MODUL 2

Stereokimia1. Pengantar

Stereokimia adalah studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, artinya bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul diatur dalam ruang satu relatif terhadap ruang yang lainnya.

Yang akan dibahas dalam modul 2 ini yaitu: konsep-konsep dasar stereokimia yang meliputi aktivitas optik, kiralitas, unsur-unsur simetri dan stereoisomer, dan peranan stereoisomer dalam reaksi.

2. Tujuan Instruksional Umum:Setelah mempelajari modul 2, secara umum Anda diharapkan dapat

menguasai konsep-konsep dasar dan peranan stereokimia dalam reaksi.

3. Tujuan Instruksional Khusus :Setelah mempelajari modul 2 ini, lebih khusus Anda diharapkan dapat:

a. menjelaskan pengertian aktivitas optikb. menyebutkan unsur-unsur simetri;c. menjelaskan pengertian kiralitas;d. menjelaskan pengertian enantiomer, diastreomer, stereoisomer, serta

konformasi;e. menjelaskan hubungan antara sterokimia dengan reaksi kimia.

Uraian, soal-soal latihan beserta rambu-rambu jawabannya, rangkuman dan tes formatif, akan Anda temukan dalam kegiatan belajar pada modul 2 ini.

Agar Anda berhasil dengan baik dalam mempelajari modul ini, ikutilah petunjuk belajar berikut ini:a. Semua uraian yang tercantum dalam kegiatan belajar pelajarilah dengan baik

dan cermatb. Soal-soal latihan yang terdapat dalam setiap kegiatan belajar, kerjakanlah

dengan sungguh-sungguh tanpa melihat dahulu rambu-rambu jawabannya.c. Setelah Anda selesai mengerjakan soal-soal latihan tersebut, cocokkanlah

pekerjaan Anda dengan rambu-rambu jawaban yang tersedia. Tingkat kesesuaian pekerjaan Anda dengan rambu-rambu jawaban mencerminkan tingkat pemahaman Anda. Bila pekerjaan Anda masih jauh menyimpang dari rambu-rambu jawaban, hendaknya anda tidak berputus asa untuk mempelajarinya kembali.

d. Dalam setiap kegiatan belajar selalu diakhiri dengan rangkuman yang merupakan ringkasan dari uraian yang telah disajikan. Bacalah dengan saksama isi rangkuman tersebut sehingga pengalaman belajar anda benar-benar mantap.

e. Kerjakan tes formatif yang ditempatkan setelah bagian rangkuman untuk mengukur penguasaan anda dalam pokok bahasan yang telah dipaparkan dalam setiap kegiatan belajar. Selamat Belajar !

251

4. Kegiatan Belajar4.1 Kegiatan Belajar 1

Stereokimia

4.1.1 Uraian dan ContohStereokimia adalah studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga

dimensi, yakni bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul diatur dalam ruangan satu relatif terhadap yang lain. Tiga aspek stereokimia yang akan dibahas dalam modul ini ialah:1. Isomer Geometrik, yaitu mempelajari bagaimana ketegaran (rigidity) dalam

molekul dapat mengakibatkan isomer.2. Konfigurasi molekul, mempelajari tentang bentuk molekul dan bagaimana

bentuk ini dapat berubah.3. Kiralitas (Chirality) molekul, mempelajari bagaimana penataan kiri atau kanan

atom-atom di sekitar sebuah atom karbon dapat mengakibatkan isomer.

Untuk menghayati molekul tiga-dimensi dalam gambar dua dimensi cukup sukar, sehingga sangat disarankan penggunaan model–model molekul.

A. Isomer Geometrika). Isomer Cis - trans

Ketegaran dalam molekul yang mengakibatkan isomer geometrik hanya dijumpai dalam dua kelas senyawa yaitu alkena dan senyawa siklik.

Molekul selalu bergerak, berotasi, memutar dan membengkok. Atom dan gugus yang terikat hanya oleh ikatan sigma dapat berputar (rotasi) sedemikian sehingga bentuk keseluruhan sebuah molekul selalu berubah berkesinambungan. Tetapi gugus-gugus yang terikat oleh ikatan rangkap tak dapat berputar dengan ikatan rangkap itu sebagai sumbu, tanpa mematahkan ikatan pi itu. Energi yang diperlukan untuk mematahkan ikatan-pi karbon–karbon (sekitar 68 kkal/mol) tak tersedia untuk molekul itu pada temperatur kamar. Karena ketegaran ikatan-pi inilah maka gugus-gugus yang terikat pada karbon berikatan pi terletak tetap dalam ruang relatif satu sama lain.

