KIMIA ORGANIK: TUGAS TERSRUKTUR 2

1.      Jelaskan mengapa suatu sikloheksana terdisubstitusi-cis-1,3 lebih stabil dari pada struktur-trans-padanan nya?

Jawaban:

            Karena pada kedua subtituenya dapat berposisi ekuatorial. Akan tetapi bila kedua subtituen itu 1,3 satu terhadap yang lain pada suatu cincin sikloheksana, maka cis-isomer lebih stabil dari pada trans-isomer.

            Karena kedua subtituen yang ada ddialam 1,3-isomer dapat berposisi ekuatorial. Dalam trans-1,3-isomer, 1 gugus terpaksa berposisi aksial.

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

Jawaban:  

          Seperti situasi ini analog untuk asam amino, jika proyeksi Fischer digambarkan (rantai karbon vertikal dengan atom karbon yang paling teroksidasi berada paling atas), maka semua asam amino “alami” yang ditemukan dalam protein manusia, diketahui memiliki gugus NH3+ pada posisi sebelah kiri proyeksi Fischer, yang sama dengan L-gliseraldehida, sehingga asam-asam amino ini dikenal sebagai asam amino seri L.

[RESUME VII] KIMIA ORGANIK: STEREOKIMIA

A.    Konfigurasu Mutlak dan Relatif

·         Ketentuan Fischer (Konfigurasi Relatif)

            Pertama-tama dengan mengunakan 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. Metode ini banyak digunakan dalam biokimia dan kimia organik terutama untuk karbohidrat dan asam amino. Gliseraldehida ditetapkan sebagai senyawa standar untuk menentukan konfigurasi semua karbohidrat. Proyeksi Fischer terhadap gliseraldehida dengan rantai karbon digambarkan secara vertikal, dengan karbon yang paling teroksidasi (aldehid) berada pada bagian paling atas, dengan gambar struktur sebagai berikut :

            Pada gugus OH pada pusat kiral digambarkan pada sisi sebelah kanan untuk isomer D dan sisi sebelah kiri untuk isomer L. Ini berarti setiap gula yang memiliki stereokimia yang sama dengan D-gliseraldehida termasuk gula seri D (misalnya D-glukosa), sedangkan gula yang memiliki stereokimia yang sama dengan L-gliseraldehida termasuk gula seri L. Di mana penentuan D atau L berdasarkan pada asimetris pada atom karbon molekul yang kedua dari belakang, yang merupakan C5 pada gambar sebagai berikut :

            seperti situasi ini analog untuk asam amino, jika proyeksi Fischer digambarkan (rantai karbon vertikal dengan atom karbon yang paling teroksidasi berada paling atas), maka semua asam amino “alami” yang ditemukan dalam protein manusia, diketahui memiliki gugus NH3+ pada posisi sebelah kiri proyeksi Fischer, yang sama dengan L-gliseraldehida, sehingga asam-asam amino ini dikenal sebagai asam amino seri L.

            Hal ini sangat menguntungkan dan bermanfaat dibidang kesehatan, khususnya bidang Farmasi dalam hal rancangan obat dengan uji toksisitas selektif, di mana diketahui asam amino pada mikroorganisme memiliki konfigurasi yang berlawanan yaitu seri D, sebagai contoh Penisillin yang menghambat enzim transpeptidase dalam sintesis dinding sel mikroba, hal ini berhubungan dengan dipeptida D-alanin-D-alanin dari dinding sel mikroba yang mirip dengan struktur penisillin. Sehingga penisilin tidak toksik terhadap manusia yang memiliki L-alanin dalam protein tubuh.

·         Ketentuan Cahn-Ingold-Prelog (Konfigurasi Absolut/Mutlak)

            Seperti 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 (Sardjono R.E.,Modul 2) :

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 Resemik

            Pada 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. Sebelum menjawab pertanyaan tersebut, harus diingat dua prinsip dasar isomer optik yaitu: 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.

            Pada 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.

            Louis Pasteur dikisahkan pernah memisahkan dua enantiomer Natrium Amoium Tartarat menggunakan pinset. Hal ini dapat terjadi karena dua enantiomer itu mengkristal secara terpisah. Cara ini sering disebut cara resolusi. Cara ini kurang efektif karena tidak semua enantiomer mengkristal secara terpisah. Jadi resolusi tidak dapat dianggap sebagai teknik yang umum. Cara lain yang sering ditempuh para ahli kimia adalah rute biokimia dengan memakai enzim atau mikroorganisme untuk memproduksi enantiomer murni.

