STEREOKIMIA I

ISOMERI GEOMETRI
KONFORMASI DAN KIRALITAS

Tujuan Pembelajaran:

1.      Menganalisis isomeri geometri dalam alkena dan senyawa siklik

2.      Menentukan konformasi dan kiralitas senyawa rantai terbuka

Stereokimia yaitu ilmu yang menggali tentang molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, artinya bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul diatur dalam ruang satu terhadap ruang yang lainnya.aspek aspek dalam stereokimia yaitu :

1)      Isomer geometric : bagaimana ketegaran atau rigidity dalam molekul dapat    mengakibatkan isomeri.

2)      Konformasi molekul : bentuk molekul dan bagaimana bentuk ini dapat diubah.

3)      Kiralitas (chirality) molekul : bagaimana penataan kiri atau kanan atom-atom disekitar atom karbon dapat mengakibatkan isomeri.

A.     Isomeri Geometri dalam Alkena dan Senyawa Siklik

Isomer adalah senyawa berbeda yang memiliki rumus molekul yang sama. Ketika kelompok atom yang membentuk molekul isomer yang berbeda terikat bersama-sama dengan cara yang berbeda secara fundamental, kita sebut senyawa seperti isomer konstitusional. Misalnya, dalam kasus hidrokarbon C₄H₈ , sebagian besar isomer yang konstitusional. struktur singkatan untuk empat isomer ini ditunjukkan di bawah ini dengan nama IUPAC mereka.

Atom-atom yang tergabunng dalam suatu cincin tidak bebas mengelilingi ikatan-ikatan sigma dari cincin itu. Rotasi mengelilingi ikatan-ikatan sigma cincin akan memutus agar atom-atom atau gugus-gugus yang terikat, melewati pusat cincin itu. Tetapi gaya tolak van der Waals menghalangib terjadinya gerakan ini, kecuali jika cincin terdiri dari sepuluh atom karbon atau lebih. dalam senyawa organik cincin yang paling lazim ialah cincin lima atau enam anggota, oleh karena itu pembahasan dipusatkan pada cincin dengan enam atom karbon atau kurang.

Stereoisomeri merupakan peristiwa terdapatnya beberapa senyawa berbeda dengan rumus molekul sama, dan perbedaan antara senyawa-senyawa tersebut terletak pada cara penataan atom-atom dalam ruang, tetapi urutan penggabungan atom-atomnya tidak berbeda. Terdapat berbagai jenis stereoisomeri, yaitu isomeri geometri (atau isomeri cis-trans), dan isomeri konfigurasi. Isomeri geometri terdapat pada senyawa-senyawa alkena yang pada setiap atom karbon ikatan rangkapnya mengikat dua gugus yang berbeda. Isomeri geometri didefinisikan sebagai peristiwa terdapatnya beberapa senyawa berbeda yang mempunyai rumus molekul sama, dan perbedaan di antara senyawa-senyawa tersebut terletak pada cara penataan gugus-gugus di sekitar ikatan rangkap.

Stereoisomer juga diamati pada senyawa siklik tertentu Disubstituted (dan lebih tinggi diganti). Berbeda dengan molekul relatif datar dari alkena, sikloalkana tersubstitusi harus dilihat sebagai konfigurasi tiga dimensi untuk menghargai orientasi spasial dari substituen. Dengan kesepakatan, ahli kimia menggunakan, obligasi berbentuk baji berat untuk menunjukkan substituen terletak di atas bidang rata-rata cincin (catatan bahwa sikloalkana lebih besar dari tiga karbon tidak planar), dan garis putus-putus untuk obligasi untuk atom atau kelompok yang terletak di bawah cincin . Seperti dalam kasus stereoisomer 2-butena, stereoisomer sikloalkana tersubstitusi dapat ditunjuk oleh prefiks nomenklatur seperti cis dan trans. 

Isomerisme cis dan trans atau atau isomerisme geometrik  atau isomerisme konfigurasi adalah sebuah bentuk stereoisomer yang menjelaskan orientasi gugus gugus fungsi dalam sebuah molekul. Secara umum, isomer seperti ini mempunyai ikatan rangkap yang tidak dapat berputar. Selain itu, isomer ini juga muncul dikarenakan struktur cincin molekul yang menyebabkan perputaran ikatan sangat terbatas.

Istilah "isomerisme geometrik" adalah istilah lama yang sudah tidak digunakan lagi dan merupakan sinonim dari "isomerisme cis-trans". Ia kadang-kadang juga merupakan sinonim untuk stereoisomerisme umum (misalnya isomerisme optis); istilah yang tepat untuk stereoisomerisme non-optis adalah diastereomerisme.

Terdapat dua bentuk isomer cis-trans, yakni cis dan trans Ketika gugus substituen berorientasi pada arah yang sama, diastereomer ini disebut sebagai cis, sedangkan ketika subtituen berorientasi pada arah yang berlawanan, diastereomer ini disebut sebagai trans. Contoh molekul hidrokarbon yang menunjukkan isomerisme cis-trans adalah 2-butena senyawa yang mengandung ikatan rangkap (seperti alkena), ikatan rangkap tersebut akan bersifat kaku sehingga tidak dapat berputar 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.