Dua gugus yang terletak pada satu sisi ikatan pi disebut cis (Latin, “ pada sisi yang sama”). Gugus yang terletak pada sisi yang berlawanan disebut trans (Latin “ berseberangan”). Setiap perubahan bentuk molekul akan mengakibatkan terjadinya perubahan sifat fisik dan kestabilan molekul. Perhatikan bagaimana kata cis dan trans digabungkan ke dalam nama.

Cl Cl Cl H \ / \ / C = C C = C / \ / \ H H H Cl

Cis – 1,2 – dikloroetena trans – 1,2 – dikloroetena T.d. 60 0C T.d. 48 0C

Sifat fisik dari kedua senyawa tersebut (cis– dan trans–1,2–dikloroetena) berbeda dan memang struktur senyawa tersebut berbeda. Kedua senyawa tersebut bukan merupakan isomer struktur, tetapi masuk dalam kategori

262

stereoisomer, dan lebih khusus lagi disebut Isomer Geometrik atau Isomer cis-trans.

Persyaratan isomer geometris dalam senyawa alkena ialah bahwa tiap atom yang terlibat dalam ikatan (pi) mengikat dua gugus yang berlainan. Jika salah satu atom karbon yang berikatan rangkap mempunyai dua gugus yang identik, maka isomer geometrik tak mungkin terjadi.Isomer Geometrik :

CH3 CH2CH3 CH3 H \ / \ /

C = C dan C = C / \ / \

H H H CH2CH3

Cis – 2 – pentena trans – 2- pentena

Bukan Isomer Geometrik:

H CH2CH3 H CH3

\ / \ / C = C sama dengan C= C / \ / \

H CH3 H CH2CH3

2 – metil – 1– butena 2 – metil – 1– butena

Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi di atas, kerjakanlah soal latihan dibawah ini, setelah itu cocokkan jawaban Anda dengan pedoman jawaban yang telah tersedia di bagian petunjuk jawaban latihan !

4.1.2 Latihan 11. Jelaskan manakah pasangan struktur senyawa dibawah ini yang termasuk

isomer geometrik dan bukan isomer geometrik, ataukah satu senyawa !

(a) CH3 H CH3CH2 CH2 CH3

\ / \ / C = C dan C = C

/ \ / \ H CH2CH2CH3 H H

(b) H CH2Cl Cl H

\ / \ / C= C dan C = C

/ \ / \ Cl H H CH2Cl

(c) CH3 CH =CH2 CH2 =CH H \ / \ / C = C dan C = C / \ / \

H H H CH3

2. Suatu alkena dengan rumus molekul C7H14 gambarkan rumus strukturnya yang menunjukkan isomer geometrik cis dan trans !

3. Isomer cis dari asam sinamat C6H5CH=CHCO2H (C6H5 = gugus fenil) merupakan perangsang tumbuh dari tumbuhan, sedang trans-nya tidak, keduanya merupakan sepasang stereoisomer. Gambarkan kedua isomer senyawa tersebut !

b. Tata nama (E) dan (Z)

273

Bila tiga atau empat gugus yang terikat pada atom-atom karbon dalam suatu ikatan rangkap berlainan, maka pemberian tatanama isomer cis-trans kadang-kadang sulit, contohnya pada senyawa dibawah ini.

Br F \ /

C = C / \

I Cl

Cis atau trans?

Dalam contoh ini Br dan Cl dapat dikatakan trans atau bentuk cis pada I dan Cl. Tetapi struktur itu dalam keseluruhannya tak dapat dinamai sebagai cis atau trans. Maka dikembangkan sistem penamaan isomer yang lebih umum yaitu sistem (E) dan (Z). Sistem (E) dan (Z) ini didasarkan pada suatu pemberian prioritas ( jangan dikelirukan dengan prioritas tata nama) kepada atom atau gugus yang terikat pada masing-masing ataom karbon ikatan rangkap. Jika atom atau gugus yang berprioritas tinggi berada pada sisi yang berlawanam (dari) ikatan pi, maka isomer itu adalah (E). Jika gugus gugus priorotas tinggi itu berada dalam satu sisi, maka isomer itu (Z). Huruf (E) berasal dari bahasa Jerman yaitu entgegen artinya berseberagan sedangkan (Z) yaitu Zusammen artinya bersama-sama. Sistem (E) dan (Z) didasarkan pada skala prioritas kepada atom atau gugus yang terikat pada masing-masing atom karbon ikatan rangkap. Atom dengan bobot atom yang lebih tinggi memperoleh prioritas yang lebih tinggi. Atom Iod memiliki bobot yang lebih tinggi dari atom Brom, sehingga atom Iod berprioritas tinggi, dan atom Chlor lebih diprioritaskan daripada Fluor.

