Materi Sterokimia 2

Materi Sterokimia 2

Tujuan Pembelajaran   :

1.      Menentukan Konfigurasi Mutlak dan Relatif Bedasarkan Teori Chan-Ingold-Prelog

2.      Memahami Teknik Pemisahan Campuran Resemik Pada Senyawa Kiral

Bahan Kajian              :

1.      Konfigurasi Mutlak Dan Relatif

2.      Pemisahan Campuran Resemik

A.    Konfigurasi Mutlak Dan Relatif

1.      Penetapan Konfigurasi Sistem (R) dan (S)

Konfigurasi Mutlak adalah Konfigurasi yang mengikat 4 gugus di sekitar satu atom karbon kiral, yang dilambangkan dengan (R) dan (S). Sepasang enanomer mempunyai konfigurasi yang berlawanan.  Misalnya (+) gliseraldehida dan (-) gliseraldehida mempunyai konfigurasi berlawanan.

Pada akhir abad 19 diputuskan penggandaan bahwa (+) gliseralehida mempunyai konfigurasi mutlak dengan OH pada karbon 2 berada di kanan. Arah pemutaran bidang polarisasi  cahaya oleh suatu sifat fisika. Konfigurasi mutlak suatu enantiomer adalah khas struktur molekulnya.  Tak terdapat hubungan yang sederhana antara konfigurasi mutlak suatu entantiomer tertentu dan arah perputaran bidang polarisasi cahaya.

Telah ditunjukkan bagaimana arah pemutaran bidang polarisasi cahaya dapat dinyatakan oleh (-) dan (+). Diperlukan juga suatu system yang menyatakan konfigurasi mutlak yakni, penataan yang sesungguhnya dari gugus dari sekelilingi suatu karbon kiral. System ini adalah system (R) dan (S) atau system Chen-Ingold-Prelogk. Huruf (R) berasal dari kata latin, Rectus “kanan”, sedangkan (S) berasal dari kata latin, sinister “Kiri”. Atom karbon kiral apa saja mempunyai  konfigurasi (R) dan (S) oleh karena itu, suatu enantiomer adalah (R) dan enantiomer lainnya adalah (S). suatu campuran resemik ditandai dengan (R) dan (S).

Dalam system (R) dan (S), gugus-gugus yang diberi urutan prioritas dengan menggunakan perangkat atau aturan yang sama seperti yang digunakan dalam system (E) dan (Z). hanya saja urutan prioritas ini dgunakan dengan cara sedikit berbeda. Untuk memberikan konfigurasi (R) dan (S) kepada suatu karbon kiral:

1.      Urutkan ke empat gugus atau atom yang terikat pada atom C kiral, sesuai urutan prioritas aturan deret Chan-Ingold-Prelog

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

3.       Pilih gugus dengan prioritas tertinggi dan tariklah suatu anak panah bengkok ke gugus dengan prioritas tertinggi berikutnya

4.       Jika panah ini searah jarum jam, maka konfigurasinya adalah R, jika berlawanan arah konfigurasi S.

Sebagai ilustrasi diambil enantiomer-enantiomer 1-bromo-1-kloroetana.

1.      Urutkan keempat gugus. Disin urutkan prioritas kempat atom itu adalah nomor atomnnya. Br(tertinggi), Cl, C, H (terendah)

2.      Gambar proyeksi dengan atom berprioritas rendah (H) ada di belakang.

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 ke dalam penamaan.

Dengan menggunakan sebuah molekul, akan mudah menaruh suatu struktur dalam posisi yang benar untuk memberikan (R) dan (S) kepada struktur itu. Bagunlah model itu, pegang gugus yang berprioritas terendang dengan satu tangan, putar model itu sedemikian mungkin sehingga ketiga gugus lainnya menghadap anda.

