TUGAS TERSTRUKTUR TATAP MUKA KE-6 DAN KE-7

TUGAS TATAP MUKA KE-6 DAN KE-7 

1.      Jelaskan mengapa suatu sikloheksana terdisubtitusi-cis-1,3 lebih stabil dari pada struktur-trans-padanannya?.

Jawab:

       Molekul pada sikloheksana dapat bersifat cis maupun trans, jika tersubtitusi oleh dua gugus molekul atau pun atom, bentuk cis dab trans pada sikloheksana adalah isomer geometris dan bila suhu kamar maka tidak dapat diubah yang satu menjadi lainnya, dan masing isomernya dapar memiliki berbagai macam konformasi.Suatu sikloheksana tersubtitusi-cis-1,3 lebih stabil dari pada struktur padanannya karena pada dasarnya jika ada dua gugus yang disubtitusi pada suatu cincin sikloheksana seperti cis- 1,3 lebih stabil dari pada struktur trans-1,3 karena keduanya subtituen dalam cis-1,3 yang dapat berposisi ekuator, sedangkan yang trans-1,3 satu gugus terpaksa berposisi aksial. Karena dalam hal ini, kestabilan suatu isomer baik itu cis maupun trans tergantung pada posisi subtituennya.
      

Dimana jika cis-1,3 lebih stabil disebabkan posisi ekuatorial. Hal ini karena bahwa pada posisi ekuarotial efek tolakan steriknya lebih kecil dibandingkan dengan posisi aksial pada trans-1,3 sehingga cis-1,3 lebih stabil. 
                                          

       Sehingga, dalam hal ini dapat ditarik kesimpulan bahwa posisi ekuatorial memiliki efek tolakan sterik yang kecil sehingga stabil, dan semakin kecil tolakan sterik antar atom maka akann semakin stabil dan begitu pula sebaliknya pada posisi aksial yang memiliki tolakan sterik yang besar sehingga menyebabkan ketidak stabilan. Dikatakan posisi aksial karena antar gugus atau subtituen memiliki arah yang berlawanan, sedaangkan disebut posisi ekuatorial karena antar gugusnya searah.
                            

2.      Tuliskan proyeksi Fischer untuk semua konfigurasi yang mungkin dari 2,3,4-pentanatriol. Tunjukkan pasangan-pasangan enantiomernya.

Jawab:  
konfigurasi 2,3,4-pentanatriol

Konfigurasi relatif

R(2,3,4 Pentanatriol) dan S( 2,3,4 Pentanatriol)

     

       

 

  

konfigurasi mutlak

STEREOKIMIA (Pertemuan ke-7)

STEREOKIMIA

(Pertemuan ke-7)

      A.    KONFIGURASI MUTLAK DAN RELATIF

1.      Konfigurasi Mutlak

 gambar: molekul kiral                                                        konfigurasi mutlak

Molekul kiral adalah molekul yang tidak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya. Susunan keruangan keempat gugus yang terikat pada pusat kiral disebut konfigurasi mutlak yang dinyatakan dengan konfigurasi R/S. penentuan konfigurasi R/S molekul kiral pada umumnya didasarkan sistem prioritas yang dikembangkan oleh Chan-Ingold-Prelog. Penentuan dengan metode ini memerlukan daya nalar keruangan atau gugus-gugus disekitar pusat kiral yang dinyatakan dalam struktur tiga dimensi. Pada penentuan konfigurasi R/S dengan kaidah tangan kanan merupakan penentuan konfigurasu R/S yang merupakan metode yang dikembangkan oleh Chan-Ingold-Prelog. Disamping itu, ada metode penentuan konfigurasi R/S dengan aturan perkalian. Metode yang ini tidak menentukan daya nalar keruangan.

