Pertemuan 6

STEREOKIMIA

PENGERTIAN STEREOKIMIA

Adalah studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, yakni bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul ditata dalam ruangan satu  relatif terhadap yang lain.

Minggu lalu kita telah mempelajari isomer struktural, dimana isomer struktural adalah rumus molekul sama tetapi struktur dan sifat (fisika dan kimia) berbeda. Nah materi isomer struktural ini berkaitan dengan stereokimia, dimana kita bisa membedakannya dengan cara mengibaratkannya. Misalnya diibaratkan kita belajar di kelas tiap hari selasa posisi kita duduk yang berbeda-beda tiap minggunya bisa dikatakan itu isomer struktural dan dengan posisi kita duduk sama tetapi arahnya berbeda seperti kita menghadap ke samping bisa dikatakan sebagai stereokimia.

Tiga aspek stereokimia :

1.      Konformasi molekul : berkaitan dengan bentuk molekul dan bagaimana bentuk molekul itu diubah akibat adanya putaran bebas disepanjang ikatan C-C tunggal.

2.      Konfigurasi berkaitan dengan kiralitas molekul : bagaimana penataan atom-atom disekitar atom karbon yang mengakibatkan terjadinya isomer.

3.      Isomer geometrik : terjadi karena adanya ketegaran (rigit) dalam molekul yang mengakibatkan adanya isomer.

VARIASI STRUKTUR SENYAWA ORGANIK :

1.      Variasi jenis dan jumlah atom penyusun molekul.

2.      Variasi urutan atom yang terikat satu sama lain dalam satu molekul.

3.      Variasi penataan atom penyusun molekul dalam ruang tiga dimensi yang dikarenakan ketegaran (rigidity) dalam molekul.

ISOMER

Isomer adalah suatu molekul dengan jumlah dan jenis atom yang sama tetapi berbeda susunan susunan atomnya.

Jenis Isomer

1.      Isomer struktural

·         Jenis & jumlah atom penyusun molekul sama

·         Variasi urutan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul.

v  Gugus fungsi sama, beda urutan atom saja

v  Gugus fungsi berbeda à isomer fungsional

2.      Isomer geometrik

·         Jenis, jumlah & urutan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul sama

·         Variasi penataan atom penyusun molekul dalam ruang 3 dimensi yang dikarenakan ketegaran (rigidity) dalam molekul.

STEREOISOMER

      Salah satu aspek dari stereokimia adalah stereoisomer, yaitu rumus kimia yang sama tetapi berbeda dalam cara berorientasi atom di ruang atau yang dikenal dengan isomer. Karena atom yang menghasilkan isomer berada pada posisi yang sama tetapi memiliki pengaturan keruangan yang berbeda maka dalam stereoisomer menggunakan isomer geometrik karena variasi penataan atom suatu molekul dalam ruang 3 dimensi.

ISOMER GEOMETRIK

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

      1.      Jenis, jumlah dan urutan atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul sama.

2.      Variasi penataan atom penyusun molekul dalam ruang 3 dimensi yang dikarenakan ketegaran (rigidity) dalam molekul.

Maksud dari no 1 diatas adalah dalam hal  posisinya, posisi itu urutan atom-atom yang terikat satu sama lain. Sedangkan maksud dari no 2 adalah dalam hal orientasinya, dimana orientasi itu adalah arah kemana suatu atom menghadap secara geometris.

