RESUME PERTEMUAN KE 6 KIMIA ORGANIK

STEREOKIMIA

Stereokimia         : adalah studi mengenai molekul – molekuldalam ruang tiga dimensi, yakni bagaimana atom – atom dalam sebuah molekul ditata dalam ruangan satu relatif terhadap yang lain.

Isomer geometric      : bagaimana ketegaran dalam molekul dapat mengakibatkan isomeri.

Konformasi molekul : bentuk molekul dan bagaimana bentuk ini dapat berubah.

Kiralitas molekul   : bagaimana penataan kiri atau kanan atom-atom disekitar sebuah atom    karbon dapat mengakibatkan isomeri.

A. Isomeri geometri dalam alkena

Bagaimana ketegaran (rigidity) dalam molekul dapat mengakibatkan isomeri. Isomer struktural didefinisikan sebagai senyawa – senyawa dengan rumus molekul yang sama, tetapi dengan urutan penataan atom – atom yang berbeda. Isomeri struktural hanyalah satu macam isomeri. Macam kedua ialah isomer geomatrik, yang diakibatkan oleh ketegaran dalam molekul dan hanya dijumpai dalam dua kelas senyawa yaitu alkena dan senyaw siklik. Senyawa alkena memiliki isomer geometri berupa isomer cis-trans. Isomer geometri yang terjadi jika atom C yang memiliki ikatan rangkap mengikat dua gugus yang berbeda.

          

bentuk cis                                                                  bentuk trans

Keterangan :
R : gugus ringan atau kecil
B : gugus berat atau besar
  (garis putus-putus) : mengarah ke belakang
   (garis utuh) : mengarah ke depan

• Bentuk geometri cis mengandung gugus-gugus yang sama (sama ringan atau sama berat) dan terletak pada satu sisi. Gugus R yang terikat pada garis putus-putus berarti mengarah ke belakang dan gugus B yang terikat pada garis utuh berarti mengarah ke depan.

• Bentuk geometri trans mengandung gugus-gugus yang sama dan terletak bersebrangan. Gugus R yang terikat pada garis putus-putus bersebrangan dengan gugus R yang terikat pada garis utuh. Begitu juga dengan gugus B yang bersebrangan dengan gugus lainnya.  

 Sebuah molekul bukanlah partikel yang diam, melainkan bergerak. atom dan gugus yang terikat hanya dengan ikatan sigma dapat berotasi sedemikian sehingga bentuk keselururhan sebuah molekul selalu berubah berkesinambungan. berbeda dengan gugus – gugus yang terikat oleh ikatan rangkap, tak akan bisa berputar tanpa mematahkan ikatan pi itu. Energi yang dibutuhkan untuk mematahkan ikatan pi antara karbon dengan karbon (sekitar 68 kkal/mol) tak tersedia pada temperatur kamar, sehingga memerlukan keadaan khusus. Karena ketegaran ikatan pi inilah maka gugus – gugus yang terikat pada karbon berikatan pi terletak dalam ruang relatif satu sama lain.

Biasanya struktur suatu alkena ditulis seakan-akan atom-atom karbon sp2 dan atom-atom yang terikat pada mereka terletak semuanya pada bidang kertas. dalam hal ini, satu cuping ikatan pi dapat dibayangkan berada di atas kertas, dan cuping yang lain berada di bawah kertas.

Perhatikan bagaimana kata cis dan trans digabungkan ke dalam nama :

            Sifat – sifat fisik (seperti titik didih ) cis dan trans 1,2-dikloroetena berbeda ; memang mereka senyawa yang berlainan. Tetapi kedua senyawa ini bukanlah isomer-isomer structural karena urutan ikatan atom-atom dan lokasi ikatan rangkapnya sama. Pasangan isomer ini masuk dalam kategori umum stereoisomer: senyawa berlainan yang mempunyai struktur sama, berbeda hanya dalam hal penataan atom-atom dalam ruangan. Lebih lanjut pasangan ini masuk kedalam kategori yang lebih spesifik: isomer geometric ( juga disebut isomer cis-trans) : strereoisomer yang berbeda karena gugus-gugus berada pada satu sisi atau pada sisi yang berlawanan terhadap letak ketegaran molekul.

