KONFIGURASI MUTLAK DAN RELATIF
PEMISAHAN CAMPURAN RASEMIK
Tujuan
Pembelajaran :
1. Menentukan konfigurasi mutlak dan
relatif berdasarkan teori Chan-Ingold-Prelog.
2. Memahami teknik pemisahan
campuran rasemik pada senyawa kiral.
A. Konfigurasi Mutlak dan Relatif
Secara
umum, kiralitas suatu objek paling nyata bila objek itu berinteraksi dengan
objek kiral lainnya. Senyawa kiral itu sendiri berarti ketika karbon
tertravalen mengikat empat gugus atau ligan yang berbeda. Kiral merupakan sifat
ketanganan, dimana suatu objek disebut kiral jika tidak dapat
ditumpangtindihkan dengan bayangan cerminnya.
Entatiomer
memiliki sifat kiral yang identik, seperti titik lelelh, titik didih, rapatan,
dan berbagai jenis spektrum. Kelarutannya dalam pelarut biasa yang akiral juga
identik. Namun, entationer memiliki sifat kiral yang berbeda, salah satunya
ialah arah pemutaran cahaya terpolarisasi-bidang (searah atau berlawanan arah
jarum jam).
Meskipun
entationer memutar cahaya terpolarisasi-bidang ke arah yang berlawanan, keduanya
memiliki rotasi spesifik yang sama besarnya (tetapi dengan arah yang
berlawanan), sebab besarnya derajat bukanlah sifat kiral. Hanya arah rotasi
yang merupakan sifat kiral.
1. Konfigurasi Relatif (Ketentuan Fischer)
Konfigurasi Relatif merupakan
konfigurasi yang membandingkan atom-atom dalam ruang tiga dimensi dalam suatu
senyawa dengan yang lain. Dalam menggamabarkan sturktur proyeksi fischer harus
memperhatikan beberpa aturan, antara lain : gugus-gugus yang diletakkan
horizontal adalah gugus-gugus yang mendekati pengamat. Gugus-gugus yang diletakkan
vertikal adalah gugus-gugus yang menjauhi pengamat. Hetero atom (atom selain C
dan H) diletakkan diatas. Contoh molekul Fischer untuk molekul metana (CH4).
Cara penggambaran metana dari bentuk 3 dimensi menjadi 2 dimensi ini didasarkan
pada 4 point peraturan dalam menggambar proyeksi fischer.
Pada gambar 3 dimensi atom H
(hydrogen) nomor 1 dan 3 letaknya mendekati pengamat maka digambarkan dalam
posisi horizontal. Dan H nomor 2 dan 4 menjauhi pengamat maka digambarkan
dalam posisi vertikal. Pada bentuk 3 dimensi sebenarnya besar sudut antara
molekul hydrogen adalah 109,5° sedangkan pada bentuk 2 dimensi biasanya
menggambarkan sudut antar molekul hydrogen 90°.
2. Konfigurasi mutlak (Ketentuan Cahn-Ingold-Prelog)
Menurut Solomons (1990:112) menyatakan bahwa aturan prioritas Chan-Ingold-Prelog
yaitu prioritas ditentukan oleh nomor atom dari atom yang terikat langsung
dengan atom karbon yang berikatan. Jika atom karbon yang terikat sama, maka
yang digunakan sebagai dasar adalah atom yang terikat berikutnya sampai
diperoleh perbedaan prioritas yang terakhir yaitu atom yang terikat oleh ikatan
rangkap 2 atau 3 dianggap mengikat 2 atau 3 atom sejenis dengan ikatan tunggal.
