap didalamnya. 5. Detektor, pada polarimeter manual yang digunakan sebagai detektor adalah mata, sedangkan polarimeter lain dapat digunakan detektor fotoelektrik Wadah sampel ini harus dibersihkan secara hati-hati dan tidak bileh ada gelembung udara yang terperangkap didalamnya. Detektor, pada polarimeter manual yang digunakan sebagai detektor adalah mata, sedangkan polarimeter lain dapat digunakan detektor fotoelektrik.



2.8.1 Polarisasi Polarisasi oleh refleksi telah ditemukan pada 1808 oleh Etienne malus (1775-1812). Malus, yang telah melakukan percobaan pembiasan ganda bekerja pada saat bekerja pada teori efek, mengamati dari pengaturan cahaya matahari, tercermin dari jendela yang dekat jendela, melalui kristal dari Islandia Spar. Polarimetri adalah suatu cara analisa yang didasarkan pada pengukuran sudut putaran (optical rotation) cahaya terpolarisir oleh senyawa yang transparan dan optis aktif apabila senyawa tersebut dilewati sinar monokromatis yang terpolarisir



tersebut. Polarisasi adalah pembatasan arah getaran (vibrasi) dalam sinar/radiasi elektromagnetik yang lain. Sudut putar jenis ialah besarnya perputaran oleh 1,00 gram zat dalam 1,00 mL larutan yang barada dalam tabung dengan panjang jalan cahaya 1,00 dm, pada temperatur dan panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang yang lazim digunakan ialah 589,3 nm, dimana 1 nm = 10-9m. Sudut putar jenis untuk suatu senyawa (misalnya pada 25o C) Macam macam polarisasi antara lain, polarisasi dengan absorpsi selektif, polarisasi akibat pemantulan, dan polarisasi akibat pembiasan ganda: 1.



Polarisasi dengan absorpsi selektif, dengan menggunakan bahan yang akan



melewatkan (meneruskan) gelombang yang vektor medan listriknya sejajar dengan arah tertentu dan menyerap hampir semua arah polarisasi yang lain. 2.



Polarisasi akibat pemantulan, yaitu jika berkas cahaya tak terpolarisasi



dipantulkan oleh suatu permukaan, berkas cahya terpanyul dapat berupa cahaya tak terpolarisasi, terpolarisasi sebagian, atau bahkan terpolarisasi sempurna. 3. Polarisasi akibat pembiasan ganda, yaitu dimana cahaya yang melintasi medium isotropik (misalnya air). Mempunyai kecepatan rambat sama kesegala arah. Sifat bahan isotropik yang demikian dinyatakan oleh indeks biasnya yang berharga tunggal untuk panjang gelombang tertentu. Pada kristal – kristal tertentu misalnya kalsit dan kuartz, kecepatan cahaya didalamnya tidak sama kesegala arah. Bahan yang demikian disebut bahan anisotropik ( tidak isotropik). Sifat anisotropik ini dinyatakan dengan indeks bias ganda untuk panjang gelombang tertentu. Sehingga bahan anisotropik juga disebut bahan pembias ganda. Untuk mengetahui besarnya polarisasi cahaya oleh suatu senyawa optis aktif, maka besarnya perputaran itu bergantung pada beberapa faktor yakni : struktur molekul, temperatur, panjang gelombang, banyaknya molekul pada jalan cahaya, jenis zat, ketebalan, konsentrasi dan juga pelarut. 2.9 Kiral Dan Kiralitas Kiral adalah senyawa atau ion yang tidak dapat ditindihkan dengan bayangan cerminnya. Kiral berasal dari bahasa yunani “cheir” yang artinya



tangan. Kiralitas adalah suatu keadaan yang menyebabkan 2 molekul dengan struktur yang sama tetapi berbeda susunan ruang dan konfigurasinya. Atom yang menjadi pusat kiralitas dikenal dengan istilah atom kiral. Penyebab adanya kiralitas adalah adanya senyawa karbon yang tidak simetri. Semua monosakarida larut mudah dalam air karena mengandung banyak gugus alkohol sehingga dapat berikatan hidrogen dengan molekul-molekul air Glukosa



disebut



juga



aldoheksosa.



Aldo



menunjukkan



aldehida,



heks



menunjukkan jumlah karbon, dan osa menunjukkan karbohidrat Dalam glukosa dan galaktosa ada empat atom C kiral yaitu C nomor 2, 3, 4, dan 5. Sedangkan pada fruktosa hanya ada 3 atom C kiral, yaitu atom C nomor 3, 4, dan 5. Atom C kiral adalah atom C yang mengikat empat gugus yang berbeda. Berdasarkan struktur glukosa, atom C kiral ditandai dengan (*)



Perbedaan antara glukosa, fruktosa, dan galaktosa adalah sifat keoptisannya. Glukosa dan galaktosa merupakan diastereoisomer karena putaran optiknya berbeda.



Keduanya



merupakan



epimer;



dua



molekul



stereoisomer/



diastereoisomer yang berbeda pada satu atom C kiral. Glukosa dan fruktosa merupakan diastereoisomer (isomer gugus fungsi) Untuk mendapatkan banyaknya struktur dengan posisi gugus yang berbeda dapat ditentukan dengan rumus 2n dimana n adalah jumlah atom C kiral. Untuk menggambarkan struktur karbohidrat menggunakan notasi Fischer, C kiral cukup menggunakan perpotongan garis.



DAFTAR PUSTAKA Fessenden, Ralp J dan Joan S. Fessenden. 1982. Kimia Organik Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Hart, Harold. 1983. Kimia Organik Suatu Kuliah Singkat Edisi Keenam. Terjemahan Suminar. Jakarta: Erlangga. H.,Stanlaey Pine, etc. 1988. Kimia Organik 1. Bandung: Penerbit ITB. Parlan dan Wahjudi. 2003. Common Textbook Kimia Organik 1. Malang: JICA. Petrucci, Ralp H. 1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan modern Edisi Keempat Jilid 3. Terjemahan Suminar. Jakarta: Erlangga. Riswiyanto. 2009. Kimia Organik. Jakarta: Erlangga. Wilbraham, A. C. 1992. Pengantar Kimia Organik dan Hayati. ITB. Bandung.