MATERI KIMIA ORGANIK 1

STEREOKIMIA

 Konfigurasi Mutlak dan relatif  dan Pemisahan campuran rasemik

 Tujuan Pembelajaran :

A. Menentukan Konfigurasi Mutlak dan Relatif berdasarkan Teori Chan-Ingold-Prelog.

B. Memahami Teknik Pemisahan Campuran Rasemik pada Senyawa Kiral

KONFIGURASI MUTLAK DAN RELATIF

   Urutan penataan keempat gugus di sekitar suatu atom karbon kiral disebut konfigurasi mutlak disekitar atom itu (jangan mencampuradukkan konfigurasi dengan konformasi, yakni bentuk-bentuk yang disebabkan rotasi mengelilingi ikatan-ikatan). sepasang enantiomer mempunyai konfigurasi yang berlawanan. Misalnya, (+) gliseralhida dan (-)gliseralhida mempunyai konfigurasi yang berlawanan. Tetapi formula mana yang menyatakan enantiomer dekstrorotatori dan yang mana yang levorotatori ?sampai tahun 1951 ahli kimia belum mengetahui. Sebelumnya baru diketahui bahwa (+) gliseralhida dan asam(-)gliserat (asam 2,3 dihidroksioropanoat) mempunyai konfigurasi sama di sekitar karbon 2, meskipun sudut putarnya berlawanan. Tetapi tak diketahui apakah OH pada karbon 2 dalam rumus dibawah ini berada di kiri ataukah di kanan.

   Agar rumus-rumus itu lebih mudah dikerjakan, maka pada akhir abad 19 diputuskan pengandaian bahwa (+) gliseralhida mempunyai konfigurasi mutlak dengan OH pada karbon 2 berada di kanan. Studi difraksi sinar-x oleh J.M.Bijvoet dari universitas Utrecht di Negeri Belanda dalam tahun 1951, menunjukkan bahwa pengandaian tersebut diatas memang benar. Konfigurasi mutlak (+) gliseralhida memang seperti apa yang digunakan oleh ahli kimia selama 60 tahunan itu. Seandainya tebakan mereka salah, maka literatur kimia akan membingungkan, karena semua artikel pra-1951 menggunakan konfigurasi yang merupakan kebalikan dari konfigurasi dalam karangan-karangan modern. Pengandaian dulu itu benar-benar suatu kemujuran.

  Arah pemutaran bidang polarisasi cahaya oleh suatu enantiomer adalah suatu sifat fisika. Konfigurasi mutlak suatu enantiomer adalah khas struktur molekulnya. Tak terdapat hubungan yang sederhana antara konfigurasi mutlak suatu enantiomer tertentu dan arah perputaran bidang polarisasi cahaya olehnya. Seperti telah dikatakan diatas, enantiomer gliserat yang konfigurasi mutlaknya sama dengan konfigurasi (+) gliseraldehida adalah levorotatori, tidak dekstrorotatori.

   Telah ditunjukkan bagaimana arah pemutaran bidang polarisasi cahaya dapat dinyatakan oleh (+) dan (-). Toh diperlukan juga suatu sistem untuk menyatakan konfigurasi mutlak itu-yakni, penataan yang sesungguhnya dari gugus-gugus disekeliling suatu karbon kiral.  Sistem itu ialah sistem (R) dan (S) atau sistem Chan-Ingold-Prelog. Huruf (R) berasal dari kata latin, rectus, “kanan”, sedangkan (S) dari kata latin sinister,“kiri”. Atom karbon kiral apa saja mempunyai atau konfigurasi (R) atau konfigurasi (S), oleh karena itu satu enantiomer adalah (R) dan enantiomer lain adalah (S). Suatu campuran rasemik ditandai dengan (R)(S), yang berarti suatu campuran dari keduanya.

   Dalam sistem (R) dan (S), gugus-gugus diberi urutan prioritas, dengan menggunakan perangkat aturan yang sama seperti yang digunakan dalam sistem (E) dan (Z), hanya saja urutan prioritas ini digunakan dengan cara sedikit berbeda. 

    Untuk memberikan konfigurasi (R) atau (S) kepada suatu karbon kiral:

1. Urutkan keempat gugus (atau atom) yang terikat pada karbon kiral itu menurut urutan prioritas aturan deret Chn-Ingold-Prelog

2. Proyeksikan molekul itu sedemikian sehingga gugus yang berprioritas  rendah berarah ke belakang.

3. Pilih gugus dengan prioritas tertinggi dan tarik suatu anak panah  bengkok ke gugus dengan prioritas tertinggi berikutnya(next highest).

4.  Jika panah ini searah dengan jarum jam, maka konfigurasi itu adalah  (R). Jika arah anak panah berlawanan dengan jarum-jam, konfigurasi  itu (S).

    Sebagai ilustrasi di ambil enantiomer-enantiomer 1-bromo-1-kloroetana.

1. Urutkan keempat gugus. Disini urutan prioritas keempat atom itu adalah menurut nomor atomnya : Br (tertinggi), Cl, C, H (terendah).

2. Gambar proyeksi dengan atom berprioritas rendh (H) ada di belakang (atom ini tertutup oleh atom karbon dalam proyeksi di bawah ini).

