STEREOKIMIA

STEREOKIMIA

A. Konfigurasi Mutlak dan Relatif

Proyeksi Fischer : rumus proyeksi untuk menunjukkan penataan ruang dari gugus-gugus disekitar atom kiral. Penetapan konfigurasi : sistem (R) dan (S) (R)-1-bromo-1-kloroetana Urutan penataan keempat gugus di sekitar suatu atom karbon kiral disebut konfigurasi mutlak disekitar atom itu. Sepasang enantiomer mempunyai konfigurasi yang berlawanan. Sistem yang digunakan adalah sistem (R) dan (S) atau sistem Chan-Ingold-Prelog. R = rectus = kanan, S = sinister = kiri.
Ketentuan Fischer (Konfigurasi Relatif)

Urutan penataan ke 4 gugus di sekitar atom kiral Tata nama R, S (R = Rektus = ke kanan; S = Sinister = Kiri)


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.

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 :

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.

A. Konfigurasi Relatif

Konfigurasi relatif adalah konfigurasi yang membandingkan penataan atom-atom dalam ruang tiga dimensi dalam suatu senyawa dengan yang lainnya. Konfigurasi relative menggunakan arah orientasi D (dekstro) dan L (levo). Dekstro memutar kekanan (+) dan levo memutar kekiri (-). Sistem penggambaran konfigurasi relative dengan menggunakan ketentuan Proyeksi Fischer. Penggambaran molekul dalam bentuk tiga dimensinya disebut Proyeksi Fischer yang ditemukan oleh seorang ilmuwan bernama Emil Fischer.

Dalam menggambarkan struktur proyeksi fischer harus memperhatikan beberapa aturan, antara lain:

Ø Gugus – gugus yang diletakkan horizontal adalah gugus- gugus yang mendekati pengamat.

Ø Gugus – gugus yang diletakan vetikal adalah gugus – gugus yang menjauhi pengamat.

Ø Hetero atom ( atom selain C dan H) diletakkan pada garis horizontal.

Ø Sedangkan carbon diletakkan pada garis vertikal.

Ø Carbon dengan dengan bilangan oksidasi lebih tinggi diletakkan diatas.

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 :

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.

Atom dengan tingkat oksidasi yang tinggi memiliki prioritas yang tinggi yaitu pada gugus OH. Gugus OH pada pusat kiral terletak pada sisi sebelah kanan sehingga arah orientasinya adalah D (dekstro) dan gugus OH pada sisi sebelah kiri arah orientasinya adalah L (levo). Dimana penentuan D atau L berdasarkan pada asimetris pada atom karbon molekul yang kedua dari belakang. Molekul dikatakan asimetris jika mengikat 4 gugus atom yang berbeda. Molekul asimetris belum tentu kiral. Namun molekul kiral sudah pasti adalah asimetris. Suatu molekul dikatakan kiral jika molekul tersebut mampu memutar bidang putar polarisasi.

B. Konfigurasi Mutlak (Absolut)

Konfigurasi mutlak adalah konfigurasi yang penataan atom-atom dalam tiga dimensi dengan orientasi yang sudah pasti. Konfigurasi mutlak menggunakan arah orientasi R (rectus) dan S (sinister). Arah orientasi R adalah searah jarum jam, sedangkan arah orientasi S adalah berlawanan jarum jam. Cara penentuan konfigurasi R dan S berdasarkan ketentuan Chan-Ingold-Prelog yaitu sebagai berikut :

Ø Atom dengan nomor atom yang lebih tinggi memiliki prioritas yang lebih tinggi. Jika nomor atom nya sama, isotop dengan nomor massa yang tinggi memiliki prioritas yang tinggi. Jika kedua atom identik maka atom berikutnya digunakan untuk menentukan prioritas.

Ø Gambarkan proyeksi molekul sedemikian rupa hingga atom dengan prioritas terendah ada di belakang.

