STEREOKIMIA II

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.

2. 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.

Resolusi suatu asam rasemik bergantung pada pembentukan garam, dengan menggunakan suatu enantiomer tunggal (dari) suatu amina kiral. Amina yang lazim digunakan ialah amfetamina, yang dapat diperoleh sebagai enantiomer-enantiomer murni secara komersial, dan strikhnina yang terdapat dalam alam.

DAFTAR PUSTAKA

http://azhabulyamin.blogspot.co.id/2016/10/materi-kimia-anorganik-1.html

https://ulthawindaraekawardanni.wordpress.com/

http://wahyuniandriani19.blogspot.co.id/2016/10/resume-pertemuan-ke-7-konfigurasi.html

http://windykartika14.blogspot.co.id/2016/10/

http://tututrahayu.blogspot.co.id/2016/