TUGAS TERSTRUKTUR 3

PENJELASAN KENAPA SUATU SIKLOHEKSANA TERDISTRIBUSI-CIS-1,3 LEBIH STABIL DARIPADA STRUKTUR-TRANS-PADANAN NYA

Kestabilan (ketidakreaktifan) sikloalkana pada mulanya dijelaskan dengan “teori regangan Baeyer” (Baeyer’s strain theory). Menurut teori ini, senyawa siklik seperti halnya sikloalkana membentuk cincin datar. Bila sudut-sudut ikatan dalam senyawa siklik menyimpang dari sudut ikatan tetrahedral (109,50) maka molekulnya mengalami regangan. Makin besar penyimpangannya terhadap sudut ikatan tetrahedral, molekulnya makin regang, dan berakibat molekul tersebut makin reaktif. Bila sikloalkana mengikat substituen pada dua atau lebih atom karbon, maka terjadi isomer cis-trans.

Setiap atom karbon dalam senyawa alkana dan sikloalkana membentuk empat ikatan tunggalatau memiliki hibridisasi sp3. Adanya ikatan tunggal ini menyebabkan atom-atom dalam molekul sikloalkana bisa mengalami perubahan orientasi karena ikatan tunggal dapat berotasi. Perubahan orientasi ini disebut konformasi. setiap konformasi memiliki tingkat energi yang berbeda-beda. semakin rendah tingkat energinya, maka kestabilannya semakin tinggi. begitu pula jika tingkat energinya tinggi, maka ia semakin tidak stabil.

Dua bentuk konformasi utama untuk sikloheksana dikenal sebagai bentuk kursi dan perahu . Bentuk kursi itu lebih stabil daripada bentuk perahu karena bentuk perahu memiliki bayangan ikatan C-C dan C-H. Hal ini dapat dilihat lebih baik dalam proyeksi Newman yang telah diambil seperti yang kita cari sepanjang dua ikatan di saat yang sama -yakni ikatan 2-3 dan 6-5. Dalam konformasi kursi, tidak ada C-C yang “bayangan” ikatan. Namun, dalam konformasi perahu, ikatan 1-2 ini bayangan dengan ikatan 3-4, 1-6 dan ikatan yang bayangan dengan ikatan 5-4. Ini berarti bahwa konformasi perahu kurang stabil daripada konformasi kursi dan sebagian besar molekul sikloheksana ada dalam konformasi kursi. Namun, hambatan energi kecil cukup untuk molekul sikloheksana melewati konformasi perahu dalam proses yang disebut ' membalik cincin '. Kemampuan molekul untuk sikloheksana cincin-lain adalah penting ketika substituen yang ada. Setiap atom karbon di struktur kursi memiliki dua ikatan C-H, tetapi ini tidak identik . Salah satu ikatannya disebut sejajar karena kira-kira pada bidang cincin. Ikatan C-H yang lain vertikal terhadap bidang cincin dan disebut ikatan aksial.

Sudut C-C-C : 109,5°(tetrahedral)

Semua atom H pada posisi staggered

Axial : tegak lurus bidang rata-rata cincin

Equatorial : sejajar bidang rata-rata cincin

Sudut C-C-C: 109,5°(tetrahedral)

Tidak semua atom H pada posisi staggered

Kurang stabil dibanding bentuk kursi

Energi potensial konformer-konformer pada sikloheksana

Perhatikan : Perubahan konformer pada senyawa siklik memerlukan energi aktivasi yang jauh lebih besar

TUGAS TERSTRUKTUR 4

PROYEKSI FISCHER UNTUK SEMUA KONFIGURASI YANG MUNGKIN DARI 2,3,4-PENTANATRIOL DAN PASANGAN ENANTRIOMERNYA

STEREOKIMIA

A.           KONFIGURASI MUTLAK DAN RELATIF

1. Ketentuan Fischer (Konfigurasi Relatif)

Untuk memudahkan kita dalam mempelajari stereokimia, kita perlu menguasai teknik menggambar molekul yang lazim digunakan. Ada tiga teknik menggambar yang lazim digunakan adalah menggambar struktur 3-D (tiga dimensi), proyeksi Newman, dan proyeksi Fischer.

