Blogroll

Senin, 03 Oktober 2016

MATERI KIMIA ORGANIK 1



STEREOKIMIA
Isomeri geometri dalam alkena dan senyawa siklik
Konformasi dan kiralitas senyawa rantai terbuka

Tujuan Pembelajaran :
a. Menganalisis isomeri geometri dalam alkena dan senyawa siklik
b. Menentukan konformasi dan kiralitas senyawa rantai terbuka
   
   Stereokimia adalah susunan ruang dari atom dan gugus fungsi dalam molekul umumnya molekul organik dalam obyek tiga dimensi yang merupakan hasil hibridisasi dan ikatan secara geometri dari atom dalam molekul. Artinya bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul diatur dalam ruang satu terhadap ruang yang lainnya. Agar dapat berinteraksi dengan reseptor dan menimbulkan respon biologis, molekul obat harus mempunyai struktur dengan derajat kespesifikan yang tinggi. Interaksi obat-reseptor dipengaruhi oleh distribusi muatan elektronik dalam obat dan reseptor serta bentuk konformasi obat dan reseptor sedangkan aktivitas obat tergantung pada stereokimia molekul obat, jarak antar atom atau gugus dan distribusi elektronik dan konfigurasi molekul. Perbedaan aktivitas farmakologis dari stereoisomer disebabkan oleh perbedaan dalam distribusi isomer dalam tubuh, perbedaan dalam sifat-sifat interaksi obat-reseptor dan perbedaan dalam adsorpsi isomer-isomer pada permukaan reseptor.

Ada beberapa pendapat mengenai sterokimia menurut para ahli,yaitu:
Jean-Baptiste Biot (1774-1862)
Sejarah stereokimia dimulai pada 1815 ketika Biot melakukan eksperimen menggunakan "cahaya terpolarisasi." Lampu biasa terdiri dari cahaya bergetar. Namun, ketika lampu biasa disaring, sebuah cahaya tunggal terpolarisasi diperoleh. Biot melewatkan sinar terpolarisasi melalui berbagai larutan dan mencatat bahwa larutan tertentu seperti gula dapat memutar cahaya terpolarisasi. Dia juga menemukan tingkat rotasi adalah ukuran langsung dari konsentrasi dari larutan.

Louis Pasteur (1822-1895)
Pada tahun 1848 Pasteur memisahkan zat optik tidak aktif (asam tartarat) menjadi dua komponen optik aktif. Setiap komponen optik aktif memiliki sifat identik dengan asam tartarat (kepadatan, titik lebur, kelarutan, dll) akan tetapi salah satu komponen diputar cahaya terpolarisasi  searah  jarum  jam (+) sedangkan komponen lain diputar cahaya terpolarisasi dengan jumlah yang sama berlawanan (-). Pasteur membuat proposal yang masih berdiri sebagai dasar stereokimia: Molekul-molekul kembar asam tartarat adalah bayangan cermin satu sama lain! Penelitian tambahan oleh Pasteur mengungkapkan bahwa salah satu komponen dari asam tartarat dapat dimanfaatkan untuk gizi oleh mikro-organisme tetapi yang lain tidak bisa. Berdasarkan percobaan ini, Pasteur menyimpulkan bahwa sifat biologis zat kimia tidak hanya tergantung pada sifat dari atom yang terdiri dari molekul tetapi juga pada cara di mana atom-atom ini tertata dalam ruang.

Jacobus van't Hoff (1852-1911)
Pada tahun 1874 sebagai mahasiswa di Universitas Utrecht, van't Hoff mengusulkan karbon tetrahedral. Proposal didasarkan pada bukti dari jumlah isomer: Konversi CH4 menjadi CH3Y (Y = Cl, Br, F, I, OH, dll)  menghasilkan hanya satu struktur. Ketika CH3Y diubah menjadi CH2YZ (CH2Cl2, CH2ClBr, CH2BrF, dll), hanya satu struktur yang pernah diamati. van't Hoff menyadari bahwa keempat hidrogen dalam CH4 harus setara (lingkungan yang sama) dan geometris persegi itu dikesampingkan karena akan membentuk dua struktur sebagai berikut :Untuk CH4 tetrahedral, empat hidrogen setara berada di sudut dengan sudut HCH dari 109,5 °




A.   Isomeri geometri dalam alkena dan senyawa siklik
Isomer struktural didefinisikan sebagai senyawa-senyawa dengan rumus molekul yang sama tetapi dengan urutan penataan atom-atom yang berbeda. Isomeri struktural hanyalah satu maam isomeri. Macam kedua ialah isomeri geometrik, yang diakibatkan oleh ketegaran  dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelas senyawa : alkena dan senyawa siklik. Dua gugus yang terletak pada satu sisi ikatan pi disebut cis (Latin, “pada sisi yang sama”). gugus-gugus yang terletak pada sisi-sisi yang berlawanan disebut trans (Latin, “berseberangan”). perhatikan bagaimana kata cis dan trans ini digabungkan ke dalam nama.
  