 Contoh konfigurasi mutlak/absolute:

1.      (2R,3S)-2,3 dibromo pentane dan (2S,3R)-2,3 dibromo pentane

2.      (2R,3S)-2,3 dibromo pentane dan (2R,3R)-2,3 dibromo pentane 

Jika di antara sepasang stereoisomer tidak  ada atom C kiral yang memiliki konfigurasi yang sama, maka stereoisomer tersebut adalah enantomer. Seperti yang terlihat pada contoh pertama. Sedangkan, jika di antara sepasang stereoisomer terdapat minimal satu atom C kiral yang memiliki konfigurasi yang sama, maka stereoisomer tersebut adalah diastereoisomer. Seperti yang terlihat pada contoh yang kedua.            

Untuk mengatasi hal tersebut tiga orang ahli kimia yaitu Chan (berasal dari Inggris), Ingold (berrsal dari Swiss, dan Prelog (yang berasal dari swiss), mereka mengusulkan cara konfigurasi atom karbon stereogenik baru yang didasarkan atas aturan pronitas (priority rule) atau aturan urutan (sequence rule). Aturan tersebut menyatakan bahwa atom-atom utama dan keempat gugus yang terikat langsung dengan atom karbon pusat steeogenik diurutkan atau diprioritaskan berdasarkan atas nomor atomnya. Atom yang terikat langsung dengan atom karbon stereogenik diberi prioritas sebagai yang besar (large=L), berikutnya atom yang lebih rendah nomor atomnya dari pada L diberi prioritas sebagai menengah.

           Penetapan konfigurasi sistem (R) atau (S)

a        1. Bayangkan molekul dalam bentuk 3D, putar molekul hingga gugus berprioritas rendah berada di    belakang

b .        2. Gambar panah dari gugus berprioritas paling tinggi kerendah.

3           3. Bila arah searah jarum jam = R sedangkan berlawanan jarum jam = S 

     Adapun sifat enansiomer adalah sebagai berikut:

            1. Mempunyai titk didih, titik leleh dan berta jenis yang sama

           2. Indeks biasnya sama

3         3. Arah rotasi pada polimeterr berbeda

d       4. Interaksi dengan molekul kiral lain berbeda, seperti; enzim, teste buds, dan scent

       Optis aktif

1         1. Rotasi cahaya terpolarisasi bidang

            2. Enansiomer memutar cahaya kea rah yang berlawanan, dengan sudut tertentu.

                 

3.      Konfigurasi Relatife

Konfigurasi relative yaitu cara pennetuan didasarkan dengan membandingkan penataan atom-atom dalam  ruang dari suautu senyawa dengan senyawa analog lainnya. Misalnya, untuk golongan asam amino, senyawa pembandingnya adalah D-alanina (dengan NH₂ di sebelah kanan) dan L-alanina (dengan NH₂ di sebelah kiri).

 Pada dasarnya D singkatan dari dextro, dan baha latinnya dexter yang berarti kananm sedangkan L singkatan dari levo dan bahasa latinnya Laevus yang berarti kiri. Konfigurasi absolute secara terbatas hanya berlaku pada senyawa-senyawa dan golongan karbohidrat dan asam amino  saja. sementara itu, senyawa organic terdiri dari banyak golongan senyawa yang tidak hanya mengandung gugus hidroksi dan gugus amino, tetapi juga gugus yang lainnya. Dengan menggunakan Proyeksi Fischer sistem penggambaran konfigurasi gugus disekitar pusat kiral yang berbeda (susunan ruang atom atau gugus yang menempel pada karbon kiral, yaitu konvensi D dan L.

Pada proyeksi Fischer mencakup beberapa hal, diantaranya:

a       1.Gambar datar yang menunjukkan molekul 3D

           2. Karbon kiral berada di perpotongan garis horizontal dan vertical

     3. Garis horizontal menunjukkan ikatan yang berbeda di belakang kertas menjauhi pengamat.

 

Adapun aturan Fischer adalah sebagai berikut:

a.       Cabang karbon berada pada garis vertical

b.      Karbon teroksidasi tertinggi berada di palin atas

c.       Rotasi sebesar 180⁰ pada bidang datar tidak mengubah molekul

d.      Jangan memutar 90⁰

Bayangan cermin Fischer memiliki cirri-ciri yaitu; mudah digambar, mudah menemukan enansiomer, dan mudah menenmukan bayangan cermin dalam bidang.