Sistem tata nama isomer optik diperkenalkan
Chan-Ingold-Prelog yang mengklasifikasikan atom C kiral sebagai R atau S. Konfigurasi mutlak menggunakan
arah orientasi R (rectus) dan S (sinister) untuk setiap pusat kiral dalma
molekul dan merupakan pilihan untuk menentukan konfigurasi pusat kiral molekul
obat . Penentuan pusat gugus yang melekat pada pusat kiral berdasarkan nomor
atom yang bersangkutan. Arah orientasi R adalah searah jarum jam, sedangkan
arah orientasi S adalah berlawanan jarum jam. Sistem
tata nama ini sering dinamakan konfigurasi
mutlak/absolut. Ketentuan Cahn-Ingold-Prelog (Konfigurasi Absolut)
Sistem yang paling sukses untuk menunjukkan konfigurasi senyawa-senyawa umum
adalah konvensi Cahn-Ingold-Prelog. Contohnya (2R,3S)-2,3
dibromo pentana. Dengan sistem tata nama ini diperkenalkan dua klasifikasi
stereoisomer, yaitu enantiomer dan diastereoisomer. Enantiomer
adalah yang antara satu sama lain merupakan bayangan cermin. Diastereomer
adalah yang bukan merupakan bayangan cermin, contohnya adalah isomer cis dan
trans. Definisi dari enantiomer dan diastereoisomer
sedikit rumit tetapi akan dijelaskan secara sederhana.
-
(2R,3S)-2,3 dibromo
pentana dan (2S,3R)-2,3 dibromo pentane
-
(2R,3S)-2,3 dibromo
pentana dan (2R,3R)-2,3 dibromo pentana
Sekarang penjelasan berikut ini :
a) Jika di antara sepasang stereoisomer tidak ada atom C kiral yang
memiliki konfigurasi yang sama, maka stereoisomer tersebut adalah enantiomer.
Seperti contoh pertama (2R,3S)-2,3 dibromo pentana dan (2S,3R)-2,3 dibromo
pentana.
b)
Jika di antara sepasang
stereoisomer terdapat minimal satu atom C kiral yang memiliki konfigurasi yang
sama, maka stereoisomer tersebut adalah diastereoisomer. Seperti contoh kedua
(2R,3S)-2,3 dibromo pentana dan (2R,3R)-2,3 dibromo pentana.
Urutan penataan keempat gugus di sekitar suatu atom karbon kiral disebut konfigurasi
mutlak disekitar atom itu
(jangan mencampuradukkan konfigurasi dengan konformasi, yakni bentuk-bentuk yang
disebabkan rotasi mengelilingi ikatan-ikatan). sepasang enantiomer
mempunyai konfigurasi yang berlawanan.
Misalnya, (+) gliseralhida dan (-)gliseralhida mempunyai
konfigurasi yang berlawanan.
Tetapi formula mana yang menyatakan enantiomer
dekstrorotatori dan yang mana yang levorotatori ? sampai tahun 1951 ahli kimia belum mengetahui. Sebelumnya baru diketahui
bahwa
(+) gliseralhida dan asam(-)gliserat (asam 2,3 dihidroksioropanoat) mempunyai konfigurasi
sama di sekitar karbon 2, meskipun sudut putarnya berlawanan. Tetapi tak diketahui
apakah OH pada karbon
2 dalam rumus dibawah ini berada di kiri ataukah di kanan.
Agar rumus-rumus itu lebih mudah dikerjakan, maka pada akhir abad 19 diputuskan
pengandaian bahwa
(+) gliseralhida mempunyai konfigurasi mutlak dengan OH
pada karbon 2 berada di kanan. Studi difraksi
sinar-x oleh J.M.Bijvoet dari universitas
Utrecht di Negeri Belanda dalam tahun 1951,
menunjukkan bahwa pengandaian tersebut diatas memang benar.
Konfigurasi mutlak (+) gliseralhida memang seperti apa yang digunakan oleh ahli
kimia selama 60 tahunan itu. Seandainya tebakan
mereka salah, maka literatur kimia
akan membingungkan, karena semua artikel pra-1951
menggunakan konfigurasi yang merupakan
kebalikan dari konfigurasi dalam karangan-karangan modern.
Pengandaian dulu itu benar-benar suatu kemujuran.
Arah pemutaran bidang polarisasi cahaya oleh suatu enantiomer adalah suatu sifat fisika.
Konfigurasi
mutlak suatu enantiomer adalah khas struktur molekulnya.
Tak terdapat hubungan yang sederhana antara konfigurasi
mutlak suatu enantiomer tertentu dan arah perputaran
bidang polarisasi cahaya olehnya.
Seperti telah dikatakan diatas, enantiomer
gliserat yang konfigurasi mutlaknya sama
dengan konfigurasi (+) gliseraldehida adalah levorotatori,
tidak dekstrorotatori.