Ø Beri skala prioritas dari prioritas tertinggi (1) ke tengah (2) hingga terendah yang tersisa (3).

Ø Buat anak panah mulai dari atom/gugus berprioritas paling tinggi ke prioritas yang lebih rendah.

Ø Bila arah anak panah searah jarum jam, konfigurasinya adalah R. Bila arah anak panah berlawanan dengan arah jarum jam, konfigurasinya adalah S.

Konfigurasi mutlak suatu enantiomer adalah khas struktur molekulnya. Tak terdapat hubungan yang sederhana antara konfigurasi mutlak suatu enantiomer tertentu dan arah perputaran bidang polarisasi cahaya olehnya. Telah ditunjukkan bagaimana arah pemutaran bidang polarisasi cahaya dapat dinyatakan oleh (+) dan (-). Diperlukan juga suatu sistem untuk menyatakan konfigurasi mutlak itu-yakni, penataan yang sesungguhnya dari gugus-gugus disekeliling suatu karbon kiral. Sistem itu ialah sistem (R) dan (S) atau sistem Chan-Ingold-Prelog.

Huruf rasemik,ditandai dengan (R)(S), yang berarti suatu campuran dari keduanya.Dalam sistem (R) dan (S), gugus-gugus diberi urutan prioritas, dengan menggunakan perangkat aturan yang sama seperti yang digunakan dalam sistem (E) dan (Z), hanya saja urutan prioritas ini digunakan dengan cara sedikit berbeda.

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).

(R) berasal dari kata latin, rectus, “kanan”, sedangkan (S) dari kata latin sinister,“kiri”. Atom karbon kiral apa saja mempunyai atau konfigurasi (R) atau konfigurasi (S), oleh karena itu satu enantiomer adalah (R) dan enantiomer lain adalah (S).

Konfigurasi absolut ditentukan berdasarkan struktur penataan ruang gugus-gugus di seputar karbon kiral sesungguhnya. Cara penentuan konfigurasi absolut dikemukakan oleh tiga orang ahli kimia yaitu R.S. Chan (Inggris), C.K. Ingold (Inggris) dan V. Pulog (Swis).Cara penamaan/penentuan konfigurasi absolut yang mereka kemukakan dikenal dengan sistem R/Satau sistem Chan-Ingold-Pulog(CIP). Huruf R dan S merupakan singkatan kata berasal dari bahasa Latin, yaitu R = rectus, artinya kanan dan S = sinister, artinya kiri. Dalam menentukan konfigurasi absolut sistem R/S ini, Chan-Ingold-Pulog menetapkan gugus-gugus yang terikat pada suatu pusat kiral dengan prioritas berbeda-beda. Cara penentuan prioritas untuk atom/gugus yang terikat pada pusat kiral adalah serupa dengan urutan prioritas gugus untuk menentukan isomeri E-Z. 

Sebagai contoh cara penentuan konfigurasi absolut, perhatikan konfigurasi

absolut pada senyawa (1) dan (2) berikut. Kedua senyawa tersebut merupakan pasangan enantiomer bromo-fluoro-kloro metana.

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 dibelakang 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.

Contoh lain adalah 2-butanol.

Atom setelah C pada gugus C₂H₅ adalah C,H,H yang mempuyai jumlah atom/gugus yang terikat pada C kiral adalah OH, CH₃, C₂H₅ dan H. Urutan prioritas atom/gugus tersebut sesuai aturan penentuan prioritas adalah OH>C₂H₅>CH3>H. Gugus C₂H₅ berprioritas lebih tinggi dari CH₃ karena atom-nomor atom lebih tinggi dari H,H,H pada CH₃.Karena gugus yang mempunyai prioritas paling rendah (yaitu H) sudah terletak di belakang, maka dapat langsung digambarkan anak panah dari gugus berprioritas paling tinggi ( prioritas nomor 1), yaitu OH ke gugus berprioritas lebih tinggi berikutnya (prioritas nomor 2), yaitu C₂H₅, dan terakhir ke gugus CH₃. Perhatikan arah anak panah berlawanan dengan arah jarum jam. Oleh karena itu, konfigurasi struktur tersebut adalah S, lengkapnya ditulis S-2-butanol. 

