Bab 9 Stereokimia. Luthfan Irfana Budi Arifin. Slaid kuliah Kimia Organik I untuk mhs S1 Kimia semester 3

Bab 9 Stereokimia

Luthfan Irfana

Budi Arifin

Slaid kuliah Kimia Organik I

untuk mhs S1 Kimia semester 3

Bagian Kimia Organik

TIU

TIK

Daftar Pustaka:

Hart H, Craine LE, Hart DJ. 2003. Kimia Organik: Suatu

Kuliah Singkat. Achmadi SS, penerjemah; Jakarta:

Erlangga. Terjemahan dari: Organic Chemistry: A Short

Course. Ed. ke-11. Bab 5.

McMurry J. 2008. Organic Chemistry. Ed. ke-7.

Belmont: Brooks/Cole. Bab 9.

Pendahuluan

Beberapa alat musik punya sifat

ketanganan _{Barack Obama menulis} dengan tangan kiri

Pernahkah Anda perhatikan?

Sepasang sarung tangan

Kedua tangan kita adalah bayangan cermin yang tak identik  objek kiral.

 Sebaliknya objek akiral identik dan karena itu, berimpit dengan bayangan cerminnya.

Setiap objek memiliki bayangan cermin.

 Objek yang tidak dapat diimpitkan (superimposable) dengan bayangan cerminnya dikatakan kiral.

CH₃X dan CH₂XY dapat

diimpitkan dengan bayangan cermin masing-masing

 molekul akiral

9.1 Kiralitas & Enantiomer

CHXYZ tak dapat diimpitkan dengan bayangan cerminnya  molekul kiral

Molekul organik dan biologis juga dapat memiliki sifat ketanganan (handedness) ini.

Secara umum, kiralitas dimiliki oleh objek/molekul yang tidak memiliki bidang simetri.

Bidang Simetri Asam propanoat (akiral) BUKAN Bidang Simetri Asam laktat (kiral) Pusat kiralitas

Secara khusus, atom C tetrahedral akan kiral jika mengikat 4 atom/gugus berbeda. Misalnya, 2-kloropropana akiral, sedangkan 2-klorobutana kiral.

Asam (+)-Laktat Asam (-)-Laktat

9.1 Kiralitas & Enantiomer

Molekul organik kiral dan bayangan cerminnya yang tidak identik disebut sepasang enantiomer.

Tidak cocok Tidak cocok Tidak cocok

Contoh molekul kiral lainnya:

5-bromodekana

C5 pusat kiralitas _{Substituen pada karbon 5}

Latihan 1:

Manakah di antara 2 molekul di samping yang kiral?

Latihan 2:

Tandai * pusat(-pusat) kiralitas pada setiap senyawa berikut:

karvon

(minyak spearmint)

nutkaton

Cahaya tak-terpolarisasi Cahaya terpolarisasi Sumber cahaya Polarisator

Tabung contoh berisi larutan molekul organik

Analisator

Pengamat

9.2 Keaktifan Optis

Pengamatan Jean-Baptiste Biot (awal abad ke-19)

– Bidang cahaya terpolarisasi-bidang terputar saat melalui larutan senyawa organik tertentu

– Senyawa tersebut dikatakan aktif optis

Molekul yang memutar bidang cahaya terpolarisasi ke – kanan disebut dekstrorotatori ()

– kiri disebut levorotatori ()

Besar sudut rotasi teramati () bergantung pada  Struktur molekul

 Konsentrasi molekul dalam tabung contoh  Panjang tabung contoh

 Panjang gelombang cahaya terpolarisasi  Suhu

dengan

 = sudut rotasi (dari polarimeter)

l = panjang tabung contoh (dm)

c = konsentrasi (g/mL)

t = suhu larutan (biasanya suhu kamar)

 = panjang gelombang sinar

[biasanya garis D (kuning) dari lampu uap Na ( = 589,6 nm)]

9.2 Keaktifan Optis

Agar aktivitas optis berbagai zat dapat dibandingkan, digunakan besaran rotasi spesifik:

 

(pelarut)

c

l

t





α

α

_λ

9.2 Keaktifan Optis

Sepasang enantiomer 

 



t_ sama, hanya berbeda tanda

 α 3,33(H O) laktat asam -(-) 2 C 25 D o   α 3,33(H O) laktat asam -) ( 2 C 25 D o  

Menghitung Rotasi Optis

Sebanyak 1,20 g contoh kokaina, []_D = 16o_{, dilarutkan dalam}

7.50 mL kloroform lalu dituang ke dalam tabung contoh sepanjang 5.00 cm. Berapakah sudut rotasi teramati ()?

