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.
Tiga aspek sterokimia yang akan
dicakup antara lain:
1. Isomer Geometrik: bagaimana
ketegaran (rigidity) dalam molekul dapat mengakibatkan isometri.
2. Kiralitas (chirality) : bagaiman
penataan kiri atau kanan atom-atom di sekitar sebuah atom karbon dapat
mengakibatkan isomeri
3. Konformasi molekul: bentuk molekul
dan bagaiman bentuk ini dapat berubah.
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 STRUKTUR
ISOMER FUNGSIONAL
Terdapat
dua jenis isomer,
yaitu isomer struktural dan stereoisomer . Isomer struktural
adalah isomer yang
berbeda dari susunan/urutan atom-atom terikat satu sama lain.
1.
ISOMER STRUKTURAL
Variasi dalam struktur senyawa organic dapat
disebabkan oleh jumlah atom atau jenis atom dalam molekul. Tetapi variasi dalam
struktur ini dapat juga terjadi Karena urutan atom yang terikat satu sama lain
dalam suatu molekul.
Misalnya untuk rumus molekul C2H6O
dapat ditulis dua rumus bangun yang berlainan. Kedua rumus bangun ini
menyatakan dua senyawa yang berlainan yaitu: dimetil eter, dan etanol. Dimetil
eter dan etanol merupakan contoh isomer structural. Alkana yang mengandung tiga
karbon atau kurang tak mempunyai isomer. Dalam tiap kasus, hanya terdapat satu
cara untuk menata atom-atom.
Contoh :
Tak berisomer
: CH4 C2H6 C3H8
Metana Etana Propana
Jadi dapat
disimpulkan semakin banyak atom karbonnya, maka makin banyak pula isomernya.
2.
STEREOISOMER
Merupakan senyawa berlainan yang mempunyai struktur
sama, berbeda hanya dalam hal penataan atom-atom dalam ruangannya saja.
Stereoisomer bukanlah isomer struktur,mereka mempunyai urutan keterkaitan
atom-atom yang sama. Stereoisomer hanya berbeda susunan atom-atomnya dalam
ruang. Berdasarkan strukturnya stereoisomer digolongkan menjadi dua yaitu :
·
Enantiomer
adalah yang antara satu sama lain merupakan bayangan cermin
·
Diastereomer
adalah yang bukan merupakan bayangan cermin
Berdasarkan mudah tidaknya berubah dari satu
stereoisomer ke stereoisomer yang lain, stereoisomer dikelompokan menjadi dua
kelompok, yakni :
·
Isomer-isomer
konformasi / konfomer-konfomer yaitu mereka yang dapat berubah dari satu
stereoisomer ke stereoisomer yang lain dengan hanya melalui pemuatan ikatan
tunggal
·
Isomer-isomer
konfigurasi yaitu mereka yang hanya dapat berubah dari satu stereoisomer ke
stereoisomer yang lain melalui pemutusan dan penyambungan kembali ikatan-ikatan
kovalen.
Dalam kimia, isomerisme cis-trans atau isomerisme
geometrik atau isomerisme konfigurasi adalah sebuah bentuk
stereoisomerisme yang menjelaskan orientasi gugus-gugus fungsi dalam sebuah
molekul. Secara umum, isomer seperti ini mempunyai ikatan rangkap yang tidak
dapat berputar. Selain itu, isomer ini juga muncul dikarenakan struktur cincin
molekul yang menyebabkan perputaran ikatan sangat terbatas.
Istilah "isomerisme
geometrik" adalah istilah lama
yang sudah tidak digunakan lagi dan merupakan sinonim dari "isomerisme
cis-trans". Ia kadang-kadang juga merupakan sinonim untuk stereoisomerisme
umum (misalnya isomerisme optis); istilah yang tepat untuk stereoisomerisme
non-optis adalah diastereomerisme.
Konformasi merupakan penataan atom atau
gugus-gugus yang terikat oleh ikatan sigma dalam ruang secara berlainan akibat
rotasi atom/ gugus tersebut mengelilingi ikatan tersebut.
Kiral adalah senyawa atau ion yang tidak
dapat ditindihkan dengan bayangan cerminnya .Kiral berasal dari bahasa yunani
“cheir” yang artinya tangan. Istilah kiral secara umum digunakan untuk menggambarkan
suatu objek yang tidak dapat bertumpukan secara pas pada bayangannya.
Molekul kiral adalah molekul yang mempunyai
bayangan cermin tidak superimposabel (tidak dapat bertumpukan ). Suatu molekul
organik disebut molekul kiral jika terdapat minimal 1 atom C yang mengikat
empat gugus yang berlainan. Molekul-molekul kiral memiliki sifat optis, yang
artinya suatu molekul kiral memiliki kemampuan untuk memutar bidang cahaya
terpolarisasi pada alat yang disebut polarimeter. Perbedaan antara molekul
kiral dan akiral adalah bahwa hanya senyawa kiral yang tidak dapat berhimpit.
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. Penyebab adanya kiralitas adalah adanya senyawa karbon yang tidak
simetris
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
Terdapat dua bentuk isomer cis-trans, yakni cis dan
trans. Ketika gugus substituen berorientasi pada arah yang sama, diastereomer
ini disebut sebagai cis, sedangkan ketika subtituen berorientasi pada arah yang
berlawanan, diastereomer ini disebut sebagai trans. Contoh molekul hidrokarbon
yang menunjukkan isomerisme cis-trans adalah 2-butena.
Senyawa alisiklik juga dapat menunjukkan isomerisme
cis-trans. Sebagai contoh isomer
geometrik yang disebabkan oleh struktur cincin, yaitu
:
}
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 109,5o,
beberapa ikatan siklik mempunyai sudut ikatan tidak demikian.
d.
Besarnya rintangan akibat regangan sebanding selisih sudut ikatan dengan 109, 5o.
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 109,5o.
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 Newman dapat 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
http://rostalindarumapea.blogspot.co.id/2016/10/v-behaviorurldefaultvmlo.html