Proyeksi Fischer sangat bermanfaat dalam penulisan struktur molekul gula(monosakarida). Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam penulisan proyeksi Fischer. Proyeksi Fischer adalah penggambaran struktur 3-D dalam bentuk 2-D (dua dimensi). Pada proyeksi Fischer rantai karbon ditulis dari atas kebawah, dimana gugus yang paling tinggi prioritasnya diletakkan pada bagian atas. Setiap persilangan garis mengandung satu atom karbon. Atom atau gugus atom disebelah kiri dan kanan dari rantai karbon berarti berada dibagian depan bidang (mengarah kedepan kearah pembaca) dan yang bagian atas atau bawah dari atom karbon yang manjadi perhatian berada dibelakang bidang (menjauhi pembaca).

Untuk senyawa yang mempunyai atom C asimetris lebih dari satu, kadang-kadang digambarkan menurut proyeksi Fisher. Ini untuk penyederhanaan, diberi nama atas nama orang yang mengusulkan, yaitu Fisher.

Sistem penulisan ini berdasarkan atas kesepakatan bahwa garis tegak merupakan proyeksi dari ikatan yang mengarah kebelakang bidang gambar sedangkan garis berarti proyeksi dari ikatan yang mengarah bidang gambar. Letak ini tidak boleh dirobah begitu saja.

Penentuan konfigurasi absolut melalui proyeksi Fisher ini dapat dilakukan sebagai berikut :

_ Tukar posisi proyeksi, sehingga atom/gugus dengan

nomor prioritas terendah berada disebelah atas dan

nomor prioritas yang rendah disebelah bawah.

_ Note : rantai terpanjang digambarkan sebagai garis

vertikal.

Apabila arah nomor prioritas b            c atau 2            3 = R

Apabila arah nomor prioritas b   ¬      c atau 2    ¬     3 = S

Proyeksi Fisher ini sampai sekarang masih banyak digunakan karena sederhana, terutama dalam

bidang kimia karbohidrat

2. Ketentuan Cahn-Ingold-Prelog (Konfigurasi Absolut)

Sistem yang paling sukses untuk menunjukkan konfigurasi senyawa-senyawa umum adalah konvensi Cahn-Ingold-Prelog. System ini menggunakan huruf R atau S untuk setiap pusat kiral dalam molekul dan merupakan pilihan untuk menentukan konfigurasi pusat kiral molekul obat.

Penentuan setiap gugus yang melekat pada pusat kiral berdasarkan nomor atom yang bersangkutan. Nomor atom yang lebih berat memiliki prioritas yang lebih utama, sehingga atom hidrogen (H) pada urutan paling akhir. Jika keseluruhan prioritas disekitar kiral pusat telah ditentukan. jika urutan prioritas gugus tersusun menurut arah jarum jam disekitar pusat kiral, karbon kiral menerima konfigurasi R (Rectus) dan jika sebaliknya sebagai konfigurasi S (Sinister). Cara penentuan konfigusai R atau S sebagai berikut :

1.      Urutkan prioritas keempat atom yang terikat pada pusat kiral berdasarkan nomor atomnya. Diketahui nomor atom Br = 35, Cl = 17, F = 9, H = 1, maka urutan prioritas keempat atom di atas adalah Br > Cl > F > H.

2.      Gambarkan proyeksi molekul sedemikian rupa hingga atom dengan prioritas terendah ada di belakang atau putar struktur (1) dan (2) sehingga atom H ada di belakang.

3.      Buat anak panah mulai dari atom/gugus berprioritas paling tinggi ke prioritas yang lebih rendah.

4.      Bila arah anak panah searah jarum jam, konfigurasinya adalah R. Bila arah anak panah berlawanan dengan arah jarum jam, konfigurasinya adalah S. Jadi konfigurasi struktur (1) adalah S, sedangkan konfigurasi struktur (2) adalah R.