Atom : F Cl Br IBobot atom : 19 35,5 80 127

Prioritas meningkat

C = C

I

Cl Prioritas lebih

tinggi

Prioritas

lebih tinggi

(Z)-1-bromo-2-kloro-2-fluoro-

1-iodoetene

Br

F

Br

(E)-1-bromo-2-kloro-2-fluoro-

1-iodoetene

lebih tinggiPrioritas

Prioritas lebih

tinggi

I

C = C

F

I Cl

c. Aturan DeretUntuk menentukan skala prioritas, maka dikembangkan aturan deret.

Aturan deret ini dibentuk berdasarkan sistem tatanama Chan-Ingold-Prelog (untuk menghormati ahli kimia yang mengembangkan sistem ini).

Aturan tersebut adalah:1) Jika atom yang dipermasalahkan berbeda, maka urutan deret ditentukan

berdasarkan nomor atom. Atom dengan nomor atom tinggi memperoleh prioritas.

284

F Cl Br I Naiknya prioritas

2) Bila atom tersebut merupakan isotopnya, maka isotop dengan nomor massa tinggi

memperoleh prioritas.

1H1 atau H 2H1 atau Dhidrogen deuterium Naiknya prioritas

2) Jika pada atom karbon ikatan rangkap mengikat dua atom yang sama, maka nomor atom (dari) atom-atom berikutnya digunakan untuk menentukan prioritas. Jika atom-atom tersebut juga mengikat atom-atom identik, maka prioritas ditentukan pada titik pertama kali dicari perbedaan dalam menyusuri rantai. Atom-atom yang mengikat suatu atom dengan prioritas tinggi, akan diprioritaskan (atom tunggal yang berprioritas tinggi).

Sebagai contoh:

C = C

CH2 - CH2

C - Cl-H2CH3

H

C2HCH2CH3

H CH2 CH2 C

H

H

H(Z)-5-butil-kloro--4-desena

C memberikan

prioritas

tinggi

(E)-3-metilpentena

H

H

H

H

C

C

H H

H

C

H H

CH3

C = CC Cl memberikan

prioritas

tinggi

4) Atom-atom yang terikat pada ikatan rangkap (C=C) atau ganda tiga (C≡C) diberi kesetaraan (equivalencies) ikatan tunggal, sehingga atom-atom tersebut dapat dianggap sebagai gugus-gugus berikatan tunggal dalam menentukan prioritas. Tiap atom yang berikatan rangkap (C=C) diduakalikan, sedangkan ikatan rangkap tiga (C≡C) ditigakalikan, sebagai contoh:

Struktur Penentuan Prioritas setara

O

C - RR - R - C - R

O

O - C

C -OH

O

O - C

O

R - C - OH

NR - C

R - C - OH

O

O - C

295

R2 C = CR2R2C - CR2

C C

R- R-

C C

C

CC

Dengan aturan ini diperoleh deret prioritas sebagai berikut:

O O O ║ ║ ║

– CH=CR2, (C6H5), –CN, –CHOH, – CH, – C– , –COH fenil aldehid keton karboksil

naiknya prioritas

Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi diatas, kerjakanlah soal-soal latihan dibawah ini, setelah itu cocokkan jawaban Anda dengan pedoman jawaban yang telah tersedia di bagian petunjuk jawaban latihan!

Latihan 21. Tentukan apakah (E) ataukah (Z) untuk masing-masing senyawa di bawah

ini !

(a) C2H5 H (b) C2H5 CH2 CH2CH3

\ / \ / C = C C = C

/ \ / \ CH3 D CH3 C2H5

O O ║ ║(c) Br C2H5 (d) CH3 C CCH2Cl

\ / \ / C = C C = C

/ \ / \ H CH(CH3)2 ClCH2 Cl

2. Gambarkan rumus strukturnya berikan tatanama (E) dan (Z) dari senyawa dibawah ini berdasarkan isomer geomeriknya!a. Asam-2-metil-2-butenoatb. Asam-3-fenil-2-butenoatc. 1-kloro-2-metil-1-butena