Penetapan Konfigurasi (D) dan (L)

Konfigurasi Relatif adalah perbandingan penataan satu kiral yang sudah diketahui orientasinya yang dilambangkan dengan (D) dan (L).Molekul dapat memiliki beberapa pusat stereogenik, termasuk ikatan ganda dengan konfigurasi E atau Z dan atom tetrahedral asimetris. Jumlahs tereoisomer maksimum yang dapat dihasilkan dari n pusat stereogenik adalah 2n.

Ada beberapa cara untuk mewakili molekul dengan beberapa pusat stereogenik.Pada saat ini, metode yang paling umum dalam kimia organik untuk menggambarkan molekul dalam konformasi diperpanjang dengan rantaiterpanjang sejajar horizontal.

Kemudian substituen menunjuk arah kedalam ataukeluar dan naik atau turun di setiap sisi tetrahedral dari substitusi,yang diwakilioleh ikatan garis baji dan garis putus-putus. Empat kemungkinan stereoisomer dari 2,3,4-trihydroxybutanal ditunjukkan dengan cara ini pada Gambar 2.4.Konfigurasi di setiap pusat ditentukan sebagai R atau S. Isomer juga dapatdicirikan sebagai syn atau anti.

Dua substituen yang berdekatan menunjuk ke arah yang sama (atau keluar) adalah syn ,sedangkan yang menunjuk dalam arah yang berlawanan adalah anti.

Untuk molekul dengan lebih dari satu pusat stereogenik, pasangan harusenansiomerik memiliki konfigurasi yang berlawanan di setiap pusat. Keduahubungan enansiomer ditunjukkan pada Gambar 2.4. Ada empat pasangan lainyang tidak memenuhi persyaratan ini,tetapi struktur masih stereoisomer.

Molekul yang stereoisomer tetapi tidak enantiomer disebut diastereomer, dan empat darihubungan ini ditunjukkan dalam Gambar 2.4. Molekul yang diastereomer memiliki konstitusi yang sama (konektivitas) tetapi berbeda dalam konfigurasi pada satu atau lebih dari pusat stereogenik. Posisi dua diastereomer yang memilikikonfigurasi yang berbeda disebut epimerik. Sebagai contoh, anti -2R,3R dan syn-2R,3S stereoisomer memiliki konfigurasi yang sama di C (2), tetapi epimerik di C(3). Tidak ada yang unik tentang cara di mana molekul pada Gambar 2.4diposisikan, kecuali penggambaran konvensional diperpanjang rantai horizontal.Sebagai contoh, tiga representasi lain di bawah ini juga menggambarkan anti -2R,3S stereoisomer.

Cara lain untuk mewakili molekul dengan beberapa stereocenters adalahdengan rumus proyeksi fischer. Rantai utama molekul selaras secara vertikal,dengan (oleh konvensi) yang paling teroksidasi diletakkan paling atas dari rantaidi atas. Substituen yang di tampilkan horizontal ke arah pembaca.

Dengan demikian ikatan karbon-karbon vertikal jauh dari penampil sepanjang atomkarbon. Rumus proyeksi Fischer mewakili suatu konformasi eklips secarakeseluruhan dari rantai vertikal. Karena proyeksi ikatan horizontal dari bidangkertas, setiap reorientasi struktur tidak harus mengubah bentuk ini. Rumus proyeksi fischer dapat reorientasi hanya dalam bidang kertas.

Rumus proyeksi Fischer menggunakan sistem alternatif untuk menentukan kiralitas. Kiralitastertinggi bernomor kiral pusat (yang paling jauh dari teroksidasi terminus, yaitu,yang paling dekat dengan bagian bawah dalam orientasi konvensional), ditetapkansebagai D atau L, tergantung pada apakah itu seperti D-atau L-enantiomer gliseraldehida, yang merupakan senyawa referensi. Dalam orientasi konvensional,D-substituen berada di sebelah kanan dan L-substituen yang ke kiri.