B.            PEMISAHAN CAMPURAN RASEMIK

Sebuah larutan dimana enansiomer dari senyawa ada dalam jumlah yang sama disebut campuran rasemik. Disimbolkan dengan (d/l)- atau ()- sebagai awalan nama zat. Terdiri dari molekul kiral, tetapi tidak memiliki aktivitas optik. Proses terbentuknya dari bahan kiral disebut rasemisasi. Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan mencampur jumlah yang sama zat enansiomer.

Senyawa kiral sudah banyak diproduksi secara sintetis dan umumnya terdapat dalam bentuk campuran rasemat,yaitu campuran pasangan enansiomer sama banyak yang masing-masing memutar bidang polarisasi cahaya sama besar tapi arah berlawanan. Dalam sintesa organik,khususnya dibidang farmasi,ratusanobat–obatan telah disintesa dari berbagi bahan. Sebagian diisolasi langsung dari alam, dan adapula yang dibuat seluruhnya dilaboratorium dan tidak terdapat dialam. Obat-obatan yang disintesis dilaboratorium, umumnya dijual dalam bentuk rasematnya.

Artinya dalam produk tersebut terdapat campuran enatiomer lawannya, misalkan suatu senyawa dengan enatiomer(+) didalamnya juga terdapat senyawa dengan bentuk molekul sama tapi merupakan isomer(-) sehingga dalam keadaan ini obat masih belum bisa digunakan, karena sifat elektroniknya saling meniadakan, akibatnya aktifitas biologis dari senyawa yang diinginkan menjadi inaktif. Sehingga perlu dilakukan proses pemisahan antara campuran enatiomer tersebut dalam rasematnya.

CARA PEMISAHAN RASEMAT

1.        Resolving agent kiral

Teknik ini bergantung pada enantiomer yang memiliki sifat fisik identik dan diastereomer umumnya yang memiliki sifat berbeda. Contoh: memisahkan enansiomer asam2-hydroxylpropionic. Perlu ditambahkan sebagai resolving agent untuk (R)-2-fenil-etilamin. Kedua enantiomer berinteraksi dengan(R)-2-fenil-etilamin untuk membentuk dua spesies yang berbeda garam yang diastereomer satu sama lain. Para diastereomer kemudian dapat mengkristal secara terpisah dan rasemat berhasil dipisahkan secara sempurna.

2.        Kromatografi kiral

Dalam proses ini, rasemat dijalankan melalui kolom yang diisi dengan zat kiral. Enansiomer akan berinteraksi secara berbeda dengan substansi dan kemudian akan mengelusi (atau menyaring melalui substansi) pada tingkat yang berbeda. Teknik ini juga diterapkan untuk campuran enantiomer samping campuran rasemat, misalnya untuk memurnikan spesies dari sejumlah kecil enansiomernya. 

STEREOKIMIA :

Stereokimia adalah studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, artinya bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul diatur dalam ruang satu terhadap ruang yang lainnya. Dalam stereoisomer, atom yang menghasilkan isomer berada pada posisiyang sama namun memiliki pengaturan keruangan yang berbeda. Isomer geometrik adalah salah satu contoh dari stereoisomer.

A.           ISOMERI GEOMETRI DALAM ALKENA DAN SENYAWA SIKLIK

Isomeri geometri adalah isomeri yang disebabkan oleh perbedaan penataan ruang atom-atom dalam molekul. Isomeri ini berbeda dengan isomeri sebelumnya, karena isomeri jenis ini hanya terjadi pada senyawa yang memiliki ikatan yang kaku dengan dua sisi yang berlainan. Isomeri geometri hanya terjadi pada senyawa alkena.

Adapun untuk senyawa yang mengandung ikatan rangkap (seperti alkena), ikatan rangkap tersebut akan bersifat kaku sehingga tidak dapat berputar. Nah, karena ikatan rangkap ini tidak dapat berputar, maka ketika ada dua senyawa yang memiliki struktur berbeda, itu artinya kedua senyawa tersebut memang merupakan dua senyawa yang berbeda sifat. Dengan kata lain, dua senyawa tersebut adalah isomer satu sama lain.

