RESUME PERTEMUAN KE-6 (STEREOKIMIA)

            Stereokimia adalah susunan ruang dari atom dan gugus fungsi dalam molekul umumnya
 molekul organik dalam obyek tiga dimensi yang merupakan hasil hibridisasi dan ikatan secara geometri dari atom dalam molekul. Artinya bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul diatur dalam ruang satu terhadap ruang yang lainnya.

            Isomeri adalah gejala atau peristiwa terdapatnya beberapa senyawa berbeda yang mempunyai rumus molekul sama. Senyawa-senyawa yang berisomeri dikatakan merupakan isomer satu sama lain. Fenomena terdapatnya tiga senyawa berbeda, yaitu 1-butanol (CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - OH), 2-butanol (CH₃ – CH – OH - CH₂ - CH₃) dan dietileter (CH₃ - CH₂ – O - CH₂ - CH₃) yang mempunyai rumus molekul sama, yaitu C₄H₉O, merupakan gejala isomeri. 

            Senyawa 1-butanol merupakan isomer dari senyawa 2-butanol, senyawa 1-butanol juga merupakan isomer dari senyawa dietileter. Apakah 2-butanol merupakan isomer dari dietil eter? Tentu iya, senyawa 1-butanol, 2-butanol dan dietileter merupakan isomer satu sama lain. Oleh karena itu, isomer adalah suatu senyawa dari beberapa senyawa yang mempunyai rumus molekul sama, tetapi mempunyai sifat berbeda akibat perbedaan susunan atom-atomnya.

            Dengan kata lain, isomer adalah suatu senyawa dari beberapa senyawa berbeda yang mempunyai rumus molekul sama. Kata isomer berasal dari kata Latin isomeres yang berarti mempunyai bagian yang sama. Isomeres sendiri merupakan gabungan dari kata iso yang artinya sama, dan meros yang artinya adalah bagian.

Perhatikan dua senyawa berikut:

                       

            Kedua senyawa tersebut jelas merupakan senyawa yang berbeda, hal tersebut diketahui dari struktur dan sifat kedua senyawa yang berbeda. Senyawa 1-butena merupakan senyawa dengan rantai karbon terbuka dan mempunyai gugus fungsi berupa ikatan rangkap dua, sedangkan siklobutana merupakan senyawa dengan rantai karbon tertutup atau siklis dan tidak mempunyai ikatan rangkap dua. Senyawa 1-butena berwujud gas pada suhu kamar, karena mempunyai titik didih- 5oC, sedangkan siklobutana berwujud gas, atau dapat berupa cairan pada daerah bersuhu rendah (yaitu yang mempunyai suhu kamar kurang dari 13^oC). Senyawa 1- butena mempunyai rumus molekul C₄H₈, dan siklobutana juga mempunyai rumus molekul sama, C₄H₈. Karena kedua senyawa merupakan senyawa berbeda tetapi mempunyai rumus molekul sama, maka 1-butena dan siklobutana berisomeri.

            Adakah senyawa lain selain 1-butena dan siklobutana yang mempunyai rumus molekul C₄H₈? Apakah 2-butena merupakan isomer dari 1-butena dan siklobutana? Struktur 2-butena adalah CH₃CH = CHCH₃. Senyawa ini berbeda dengan 1-butena karena letak ikatan rangkap duanya berbeda, dan berbeda dengan siklobutana karena rantai karbonnya terbuka, sedangkan siklobutana tertutup. Akan tetapi, 2-butena mempunyai rumus molekul yang sama dengan 1-butena atau siklobutana, yaitu C₄H₈. Dengan demikian 2-butena adalah isomer dari 1- butena dan siklobutana.

            Dapatkah Anda menemukan isomer lain yang mempunyai rumus molekul C4H8? Bila jawaban Anda ya, tunjukkan struktur dan nama dari isomer-isomer tersebut ? Dengan demikian, terdapat berapa isomer yang mempunyai rumus molekul C4H8 ? Akan tetapi, bila jawaban Anda tidak terdapat senyawa lain yang mempunyai rumus molekul C4H8, selain 1-butena, 2-butena, dan siklobutana, pertimbangkanlah beberapa senyawa berikut:

           

            Bila diperhatikan lebih lanjut, ternyata terdapat dua jenis 2-butena, yaitu :

           

            Cis-2-butena dan trans-2-butena berbeda dalam susunan gugus atau atom yang terikat pada karbon ikatan rangkap, pada cis-2-butena gugus-gugus metil terikat pada sisi ikatan rangkap yang sama, sedangkan pada trans-2-butena gugus-gugus metil terikat pada sisi ikatan rangkap yang bersebrangan. Perbedaan struktur keduanya menyebabkan sifat keduanya juga berbeda, salah satunya dapat ditunjukkan dari titik didih cis-2-butena dan trans-2-butena yang berbeda. Dengan demikian, cis-2- butena dan trans 2-butena merupakan isomer satu sama lain. 