1.      ISOMER GEOMETRI PADA HIDROKARBON TAK JENUH RANTAI TERBUKA

Etena tersusun oleh 2 atom C dan 4 atom H yang terikat oleh atom C dengan adanya 1 ikatan rangkap 2 antar antom Carbon. Untuk menjelaskan struktur molekul etena, secara sistematis dicari terlebih dahulu konfigurasi e- atom pusat C.
₆C : 1s² 2s² sp² (mengalami hibridisasi karena atom C membutuhkan 4 orbital berisi single electron)Karena adanya 1 ikatan phi dalam struktur etena, maka satu orbital hybrid akan kembali ke energi awalnya sehingga tersisa 3 orbital hybrid sp2
Arti dari 3 x sp2 adalah untuk 1 atom Carbon, terdapat 2 ikatan antar inti atom C dengan H dan 1 ikatan antar inti atom C dengan H.
Ikatan inti tersebut merupakan ikatan ikatan sigma (dalam kasus ini, sigma berarti sp2-s untuk ikatan sigma antara atom C dan H dan sp2-sp2 untuk ikatan sigma antara atom C dan C). sp2 secara struktur geometri memiliki bentuk bidang segitiga planar. Secara keseluruhan, senyawa etena memiliki 5 ikatan sigma (4 ikatan sp2-s, 1 ikatan sp2-sp2) dan 1 ikatan phi.

Kenapa ada ikatan sigma?

Karena adanya tumpang tindih elektron dari dua atom karbon yang berbeda.
Kenapa ada ikatan phi?
Karena ikatan phi berisi pasangan elekton bebas, sehingga dapat menyebabkan atom Hidrogen tidak bisa bergerak bebas.

•   Isomer Geometri Cis dan Trans

Keisomeran geometri menghasilkan 2 bentuk isomer yaitu : bentuk Cis (jika gugus-gugus sejenis terletak pada sisi yang sama) dan bentuk Trans (jika gugus-gugus sejenis terletak berseberangan).

Contohnya :

•  Isomer Geometri E dan Z

Contoh :

Pada senyawa diatas, F dan I berada saling bersebrangan sehingga bisa dikatakan trans, tetapi F dan Br juga berada pada satu sisi, sehingga bisa juga dikatakan cis. Mana nama yang benar??. 

Pada kasus ini, akan sulit untuk menentukan apakah suatu senyawa cis atau trans secara keseluruhan. Untuk itu diperlukan system tata nama baru untuk kasus senyawa yang seperti ini. Sistem ini dinamakan system (E) dan (Z).

Pemberian nama (E) dan (Z) pada senyawa didasarkan pada urutan prioritas (bukan urutan prioritas tata nama seperti umumnya) atom – atom atau gugus yang terikat pada masing masing karbon ikatan rangkap. 

Jika gugus atau atom berprioritas tinggi terletak satu sisi, maka kita namakan (Z) (Zusammen = bersamaan) dan sebaliknya jika gugus atau atom yang berprioritas tinggi terletak bersebrangan maka kita namakan (E) (Entgegen = berlawanan).

Kembali lagi pada contoh senyawa diatas :

Urutan prioritas atom , salah satunya ditentukan oleh nomor atom. Atom dengan nomor atom lebih besar lebih berprioritas. 

Pada senyawa 1 dan 2 diatas, atom C sebelah kiri mengikat F dan Cl, dimana nomor atom Cl lebih besar dibandingkan dengan F, sehingga Cl lebih berprioritas. Sedangkan pada atom C rangkap sebelah kanan mengikat Br dan I, dengan I lebih berprioritas karena nomor atomnya lebih besar. 

Pada senyawa 1, atom atom yang lebih berprioritas terleatk pada satu sisi, maka senyawa 1 dinamakan (Z).

                 

Nama senyawa : (Z)-1-bromo-2-kloro-2-fluoro-1-iodoetena

Sedangkan pada senyawa 2, atom atom yang lebih berioritas terletak berlawanan sisi, maka senyawa 2 dinamakan (E)

                   

Nama senyawa : (E) -1-bromo-2-kloro-2-fluoro-1-iodoetena

2.      ISOMER GEOMETRI PADA HIDROKARBON JENUH RANTAI TERBUKA

Isomer geometri pada hidrokarbon jenuh rantai terbuka keterbatasan perputaran atom – atom yang terikat pada masing – masing atom C. Rintangan perputaran atom – atom tidak sebesar rintangan atom – atom yang terikat pada atom C ikatan rangkap. Ikatan s masih memungkinkan atom – atom yang terikat pada atom C untuk berputar (molekul yang memiliki penataan dalam ruang secara berlainan). Setiap tatanan 3 dimensi atom-atom yang dihasilkan oleh rotasi pada sumbu ikatan tunggal disebut konformasi. Konformasi ada 2 jenis yaitu :