Persyaratan isomeri Geometrik dalam alkena ialah bahwa  setiap atom karbon yang terlibat dalam ikatan pi mengikat dua gugus yang berlainan, misalnya H dan Cl, atau CH3 dan Cl. Jika salah satu atom karbon berikatan rangkap itu mempunyai dua gugus yang identi, misalnya dua atom H atau dua gugus CH3, maka tak mungkin terjadi isomeri Geometrik.

Sistem Tata nama (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 sebalikknya jika gugus atau atom yang berprioritas tinggi terletak bersebrangan maka kita namakan (E) (Entgegen = berlawanan).

Kembali lagi pada contoh

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

Contoh Soal :

Soal 1

Atom karbon yang berikatan rangkap sebelah kiri mengikat atom H dan atom C (pada CH3). Atom C (pada CH3) lebih berprioritas karena nomor atomnya lebih besar. 

Atom akrbon yang berikatan rangkap sebelah kanan mengikat atom C (pada CH2CH3) dan Cl dan atom Cl lebih berprioritas.

Pada senyawa diatas, gugus yang berprioritas tinggi terletak satu sisi sehingga dinamakan (Z).

Nama senyawa : (Z)-3-kloro-2-pentena

Aturan Deret

dikembangkanlah aturan deret prioritas berdasarkan tata nama Chan-Ingold-Prelog. Berikut urutan prioritas berdasarkan system tata nama Chan-Ingold-Prelog.

1. Jika atom ataom yang diikat oleh kedua atom C berikatan rangkap berbeda semua, maka atom dengan nomor atom lebih besar lebih berprioritas.

2. Jika atom atom yang berikatan pada atom C ikatan rangkap merupakan isotop, maka isotop dengan nomor massa paling besar lebih berprioritas.

3. Jika kedua atom yang diikat identi, maka nomor atom dari atom berikutnya digunakan sebagai prioritas.

4. Jika atom yang diikat selanjutnya juga identik, maka priortas ditentukan oleh atom pada titk pertama mana ditemukan perbedaan pada rantai senyawanya.

5. Atom selanjutnya yang mengikat atom lebih berprioritas lebih diutamakan.

Urutan prioritas beberapa gugus

-CH = CR2, -C6H6, -CN, -CH2OH, -COH, -CO-, -COOH

------------------------------>

Prioritas semakin besar

Contoh soal 

Soal 2

Pada atom C rangkap sebelah kiri = CH3 lebih berprioritas dari H

Pada atom C rangkap sebelah kanan = CH2CH3 lebih berprioritas disbanding CH3

Nama : (Z)

B. Isomeri geometri senyawa siklik

Telah dijelaskan bagaimana rotasi yang tidak bebas mengelilingi suatu ikatan rangkap dapat mengakibatkan terjadinya isometric geometric. Sekarang akan dibahas rotasi tak bebas dalam senyawa siklik.

            Atom-atom yang tergabung dalam suatu cincin tidak bebas berotasi mengelilingi ikatan-ikatan sigma (dari ) cincin itu. Rotasi mengelilingi ikatan-ikatan sigma cincin akan memutus agar agar atom atau gugus-gugus yang terikat, melewati pusat cincin itu. tetapi gaya tolak vander waals menghalangi terjadinya gerakan inti, kecuali jika cincin terdiri dari sepuluh atom karbon atau lebih. Dalam senyawa organic cincin yang paling lazim ialah cincin lima  atau enaanggota, oleh karena itu pembahasan dipusatkan pada cincin dengan atom karbon atau kurang

Untuk saat ini diandalkan atom-atom ( karbon suatu struktur lingkar (siklik) seperti sikloheksana membentuk bidang datar ( meskipun pengandaian ini tidak sepenuhnya benar).bidang cincin dipandang hampir-hampir horizontal ( tegak lurus pada bidang kertas). Tiap atom karbon dalam cincin sikloheksana terikat pada atom-atom karbon tetangganya dan juga pada dua atom atau gugus lainnya. Ikatan pada dua gugus lain ini dinyatakan oleh garis-garis vertical (garis pada bidang kertas). Suatu gugus yang terikat pada ujung-atas garis vertical dikatakan berada diatas bidang cincin, dan gugus yang terikat pada ujung bawah garis vertical itu dikatakan berada di bawah bidang cincin.