3. Berikan nama dari senyawa dibawah ini!a. Br H

\ / C = C

/ \ Cl CH3

b. F Cl \ / C = C

/ \ H CH2 CH3

c. CH3 Cl \ / C = C

/ \

306

Br CH3

d. Isomer Geometrik dalam Senyawa Siklik Isomer geometrik (cis-trans) pada penjelasan di atas, dapat diakibatkan

oleh rotasi yang tidak bebas dalam suatu ikatan rangkap. Seperti halnya senyawa alkena, dalam senyawa siklik juga terjadi isomer geometrik cis-trans, sebagai contoh senyawa dibawah ini:

CH3

OHH

H HH

OHCH3

trans-2-metil-sikloheksanol cis-2-metil-sikloheksanol

2. Konformasi Senyawaa. Konformasi Senyawa Rantai Terbuka

Dalam suatu molekul rantai terbuka, atom-atomnya memiliki peluang tak terhingga jumlah penataan/posisinya di dalam suatu ruang. Etana misalnya memiliki penataan (konformasi) dengan berbagai variasi posisi di dalam ruang.

H

H

H

H

H

H

proyeksi Newman

H - C - C - H

H H

H H

etana

Etana mempunyai konformasi goyang dan eklips. Konformasi goyang artinya atom-atom hidrogen atau gugus-gugus terpisah secara menjauh, sedangkan konformasi eklips yaitu atom-atom hidrogen atau gugus-gugus sedapat mungkin saling berdekatan.

HH

0o

60oH

H

H

H

180o

Torsion angle = 0oEclipsed

Torsion angle = 0oTorsion angle = 0o

GaucheAnti

Konformasi pada senyawa etana C2H6 dan butana C4H10

(a) Analisis konformasi etana (CH3 – CH3)

3 12

2 2,9 kkal/mol 12kkal/mol 8

1 4

317

0 60 120 180 240 300 360

Torsion angle, 0o

Gambar 2.1 Tingkat energi pada analisis konformasi etana

Rotasi mengelilingi ikatan sigma sering disebut dengan “rotasi bebas”. Konformasi eklips kurang stabil dibandingkan dengan bentuk goyang dari etana sebab mempunyai energi sebesar kira-kira 3 kkal/mol lebih tinggi daripada konformasi goyang.

Senyawa butana (CH3CH2CH2CH3), memiliki dua gugus metil yang cukup besar pada atom –H2C– CH2 – , sehingga butana memiliki dua macam konformasi goyang. Konformasi goyang dimana jarak antara gugus-gugus –CH3 terpisah sejauh mungkin disebut konformer anti energinya paling rendah, sedangkan konformasi goyang lainnya dimana gugus-gugus –CH3 agak berjauhan disebut konformer gauche.

CH3

CH3

HH

H

H

CH3

CH3

H

H

H

H

HH

HH

CH3

CH3

CH3

CH3

H

H

H

H

Butana gauche butana anti

Gambar 2.2 Bentuk konformasi dari butana

H H

CH3

CH3

HH

H H

CH3

CH3

HH

H

H

CH3

CH3

HH

H

H

CH3

CH3

HH

3kj/mol 12kj/mol

H

H

H

CH3

H

CH3

H

HH

CH3

H

CH3

CH3

HCH3

H

H

H

0 60 120 180 240 300 360

Gambar 2.3 Tingkat energi pada analisis konformasi butana

Petunjuk Jawaban LatihanLatihan 11. (a) CH3 H CH3CH2 CH2 CH3

\ / \ / C = C dan C = C

/ \ / \ H CH2CH2CH3 H H

Kedua struktur ini merupakan isomer struktural (posisi ikatan rangkap berbeda, tiap isomer struktural mempunyai isomer geometrik sendiri)

328

(b) H CH2Cl Cl H \ / \ /

C = C dan C = C / \ / \

Cl H H CH2Cl

Kedua struktur ini merupakan satu senyawa (kedua H trans satu sama lain dalam tiap struktur)

(c) CH3 CH =CH2 CH2 =CH H \ / \ / C = C dan C = C / \ / \

H H H CH3

Merupakan isomer geometrik (yang pertama cis, yang kedua trans)

2. CH3 H H H \ / \ / C = C dan C = C / \ / \

H CH2CH3 CH3 CH2CH3

Trans Cis

3. C6H5CH=CHCO2H

C6H5 H H H \ / \ / C = C dan C = C / \ / \ H CO2H C6 H5 CO2H

Trans Cis

Latihan 2

1. a. Z b. E c. E d. Z

2. (a) (b)

(Z)-asam-2-metil-2-butenoat (E)-asam-3-fenil-2-butenoat

(c)

(Z)-1-kloro-2-metil-1-butena

3. a. (Z)-1fluoro-2-kloro-1-butena b. (E)-2-bromo-3-kloro-2-butena c. (Z)-1-bromo-1-kloropropena

4.1.3 Rangkuman

33

CH3

CH3

HC = C C = C

C6H5

CH3 CO2H

CH3

CO2H

CH3

CH2CH3ClC = C

H

9

Stereokima adalah studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi artinya bagaimana atom-atom dalam sebah molekul diatur dalam ruang satu terhadap ruang yang lainnya.