Contoh kali ini gugus berprioritas rendah belum berada di belakang.

Bagaimanakah arah perputaran bidang cahaya terpolarisasi senyawa yang mempunyai konfigurasi R atau S? Apakah ke kiri atau ke kanan ? Penting untuk diingat bahwa konfigurasi absolut R atau S tidak ada hubungannya dengan arah perputaran bidang cahaya terpolarisasi. Konfigurasi absolut R atau S tidak ditentukan dari percobaan dengan polarimeter, tetapi ditetapkan berdasarkan strukturnya. Dengan demikian, senyawa kiral yang berkonfigurasi R dapat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan atau ke kiri, tergantung hasil percobaannya, begitu pula dengan senyawa kiral yang berkonfigurasi S.Sebagai contoh, senyawa karvona dengan konfigurasi S memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan (+ atau d), sehingga ditulis S-(+)-karvona. 

2. Ketentuan Cahn-Ingold-Prelog (Konfigurasi Absolut)

Sistem yang paling sukses untuk menunjukkan konfigurasi senyawa-senyawa umum adalah konvensi Cahn-Ingold-Prelog. Cahn (dari inggris), Ingold (dari Swiss), dan Prelog (Swiss) mengusulkan cara penentuan konfigurasi atom karbon stereogenik baru yang didasarkan atas aturan pronitas (priority rule) atau aturan urutan (sequence rule).  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:

1. Urutkan ke 4 gugus (berdasarkan prioritasnya). Berdasarkan no atom; dari yang terikat langsung pada kiral

2. Bila atom yang terikat langsung pada kiral sama; maka prioritas ditentukan oleh atom berikutnya

3. Ikatan rangkap 2 dianggap mengikat 2 atom yang sama

4. Ikatan rangkap 3 dianggap mengikat 3 atom yang sama

5. Atom yang mengikat 2 C yang riel punya prioritas lebih tinggi daripada C dengan ikatan rangkap

6. Isotop dengan massa lebih besar memperoleh prioritas lebih tinggi

7. Proyeksikan molekul sehingga gugus prioritas terendah berada di belakang

8. Tarik suatu anak panah dari gugus prioritas tertinggi ke terendah

Jika searah dengan putaran jarum jam = R

Jika berlawanan dengan putaran jarum jam = S

B. Pemisahan Campuran Rasemik

Campuran rasemik artinya suatu campuran yang mengandung sepasang enantiomer dalam jumlah yang sama. Sepasang enentiomer itu adalah enantiomer R dan enentiomer S.