Sifat-sifat fisik ( seperti titik didih ) cis- dan trans-1,2- dikloroetena berbeda, memang mereka senyawa yang berlainan. Tetapi kedua senyawa ini bukanlah isomer-isomer struktural karena urutan ikatan atom-atom dan lokasi ikatan rangkapnya sama. Pasangan isomer ini masuk dalam 
kategori umum stereoisomer: senyawa berlainan
yang mempunyai struktur sama, berbeda hanya dalam hal penataan atom-atom dalam ruangan. Lebih lanjut pasangan isomer ini termasuk dalam kategori yang lebih spesifik : isomer geometrik (juga disebut isomer cis-trans), stereoisomer-stereoisomer yang berbeda karena gugus-gugus berada pada satu sisi atau pada sisi-sisi yang berlawanan terhadap letak ketegaran molekul. Persyaratan isomeri geometrik dalam alkena ialah bahwa tiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua guugus yang berlainan, misalnya H dan Cl, atau CH3 dan Cl. Jika salah satu atom karbon berikatan rangkap itu mempunyai dua gugus identik, misalnya dua atom H atau dua gugus CH3, maka tak mungkin terjadi isomeri geometrik (sangat disarankan untuk menggunakan model molekul dan memeriksa sendiri persyaratan isomeri geometrik ini).




Telah dijelaskan bagaimaan rotasi yang tidak bebas mengelilingi suatu ikatan rangkap dapat mengakibatkan terjadinya isomeri geometrik, sekarang akan dibahas rotasi tak bebas dalam senyawa siklik. Untuk saat ini diandaikan atom-atom karbon suatu struktur lingkar 
(siklik) seperti sikloheksana membentuk bidang datar (meskipun pengandaian ini tidak sepenuhnya benar, seperti akan dibahas dalam materi ini, pengandaian ini sering memudahkan pembahasan). Dalam pembahasan ini, bidang cincin dipandang hampir-hampir horizontal (tegak lurus pada bidang kertas). Tepi cincin yang menghadap pembaca ditebali.




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


Dalam perlambanagn ini, atom - atom hidrogen yang terikat pada cincin dan ikatan - ikatan mereka tak selalu ditunjukkan. Suatu hal yang penting ialah bahwa dalam rumus-rumus diatas, gugus metil dan gugus hidroksil berada dalam sisi-sisi yang berlawanan dari bidang cincin. Bila dua gugus berada dalam sisi-sisi berlawanan dari cincin, mereka adalah trans, bila mereka berada dalam satu sisi, mereka adalah cis.Penandaan ini analog langsung pada cis dan trans dalam alkena. Senyawa cis dan trans adalah isomer geometrik. Satu sama lain, tepat seperti cis- dan trans- alkena.


Isomer Alkena
Senyawa alkena memiliki isomer posisi dan isomer geometri, serta isomer Rantai.
* Isomer Posisi : Senyawa yang mempunyai rumus molekul sama tapi posisi ikatan rangkap berbeda.
* Isomer Geometri : Senyawa alkena dengan rumus molekul sama dengan posisi ikatan rangkap sama, tapi memiliki ruang yang berbeda (atom isomer rantai).


B.   Konformasi dan kiralitas senyawa rantai terbuka
Dalam senyawa rantai terbuka gugus-gugus yang terikat oleh ikatan sigma dapat berotasi mengelilingi ikatan itu. oleh karena itu atom-atom dalam suatu molekul rantai terbuka dapat memiliki tak terhingga banyak posisi di dalam ruang relatif satu terhadap yang lain. Memang etana sebuah molekul kecil, tetapi etana dapat memiliki penataan dalam ruangan cara berlain-lainan, penataan 
mana disebut konformasi.



Untuk mengemukakan konformasi akan digunakan tiga jenis rumus : rumus dimensional, rumus bola dan pasak, dan proyeksi Newman (disarankan untuk menggunakan model molekul dalam memperbandingkan konformasi yang berlainan). Suatu rumus bola dan pasak dan rumus dimensional adalah representasi tiga dimensi dari model molekul suatu senyawa. Suatu proyeksi Newman adalah pandangan ujung ke ujung dari dua atom karbon saja dalam molekul itu. Ikatan yang menghubungkan kedua atom ini tersembunyi.  Ketiga ikatan dari karbon depan tampak menuju ke pusat proyeksi, dan ketiga ikatan dari karbon belakang hanya tampak sebagian.

Proyeksi Newman dapat digamabar untuk molekul dengan dua atom karbon atau lebih. Karena pada tiap kali hanya dua atom karbon 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 mengelilingi ikatan sigma atau biasanya disebut rotasi bebas, maka suatu molekul dapat memiliki konformasi berapa saja. Konformasi yang berbeda-beda itu disebut konformer (dari kata “conformational isomers”). karena konformer dapat dengan mudah diubah satu menjadi yang lain,  biasanya mereka tak dapat diisolasi satu bebas dari yang lain, seperti isomer struktural. 