Isomerik geometrik yang diakibatkan oelh ketegaran dalam molekul, umjnya berbntuk cis dan trans. Persyaratan isomer geometris dalam senywa alkena ialah bahwa tiap atom yang terlibat dalam ikatan (pi) mengikat dua gugus yang berlainan. Pemberian nama isomer geometrik selain cis dan trans adalah (E) dan (Z) yang berasal dari bahasa Jerman yaitu entgegen artinya bersebarangan, sedangkan (Z) yaitu Zusammen artinya bersama-sama. Aturan pemberian namanya mengikuti Chan-Ingold-Prelog. Isomer geometrik selain terjadi pada alkena juga terjadi pada senyawa siklik.

4.1.4 Tes Formatif 1Petunjuk : Pilihlah salah satu jawaban yang menurut Anda paling tepat!

1) Manakah senyawa yang dapat membentuk isomer geometris senyawa dari senyawa dibawah ini: A. (CH3)2CCH(CH3) B. (CH3)2CCCl(CH3) C. (CH3)2CC(CH3)2

D. (CH3)HCCH(CH3)

2) Konformasi yang bagaimanakah memiliki tingkat energi tertinggi dari senyawa butana H3C-CH2-CH2-CH3 ?

3) Beri nama dari senyawa dibawah ini :

a. C2H5 C2H5 \ ∕

C = C ∕ \ H CO2H

b. CH3 CO2H

\ ∕ C = C

∕ \ C6H5 CH3

4) Bagaimanakah posisi yang tidak stabil pada senyawa ClCH=CHBr ?

5) Gambarkan rumus struktur dari senyawa :a. (E)-2-kloro-3-hidroksi butena b. (Z)-1-fluoro-2-kloro-butena adalah ....

A. Cl OH B. Cl H \ / \ /

C = C C = C / \ / \

H H H OH

C. Cl H D. H H

\ / \ / C = C C = C / \ / \

HO H Cl OH

3410

6) Rumus molekul dari senyawa (Z)-1-fluoro-2-kloro-butena adalah ....

A . H Cl B. F Cl \ / \ /

C = C C = C / \ / \

F CH2CH3 H CH2CH3

C. H Cl D. F CH3 \ / \ /

C = C C = C / \ / \

CH2 CH3 CH3 Cl

7) Diantara gugus –gugus dibawah ini manakah yang diberikan prioritas tertinggi ?

A. C6H5 – B. CHO C. COOH D. –C=O

9). Di antara gugus – gugus di bawah ini manakah gugus yang berprioritas terendah ?

A. Br B. F C. I D. Cl

10). Ikatan yang termasuk ikatan yang kuat dan dapat berotasi bebas

1.1.5 Umpan Balik dan Tindak LanjutSetelah Anda mengerjakan Tes Formatif 2 di atas, cocokkanlah jawaban

anda dengan kunci jawaban yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban anda yang benar, kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 2.

Rumus:Jumlah jawaban Anda yang benar

Tingkat penguasaan = ----------------------------------------------- X 100% 10

Arti tingkat penguasaan yang Anda capai:90 – 100 % = baik sekali80 – 89 % = baik70 – 70 % = cukup – 69 % = kurangApabila tingkat penguasaan Anda mencapai 80 % ke atas, bagus! Anda cukup

memahami Kegiatan Belajar 1. Anda dapat meneruskan Kegiatan Belajar 2. Tetapi bila tingkat penguasaan Anda masih di bawah 80 %, Anda harus mengulangi Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum Anda kuasai.