•  Konformasi goyang (stagerred)

• Konformasi eklips

Contohnya : molekul etana yang digambarkan dengan proyeksi Newman. Yang dimaksud gambar proyeksi Newman adalah gambar molekul yang diperoleh dengan cara memandang molekul tersebut dari arah sumbu ikatan karbon-karbon.

Proyeksi Newman molekul etana

Apabila dilakukan pemutaran mengelilingi sumbuikatan C-C berturut-turut sebesar 60, 120, 180, 240, dan 300 derajat maka diperoleh konformasi sebagai berikut

Apabila diamati keenam konformer tersebut ternyata hanya terdapat 2 konformer yang ekstrem yaitu konformasi goyang (staggered) dan eklips (eclipsed). Konformasi "goyang" dan "eklips" ditunjukkan oleh gambar dibawah ini

Pada konformasi "goyang", ketiga ikatan C-H pada atom karbon yang satu berjauhan dengan tiga ikatan C-H pada atom karbon yang berdampingan. Sebaliknya pada konformasi "eklips", ketiga ikatan C-H pada atom karbon yang satu berdekatan dengan tiga ikatan C-H atom karbon yang berdampingan.

3.      ISOMER GEOMETRI PADA HIDROKARBON SIKLIK

Isomer geometri pada hidrokarbon siklik rintangan perputaran atom – atom tidak sebesar rintangan atom – atom yang terikat pada atom C ikatan rangkap, tetapi lebih besar dari pada rintangan pada hidrokarbon rantai terbuka karena adanya pengaruh regangan sudut. Dalam sikloheksana dikenal subtituen aksial (ikatan pada salah satu hidrogen terletak dalam bidang cincin) dan ekuatorial (ikatan ke hidrogen lain tegak lurus sumbu).

4.      ISOMER GEOMETRI PADA HIDROKARBON YANG MEMPUNYAI PUSAT KIRAL

Kiralitas adalah suatu keadaan yang menyebabkan dua molekul dengan struktur yang sama tetapi berbeda susunan ruang dan konfigurasinya. Atom yang menjadi pusat kiralitas dikenal dengan istilah atom kiral. Atom kiral adalah atom yang mengikat gugus yang semuanya berbeda. Bila dalam suatu molekul terdapat satu pusat kiral maka akan terdapat dua stereoisomer dari senyawa tersebut yang dikenal dengan istilah enantiomer.

 

Dari gambar di atas; (a) Bromoklorofluorometan adalah molekul kiral yang stereocenter (pusat kiral) ditunjuk dengan tanda bintang. Rotasi gambar cermin  tidak menghasilkan struktur asli. Untuk menempatkan di gambar cermin, obligasi harus dirusak dan direformasi. (b) Sebaliknya, diklorofluorometan dan gambar cermin yang bisa diputar sehingga mereka superimposibel (tidak dapat bertumpukan).

Perhatikan bahwa bahkan jika satu orang untuk flip atas molekul kiri ke kanan, pengaturan tata ruang atom tidak akan sama. Ini sama dengan tangan kiri - hubungan tangan kanan, dan tepat disebut sebagai 'wenangan' dalam molekul. Dan menjadi kontra-intuitif.

Gambaran mudahnya coba bermain dengan tangan kita (telapak tangan). Letakkan kedua telapak tangan menghadap ke atas, bersisian satu sama lain. Sekarang balik telapak tangan kita, yang satu menghadap ke atas, sedangkan yang satu menghadap ke bawah (punggung tangan di atas). Mereka tidak sama alias non-superimposibel.

Di sinilah konsep kiralitas datang sebagai salah satu ide yang paling penting dan menentukan dari stereoisomerisme.