Isomer geometri dalam Alkena (Cis dan Trans). Diakibatkan oleh ketegarandalam molekul. Dijumpai dalam dua kelas senyawa: alkena dan senyawa siklik.Senyawa yang mempunyai ikatan rangkap tak dapat berputar dengan ikatanrangkap sebagai sumbunya, tanpa mematahkan ikatan pi nya.

Karena kekakuan ikatan pi, gugus-gugus yang terikat pada ikatan pi terletak tetap dalam ruang relatifsatu sama lain.Syarat isomer geometri dalam alkena, yaitu tiap atom karbon yang terlibatdalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan, misalnya H dan Cl. Jika salahsatu atom karbon berikatan rangkap itu mempunyai dua gugus identik, misalny adua atom H atau dua gugus CH₃ maka tak mungkin terjadi isomeri geometri.

·         Sistem Tata Nama (E) dan (Z)

Aturan Penandaan E dan Z untuk membedakan isomer alkena dengan duasubstituen dapat kita gunakan istilah cis-trans.

Jika substituen dengan prioritas yang sama berposisi sama maka diberi tanda Z ( Zussamen) sedangkan jika posisinya berlawanan diberi tanda E ( Entgegen).Aturan yang digunakan untuk memberikan urutan prioritas disebut aturan Cahn-Ingold-Prelog (diambil dari nama ilmuwan yang menemukannya). Aturan-aturan tersebut adalah sebagai berikut: Aturan 1 : Lihat pada atom yang terikatlangsung pada karbon ikatan rangkap lalu urutkan substituen tersebut berdasarkannomor atomnya.

Klorin memiliki nomor atom lebih besar dibandingkan karbon, sehinggasubstituen Cl menerima prioritas lebih tinggi dibandingkan metil.Aturan 2 : Jika pengurutan prioritas tidak dapat dilakukan menggunakan atom pertama yang terikat langsung pada karbon ikatan rangkap maka gunakan prioritasatom berikutnya. Substituen -CH2 CH3 dan – CH3 memiliki prioritas yang sama jikadigunakan aturan 1 karena kedua atom yang terikat langsung pada karbon ikatanrangkap adalah atom karbon juga. Dengan aturan 2, gugus etil menerima prioritaslebih tinggi dari pada metil karena etil memiliki prioritas lebih tinggi pada atomkedua. Atom karbon yang terikat pada karbon ikatan rangkap, masih mengikat satukarbon lain, sedangkan atom kedua pada gugus metil adalah hidrogen.

Menetapkan prioritas untuk substituen ikatan ganda dengan melihat atom yang melekat langsung ke karbon ikatan rangkap :

-      Semakin tinggi jumlah atom dari atom substituen langsung, semakin tinggi prioritas.
Misalnya, H- <C- <N <O- <Cl-. (Prioritas meningkat kiri ke kanan)
(Isotop yang berbeda dari unsur yang sama ditugaskan prioritas sesuai dengan massa atom mereka.).

-      Jika dua substituen memiliki atom substituen langsung sama, pindah ke atom berikutnya (jauh dari ikatan ganda) sampai perbedaan ditemukan.
Misalnya, CH₃^- <C₂H₅- <ClCH₂- <BrCH₂^- <CH₃O^-.

Setelah prioritas relatif dari dua substituen pada masing-masing karbon ikatan ganda telah ditentukan, orientasi cis dari pasangan prioritas yang lebih tinggi ditunjuk Z, dan orientasi trans disebut E. Menerapkan aturan ini untuk isomer senyawa A dan B ditunjukkan di atas, kita menetapkan konfigurasi isomer 1-bromo-1-chloropropene sebagai E (Br memiliki prioritas lebih tinggi dari Cl, dan CH3 prioritas yang lebih tinggi daripada H). Konfigurasi isomer 1-siklobutil-2-etil-3-metil-1-butena bertekad untuk menjadi Z (C₄H₇ memiliki prioritas lebih tinggi dari H, dan kelompok isopropil memiliki prioritas lebih tinggi daripada kelompok etil). Contoh berikut menguraikan penentuan prioritas untuk kasus yang lebih kompleks.

·         Aturan Deret

Aturan deret untuk prioritas :

1)      Jika atom-atom yang dipermasalahkan berbeda-beda, maka urutanderet ditentukan oleh nomor atom. Atom dengan nomor atom tinggimemperoleh prioritas.F < Cl < Br < ISemakin tinggi nomor atom, maka prioritas semakin naik.

2)      Jika atom-atom itu adalah isotop satu sama lain, maka isotop dengannomor massa tinggi memperoleh prioritas.H D Nomor massa 1 < 23)

 Jika kedua atom tersebut identik, maka nomor atom dari atom-atom berikutnya digunakan untuk memberikan prioritas. Jika atom-atom tersebut juga mengikat atom-atom identik, maka prioritas ditentukan pada titik pertamakali dijumpai perbedaan dalam menyusuri rantai. Atom yang mengikat suatuatom dengan prioritas tinggi akan diprioritaskan (jangan menjumlakan nomor-nomor atom, melainkan mencari atom tunggal yang berprioritas tinggi).
                               