Konfigurasi relatif dari substituen berdekatan dalam rumus proyeksiFischer yang ditunjuk  erythro jika mereka berada di sisi yang sama dan threomberada di seberang samping. Stereokimia dari stereocenters yang berdekatan juga dapat berguna diwakil oleh rumus proyeksi Newman. Gambar 2.5 menunjukkan 2,3,4-trihydroxybutanal(sekarang juga dengan nama karbohidratnya, e rythrose dan threose, sebagairumus proyeksi Fischer maupun yang selanjutnya dan representasi Newman.

Karena rumus proyeksi Fischer mewakili konformasi yang terhalang rantaikarbon, orientasi relatif dari dua substituen berdekatan berlawanan darirepresentasi lanjutan yang terhubung. Substituen berdekatan yang anti direpresentasi lanjutan yang berada di sisi yang sama dari rumus proyeksi Fischer,sedangkan yang berdekatan dengan substituen yang syn dalam representasi lanjutan adalah di sisi berlawanan dalam Proyeksi Fischer.

Seperti dengan representasi lanjutan, sepasang enansiomerik diwakili oleh rumus proyeksiFischer yang memiliki konfigurasi yang berlawanan di semua pusat stereogenik (Digambarkan sebagai kiri atau kanan.)

B.     Pemisahan Suatu Campuran Rasemik

Dalam kebanyakan reaksi di laboratorium, seorang ahli kimia menggunakan bahan baku akiral maupun resemik dan memperoleh produk akiral dan resemik. Oleh karena itu sering kiralitas preaksi dan produk diabaikan.

Berlawanan dengan reaksi kimia di laboratorium, kebanyakan reaksi biologis mulai dengan pereaksi kiral atau akiral yang menghasilkan produk-produk kiral. Reaksi biologis ini dimungkinkan oleh katalis biologis yang disebut enzyme, yang bersifat kiral. Karena ersifat kiral mereka bisa berlaku sangat selektif dalam kegiatan kataliknya. Misalnya, bila suatu organisme mencernakan campuran alanine resemik, maka hanya (S) alanine yang tergabung ke dalam bangunan protein. (R) alanine tak digunakan dalam protein. 

Dalam laboratorium fisis suatu campuran resemik menjadi enantiomer-enantiomer murni disebut resolusi campuran resemik itu. Pemisahan natrium ammonium terrarat resemik oleh Pasteur adalah resolusi campuran tersebut.

Suatu cara untuk memisahkan resemik 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 resemik itu dengan bakteri Pseudomonas Putida yang mengoksidasi (S)-nikotina, tetapi tidak (R)-enantiomer.

Teknik yang sangat umum untuk memisahkan sepasang enantiomer ulah mereaksikan mereka dengan suatu regansiral kiral sehingga diperoleh sepasang produk diastereometik. Jadi, sepasang diastereomer dapat dipisahkan oleh cara fisika biasa, seperti kristalisasi. Sebagai ilustrasi, (R) (S)-RCO2H suatu campuran resemik asam karbosilat akan dipisahkan secara laboratorium ®-RCO2H dan (S)-RCO2H ialah kedua enantiomer itu. Suatu karbosilat akan bereaksi dengan suatu amina, membentuk suatu garam.

Reaksi asam (R) (S) karbosilat dengan suatu amina, yang berupa suatu enantiomer 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 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 diasterometik ini diolah dengan basa kuat untuk memperoleh kembali aminanya. Amina dan ion karbosilat dapat dipisahkan oleh ekstraksi dengan pelarut seperti dietil eter .

Resolusi asam resemik bergantung pada pembentukan garam, dengan menggunakan suatu enantiomer tunggal suatu amina kiral. Amina lazim digunakan adalah amfetamina, yang dapat diperoleh sebagai enantiomer-enantiomer secara komersial dan strikhina dalam alam.

permasalahan: 
1.bagaimana Menentukan Konfigurasi Mutlak dan Relatif Bedasarkan Teori Chan-Ingold-Prelog 2.bagaimana penataan kiri atau kanan atom-atom disekitar sebuah atom karbon dapat mengakibatkan  isomer.

SUMBER:

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

2.    Brady, James E.Kimia Organik.Jakarta:Erlangga