4.2 Kegiatan Belajar 2

Peranan Stereoisomer Dalam Reaksi

4.2.1 Uraian dan ContohA. Atom Karbon Kiral

3511

Atom karbon kiral (yang umumnya diberi tanda bintang atau *) adalah suatu atom karbon yang berhibridisasi sp3 dan mengikat 4 gugus yang berlainan, maka atom karbon tersebut bersifat asimetrik. Meskipun secara teknis molekul itulah yang kiral dan bukan atom karbonnya. Contoh:

Cl |

H – (C)* – F | Br

Dua senyawa yang merupakan enantiomer, seperti contoh di bawah ini:

Cl Cl | |

CH3 CH2 – C * – CH3 CH3 – C* – CH2 CH3

| | CH2 CH2 CH3 CH3 CH2CH2

Contoh soal1. Tentukan atom C kiral pada struktur senyawa di bawah ini, beri tanda (*)

a. Cl b. CH2CH3 c. H | | | CH3 – C – CH2 CH=CHCH3 CH3 CH – C – Cl CH3 – C – CH = CH2

| | | CH3 CH2 CH3 C2H5

Jawaba. Semua atom karbon tidak ada yang mengikat empat gugus yang

berlainan, oleh sebab itu tidak ada atom C asimetris (kiral),

b. Atom C kiral adalah

CH2CH3 | CH3 – CH– C* – Cl | | CH3 CH3

c. Atom C kiral adalah

H | CH3 – C* – CH= CH2

| C2H5

Pemberian nama pada senyawa yang memiliki atom atom C kiral yaitu dengan menggunakan aturan sistem (R) = kanan dan (S) = kiri, atau sesuai dengan aturan Chan-Ingold-Prelog :1. Urutlah keempat gugus berdasarkan prioritasnya.2. Gambarkan proyeksi dengan prioritas rendah ada dibelakang yaitu atom

tersebut tertutup oleh atom karbon.3. Tariklah anak panah dari atom berprioritas tinggi ke atom berprioritas tinggi

kedua dan ketiga.4. Berilah tanda (R) untuk searah jarum jam atau (S) untuk yang berlawanan

dengan arah jarum jam.Senyawa 1-bromo-1-kloro etana, dengan menggunakan model molekul kita

dapat menentukan penamaan molekul secara benar.

3612

Br

H

ClCH3

Di sini CH3diwakili olehsatu bola tunggal

searah jarum jam

CH3Cl

Br

Model diputar

(H tersembunyi di belakang)

Br

ClH3C H3CCl

Br

CH3Cl

Br

C C

Br

Cl CH3

atauatau

searah dengan jarum jam = (R) berlawanan arah jarum jam = (S)

(R)-1-bromo-1-kloroetana (S)-1-bromo-1-kloroetana

Contoh soal1. Berilah tanda (R) atau (S) pada struktur senyawa dibawah ini.

C

H

ClCHO

CH3

a.

C H

CHOCH3

O

Db. c.

CC6H5CH2

NH2

CO2H

H

Jawab 1. a. (S) (b) (S) (c) (R)

2. Gambarkan rumus untuk (a) (R)-3-bromoheptana, (b) (S)-2-petanol

Jawab :

a.

CH3

CHOCl

H

C

b. OH

CH3CH2CH3

HC

4. Atom Karbon Kiral Lebih dari Satu

3713

Dalam suatu molekul jumlah atom karbon kiral dapat lebih dari satu. Jumlah maksimum steroisomer optis dari senyawa yang memiliki lebih dari satu C kiral adalah 2n, n adalah banyaknya C kiral. Jika dalam satu senyawa terdapat dua atom C kiral maka paling banyak ada empat stereoisomer (22 = 4) seperti contoh di bawah ini.

CH

O

OHH

H OH

CH2OH

C

C

karbon 2 dan 3 adalah kiral

CHOH OH

CHOH

CH2OH

C C

CHO

CHOH

CH2OH

OH

putaran sehingga Hberada di belakang

adalah (dR)

untuk karbon 2:

dari OH ( prioritas tertinggi

ke CHO (tertinggi kedua) searah jarum jam; karbon 2

C

CH2OH

CHOH

OHH

CHO

OH

CH2OH

CHOH

CHO

Crotasi

dari OH ke -CH(OH)CH

adalah (dR)

searah jarum jam; karbon 3

untuk karbon 3:

Berdasarkan contoh diatas, maka stereoisomernya adalah (2R, 3R), (2S, 3S),(2R, 3S), dan (2S, 3R).

Contoh soal :Ada berapa stereoisomer dapat dijumpai untuk senyawa tiga atom karbon

kiral yang berlainan.

Jawab :Ada delapan yaitu : (1R, 2R, 3R), (1R, 2R, 3S), (1R, 2S, 3R), (1R, 2S, 3S), (1S, 2R, 3R), (1S, 2S,

3R), (1S, 2R, 3S), (1S, 2S, 3S).