                        Ada dua cara menentukan bentuk tetrahedral, yaitu dengan tiga dimensi (cara perspektif), dengan dalam rumus dua dimensi (cara proyeksi). Rumus-rumus proyeksi memperlihatkan hanya dua dimensi, dimensi lain dibayangkan tegak lurus bidang kertas. Proyeksi yang luas digunakan karena kesederhanaannya adalah proyeksi Fischer.

    Polarimetri

              1. Menggunakan cahaya monokromatik, biasanya natrium D

       2. Saringan polarisasi yang dapat dipindahkan untuk mengukur sudut

3           3. Searah jarum jam: dextorotatory (d) atau (+), sedangkann yang berlawanan jarum jam: levorotatory (l) atu (-), dimana dalam hal ini tidak berhubungan dengan R maupun dengan S.

   

.     B. PEMISAHAN CAMPURAN RASEMIK

Campuran rasemik artinya suatu campuran yang mengandung sepasang enantiomer dalam jumlah yang sama. Sepasang enantiomer itu adalah enantiomer R dan enantiomer S. prinsip dasar dari pada isomer optic adalah sebagai berikut:

1.      Sepasang enentiomer memilikisifat-sifat fisika (titk didih, kelarutan,dll) yang sama tetap berbeda dalam arah rotasi polimemeter dan interaksi dengan zar kiral lainnya.

2.      Sepasang diastereoisomer memiliki sifat-sifat fisika dan sudut rotasi polarimeter yang  berbeda satu sama lain. kita dapat memisahkan campuran dua diastereoisomer dengan cara-cara fisika (destilasi, kristalisasi, dll), akan tetapi tidak dapat memisahkan campuran dua enantiomer dengan cara-cara  fisika yang sama. Jadi,, dapat disimpulakan bahwa kita dapat dengan mudah memisahkan campuran dua diastereoisomer, tetapi akan kesulitan memisahkan dua enantiomer.

Dalam hal ini, campuran rasemik dimana enansiomer d- dan l- dalam jumlah seimbang. Nitasi (d,l) atau (±), pada campuran rasemik ini tidak bersifat optis aktif, dan campuran rasemik juga mempunyai titik didih dan titk leleh yang berbeda dengan enansiomernya.

      Jika pereaksi yang tidak optis aktif digabungkan untuk membentuk molekul kiral, maka akan terbentuk campuran rasemik enansiomer.

Pada kiralitas conformer, jika terjadi kesetimbangan pada dua conformer kiral, maka molekul tersebut dikatakan bukan kiral. Selain itu juga dapat memutuskan kiralitas dengan cara melihat conformer yang paling simetris. Pada umumnya, sikloheksana secra rata-rata dapat dikatakan berbentuk planar (datar).

Suatu stereoisomer akan menjalani reaksi yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup. Bahkan suatu stereoisomer akan menghasilkan produk yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup.

Jika di dalam laboratorium pemisahan fisis suatu campuran rassemik menjadi enentiomer-enentiomer murni disebut juuga dengan resolusi (resolving) campuran rasemik itu. Suatu cara untuk memisahkan campuran rasemik atau sekurangnya mengisolasi enentiomer murni adalah mengolah suatu campuran tersebut dengan suatu mikroorganisme yang hanya akan mencerna salah satu dari enentiomer itu. Misalnya saja, dengan menginkubasi campuran rasemik itu dengan bakteri pseudomonas campuran rasemik putida yang mengoksidasi (S)-nikotina tetapi tidak (R)-enentiomer.