             Sebagai contoh (R)-Nikotina dapat diperoleh dengan cara menginkubasi campuran rasemik (R)-Nikotina dan (S)-Nikotina dalam wadah berisi bakteri Pseudomonas putida. Bakteri tersebut hanya akan mengoksidasi (S)-Nikotina, sedangkan (R)-Nikotina akan tersisa dalam wadah tersebut. Beberapa produk lain dari rute biokimia yaitu Monosodium L-Glutamat, L-Lysine dan L-Mentol. Sistem tata nama D dan L dinamakan konfigurasi relatif. Sistem ini sering dipergunakan dalam penamaan asam amino dan karbohidrat. Sayangnya tidak semua enantiomer dapat diproduksi dengan ee yang tinggi melalui rute biokimia ini. Hal ini dikarenakan kespesifikan enzim dan mikroorganisme.

            Sebagai contoh bakteri Pseudomonas putida belum tentu dapat digunakan untuk memisahkan (+)-Mentol dengan (-)-Mentol.

            Seperti para ahli kimia organik seperti Ryoji Noyori dan William S. Knowles tidak kehilangan akal dalam menyelesaikan permasalahan ini. William S. Knowles berhasil mensintesis senyawa yang disebut (R,R)-DiPAMP (Gambar 2.). Ia menggunakan (R,R)-DiPAMP sebagai ligan untuk membentuk senyawa kompleks dengan logam Rh. Senyawa kompleks ini sangat bermanfaat dalam proses hidrogenasi asimetrik gugus enamida. Dengan senyawa kompleks ini, ia berhasil mensintesis L-DOPA yang sangat berguna dalam terapi penyakit Parkinson dengan kemurnian 95 persen ee.

            Dan selain L-DOPA, senyawa kompleks ini juga sering dipergunakan untuk mensintesis asam? alfa-amino dengan ee yang tinggi, contoh L-Phenilalanin, L-Trytophan, L-Alanin, L-Lysin, dan lain-lain, kecuali asam aspartat karena memiliki dua gugus karboksilat yang berdekatan. Di lain pihak, Ryoji Noyori menyintesis senyawa yang diberi nama BINAP (Gambar 3.). Ia mempergunakan BINAP sebagai salah satu ligan untuk membentuk senyawa kompleks dengan logam Ru. Senyawa kompleks ini sangat fleksibel, karena dapat digunakan untuk hidrogenasi asimetrik alkena, dan reduksi keton secara enantioselective. Sebenarnya proses reduksi keton secara enantioselective bukanlah hal baru, tetapi penggunaan logam transisi sebagai katalis untuk proses reduksi keton biasanya sulit dan tidak bersifat enantioselective.

            Enantioselective artinya suatu reaksi yang menghasilkan dua enantiomer, di mana salah satu enantiomer dihasilkan dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan dengan enantiomer pasangannya.

            Terkhususkan untuk reduksi keton, Ryoji Noyori mensintesis (S)-BINAP/(S)-diamine Ru(II) catalyst. Dengan senyawa kompleks ini sudah banyak diproduksi obat-obat kiral dengan biaya produksi yang rendah dan kemurnian yang tinggi. Sebagai contoh L-DOPS, Levofloxacin, Neobenodine, Fosfomycin, Fluoxetine hydrochloride, Naproxen, dan lain-lain. Sebagai catatan L-DOPS adalah prekursor dari Norepinephrine. Norepinephrine adalah neurotransmitter untuk mengirim sinyal ke jantung dan pembuluh darah.

[RESUME VI] KIMIA ORGANIK: STEREOKIMIA

A.    Isomeri Geometri dalam Alkena dan Senyawa Siklik

Ø  Isomer Geometri dalam Alkena

            Isomer geometri dalam Alkena (Cis dan Trans). Diakibatkan oleh ketegaran dalam molekul. Dijumpai dalam dua kelas senyawa: alkena dan senyawa siklik. Senyawa yang mempunyai ikatan rangkap tak dapat berputar dengan ikatan rangkap sebagai sumbunya, tanpa mematahkan ikatan pi nya. Karena kekakuan ikatan pi, gugus-gugus yang terikat pada ikatan pi terletak tetap dalam ruang relatif satu sama lain. Syarat isomer geometri dalam alkena, yaitu tiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan, misalnya H dan Cl. Jika salah satu atom karbon berikatan rangkap itu mempunyai dua gugus identik, misalnya dua atom H atau dua gugus CH

            Isomer geometri adalah isomer yang terjadi pada dua molekul yang mempunyai rumus molekul sama, tetapi berbeda dalam penataan atom atom dalam ruang. Selalu ingat bahwa sebenarnya molekul molekul itu ada pada ruang tiga dimensi yang atom atomnya berikatan dengan penataan sedemikian rupa. Isomer geometri terjadi karena ketegaran (rigidity) dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelompok senyawa yaitu alkena dan senyawa siklik. Jika suatu gugus atau atom terikat oleh ikatan sigma saja (sp3, umumnya pada senyawa yang berikatan tunggal), maka gugus atau atom yang terikat tersebut dapat berputar sedemikian rupa sehingga bentuk molekulnya akan selalu sama.

