STEREOKIMIA

STEREOKIMIA

Tujuan Pembelajaran:

1.      Menganalisis Isomer Geometrindalam alkena dan senyawa siklik

2.      Menentukan konformasi dan kiralitas senyawa rantai terbuka

Bahan Kajian:

1.      Isomer geometri dalam alkena dan senyawa siklik

2.      Konformasi dan kiralitas senyawa rantai terbuka

A.    ISOMER GEOMETRI DALAM ALKENA DAN SENYAWA RANTAI TERBUKA

Stereokimi adalah studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, yakni bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul ditata dalam ruangan satu relatif terhadap yang lain.

Isomer adalah suatu molekul dengan jumlah dan jenis atom yang sama tetapi berbeda susunan susunan atomnya. Jenis: isomer struktural dan isomer geometric.

Isomer structural adalah senyawa-senyawa dengan rumus yang sama tetapi dengan urutan penataan atom-atom yang berbeda. Isomer struktual hanyalah satu macam isomer. Macam kedua ialah isomer geometric, yang di akibatkan oleh ketegaran dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua senyawa alkena dan senyawa siklik.

Atom dan gugus hanya terikat oleh ikatan sigma dapat berputar sedemikian rupa sehingga bentuk keselurihan molekul selalau berubah berkesinambungan. Tetapi gugus-gugus yang terikat oleh ikatan rangkap tak dapat berputar dengan ikatan itu sebagai sumbu tanpa mematahkan ikatan phi. Energy yang diperlukan untuk mematahkan ikatan phi karbon-karbon tak bersedia untuk molekulitu pada temperature kamar. Karena ketegaran ikatan phi inila maka gugus-gugus yang terikat pata karbon berikatan phi terletak pada ruang relative satu sama lain.

Isomer geometric adalah isomer Jenis, jumlah & urutan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul sama dan Variasi penataan atom penyusun molekul dalam ruang 3 dimensi yang dikarenakan ketegaran (rigidity) dalam molekul.

ISOMER STRUKUR 

ISOMER FUNGSIONAL

Stereoisomer adalah suatu molekul yang mempunyai pelekatan atom yang sama tetapi berbeda susunan atomnya diruangan 3 dimensi.Dalam stereoisomer, atom yang menghasilkan isomer berada pada posisi  yang sama namun memiliki pengaturan keruangan yang berbeda. Contoh: isomer geometric

Isomer Geometrik adalah Variasi penataan atom penyusun molekul dalam ruang 3 dimensi yang dikarenakan ketegaran (rigidity) dalam molekul

◦      Isomer geometri pada hidrokarbon tak jenuh rantai terbuka.

◦      Isomer geometri pada hidrokarbon jenuh rantai terbuka.

◦      Isomer geometri pada hidrokarbon siklik.

◦      Isomer geometri pada hidrokarbon yang mempunyai pusat kiral

1.      Isomer geometri pada hidrokarbon tak jenuh rantai terbuka.

Keterbatasan perputaran atom – atom yang terikat pada masing – masing atom C pada ikatan rangkap yang dikarenakan adanya antaraksi antara orbital p membentuk ikatan p.

}  Isomer geometri cis & trans

Cis= pada sisi yang sama

Trans= pada sisi yang bersebrangan

}  Isomer geometri E & Z.

·         Sistem tata nama € dan (Z)

Bila tiga atau empat gugus yang terikat pada atom-atom karbon suatu ikatan  rangkap berlainan, maka tetap di peroleh sepaang ikatan geometric. Isomer geometric memiliki jenis, jumlah dan urutan atomnnya yang terikat satu sama lain dalan satu molekul yang sama.

System (E) Dan (Z) didasarkan pada suatu pemberian prioritas kepada atom atau gugus yang terikat pada masing-masing atom karbon ikatan rangkap. Jika atom atau gugus yang berprioritas tinggi berada pada sisi yang yang berlawanan (dari) ikatan phi , maka isomer itu adalah (E). jika gugus prioritas-tinggi itu berada dalam satu sisi , maka isomer itu adalah (Z).

Jika kedua atom pada masing- masing karbon ikatan rangkap itu berbeda , prioritas didasarkan pada bobot atom (dari) atom-atom langsung terikat pada karbon ikatan rangkap itu. Atom dengan bobot atom lebih tinggi memperoleh prioritas yang lebih tinggi.