Contoh Soal 9.1

kokaina

 

(pelarut) c l t   α α _λ ) 3 (CHCl         mL 7,50 g 1,20 dm) (0,500 α 16o  = –1,28o Jawab:

Louis Pasteur (1884)

Dua jenis kristal yang dihasilkan dari natrium amonium tartrat adalah bayangan cermin yang

tidak identik  penemuan enantiomer

100% Kristal Kiri

Aktif optis

100% Kristal Kanan

Aktif optis

• Problem 9.1–9.6

• Problem 9.31–9.37, 9.72, 9.73

9.3 Aturan Urutan:

Penamaan

R

-

S

1. Dengan aturan CIP, urutkan prioritas keempat gugus yang melekat pada pusat kiralitas (baca kembali penamaan E-Z).

(a) searah jarum jam → (R): rectus

(b) berlawanan arah jarum jam → (S): sinister

2. Posisikan gugus yang prioritasnya paling rendah ke belakang.

3. Amati, 180o _{dari posisi gugus tadi, arah perputaran dari gugus} yang tertinggi prioritasnya ke yang kedua lalu ke yang ketiga.

Putar menjadi seperti ini Putar menjadi seperti ini Setelah menentukan peringkat prioritas Gugus terendah (4) berada di belakang Gugus terendah (4) berada di belakang Konfigurasi R Konfigurasi S Cermin

Asam ()-laktat Contoh 1: penentuan prioritas 4 2 1 3

searah jarum jam

Konfigurasi R

penentuan konfigurasi

(S)-gliseraldehida [(S)-()-2,3-dihidroksipropanal] [α]_D = 8.7 (S)-alanina [Asam (S)-()-2-aminopropanoat] [α]_D = 8.5 Contoh 2: Contoh 3:

Contoh Soal 9.2

1. Tuliskan struktur 2D, urutkan prioritas gugus-gugus pada pusat kiralitas. Gambarkan struktur (R)-2-klorobutana.

Prioritas −Cl > −CH₂CH₃ > −CH₃ > −H 2. Gambarlah dengan H (gugus prioritas terendah) “menjauhi” Anda, dan

letakkan 3 gugus sisanya (Cl → CH₂CH₃ → CH₃) searah jarum jam (R). atau

1. Tentukan konfigurasi (R atau S) pada pusat stereogenik dalam C HC HO _CHH 3 O C CO₂H CH₂SH H H₂N C CH₃ H H₂N CH₂ (a) (b) (c) 2. Gambarkan struktur: (a) (S)-2-fenilbutana (b) (R)-3-metil-1-pentena (c) (S)-3-metilsiklopentena Latihan:

9.3 Aturan Urutan:

Penamaan

R

-

S

 Konfigurasi R-S  mutlak; konfigurasi (+)/(–)  relatif.

Konfigurasi mutlak dipastikan dengan spektroskopi sinar-X (Bijvoet, 1951)

 Tidak ada hubungan nyata antara konfigurasi mutlak dan relatif. Contoh: C CO₂H H _OHCH3 CH₃OH H+ C CO₂CH₃ H _OHCH3

• Problem 9.7–9.11

• Problem 9.27, 9.28, 9.30, 9.42–9.48, 9.50,

9.51, 9.54–9.56

asam 2-amino-3-hidroksibutanoat

Stereoisomer

(A) 2R, 3R | (B) 2S, 3S (C) 2R, 3S | (D) 2S, 3R

9.4 Senyawa dengan >1 Pusat Kiralitas:

Diastereomer & Senyawa

Meso

n pusat kiralitas → maksimum 2n _stereoisomer

* *

2 pusat kiralitas

 maks 4 stereoisomer

A dan B, C dan D: pasangan enantiomer (bayangan cermin)