 Suatu molekul dapat bergerak dalam ruang, menekuk atau membelit sehingga dapat digambarkan dengan beberapa cara yang berbeda. Oleh karena itu, perlu kehati-hatian untuk menentukan apakah suatu struktur merupakan isomer dari struktur yang lain, atau merupakan senyawa yang identik. Perhatikanlah struktur-struktur di bawah ini, setiap baris struktur yang ditunjukkan bukan merupakan isomeri, tetapi merupakan senyawa identik.

Jenis-jenis Isomeri

            Senyawa-senyawa yang berisomeri adalah senyawa-senyawa yang berbeda satu sama lain, dan perbedaannya disebabkan oleh cara penyusunan atom-atomnya. Terdapat dua jenis isomeri, yaitu isomeri struktur dan stereoisomeri. Isomeri struktur adalah isomeri dengan perbedaan terletak pada urutan penggabungan atom-atom yang menyusun molekul, sedangkan stereoisomeri adalah isomeri dengan perbedaan terletak pada cara penataan atom-atom dalam ruang, tetapi urutan penggabungan atom-atomnya tidak berbeda. Sebagai contoh 1-butanol dan 2-butanol adalah isomer struktur, karena urutan penggabungan atom oksigen dari gugus hidroksil (gugus OH) pada rangka karbonnya berbeda. Akan tetapi, R-2-butanol dan S-2-butanol adalah dua senyawa yang berstereoisomeri, keduanya mempunyai urutan penggabungan atom-atom yang sama, tetapi penataan ruang atom-atom pada atom karbon nomor 2 tidak sama, yang menyebabkan R-2-butanol dan S-2-butanol mempunyai sifat berbeda, yaitu memutar bidang cahaya terpolarisasi pada polarimeter ke arah yang berbeda.

            Stereoisomeri merupakan peristiwa terdapatnya beberapa senyawa berbeda dengan rumus molekul sama, dan perbedaan antara senyawa-senyawa tersebut terletak pada cara penataan atom-atom dalam ruang, tetapi urutan penggabungan atom-atomnya tidak berbeda. Terdapat berbagai jenis stereoisomeri, yaitu isomeri geometri (atau isomeri cis-trans), dan isomeri konfigurasi.

Isomeri Geometri

 

            Isomeri geometri terdapat pada senyawa-senyawa alkena yang pada setiap atom karbon ikatan rangkapnya mengikat dua gugus yang berbeda. Isomeri geometri didefinisikan sebagai peristiwa terdapatnya beberapa senyawa berbeda yang mempunyai rumus molekul sama, dan perbedaan di antara senyawa-senyawa tersebut terletak pada cara penataan gugus-gugus di sekitar ikatan rangkap. Isomeri ini hanya ditemukan pada senyawa-senyawa yang berikatan tegar atau rigid, sehingga tidak dapat berotasi, seperti alkena dan sikloalkana.

           

            Isomeri geometri dapat terjadi karena terdapat perbedaan penataan ruang gugus-gugus di sekitar ikatan rangkap dua suatu alkena atau di sekitar dua karbon anggota cincin suatu sikloalkana. Dua gugus yang terletak pada satu sisi yang sama, disebut cis (dari Bahasa Latin, yang artinya pada sisi yang sama), sedangkan dua gugus yang terletak pada sisi-sisi yang berlawanan disebut trans (dari Bahasa Latin, artinya bersebrangan).

Contoh isomeri geometri adalah cis-1,2-dibromoetena dan trans-1,2- dibromoetena. Keduanya merupakan dua senyawa berbeda, salah satunya dibuktikan dari perbedaan titik didihnya. Urutan penggabungan atom-atom kedua senyawa tersebut sama, tetapi penataan ruang atom-atom di sekitar ikatan rangkapnya berbeda, jadi keduanya tidak termasuk isomeri struktur, tetapi stereoisomeri, khususnya isomeri geometri. Perbedaan nama keduanya ditunjukkan dengan awalan cis dan trans. Awalan cis digunakan untuk memberi nama alkena dengan dua gugus pada kedua karbon berikatan rangkap terletak pada sisi yang sama. Sebaliknya, awalan trans digunakan untuk memberi nama alkena dengan dua gugus pada kedua karbon berikatan rangkap terletak pada sisi yang bersebrangan.

            Persyaratan isomeri geometri adalah tiap karbon yang terlibat dalam ikatan rangkap harus mengikat dua gugus yang berlainan, misalnya H dan F, atau CH3 dan CH₂CH₃. Jika salah satu karbon atau kedua karbon yang berikatan rangkap mengikat dua gugus yang identik, misalnya dua atom Br atau dua gugus CH3, maka tak mungkin terjadi isomeri geometri. Perhatikan bahwa pada contoh-contoh di bawah ini tidak mungkin ditemukan isomeri geometri.