Sebagian masyarakat mungkin kurang memperhatikan sifat optis suatu senyawa organik, padahal reaksi kimia dalam sistem biologis makhluk hidup sangat stereospesifik. Artinya suatu stereoisomer akan menjalani reaksi yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup. Bahkan terkadang suatu stereoisomer akan menghasilkan produk yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup.
Dalam kebanyakan reaksi di laboratorium, seorang ahli kimia menggunakan bahan baku akiral ataupun rasemik dan memperoleh produk akiral dan rasemik. Oleh karena itu sering kiralitas (atau tiadanya kiralitas) pereaksi dan produk diabaikan dalam bab-bab berikutnya.
Berlawanan dengan reaksi kimia di laboratorium, kebanyakan reaksi biologis mulai dengan pereaksi kiral atau akiral dan menghasilkan produk-produk kiral. Reaksi biologis ini dimungkinkan oleh katalis biologis yanh disebut enzim, yang bersifat kiral. Ingat bahwa sepasang enantiomer mempunyai sifat-sifat kimia yang sama kecuali dalam hal antraksi dengan zat-zat kiral lain. Karena enzim bersifat kiral, maka enzim dapat sangat selektif dalam keguatan katalitiknya. Misalnya, bila suatu organisme mencerna suatu campuran alanina rasemik maka hanya (S)-alanina ang tergabung ke dalam bangunan protein. (R)-alanina tidak digunakan dalam protein, malahan alanina oni dengan bantuan enzim lain dioksidasi menjadi suatu asam keto serta memasuki bagan metabolisme lain.
Dalam laboratorium pemisahan fisis suatu campuran rasemik menjadi enantiomer-enantiomer murni disebut resolusi (atau resolving) campuran rasemik itu. Pemisahan natrium amonium tartarat rasemik oleh Pasteur adalah suatu resolusi campuran tersebut. Enantiomer-enantiomer yang mengkristal secara terpisah merupakan gejala yang sangat jarang, jadi cara Pasteur tidak dapat dianggap sebagai suatu teknik yang umum. Karena sepasang enantiomer itu menunjukkan sifat-sifat fisika dan kimia yang sama, maka tidak dapat dipisahkan dengan cara kimia atau fisika biasa. Sebagai gantinya, ahli kimia terpaksa mengandalkan reagensia kiral atau katalis kiral (yang hampir selalu berasal dari dalam organisme hidup).
Suatu cara untuk memisahkan campuran rasemik atau sekurangnya mengisolasi enantiomer murni adalah mengolah campuran itu dengan suatu mikroorganisme yang hanya akan mencerna salah satu dari enantiomer itu. Misalnya (R)- nikotina murni dapat diperoleh dari (R)(S)- nikotina dengan menginkubasi campuram rasemik itu dengan bakteri Pseudomonas Putida yang mengoksidasi (S)- nikotina tetapi tidak (R)-enantiomer.

Proses pemisahan campuran resemik menjadi entatiomernya dinamakan resolusi. Karena entatiomer memiliki sifat akiral yang identik, kita memisahkan dengan cara mengonversinya menjadi  diastereomer, pisahkan diastereomer, dan kemudia merekonversi diastereomer yang sekarang telah terpisah menjadi enantiomernya kembali.

     Untuk memisahkan dua enantiomer, pertama-tama kita reaksikan dengan reagen kiral. Produknya kan berupa sepasang diastereomer. Diastereomer ini diketahui berbeda dalam semua jenis dan sifatnya dan dapat dipisahkan melalui metode biasa. Sesudah diastereomer-diastereomer ini dipisahkan, kemmudian kita melaksanakan reaksi yang meregenerasi reagen kira itu dan memisahkan enantiomernya.

Campuran rasemik artinya suatu campuran yang mengandung sepasang enantiomer dalam jumlah yang sama. Sepasang enentiomer itu adalah enantiomer R dan enentiomer S. Suatu stereoisomer akan menjalani reaksi yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup. Bahkan terkadang suatu stereoisomer akan menghasilkan produk yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup.

Permasalahan : mengapa Sistem penggambaran konfigurasi relative dengan menggunakan ketentuan Proyeksi Fischer, sedangkan konfigurasi mutlak tidak? Mengapa terkadang suatu stereoisomer akan menghasilkan produk yang berbeda? 

DAFTAR PUSTAKA

https://ulthawindaraekawardanni.wordpress.com/2016/10/08/konfigurasi-relatif-dan-konfigurasi-mutlak/

https://www.google.co.id/search?q=(R)-ALANINE&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjV48aJ1c_WAhUDK48KHTNUAQwQ_AUICigB&biw=827&bih=492#imgrc=2SMdz16EuGkjAM:

http://hermalizasarah06.blogspot.co.id/2016/10/stereokimia-konfigurasi-mutlak-dan.html
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/Stereokimia-010.pdf
https://bisakimia.com/2016/07/14/pemisahan-campuran-rasemik/
http://tesapratamaputra.blogspot.co.id/2016/10/pertemuan-ke-7-stereokimia.html
http://sheirafirdarumanda.blogspot.co.id/2016/10/stereokimia_10.html