Contoh:

                                          F          Cl        Br        I

                  Nomor atom    9          17        35        53

Naiknnya prioritas

Dari contoh diatas, bobot atom I labih tinggi dari Br. Maka I berprioritas lebih tinggi. Pada atom karbon lain, Cl lebih diprioritaskan dari pada F.

a.      Gugus pada tiap atom C ikatan rangkap diberi prioritas tinggi (1) atau rendah (2) menurut aturan Chan-Ingold-Prelog

b.      Jika 1 dari kedua atom C ikatan rangkap berada pada satu sisi à isomer Z (zusammen = bersama)

c.       Jika 1 dari kedua atom C ikatan rangkap berada pada sisi yang berbeda à isomer E (entgegen = bersebrangan)

 

·         Chan-Ingold-Prelog (Aturan Deret)

1.      Atom dengan nomor atom lebih tinggi memunyai prioritas lebih tinggi.

 

2.      Isotop dengan nomor massa lebih tinggi mempunyai prioritas lebih tinggi, D (H₁²) mempunyai prioritas lebih tinggi dari H₁¹.

3.      Jika kedua atom identik maka atom berikutnya digunakan untuk menentukan prioritas

 

4.      Atom dengan ikatan rangkap 2 atau 3 setara dengan 2 atau 3 kali ikatan tunggal

2.      Isomer geometri pada hidrokarbon jenuh rantai terbuka.

a.       Keterbatasan perputaran atom – atom yang terikat pada masing – masing atom C.

b.      Rintangan perputaran atom – atom tidak sebesar rintangan atom – atom yang terikat pada atom C ikatan rangkap.

c.       Ikatan s masih memungkinkan atom – atom yang terikat pada atom C untuk berputar (molekul yang memiliki penataan dalam ruang secara berlainan) à konformasi struktur atom à conformational isomers (konfomer)

3.      Isomer Gometri pada Hidrokarbon siklik

a.       Keterbatasan perputaran atom – atom yang terikat pada masing – masing atom C.

b.      Rintangan perputaran atom – atom tidak sebesar rintangan atom – atom yang terikat pada atom C ikatan rangkap, tetapi lebih besar dari pada rintangan pada hidrokarbon rantai terbuka karena pengaruh regangan sudut.

c.       Ikatan s pada hibridisasi sp3 mempunyai sudut 109,5^o, beberapa ikatan siklik mempunyai sudut ikatan tidak demikian.

d.      Besarnya rintangan akibat regangan sebanding selisih sudut ikatan dengan 109, 5^o.

e.       Siklopropana mempunyai sudut ikatan 60, siklopentana 108.

f.       Molekul siklik besar hampir tidak ada rintangan karena regangan

g.      Sikloheksana membentuk konformasi kursi supaya sudut ikatan mendekati 109,5^o.

h.      Dalam sikloheksana dikenal subtituen:

Aksial à ikatan pada salah satu hidrogen terletak dalam bidang cincin

Ekuatorial à ikatan ke hidrogen lain yang tegak lurus sumbu

4.      Isomer Geometri pada Hidrokarbon yang mmepunyai Kiral

Kiralitas adalah suatu keadaan yang menyebabkan dua molekul dengan struktur yang sama tetapi berbeda susunan ruang dan konfigurasinya. Atom yang menjadi pusat kiralitas dikenal dengan istilah atom kiral. Atom kiral adalah atom yang mengikat gugus yang semuanya berbeda.

Bila dalam suatu molekul terdapat satu pusat kiral maka akan terdapat dua stereoisomer dari senyawa tersebut yang dikenal dengan istilah enantiomer.

a.       Sepasang enantiomer merupakan bayangan cermin satu terhadap yang lainnya.

b.      Kedua enantiomer tidak bisa ditumpangtindihkan setelah dilakukan operasi simetri apapun.

Bila dalam satu molekul terdapat lebih dari satu pusat kiral maka akan terdapat lebih dari satu pasang enantiomer à diastereoisomer/diastereomer

B.     KONFORMASI DAN KRITALISASI SENYAWA RANTAI TERBUKA

1.      KONFORMASI SENYAWA RANTAI TARBUKA

Dlam senyawa rantai terbuka gugus-ggus yang terikat oleh ikatan sigma dapat berotasi mengelilingi ikatan itu. Oleh karena itu atom-atom dalam satu molekul rantai terbuka tak dapat memiliki tak terhingga  banyak posisi di dalam ruang relative satu terhadap yang lain.

Untuk mengemukakan konformasi akan digunakan tiga jenis rumus: rumus dimensional, rumus boladan pasak, serta rumus proyeksi newton. Rumus dimensional adalah representasi tiga dimensi dari model molekul suatu senyawa. Suatu proyeksi newton adalah pandangan ujung ke ujung dari dua atom karbon saja dlam molekul itu.

Proyeksi newton dapatdigambarkan dengan dua atom karbon atau lbih karena pada tiap kali hanya dua atom karbon dapat ditunjukkan dalam proyeksi itu. Maka lebih dari satu proyeksi Newmandapat digambarkan untuk sebuah molekul. Misalnya: dapat diyemukan dua proyeksi newman untuk 3-kloro-1-propanol.