5. Aktivitas Optik

3814

Sifat fisika dan kimia misalnya titik leleh dan titik didih dari sepasang enantiomer adalah sama. Jika cahaya yang terpolarisasi dilewatkan pada suatu larutan yang mempunyai enantiomer tunggal, maka cahaya tersebut akan diputar kekiri dan kekanan. Perputaran cahaya sebagai akibat dari dari polarisasi disebut rotasi optik. Suatu senyawa yang dapat memutar bidang polarisasi maka zat tersebut bersifat aktif optis. Karena inilah enantiomer-enantiomer yang bersifat aktif optis disebut isomer optik.

Enantiomer dari pasangan enantiomer apapun yang dapat memutar bidang polarisasi cahaya ke kanan disebut dekstrorotari, sedangkan yang memutar bidang polarisasi cahaya kekiri disebut levorotari. Dalam banyak bacaan yang memberi tanda (+) bagi zat yang mempunyai arah perputaran ke kanan (dekstrorotari), dan tanda (-) bagi zat yang mempunyai arah perputaran ke kiri (levorotari). Selain itu juga kadang-kadang ada yang memberi tanda d bagi zat yang mempunyai arah perputaran ke kanan (dekstrorotari), dan tanda l bagi zat yang mempunyai arah perputaran ke kiri (levorotari).

H C OH

O

CH

CH2OH

atau H C OH

CH

O

CH2OH CH2OH

O

CH

HO C Hatau

CH2OH

CH

O

HO C H

(+) – gliseraldehida (-) – gliseraldehida 20 20

() D = + 8,70 () D = - 8,70

6. StereoisomerBila sebuah molekul mempunyai lebih dari satu atom karbon kiral, tidak

semua isomer optik itu bersifat enantiomer, karena enantiomer adalah bayangan cermin dari molekul tersebut.

CHO CHO CHO CHO │ │ │ │ HO▬ C ▬ H H▬ C ▬ OH H▬ C ▬ OH HO▬ C ▬ H │ │ │ │ HO▬ C ▬ H H▬ C ▬ OH HO▬ C ▬ H H▬ C ▬ OH │ │ │ │ CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH

( 2S, 3S) ( 2R, 3R) ( 2R, 3S) ( 2S, 3R)

Enantiomer – enantiomer enantiomer – enantiomer

Contoh pasangan stereoisomer yang merupakan enantiomer adalah (2R, 3R) dan (2S, 3S); (2R, 3S) dan (2S, 3R). Namun pasangan stereoisomer (2S,3S) dan (2R,3S) bukan merupakan enantiomer, disebut diastereomer atau diastereoisomer. Jadi (2S,3S) dan (2R,3S) stereoisomer adalah diastereomer. Berdasarkan definisi tersebut diastereomer termasuk isomer geometri.

CHO CHO │ │

HO▬ C ▬ H H▬ C ▬ OH │ │

HO▬ C ▬ H HO▬ C ▬ H │ │

CH2OH CH2OH

( 2S, 3S) (2R, 3S)

Sepasang diastereoisomer; stereoisomer yang bukan enantiomer

3915

7. Hubungan antara stereokimia dengan reaksi kimiaPada reaksi SN1 dan SN2 dimana produk yang dihasilkan selalu berkaitan

erat dengan stereo zat yang bereaksi, oleh sebab itu stereokimia berhubungan dengan suatu hasil reaksi.

Pada reaksi SN1, ion karbonium merupakan intermediet dan mempunyai geometri berbentuk planar, sehingga nukleofil dapat menyerang dari dua sisi. Jika suatu alkil halida bersifat optis aktif dihidrolisis maka akan diperoleh produk yang optis aktif tetapi merupakan campuran rasemik.Contoh:

C6H13

H C Br

CH3CH3

BrC

HC6H13

+

H2O

+ -

CH3

C H

C6H13

CH3

OHCH

C6H13

HO

2 - oktil karbonium

inversi ((dominan) retensi

Ionisasi dari 2-Bromooktana (sp3) menghasilkan ion 2-oktil karbonium berbentuk planar (sp2). H2O dapat menyerang dari dua arah yaitu dari arah depan dan belakang yang diharapkan dapat terbentuk dua isomer yang sama jumlah, sehingga membentuk campuran rasemik yang sempurna. Tetapi tidak demikian halnya, karena produk inversi lebih dominan, hal ini disebabkan karena bentuk retensi terhalang oleh gugus Br.

Pada reaksi SN2, nukleofil (Y:) menyerang dari posisi yang berlawanan dengan gugus yang lepas (X:), sehingga terjadi inversi konfigurasi. Jika suatu alkil halida yang bersifat optis aktif dihidrolisis, maka produk yang dihasilkan juga bersifat optis aktif. Sebagai contoh pada hidrolisis (+) asam klorosuksinat dengan natrium hidroksida akan memberikan hasil (-) asam malat.