A dan C, A dan D, B dan C, atau B dan D:

Asam 2-amino-3-hidroksibutanoat

Enantiomer

• Konfigurasi berlawanan di setiap pusat kiralitas

Diastereomer

• Konfigurasi berlawanan di

sebagian pusat kiralitas Epimer

• Konfigurasi berlawanan hanya di 1 pusat kiralitas

Perhatikan!

kolestanol koprostanol

asam tartarat

* *

IDENTIK!  Senyawa Meso

bidang simetri

senyawa meso akiral

1. Buaya dewasa mengeluarkan senyawa berikut dari kelenjar kulitnya sebagai feromon komunikasi untuk bersarang atau kawin.

O

Tandai pusat kiralitasnya dengan tanda *. Gambarkan semua kemungkinan stereoisomer dari senyawa ini?

2. a) Tunjukkan bahwa trans-1,2-dimetilsiklopentana dapat berada dalam bentuk enantiomer kiral.

b) Apakah cis-1,2-dimetilsiklopentana juga kiral? Jelaskan.

• Problem 9.12–9.17

• Problem 9.29, 9.38–9.41, 9.49, 9.52, 9.53,

9.57, 9.58, 9.65, 9.75–9.79

 Campuran rasemik (dilambangkan (+) atau (d,l):

campuran sepasang enantiomer dengan nisbah 50:50

9.5 Campuran Rasemik (Rasemat):

Resolusi Enantiomer

 Campuran rasemik tidak aktif optis:

rotasi (+) dari salah satu enantiomer tepat ditiadakan oleh rotasi (–) yang sama besar dari enantiomer lainnya.

 Campuran rasemik umumnya sulit dipisahkan:

 Sifat akiral identik (tl, td, , dan berbagai jenis spektrum). Kelarutan dalam pelarut biasa yang akiral juga identik.

9.5 Campuran Rasemik (Rasemat):

Resolusi Enantiomer

 Teknik kristalisasi bertingkat Pasteur umumnya tidak berhasil baik. R S + R R - R S - R R - R R + R S - R S + R dan  Metode resolusi lazim digunakan:

(a) Campuran direaksikan dengan suatu reagen kiral.

(b) Dihasilkan sepasang produk diastereomer yang dapat dipisahkan dengan metode kimia biasa.

Contoh: Rasemat asam kiral direaksikan dengan amina kiral.

9.6 Stereokimia Reaksi: Hidrasi Alkena

(1) Alkena akiral  Alkohol kiral:

1-butena (akiral) (S)-2-butanol (50%) (R)-2-butanol (50%)

(2) Alkena kiral  Alkohol dengan pusat kiral baru:

(R)-4-metil-1-heksena (1 pusat kiral) (2S,4R)-4-metil-2-heksanol (2R,4R)-4-metil-2-heksanol (2 pusat kiral)

Kation sec-butil (akiral) (S)-2-Butanol (50%) (R)-2-Butanol (50%) Cermin Serangan dari atas Serangan dari bawah Kemungkinan

Serangan atas = bawah

(2) Mekanisme Reaksi Adisi H₂O pada (R)-4-Metil-1-heksena Alkena Kiral Kation Kiral Peluang serangan atas



bawah Atas _Bawah (2S,4R)-4-Metil-2-heksanol (2R,4R)-4-Metil-2-heksanol Sisi atas



bawah

Komposisi produk

9.6 Stereokimia Reaksi: Hidrasi Alkena

 Pembentukan pusat kiral dari reaksi antara 2 reaktan akiral

akan menghasilkan produk rasemat.

 Produk aktif optis hanya akan didapat dari reaktan/lingkungan yang aktif optis. Misalnya, reaksi biologis enzimatik:

cis-akonitat (akiral)

(2R,3S)-isositrat

akonitase

9.6 Stereokimia Reaksi: Hidrasi Alkena

 Pembentukan pusat kiral baru pada reaktan kiral akan

menghasilkan campuran diastereomerik tidak 50:50. Sisi dengan halangan ruang lebih kecil lebih mudah diserang.