Telah ditunjukkan bagaimana arah pemutaran bidang polarisasi cahaya dapat dinyatakan
oleh (+) dan (-). Tentu diperlukan juga suatu sistem untuk menyatakan konfigurasi mutlak
itu-yakni, penataan yang sesungguhnya
dari gugus-gugus disekeliling suatu karbon kiral.
Sistem itu ialah sistem (R) dan (S) atau sistem
Chan-Ingold-Prelog.
Huruf (R) berasal dari kata latin, rectus, “kanan”,
sedangkan (S) dari kata latin sinister,“kiri”. Atom karbon kiral apa saja mempunyai atau konfigurasi (R) atau konfigurasi
(S),
oleh karena itu satu enantiomer adalah (R) dan enantiomer lain adalah (S).
Suatu campuran rasemik
ditandai dengan (R)(S), yang berarti suatu campuran dari keduanya.
Dalam sistem (R) dan (S), gugus-gugus diberi urutan prioritas, dengan menggunakan
perangkat aturan yang sama
seperti yang digunakan dalam sistem (E) dan (Z),
hanya saja urutan prioritas ini digunakan
dengan cara sedikit berbeda.
Untuk memberikan konfigurasi (R) atau (S) kepada suatu karbon kiral:
1)
Urutkan keempat gugus (atau atom) yang terikat pada karbon kiral itu
menurut urutan prioritas aturan deret Chn-Ingold-Prelog.
2)
Proyeksikan molekul itu sedemikian sehingga gugus yang berprioritas
rendah berarah ke belakang.
3)
Pilih gugus dengan prioritas tertinggi dan tarik suatu anak panah
bengkok ke gugus dengan prioritas
tertinggi berikutnya(next highest).
4)
Jika panah ini searah dengan jarum jam, maka konfigurasi itu adalah
(R). Jika arah anak panah berlawanan
dengan jarum-jam, konfigurasi itu (S).
Sebagai ilustrasi di ambil enantiomer-enantiomer 1-bromo-1-kloroetana
:
·
Urutkan keempat gugus. Disini urutan prioritas keempat atom itu adalah menurut nomor
atomnya : Br (tertinggi), Cl, C, H (terendah).
·
Gambar proyeksi dengan atom berprioritas rendah (H) ada di belakang (atom ini tertutup oleh
atom karbon dalam proyeksi di bawah ini).
·
Tarik anak panah dari atom berprioritas tertinggi (Br) ke atom berprioritas tertinggi kedua (Cl).
·
Berikan (R) dan (S). Perhatikan bagaimana singkatan (R) dan (S) dimasukkan dalam penamaan.
Dengan menggunakan sebuah model molekul, akan mudah menaruh suatu struktur dalam posisi
yang
benar untuk memberikan (R) atau (S) kepada struktur itu.
Bangunlah model itu, pegang gugus yang berprioritas terendah dengan satu tangan, putar model itu sedemikian sehingga ketiga gugus
lainnya menghadap anda. Tentukan apakah struktur itu (R) ataukah (S) dengan cara biasa.
B. Pemisahan Campuran Rasemik
Campuran rasemik artinya suatu campuran yang
mengandung sepasang enantiomer dalam jumlah yang sama. Lalu bagaimana caranya
memperoleh suatu enantiomer dengan enantiomeric excess (EE) yang tinggi? Enantiomeric
excess artinya persentase suatu enantiomer yang berkonfigurasi R dikurangi
persentase enantiomer pasangannya yang berkonfigurasi S dalam suatu campuran
atau sebaliknya. Harus diingat dua prinsip dasar isomer optik yaitu:
1.
Sepasang enantiomer
memiliki sifat-sifat fisika (titik didih, kelarutan, dan lain-lain) yang sama
tetapi berbeda dalam arah rotasi polarimeter dan interaksi dengan zat kiral
lainnya.