Beberapa obat yang beredar dalam bentuk campuran rasemik contohnya adalah:

1.      Obat Thalidomide

Obat ini memiliki dua enantiomer, dimana enantiomer yang berguna sebagai obat  penenang adalah R-thalidomide. Akan tetapi ibu hamil yang mengonsumsi enantiomer yaitu S-thalamide justru mengalami masalah dengan pertumbuhan anggota tubuh janinnya.
                

2.      Nikotin

(-)Nikotin dilaporkann lebih beracun dan berbahaya dibandingkan dengan (+)Nikotin. Tanda (+) disini menyatakan arah rotasi polarimeter sesuai arah jarum jam, sedangkan tanda (-) disini untuk menyatakan arah rotasi polarimeter yang berlawanan jarum jam.

3.      Tiroksin

      Tiroksin adalah hormone yang menghasilkan kelenjar tiroid. Dimana, (-)Tiroid meregulasi metabolisme tubuh, sedangkan yang (+)Tiroksin tidak mengandung efek regulasi apapun.

4.      Epinefrin

Epinefrin resemik merrupakan campuran dengan perbandingan 1:1 d-isomer dan l-isomer epinefrin. Dimana, mekanisme aksi pada eppinefrin adalah pada reseptor a adrenergic yang terbukti dapat menyebabkan vasokonstriksi dan mengurangi udem. Pengurangan udem mukosa larings akan meningkatkan diameter jalan napas sehingga stridor inspirasi dan retraksi akan berkurang.

5.      Tramadol

Tramadol HCl adalah anagesik kuat yang bekerja pada reseptor opiate. Dalam hal ini, tramadol mengikat mengikat secara stereospesifiik pada reseptor di sistem saraf pusat sehingga menghentikan sensasi nyeri dan respon terhadap nyeri.

Tharmadol merupaka campuran rasemik dengan perbandingan 1:1 dari 2 anantiomer. Enantiomer (+)nya memiliki potensi berbeda terhadap reseptor opioid  dan sisi monoamine uptake. Enantiomer (-) tramadol kira-kira 5 kali lebih kuat untuk menghambatreuptake norepinephrine dengan menstimulasi reseptor alpha (2)-adrenergic. Dan sebaliknya, yang akan terjadi untuk enantiomernya (+), kedua enantiomer diberikan kepada aksi analgesic tramadol.

Berdasarkann fakta diatas stereokimia (struktur ruang) suatu senyawa organic mutlak harus diperhitungkan dalam reaksi-reaksi biologis makhluk hidup.

STEREOKIMIA (Pertemuan ke 6)

STEREOKIMIA

    A. ISOMER GEOMETRI DALAM ALKENA DAN SENYAWA SIKLIK

 

Pada isomer geometri terdapat pada senyawa alkena dan senyawa siklik.

 Ikatan rangkap C=C terjadi dari satu ikatan sigma dan satu ikatan pi. Dengan adanya ikatan pi, maka molekul menjadi terkunci hanya dalam satu posisi. Dua atom karbon yang berikatan rangkap C=C dan keempat atom yang terikat pada terletak dalam satu bidang datar dan menempati posisi yang tetap.

Isomer geometric, yang diakibatkan oleh ketegaran dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelas senyawa, yaitu: alkena dan senyawa siklik.

  

          


                  Pada dasarnya molekul bukanlah merupakan partikel yang static yang berdiam diri. Mereka bergerak, dan memutar (rotasi) sedemikian sehingga bentuk keseluruhan sebuah molekul selalu berubah berkesinambungan. Akan tetapi, gugus-gugus yang terikat oleh ikatan rangkap tak dapat berputar dengan ikatan rangkap itu sebagai sumbu, tanpa mematahkan ikatan-pi itu. Adapun, energy yang diperlukan untuk mematahkan ikatan-pi karbon-karbon (sekitar 68 kkal/mol) tak tersedia untuk molekul itu pada temperature kamar. Karena, adanya ketegaran ikatan-pi inilah maka gugus-gugus yang terikat pada karbon berikatan pi terletak tetap dalam ruang relative satu sama lain.