            

Bila mereka dalam satu sisi mereka adalah cis, sedangkan bila mereka berlawanan posisi maka mereka adalah trans.

C.  Konformasi senyawa rantai terbuka

Bentuk molekul dan bagaimana bentuk ini dapat berubah. Dalam senyawa rantai terbuka, gugus-gugus yang terikat oleh ikatan sigma dapat berotasi mengelilingi ikatan itu. Oleh karena itu atom-atom dalam suatu molekul rantai terbuka dapat memiliki tak terhingga banyak posisi di dalam ruang relatif satu terhadap yang lain. Memang etana merupakan sebuah molekul kecil, tetapi etana dapat memiliki penataan dalam ruang secara berlain-lainan, inilah yang disebut konformasi.

Untuk mengemukakan konformasi akan digunakan tiga jenis rumus : rumus dimensional,rumus bola dan pasak dan rumus proyeksi newman (disarankan menggunakan model molekul dadalam memperbandingkan konformasi yang berlainan).suatu rumus bola dan pasak dan rumus dimensional adalah representasi tiga dimensi dari model molekul suatu senyawa.suatu proyeksi newman adalah pandangan ujung ke ujung dari dua atom karbon saja dalam molekul itu.ikatan yang menghubungkan kedua atom ini tersembunyi.ketiga ikatan dari karbon depan tampak menuju proyeksi dan ketiga ikatan dari karbon belakang hanya tampak sebagian.

             

    
Karena adanya rotasi mengelilingi ikatan sigma,maka suatu molekul dapat memiliki konformasi berapa saja.konformasi berbeda beda itu disebut conformer.karena conformer dapat dengan mudah diubah satu menjadi yang lain,biasanya mereka tak dapat diisolasi satu bebas dari yang lain,seperti isomer structural.

Rotasi mengelilingi ikatan sigma seringkali disebut rotasi ini tidaklah benar benar bebas.konformasi eklips dari etana kira kira 3 kkal/mol kurang stabil (lebih tinggi energinya) dibandingkan dengan conformer goyang,karena adanya tolak menolak antara electron electron ikatan dan atom atom hydrogen.untuk berotasi dari konformasi goyang kekonformasi eklips satu molekul etana memerlukan 3 kkal energy.karena temperature kamar jumlah energy jumlah energii ini mudah diperoleh,maka rotasi itu dapat berlangsung dengan mudah ; inilah sebabnya konformasi yang berbeda-beda bukanlah isomer.tetapi meskipun konformasi-konformasi etana mudah dipertukarkan pada temperature kamar,pada saat kapan saja sebagian besar molekul etana berada dalam konformasi goyang karena adanya energinya lebih rendah.

Butana, seperti etana,dapat mengalami konformasi eklips dan goyang.dalam butane terdapat dua gugus metal yang relative besar,terikat pada dua karbon pusat.dipandang dari kedua karbon pusat,hadirnya gugus-gugus metal ini menyebabkan terjadinya dua macam konformasi goyang ,yang berbeda dalam hal posisi gugus gugus metil terpisah sejauh mungkin deisebut conformer anti.konformasi goyang ini dimana gugus gugus lebih berdekatan,disebut conformer gauche .

D. Kiralitas Senyawa Rantai Terbuka

            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. Penyebab adanya kiralitas adalah adanya senyawa karbon yang tidak simetris. bagaimana penataan kiri atau kanan atom – atom disekitar sebuah atom karbon dapat mengakibatkan isomeri.