 Pasangan senyawa pada contoh nomor 2 diatas masuk dalam kategori isomeri geometri atau nama lainnya isomeri cis-trans. Jadi, isomeri geometri atau isomeri cis-trans terjadi karena gugus-gugus berada pada satu sisi atau pada sisi yang berlawanan terhadap letak ikatan rangkap dua. Dalam hal ini, ikatan rangkap membentuk semacam jembatan yang memiliki dua cabang. Syarat terjadinya isomeri geometri adalah harus adanya dua gugus yang berbeda yang terikat pada atom C yang sama.Isomer cis terjadi jika gugus yang sama terletak sesisi (melewati jembatan), sedangkan isomer trans terjadi jika gugus yang sama terletak berseberangan. Contoh : 2-butena (CH₃–CH=CH–CH₃) memiliki dua isomer geometri, yaitu :

Isomer geometri terjadi karena ketegaran (rigidity) dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelompok senyawa yaitu alkena dan senyawa siklik.

Perbedaan kedua senyawa dapat dibuktikan dari perbedaan sifat fisikanya seperti titik didih kedua senyawa yang berbeda. Senyawa cis-1,2-dikloroetena memiliki titik didh 60 derajat celsius sedangkan senyawa trans-1,2-dikloroetena memiliki titik didih 48 derajat celsius.

B.            KONFORMASI DAN KIRALITAS SENYAWA RANTAI TERBUKA

Konformasi Molekul : bentuk molekul dan bagaimana bentuk ini dapat berubah

Konformasi rantai terbuka dan konfoermasi siklik. Untuk memudahkan pembaca, berikut ini contoh konformasi rantai terbuka dan siklik oleh gula.

Pada faktanya, senyawa siklik 5-6 dapat mengalami perubahan konformasi yang diakibatkan sudut ikatan yang mendekati tetrahedral sehingga mengakibatkan efek regangan cincin. Gambar struktur siklik yang datar, sebenarnya tidak dapat mewakili struktur tersebut secara keseluruhan. Contoh : jika sikloheksan memang datar, maka sudut ikatan harus terdistorsi dari sudut 109,5° ke 120°. Jika kita menggambarkan sebuah model dari sikloheksan dengan sudut ikatan antar karbon sama dengan tetrahedral, maka akan terbentuk model kursi lipat (mirip kursi pantai sih). Model inilah ynag dapat mewakili bentuk sikloheksan.

Dari tinjauan energi, bentuk kursi memiliki energi lebih rendah dibandingkan bentuk planar yang kita kenal, sehingga bentuk kursi lebih stabil. Konformasi yang lain yang merupakan alternatif dari cincin 6 atom karbon yaitu bentuk perahu. Dalam konformasi perahu ada 2 subtituen yang mengalami tolakan van der waals. Akibat tolakan inilah energi konformasi perahu sedikit lebih tinggi daripada bentuk kursi.

Kiralitas (chirality) : bagaimana penataan kiri atau kanan atom – atom disekitar sebuah atom karbon dapat mengakibatkan isomeri.  Jika suatu molekul tidak dapat dihimpitkan dengan bayangan cerminnya berarti kedua senyawa enantiomer disebut kiral/chiral (ky-ral dalam bahasa Yunani cheir, berarti “tangan”). Molekul yang mempunyai sisi simetri dalam berbagai kemungkinan dalam konformasinya identik dengan bayangan merupakan senyawa nonkiral atau biasa disebut akiral.

Penyebab adanya kiralitas pada suatu senyawa dikarenakan adanya atom karbon yang mengikat 4 gugus berbeda. Atom karbon tersebut diistilahkan sebagai pusat kiralitas (chirality centers).

Molekul yg memiliki > 2 pusat kiral yaitu Sebuah pusat kiral dalam satu molekul akan memberikan 2 stereoisomer atau sepasang enantiomer. Dua pusat kiral akan memberikan maksimal 4 stereoisomer atau 2 pasang enantiomer. Secara umum, sebuah molekul dengan n pusat kiral mempunyai maksimum 2n stereoisomer atau 2n-1 pasang enantiomer, walaupun mungkin bisa kurang karena mungkin beberapa stereoisomer adalah senyawa meso