  

Alkana asikloik (rantai terbuka) dengan sikloalkana memiliki sifat kimia yang mirip. Keduanya sama-sama non polar dan cenderung inert. Akan tetapiterdapat perbedaan mendasar Pertama, sikloalkana kurang fleksibel dibandingkandengan alkana rantai terbuka. Ikatan tunggal (ikatan sigma) pada alkana asliklikdapat berputar.Pada sikloalkana, ikatan yang terbentuk kurang bebas untuk berputar.Misalnya siklopentana, bentuknya adalah segitiga rigid dan planar. Putaran padaikatan karbon-karbon tidak mungkin terjadi tanpa merusak cincin.

Karena strukturnya yang siklik, sikloalkana memiliki dua sisi yaitu sisi atas dan bawah. Hal ini memungkinakn sikloheksana memiliki kemungkinanisomerisme berdasarkan letak substituennya. Contohnya, ada dua bentuk isomerdari 1,2-dimetilsiklopropana. Pertama dengan dua gugus metil pada sisi yang sama,kedua dengan gugus metil pada posisi yang berlawanan. Kedua bentuk isomermerupakan molekul yang stabil, dan dapat dikonfersi dari bentuk satu ke bentuklainnya tanpa memecah cincin atau tanpa membentuk ikatan baru.

B.     Konformasi dan Kiralitas Senyawa Rantai Terbuka

1.      Konformasi senyawa terbuka

Gugus-gugus fungsi yangterikat pada ikatan karbon-karbon dalam senyawa alkana dapat berotasi dengan bebasmengelilingi ikatan tersebut. Oleh karena itu atom-atom dalam suatu senyawa rantai terbuka dapat memiliki posisi yang tak terhingga banyaknya di dalam ruang relatifsatu terhadap yang lain. Pengaturan posisi atom yang bervariasi/berbeda-beda yangdiakibatkan oleh rotasi ini disebut konformasi.Untuk menggambarkan konformasi, digunakan tiga jenis rumus yaitu  :

ü  Rumus dimensional

ü  Rumus bola-dan-pasak

ü  Proyeksi Newman

Terbuka dapat memiliki posisi yang tak terhingga banyaknya di dalam ruang relatifsatu terhadap yang lain. Pengaturan posisi atom yang bervariasi/berbeda-beda yangdiakibatkan oleh rotasi ini disebut konformasi.Untuk menggambarkan konformasi, digunakan tiga jenis rumus yaitu :1. Rumus dimensional2. Rumus bola-dan-pasak3. Proyeksi NewmanProyeksi Newman adalah pandangan ujung ke ujung dari dua atom karbon sajadalam molekul itu, sementara ikatan antar karbon tidak terlihat. Ketiga ikatan darikarbon depan tampak menuju pusat proyeksi sementara ketiga ikatan dari karbon belakang hanya tampak sebagian.

2.      Kiralitas senyawa rantai terbuka

Kata "kiral" berasal dari bahasa Yunani "cheir" yang artinya tangan. Coba bayangkan tangan kiri berada di depan cermin, tentu saja bayangannya adalah tangan kanan. Sekarang posisikan tangan kiri dan tangan kanan menghadap ke bawah atau ke arah lantai. Kemudian letakan tangan kiri di atas tangan kanan anda. Terlihat, tangan kanan tidak bisa diimpitkan dengan tangan kiri kita.

Molekul-molekul kiral memiliki sifat yang sangat unik yaitu sifat optis. Artinya suatu molekul kiral memiliki kemampuan untuk memutar bidang cahaya terpolarisasi pada alat yang disebut polarimeter. Sistem tata nama isomer optik diperkenalkan Chan-Ingold-Prelog yang menglasifikasikan atom C kiral sebagai R atau S. Sistem tata nama ini sering dinamakan konfigurasi mutlak/absolut. Contohnya (2R,3S)-2,3 dibromo pentana. Pada tulisan ini tidak akan dijelaskan aturan penamaan R dan S, tetapi para pembaca dapat membacanya di literatur organik tingkat kuliah. Dengan sistem tata nama ini diperkenalkan dua klasifikasi stereoisomer, yaitu enantiomer dan diastereoisomer. 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

Molekul kiral yang saling mempunyai bayangan cermin satu sama lain disebutdengan enantiomer atau isomer optic Molekul kiral adalah molekul yang mempunyai bayangan cermin tidaksuperimposabel(tidak dapat bertumpukan).Yang menyebabkan adanya kiralitas adalah adanya senyawa karbon yang tidak simetris. 

DAFTAR PUSTAKA

http://robys1997.blogspot.co.id/2016/10/pertemuan-ke-6-stereokimia.html

http://sheirafirdarumanda.blogspot.co.id/2016/10/stereokimia.html

http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/499/jbptitbpp-gdl-fendykimia-24906-1-molekul-a.pdf

http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._KIMIA/196904191992032-RATNANINGSIH_EKO_SARDJONO/MODUL_2_isomer_20_6_08_revisi.pdf