            Isomeri geometri atau isomeri cis-trans dapat ditemukan juga pada senyawa siklik berikatan tunggal atau sikloalkana. Seperti juga pada ikatan rangkap, ikatan tunggal pada suatu struktur cincin tidak dapat berotasi bebas. Oleh karena itu, bila terdapat dua atom karbon anggota cincin yang masing-masing mengikat dua gugus berbeda selain atom karbon anggota cincin, maka akan ditemukan isomeri geometri. Struktur cis, bila gugus-gugus pada dua atom karbon cincin tersebut terletak pada sisi yang sama dari bidang cincin, sebaliknya bila gugus-gugus pada dua atom karbon cincin terletak pada sisi yang berlawanan dari bidang cincin, maka bentuk struktur tersebut adalah trans.

            Tampak pada cis-1,2-dikloroetana, kedua gugus Cl terletak pada sisi yang sama dari ikatan rangkap. Bila kedua gugus Cl berada pada posisi bersebrangan dari ikatan rangkap, maka terbentuk trans-1,2-dikloroetana. Senyawa cis dan trans-1,2-dikloroetana merupakan dua senyawa yang berbeda, seperti terlihat dari perbedaan titik didihnya. 

            Penamaan cis-trans pada alkena dapat dilakukan bila pada kedua karbon berikatan tegar terdapat dua gugus yang sama. Bila atom-atom karbon berikatan tegar mengikat empat gugus yang berbeda, maka akan sulit untuk memberikan penamaan cis atau trans. Perhatikan struktur di bawah ini, apakah merupakan struktur cis atau trans ?

            Pada sistem seperti ini, tidak dapat digunakan sistem penamaan cis-trans, akan tetapi harus digunakan sistem penamaan yang lebih umum, yaitu sistem (E) dan (Z). Huruf E berasal dari kata Bahasa Jerman “entgegen” yang berarti bersebrangan, sedangkan huruf Z berasal dari kata Bahasa Jerman “zusammen” yang artinya bersama-sama.

            Sistem (E) dan (Z) didasarkan pada pemberian prioritas kepada atom atau gugus yang terikat pada setiap karbon ikatan rangkap. Jika kedua gugus berprioritas lebih tinggi terletak pada sisi yang berlawanan, maka isomer itu adalah (E). Sebaliknya, bila kedua gugus berprioritas tinggi terletak pada sisi yang sama, maka isomer iitu adalah (Z). Secara sederhana ketentuan tersebut dapat dinyatakan dengan

Aturan Penentuan Prioritas

1.      Prioritas ditentukan oleh nomor atom dari atom yang berikatan langsung dengan atom-atom karbon ikatan rangkap. Nomor atom yang lebih tinggi mempunyai prioritas yang lebih tinggi.

2.      Jika atom-atom yang terikat sama, maka yang digunakan sebagai dasar adalah atom yang terikat berikutnya sampai diperoleh perbedaan prioritas. Dalam contoh berikut ditunjukkan nomor atom yang dijadikan dasar penentuan prioritas. 

3.      Atom-atom yang terikat oleh ikatan rangkap dua atau rangkap tiga dianggap mengikat dua atau tiga atom sejenis dengan ikatan tunggal. Tiap atom berikatan rangkap dua didua-kalikan dan berikatan rangkap tiga, di tiga-kali-kan.

Perhatikan contoh sistem penamaan alkena dengan sistem (E) dan (Z) berikut:

Isomeri Konfigurasi

            Jenis stereoisomeri yang lain adalah isomeri konfigurasi atau isomer optis. Isomeri konfigurasi terjadi pada molekul yang tidak mempunyai bidang simetri. Bidang simetri adalah bidang imajiner yang membagi molekul menjadi dua bagian yang satu sama lain adalah bayangan cerminnya. Molekul yang tidak mempunyai bidang simetri akan berinteraksi dengan bidang cahaya terpolarisasi sehingga bidang cahaya terpolarisasi akan berputar, baik ke kiri atau ke kanan. Kemampuan memutar bidang cahaya terpolarisasi tersebut, baik arah maupun besar sudut putarnya dapat diketahui dengan alat polarimeter. Salah satu ciri molekul yang tidak mempunyai bidang simetri adalah pada molekul tersebut terdapat atom karbon yang mengikat empat gugus berbeda. Atom karbon seperti itu disebut atom karbon kiral atau asimetris, yaitu atom karbon yang mengikat 4 (empat) gugus berbeda. Cara penataan 4 (empat) gugus berbeda pada suatu atom karbon kiral disebut konfigurasi. Oleh karena itu, peristiwa terdapatnya beberapa senyawa berbeda yang mempunyai rumus molekul sama, dan perbedaannya terletak pada konfigurasi atom karbon kiral (penataan empat gugus berbeda di sekitar atom karbon kiral) disebut isomer konfigurasi.. Sebagai contoh, atom karbon nomor 3 pada molekul 3-kloro-2-metilpentana adalah atom karbon kiral, karena mengikat empat gugus berbeda, yaitu H, CH2CH3, Cl, dan CH(CH3)2. Atom karbon kiral atau pusat kiral seringkali diberi tanda *. atom karbon kiral atau asimetris.