3. Tarik anak panah dari atom berprioritas tertinggi (Br) ke atom berprioritas tertinggi kedua (Cl).

4. Berikan (R) dan (S). perhatikan bagaimana singkatan (R) dan (S) dimasukkan dalam penamaan.

   Dengan menggunakan sebuah model molekul, akan mudah menaruh suatu struktur dalam posisi yang benar untuk memberikan (R) atau (S) kepada struktur itu. Bangunlah model itu, pegang gugus yang berprioritas terendah dengan satu tangan, putar model itu sedemikian sehingga ketiga gugus lainnya menghadap anda. Tentukan apakah struktur itu (R) ataukah (S) dengan cara biasa.

PEMISAHAN SUATU CAMPURAN RASEMIK

 

     Dalam kebanyakan reaksi di laboratorium, seorang ahli kimia menggunakan bahan baku akiral ataupun rasemik dan memperoleh produk akiral atau rasemik. Oleh karena itu sering kiralitas (atau tiadanya kiralitas) pereaksi dan produk diabaikan dalam bab-bab berikutnya. Di pihak lain akan dibahas juga banyak reaksi dalam mana stereokimia sangat penting.

   Berlawanan dengan reaksi kimia di laboratorium, kebanyakan reaksi biologis mulai dengan pereaksi kiral atau akiral dan menghasilkan produk-produk kiral. Reaksi biologis ini dimungkinkan oleh katalis biologis yang disebut enzime, yang bersifat kiral. Ingat bahwa sepasang enantiomer mempunyai sifat-sifat kimia yang sama, kecuali dalam hal antaraksi dengan zat-zat kiral lain. Karena enzime bersifat kiral, mereka bisa berlaku sangat selektif dalam kegiatan katalitiknya. Misalnya, bila suatu organisme mencernakan suatu campuran alanina rasemik, maka hanya (S)-alanina yang tergabung ke dalam bangunan protein. (R)-alanina tak digunakan dalam protein, malahan alanina ini dengan bantuan enzime lain dioksidasi menjadi suatu asam keto serta memasuki bagan metabolisme lain.

   Dalam laboratorium pemisahan fisis suatu campuran rasemik menjadi enantiomer-enantiomer murni disebut resolusi (atau resolving) campuran rasemik itu. Pemisahan natrium amonium tartarat rasemik oleh pasteur adalah suatu resolusi campuran tersebut. Adalah suatu gejala yang yang sangat jarang bahwa enantiomer-enantiomer mengkristal secara terpisah, jadi cara pasteur tak dapat dianggap sebagai suatu teknik yang umum. Karena sepasang enantiomer itu menunjukkan sifat-sifat kimia dan fisika yang sama, mereka tak dapat dipisahkan oleh cara kimia atau fisika biasa. Sebagai gantinya, ahli kimia terpaksa mengandalkan reagensia kiral atau katalis kiral (yang hampir selalu berasal dari dalam organisme hidup). 

     Suatu cara untuk memisahkan cmpuran rasemik, atau sekurangnya mengisolasi satu enantiomer murni, adalah mengolah campuran itu dengan suatu mikroorganisme, yang hanya akan mencerna salah satu dari kedua enantiomer itu. Misalnya, (R)-nikotina murni dapat diperoleh dari (R)(S)-nikotina dengan menginkubasi campuran rasemik itu dengan bakteri Pseudomonas putida,yang mengoksidasi (S)-nikotina, tetapi tidak (R)-enantiomer.

     Teknik yang sangat umum untuk memisahkan sepasang enantiomer ialah mereaksikan mereka dengan suatu reagensia kiral sehingga diperoleh sepasang produk diastereomerik. Ingat, diastereomer-diastereomer adalah senyawa yang berlainan, dengan sifat fisika yang berlainan. Jadi, sepasang diastereomer dapat dipisahkan oleh cara fisika biasa, seperti kristalisasi.

    Sebagai ilustrasi, (R)(S)-RCO₂H dan (S)RCO₂H ialah kedua enantiomer itu. Suatu asam karboksilat akan bereaksi dengan suatu amina, membentuk suatu garam.

 

     Reaksi asam (R)(S) karboksilat dengan suatu amina, yang berupaa suatu enantiiomer murni, menghasilkan sepasang garam diastereomer:garam amina (dari) asam (R) dan garam amina dari asam (S).

     Dalam reaksi ini produk yang mungkin hanyalah garam (R,S) dan garam (S,S), yang bukan enantiomer yaitu satu dari yang lain. Enantiomer kedua garam ini masing-masing ialah garam (S,R) dan garam (R,R). Tak satupun garam ini akan terbentuk, karena hanya digunakan (S) amina.

     Setelah pemisahan, masing-masing garam diastereometrik ini diolah dengan basa kuat untuk memperoleh kembali aminanya. Amina dan ion karboksilat dapat dipisahkan oleh ekstraksi dengan pelarut seperti dietil eter (amina larut, sedang garam karboksilat tidak). Pengasaman lapisan air akan menghasilkan asam karboksilat bebas sebagai suatu enantiomer.

Resolusi suatu asam rasemik bergantung pada pembentukan garam, dengan menggunakan suatu enantiomer tunggal (dari) suatu amina kiral. Amina yang lazim digunakan ialah amfetamina, yang dapat diperoleh sebagai enantiomer-enantiomer murni secara komersial, dan strikhnina yang terdapat dalam alam.