- Sepasang diastereoisomer memiliki sifat-sifat fisika dan sudut rotasi polarimeter yang berbeda satu sama lain. Bahkan sering dalam bereaksi mengambil cara yang berlainan. Artinya kita bisa memisahkan campuran dua diastereoisomer dengan cara-cara fisika (destilasi, kristalisasi, dan lain-lain). Akan tetapi tidak bisa memisahkan campuran dua enantiomer dengan cara-cara fisika, karena sepasang enantiomer memiliki properti fisika yang sama. Kesimpulannya, kita dapat dengan mudah memisahkan campuran dua diastereoisomer, tapi akan kesulitan memisahkan campuran dua enantiomer.
Dalam kebanyakan reaksi di laboratorium, seorang ahli kimia menggunakan bahan baku
akiral ataupun rasemik
dan memperoleh produk akiral atau rasemik. Oleh karena itu sering kiralitas
(atau tiadanya kiralitas) pereaksi dan produk
diabaikan dalam bab-bab berikutnya. Di pihak lain akan
dibahas juga banyak reaksi dalam mana stereokimia sangat penting.
Berlawanan dengan reaksi kimia di laboratorium, kebanyakan reaksi biologis mulai
dengan pereaksi kiral atau akiral dan menghasilkan
produk-produk kiral. Reaksi biologis ini dimungkinkan oleh
katalis biologis yang disebut enzime, yang bersifat kiral. Ingat bahwa sepasang enantiomer
mempunyai sifat-sifat kimia yang sama,
kecuali dalam hal antaraksi dengan zat-zat kiral lain.
Karena enzime bersifat kiral, mereka bisa
berlaku sangat selektif dalam kegiatan katalitiknya.
Misalnya, bila suatu organisme
mencernakan suatu campuran alanina rasemik,
maka hanya (S)-alanina yang tergabung
ke dalam bangunan protein. (R)-alanina tak digunakan
dalam protein, malahan alanina ini dengan
bantuan enzime lain dioksidasi menjadi suatu asam keto serta memasuki bagan
metabolisme lain.
Dalam laboratorium pemisahan fisis suatu campuran rasemik menjadi
enantiomer-enantiomer murni disebut resolusi (atau resolving) campuran rasemik itu.
Pemisahan natrium amonium tartarat rasemik
oleh pasteur adalah suatu resolusi campuran tersebut.
Adalah suatu gejala yang yang sangat jarang bahwa
enantiomer-enantiomer mengkristal secara terpisah, jadi cara pasteur tak dapat dianggap
sebagai suatu teknik yang umum. Karena sepasang enantiomer itu menunjukkan
sifat-sifat kimia dan fisika
yang sama, mereka tak dapat dipisahkan oleh cara kimia atau fisika biasa.
Sebagai gantinya, ahli
kimia terpaksa mengandalkan reagensia kiral atau katalis kiral
(yang hampir selalu berasal dari dalam
organisme hidup).
Suatu cara untuk memisahkan cmpuran rasemik, atau sekurangnya mengisolasi satu enantiomer
murni, 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 rasemik itu dengan bakteri Pseudomonas putida,yang
mengoksidasi (S)-nikotina, tetapi tidak (R)-enantiomer.
Teknik yang sangat umum untuk memisahkan sepasang enantiomer ialah mereaksikan mereka
dengan suatu reagensia kiral sehingga diperoleh sepasang produk diastereomerik. Ingat,
diastereomer-diastereomer adalah senyawa yang berlainan,
dengan sifat fisika yang berlainan. Jadi, sepasang diastereomer dapat dipisahkan oleh cara fisika biasa, seperti kristalisasi.
Sebagai ilustrasi, (R)(S)-RCO2H dan (S)RCO2H ialah kedua enantiomer itu.
Suatu asam karboksilat akan
bereaksi dengan suatu amina, membentuk suatu garam.
Reaksi asam (R)(S) karboksilat dengan suatu amina, yang berupaa suatu enantiiomer 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 yaitu 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 diastereometrik ini diolah dengan basa kuat
untuk memperoleh kembali aminanya.
Amina dan ion karboksilat dapat dipisahkan oleh ekstraksi dengan
pelarut seperti dietil eter
(amina larut, sedang garam karboksilat tidak).
Pengasaman lapisan air akan menghasilkan asam
karboksilat bebas sebagai suatu enantiomer.
DAFTAR PUSTAKA