 Pusat kiral pertama tidak terpengaruh dan akan tetap

berkonfigurasi R (bila reaksi tidak mengubah prioritas relatif).

• Problem 9.18–9.22

• Problem 9.59–9.62, 9.66, 9.67, 9.74, 9.80–

9.82

Cermin

Cepat

9.7 Kiralitas pada

Nitrogen, Fosforus, dan Sulfur

 Atom N, P, dan S trivalen dengan 3 atom/gugus berbeda kiral. Pasangan elektron bebas menjadi “gugus” keempat yang

berbeda dalam geometri-elektron tetrahedral.

 Interkonversi “payung tertiup-angin” atom N trivalen sangat cepat  tidak mungkin

mengisolasi salah satu enantiomer.

 Interkonversi atom P dan S trivalen lebih lambat  fosfina atau garam sulfonium kiral stabil dan dapat diisolasi.

9.7 Kiralitas pada

Nitrogen, Fosforus, dan Sulfur

(R)-metilpropilfenilfosfina

(stabil beberapa jam, 100 o_{C) Adenosina}

Metionina

(S)-S-adenosilmetionina

(stabil beberapa hari, rt) Prioritas terendah

Contoh pusat prokiralitas sp2_: butanon (prokiral) 2-butanol (kiral)

9.8 Prokiralitas

 Molekul prokiral: molekul akiral yang dapat diubah menjadi kiral dalam 1 tahap reaksi

Enantiomer 2-butanol yang dihasilkan bergantung pada sisi/ muka karbonil planar yang bereaksi.

prokiral kiral

H₂ Pd/C

 Tentukan prioritas ketiga gugus yang terikat pada C sp2_.

 Tentukan arah putaran prioritas 1  2  3.  Muka yang menghasilkan putaran

 searah jarum jam  muka Re (mirip R)  taksearah jarum jam  muka Si (mirip S)

(S)-2-butanol

(R)-2-butanol

muka Re (searah jarum jam)

muka Si (taksearah jarum jam)

Produk adisi pada muka Re

Produk adisi pada muka Si

atau

Pusat prokiralitas

Pusat kiralitas

9.8 Prokiralitas

Contoh pusat prokiralitas sp3_:

substitusi dgn 2_H

Memahami prokiralitas akan diperlukan dalam mempelajari stereotopisitas pada kuliah Penentuan Struktur Molekul.

9.8 Prokiralitas

• Problem 9.23–9.26

• Problem 9.63, 9.64, 9.68–9.71

Walaupun sifat fisisnya sama, sepasang enantiomer biasanya

memiliki sifat biologis yang berbeda, bahkan tak jarang berlawanan.

()-limonena (aroma jeruk) ()-limonena (aroma pinus)

9.9 Kiralitas di Alam

(R)-asparagina → manis

[isomer (S)-nya pahit]

(S)-karvon → aroma harum jintan

(S)-fluoksentina

(pencegah migrain) rasemat  antidepresan

(S)-naproksen → obat antiradang

[(R): racun hati]

(R,R)-kloramfenikol → antibiotik

[(S,S): bukan antibakteri]

(R)-talidoimida → zat sedatif & hipnotik

[(S): teratogen ampuh]

(S,S)-paklobutrazol →

zat pengatur tumbuh tanaman [(R,R): fungisida)]

(–)-benzopirildiol → sangat

karsinogenik [(+): tidak)]

(R)-timolol → penyekat adrenergik

[(S): tidak efektif)]

Feromon seks kumbang jantan (enantiomernya inaktif)

Reseptor (Kiri)

Enantiomer (kiri) Enantiomer (kanan)

Reseptor (Kiri)

Tidak cocok

 Tubuh memiliki reseptor tertentu untuk setiap fungsi biologis.  Reseptor tersebut umumnya kiral.

 Hanya senyawa dengan stereokimia yang cocok dengan stereokimia reseptor dalam tubuh akan diikat.

Terima kasih

Jangan lupa untuk mengulang kembali materi ini sebelum Anda tidur!



(S )-JimiHend rix (R )-JimiHend rix CERMIN