            Biasanya struktur suatu alkena ditulis seakan-akan atom-atom karbon sp² dan atom-atom yang terikat pada mereka terletak semuanya pada bidang kertas.

            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”).

            Sifat-sifat fisika (seperti titik didih) cis- dan trans- 1,2-dikloroetena pada dasarnya berbeda. Kedua senyawa tersebut bukanlah termasuk kedalam isomer-isomer structural karena urutan ikatan atom-atom dan lokasi ikatan rangkapnya adalah sama. Pasangan isomer ini masuk dalam kategori umum steroisomer.
                                                                          

            Kedua isomer cis-tans mempunyai perbedaan dalam hal sifat fisiknya, titik didih, titik leleh, atau kelarutan. Dalam kesetabilan termodinamika isomer trans lebih dari pada isomer cis. Hal ini disebabkan, karena pada isomer trans posisi L₁ dan L₂ tidak pada sisi yang sama dan membentuk posisi diagonal/silang, sehingga ruangnya tidak terlalu berdesakan (crowded), posisi L₁=L₂  pada isomer cis, yang eterletak pada posisi yang sama, menyebabkan efek desakan ruang yang cukup besar. Namun, demikian, isomer trans akan dapat berubah menjadi isomer cis bila ditambahkan energy yang berupa panas/kalor atau cahaya/foton.

                                  

Selain isomer cis-trans, juga dikenal tatanama isomer geometri dengan menggunakan awalan E (entgegen) yang setara dengan trans, dan Z (zusammen) yang setara dengan cis. Kedua awalan tersebut yang berasal dari bahasa Jerman  yang artinya berlawanan (entgegen) dan bersama (zusammmen). Awalan E dan Z digunakkan apabila awalan cis-trans sulit untuk diterapkan, yaitu bila L₁≠L₂ dan S₁≠S₂.

 

Steroisomer adalah senyawa berlainan yang mempunyai struktur sama yang berbeda hanya dalam hal penataan atom-atom dalam ruangan. Isomer geometric juga disebut isomer cis-trans.

Isomer cis-trans adalah dimana stereoisomer-stereoisomer yang berbeda dimana gugus-gugus berada pada satu sisi atau pada sisi-sisi yang berlawanan terhadap letak ketegaran molekul.

Pernyataan isomer geometri dalam alkena adalah bahwa setiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan, dalam hal ini, 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 isomer geometri .

                                                        

           ketika C=C dilipat 2 kali maka akan terbentuk seperti gambar berikut:
               

          Adolf von Baeyer, seorang ahli kimia Jerman, melontarkan teori bahwa senyawa siklik membentuk cincin-cincin datar. Kecuali pada siklopentana semua senyawa siklik mengalami tarikan (tegang karena tidak leluasa), karena suudut ikatan (bond angel) menyimpang dari sudut tetrahedral 109,5%. Ia menyarankan bahwa, karena suudut cincin luar biasanya kecil, maka dikloropropana dan siklobutana lebih reaktif dari pada alkana rantai terbuka. Menurutnya siklopentana merupakan sistem cincin yang paling stabil (karena sudut ikatan palling dekat dengan sudur tetrahedral), dan rekatifitas meningkat lagi mulai dengan sikloheksana.

                                                               

Perlu diketahui bahwa suatu cincin datar dengan sudut ikatan 120⁰, melainkan suatu cincin yang agak terlipat (puckered) dengan sudut ikatan mendekati 109⁰, sudut ikatan sp³ biasa.

                                                      

            Akan tetapi terdapat tarikan cincin dalam sistem yang lebih kecil. Siklopropana merupakan sikloalkana yang paling reaktif . kalor pembakaran pergugus metilena lebih tinggi dari pada alkana lain.