Karena adanya rotasi mengelilingi ikatan sigm, maka suatu moleku dapat memiliki konformasi berapa saja. Konformasi yang berbeda disebut conformer. Dalam rumus-rumus etana dan 3kloro-1-propanol dapat dipergunakan conformer goyang, dalam maa atom-atom hydrogen atau gugus-gugus terpisah sejah mungkin dari yang lain.

Rotasi megelilingi ikatan sigma seringkali disebut rotasi bebas. Tetapi sebenarnya tidaklah benar-benar bebas. Konformasi eklips bebas, kurang stabil dibandingkan konformasi goyang, karena adanya tolak-menolak antara electron-elektrn ikatan dan atom-atom hydrogen. 

       Butana, seperti etana dapat memiliki konformasi eklips dan goyang. Dalam butane terdapat dua gugus metil yang relative besar. Terikat pada dua karbon besar. Dipandang dari dua karbon pusat, hadirnya gugus-gugus metil ini  menyebabkan terjadinya dua macam konformasi goyang yang berbeda dalam hal ini yaitu posisivgugus-gugus metil terhadap yang lain. Konformasi goyang dalam mana gugus-gugus metil terpisah sejauh mungkin, disebut conformer anti. Konformasi goyag ini dimana gugus-gugus lebih berdekatan, disebut conformer gauche.

        Makin besar gugus-gugus terikat pada kedua atom karbon, akan makin besar selisih energy antara konformasi-konformasi molekul itu. Di[perlukan lebih banyak energy untuk mendorong dua gugus besar berdekatan dari pada gugus kecil. Etana membutuhkan hanya 3 kkal/mol ubtuk berotasi dari konformasi goyang ke elips, sedangkan butane memerlujan 4,5 kkal/mol untuk berotasi dari konformasi anti ke konformasi dimana gugus metil eklips. Hubungan energy berotasi penuhmengelilingi ikatan 2-karbon 3 butana ditunjjukkan oleh gambar:

1.      KIRALITAS SENYAWA RANTAI TERBUKA

          Atom karbon kiral yang sangat lazim yang menyebabkan kiralitas dalam molekul ialah bahwa molekul itu mengadung sebuah atom karbon sp3 dengan 4 gugus berlawanan. Molekul semacam ini bersifat kiral dan dijumpai sebagai sepasag enantiomer. Karena hal ini, maka sebuah atom karbon dengan 4 gugus yang berlaian disebut atom asimetrik atau atom kiral.

            Untuk mencari sebuah atom kiral, haruslah ditetapkan bahwa keempat gugus yang terikat pada karbon sp3 itu berlainan. Dalam banyak hal masalah ini sederhana sekali, misalnya jika pada karbon itu terikat dua atom atau lebih atom H. 

         Akiral                                                                               Kiral

ENTIOMER 2-BUTANOL

ENTIOMER R & S

}  Singkirkan kebelakang atom dengan prioritas terendah.

}  Beri skala prioritas 3 atom sisanya

}  Gerakan dari prioritas tertinggi (1) ke tengah (2) hingga terendah yang tersisa (3)

}  Jika arah putaran searah jarum jam maka disebut enantiomer rectus (R)

}  Jika arah putaran berlawanan arah jarum jam maka disebut enantiomer sinister (S)

 

ENTIOMER + DAN –

}  Pasangan enantiomer yang ditentukan berdasarkan arah putaran terhadap bidang cahaya terpolarisasi bidang.

}  Enantiomer (+) memberikan putaran searah bidang cahaya terpolarisasi bidang (putar kekanan)

}  sudut putaran bidang polarisasi radiasi terpolarisasi linear setelah radiasi tersebut melewati medium kiral disebut rotasi optik.

}  Molekul yang memberikan rotasi optik disebut optis aktif

}  Enantiomer (+) mempunyai sudut rotasi optik +.

}  Enantiomer (-) mempunyai sudut rotasi optik -.

}  Campuran enantiomer (+) & (-) dalam jumlah yang sama disebut campuran rasemat yang memberikan sudut rotasi optik 0.

}  Untuk suatu campuran enantiomer dalam jumlah yang berbeda, sudut rotasi optik merupakan selisih jumlah kedua enantiomer.

ENANTIOMER d Dan l

}  Ditentukan berdasarkan posisi OH pada atom C kedua gliseraldehid berdasarkan proyeksi Fischer.

}  Jika OH berada disebelah kanan maka disebut enantiomer dextro (d).

}  Jika OH berada disebelah kiri maka disebut enantiomer laevus (l).

Struktur senyawa dengan lebih dari satu pusat kiral tetapi strukturnya tidak kiral disebut senyawa meso

 

SUMBER:

1.      Fessenden. 2005. Kimia Organik Edisi Ketiga. Jakarta:Erlangga

2.      Tim Dosen Kimia Organik