   Kiralitas pada obyek dan molekul, perhatikan tangan kiri anda. Tangan ini tak dapat diimpitkan (superimposed) dengan bayangan cerminnya. Bila tangan kiri itu ditaruh didepan cermin, maka bayangan cerminnya mirip tangan kanan.  Jika tak ada cermin, maka dapat ditempuh cara berikut : katupkan tangan kiri dan kanan dengan tapak yang satu menghadap tapak yang lain - maka akan tampak sepasang bayangan cermin. Obyek apa saja yang tak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya dikatakan kiral (chiral: Yunani:cheir,”tangan”). tangan, sarung tangan dan sepatu semuanya kiral. Sebaliknya piala atau kotak (kubus) adalah akiral (tidak kiral), benda-benda ini dapat diimpit pad bayangan cerminnya. Asas-asas yang sama mengenai  kekanankirian juga berlaku untuk molekul. Sebuah molekul yang tak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya adalah kiral. 2 gambar dibawah ini memperagakan sebuah molekul akiral dan sebuah molekul kiral, bersama-sama dengan bayangan cerminnya.
 



 ket : Suatu obyek kiral tak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya.




 ket : Suatu obyek akiral dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya.



  










Sebuah molekul akiral dan molekul bayangan cerminnya yang dapat diimpitkan adalah senyawa yang sama, mereka bukanlah isomer satu dari yang lain. Tetapi sebuah molekul kiral tidak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya, molekul ini dan molekul bayangan cerminnya adalah dua senyawa yang berlainan, yang merupakan sepasang stereoisomer yang disebut enantiomer. Sepasang enantiomer adalah sepasang isomer yang merupakan bayangan cermin satu dari yang lain, yang tak dapat diimpitkan. 

 




6 komentar:

  1. bagus postingannya, tetapi saya ingin bertanya kepada saudara kenapa konformer dapat dengan mudah diubah satu menjadi yang lain ? Terima kasih

    BalasHapus
  2. Assalamualaikum. Saya ingin bertanya kenapa isomeri geometrik hanya dijumpai dalam dua kelas senyawa : alkena dan senyawa siklik ?

    BalasHapus
  3. Waalaikumsalam wr wb . . .
    Kenapa Dapat dijumpai dalam dua kelas senyawa: alkena dan senyawa siklik ?
    Menurut saya, Senyawa yang mempunyai ikatan rangkap tak dapat berputar dengan ikatan rangkap sebagai sumbunya, tanpa mematahkan ikatan pi nya. Karena kekakuan ikatan pi, gugus-gugus yang terikat pada ikatan pi terletak tetap dalam ruang relatif satu sama lain. Syarat isomer geometri dalam alkena, yaitu tiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan, misalnya H dan Cl. Jika salah satu atom karbon berikatan rangkap itu mempunyai dua gugus identik, misalnya dua atom H atau dua gugus CH3, maka tak mungkin terjadi isomeri geometri.
    Terima kasih . . .

    BalasHapus
  4. Saya ingin menambahkan materi anda, Isomer geometri dalam Alkena (Cis dan Trans). Diakibatkan oleh ketegaran dalam molekul. Dijumpai dalam dua kelas senyawa: alkena dan senyawa siklik. Senyawa yang mempunyai ikatan rangkap tak dapat berputar dengan ikatan rangkap sebagai sumbunya, tanpa mematahkan ikatan pi nya. Karena kekakuan ikatan pi, gugus-gugus yang terikat pada ikatan pi terletak tetap dalam ruang relatif satu sama lain. Syarat isomer geometri dalam alkena, yaitu tiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan, misalnya H dan Cl. Jika salah satu atom karbon berikatan rangkap itu mempunyai dua gugus identik, misalnya dua atom H atau dua gugus CH
                Isomer geometri adalah isomer yang terjadi pada dua molekul yang mempunyai rumus molekul sama, tetapi berbeda dalam penataan atom atom dalam ruang. Selalu ingat bahwa sebenarnya molekul molekul itu ada pada ruang tiga dimensi yang atom atomnya berikatan dengan penataan sedemikian rupa. Isomer geometri terjadi karena ketegaran (rigidity) dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelompok senyawa yaitu alkena dan senyawa siklik. Jika suatu gugus atau atom terikat oleh ikatan sigma saja (sp3, umumnya pada senyawa yang berikatan tunggal), maka gugus atau atom yang terikat tersebut dapat berputar sedemikian rupa sehingga bentuk molekulnya akan selalu sama.
    Terimah kasih

    BalasHapus
  5. Baiklah, saya akan menjawab pertanyaan dari saudari vini. Menurut saya, hal itu dapat terjadi Karena adanya rotasi mengelilingi ikatan sigma atau biasanya disebut rotasi bebas, maka suatu molekul dapat memiliki konformasi berapa saja. Konformasi yang berbeda-beda itu disebut konformer.
    Terima kasih . . .

    BalasHapus
  6. Terima kasih banyak, saya ucapkan kepada saudari Nurussalamia atas penambahan materinya. Semoga dengan ditambahkan materi ini akan lebih lengkap dari pada sebelumnya.
    Terima kasih . . .

    BalasHapus