            Teori saat ini akan mengatakan bahwa orbital sp³ atom-atom karbon dalam siklopropana tak dapat tumpang tindih lengkap satu sama lain, karena sudut antara atom—atom karbon siklopropana secara geometris harus 60⁰. Ikatan-iakatan sigma cincin siklopropana berenergi lebih tinggi dari pada ikatan-ikatan sigma sp³ yang mempunyai sudut ikatan normal. Ikatan-ikatan siklopropana lebih mudah putus dari pada milik ikatan sigma C-C lainnya, serta dalam reaksi-reaksi yang sepadan, dibebaskan lebih bnayak energy.

                                

            Perlu diketahui juga bahwa siklobutana tak sereaktif siklopropana, tetapi lebih reaktif dari pada siklopentana jika tunduk padda teori Baeyer, cincin siklopentana stabil  dan jauh kalah reaktif dibandingkan dengan cincin –tiga dan –empat anggauta.

            Perkiraan Baeyer meleset untuk sikloheksana dan cincin-cincin yang lebih besar. Siklohesana dan cincin-cincin yanglebih besar dari pada sikloheksana memiliki konformasi terlipat dan bukan sebagai cincin rata, serta tidak sangat reaktif. Cincin-cincin besar biasanya tidak dijumpai dalam senyawa alamiah, sepepri cincin lima dan enam anggauta. Baeyer mengiira bahwa kelangkaan ini disebabkan oleh tarikan cincin .

          B. KONFORMASI DAN KIRALITAS SENYAWA RANTAI TERBUKA

Dalam senyawa rantai terbuka, gugus-gugus yang terikat oleh ikatan sigma dapat berotasi mengelilingi ikatan itu. Sehingga, atom-atom dalam suatu molekul rantai terbuka dapat memiliki tak terhingga banyak posisi di dalam ruang  relative satu terhadap yang lain. Misalnya, pada etana mempunyai sebuah molekul kecil, akan tetapi etana dapat memiliki panataan dalam ruang secara berlain-lainan, inilah yang disebut dengan istilah konformasi. Konformasi yaitu setiap tatana tiga dimensi atom-atom yang dihasilkan oleh rotasi oleh sumbu ikatan tunnggal.

Misalnya; molekul etana yang digambarkan dengan proyeksi Newman. Yang dimaksudkan dengan gambar proyeksi Newman disini adalah gambar molekul yang diperoleh dengan craa memandang molekul tersebut dari arah sumbu ikatan karbon-karbon,

Jika sedang diamati keenam conformer tersebut ternyata hanya terdapat 2 konformer yang ekstrem yaitu konformasi goyang (staggered) dan ekslips (eclipsed).

Sehingga pada konformasi “goyang”, ketiga ikatan C-H pada atom karbon yang berdampingan. Sedangkan, pada konformasi “eklips”, ketiga ikatan C-H pada atom karbon yang satu berdekatan dengan tiga ikatan C-H pada atom karbon yang berdampingan.

Misalnya pada senyawa butane, yang memiliki dua gugus metil yang cukup besar pada atom-H₂C-CH₂, sehingga butane memiliki dua macam konfortasi goyang. Konfortasi ini dimana jarak antara gugus-gugus –CH₃  terpisah sejauh mungkin disebut juga dengan conformer anti energinya paling rendah, sedangkan konformasi goyang lainnya dimana gugus-gugus –CH₃ agak berjauhan disebut juga dengan konformasi gauche
      

Kiralitas (chirality) yaitu, bagaimana penataan kiri atau kanan atom-atom disekitar sebuah atom karbon dapat mengakibatkan isomeri. Jika kiralitas senyawa rantai terbuka terjadi apabila gugus c dalam rantai terbuka tangan-tangannya telah berikatan dengan logam atau gugus fungsi lainnya.