Contoh : 

            Seperti  halnya berbeda dengan gugus atau atom yang terikat oleh ikatan rangkap dimana ada ikatan sigma dan pi dalam molekul (sp2). Gugus atau atom ini tidak dapat berotasi tanpa mematahkan ikatan pi –nya terlebih dahulu. Sehingga ada sifat ketegaran adalam molekul yang menyebabkan jika letak atom atau gugusnya berbeda, maka sifat senyawa tersebut berbeda pula. Artinya lagi kedua senyawa tersebut adalah berbeda.

Contoh : 

            Pada kedua senyawa diatas adalah berbeda dimana pada senyawa pertama letak atom Cl-nya sesisi sedangkan pada senyawa kedua letak atom Cl-nya berbeda sisi. Senyawa pertama tidak mudah diubah menjadi senyawa kedua, begitu juga sebaliknya karena ikatan rangkap antara atom karbonnya berisifat tegar. Jika dalam senyawa, dua gugus atau atom yang sama terletak pada satu sisi ikatan pi, maka disebut dengan cis, dan jika letaknya berlwanan disebut dengan trans.

Contoh:  

Ø  Bentuk Senyawa Siklik

-          Terikan Cincin (Ring Strain) 60

            Sudut Ikatan menurut Bayer Dalam tahun 1885 Adolf Von Baeyer, seorang ahli kimia Jerman, melontarkan teori bahwa senyawa siklik membentuk cincin-cincin datar. Semua senyawa siklik (kecuali siklopentana) menderita terikan (tegang karena tidak leluasa), karena sudut ikatan (bond angle) mereka menyimpang dari sudut tetrahedral 109,5⁰_.

_-                     Melipatnya Cincin dan Tolakan Hidrogen-hidrogen Seandainya cincin sikloheksana datar, maka semua atom hidrogen akan tereklipskan. Tetapi dalam konformer lipatan, semua hidrogen bersifat goyang. Siklopentana akan mempunyai sudut ikatan hampir optimal (108⁰). Seandainya datar. Tetapi siklopentana juga sedikit terlipat, sehingga atom-atom hidrogen yang terikat pada karbon cincin bersifat goyang. Siklobutana (sudut ikatan datar 90⁰). Juga terlipat, meskipun pelipatan ini menyebabkan sudut ikatan lebih tegang. Siklopropana harus datar; secara geometris, tiga titik (atau tiga atom karbon menentukan sebuah bidang. Atom-atom hidrogen mau tidak mau bersifat eklips.

B.     Konformasi dan Kiralitas Senyawa Rantai Terbuka

            Dalam suatu molekul rantai terbuka, atom-atomnya memiliki peluang tak terhingga jumlah penataan/posisinya di dalam suatu ruang. Gugus-gugus fungsi yang terikat pada ikatan karbon-karbon dalam senyawa alkana dapat berotasi dengan bebas mengelilingi ikatan tersebut. Oleh karena itu atom-atom dalam suatu senyawa rantai terbuka dapat memiliki posisi yang tak terhingga banyaknya di dalam ruang relatif satu terhadap yang lain. Pengaturan posisi atom yang bervariasi/berbeda-beda yang diakibatkan oleh rotasi ini disebut konformasi. Untuk menggambarkan konformasi, digunakan tiga jenis rumus yaitu :

 1. Rumus dimensional

 2. Rumus bola-dan-pasak

 3. Proyeksi Newman

            Pada proyeksi Newman adalah pandangan ujung ke ujung dari dua atom karbon saja dalam molekul itu, sementara ikatan antar karbon tidak terlihat. Ketiga ikatan dari karbon depan tampak menuju pusat proyeksi sementara ketiga ikatan dari karbon  belakang hanya tampak sebagian.

            Rotasi gugus mengelilingi ikatan sigma menghasilkan konformasi yang berlainan, seperti eklips, gauche, goyang dan anti. Konformer dengan energi rendah lebih disukai. Pada temperatur kamar konformer dapat diubah menjadi satu sama lain dan karena itu mereka bukanlah isomer yang dapat diisolasi. Untuk cincin sikloheksana, disukai konformer bentuk kursi.