HO2C HO2C | │ H – C – Cl + NaOH HO – C – H | │ HO2CH2C CH2CO2H

(+) asam klorosuksinat (-) asam malat

Umumnya alkil halida alifatik primer mengalami hidrolisis dengan mekanisme SN2.

Soal LatihanUntuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan

Belajar 2 kerjakanlah latihan berikut ini!

4016

1. Gambarkan struktur senyawa di bawah ini, tentukan manakah yang termasuk isomer geometrik dan bukan isomer geometrik, jelaskan!a. 1-kloro-2- butenab. 2-metil-2-butenac. 2-heksenad. 1,3-butadiena.

2. Gambarkan rumus struktur untuk alkena dengan nama senyawa pentadiena yang menunjukkan isomer geometrik cis dan trans!

3. Perhatikan senyawa dengan rumus molekul CH3CHCHC6H5 merupakan sepasang isomer geometrik. Tuliskan kedua isomer senyawa tersebut!

4. Tuliskan rumus bangunnya dan berikan tatanama (E) dan (Z) dari senyawa dibawah ini berdasarkan isomer geomeriknya!a. 1-bromo-2-kloro-2-butenab. 1-bromo-2-kloropropena

5. Apakah nama dari senyawa dibawah ini!

6. Gambarkan rumus bangun untuk isomer-isomer geomtrik dari 3-isopropil-5-metilsikloheksanol.

7. Gambarkan proyek Newman untuk konformasi eklips, anti dan gauche dari senyawa :a. 1-kloro-propanab. 1,2-dihidroksi etana

8. Gambarkan diagram energi dari senyawa dibawah ini berdasarkan rotasi (proyek Newman) 1,4-dibromobutana!

9. Gambarkan proyeksi Newman suatu konformer anti (jika ada) pada masing-masing senyawa di bawah ini. Gunakan karbon yang diberi garis bawah sebagai pusat proyeksi. a. C2H5 CH2 CH2 Cl

b. CH3 CH2 CH2 CO2H

c. (CH3)2 CH CH2 CO2H

d. HO2 C CH CH2 Br │ CH3

10.Jelaskan mengapa pada kasus 1,3-metilsikloheksana, posisi cis lebih stabil daripada trans?

11.Gambarkan struktur konformasi yang paling stabil dari:

Cl

CH3

b.

C2H5

I

H

C = C C = C

CH3 CO2H

CH3

a.

4117

a. 1-kloro-2-etilsikloheksanab. 1-bromo-3-propilsikloheksana

12.Gambarkan untuk enantiomer-enantiomer amfetamina dan berilah konfigurasi (R) dan (S)!

Petunjuk Jawaban Latihan:

1 a. CH2Cl CH3 CH2Cl H \ / \ / C = C C = C

/ \ / \ H H H CH3

cis trans

isomer geometrik

b. CH3 CH3 \ ∕

C = C bukan isomer geometrik ∕ \ H CH3

c. C3H7 CH3 \ ∕

C = C isomer geometrik ∕ \ H H

d. CH2 = CH H \ ∕

C = C bukan isomer geometrik ∕ \ H H

2. CH2 =CH CH3 CH2 =CH H \ / \ /

C = C C = C / \ / \

F H H CH3

cis – 1,3 – pentadiena trans – 1,3 – pentadiena

3. CH3 CH3 H CH3

\ / \ / C = C C = C / \ / \

H C6H5 CH3 C6H5

Trans cis

4. a. 1 – bromo- 2 – kloro – 2 – butena

Br Cl CH3 Cl \ / \ /

C = C C = C / \ / \

CH3 CH3 Br CH3

(Z)–1–bromo-2–kloro-2–butena (Z)–1–bromo- 2–kloro-2–butena

b. 1 – bromo- 2 – kloropropena

Br Cl H Cl \ / \ /

C = C C = C / \ / \

H CH3 Br CH3

4218

(Z)–1–bromo-2–kloropropena (Z)–1–bromo- 2–kloropropena

5. Nama dari senyawaa. (Z)-1-kloro-2-iodopropenab. (E)-2,3-dimetil-2-butenoat

6.

CH3

H

OH

H

H

R

R = isopropil

7a. Cl

HH

HH

CH3

H

H

H

H H

H

H

H

CH3CH3

Cl Cl

eklips anti

gauche

b.

OH

OHH

H H

HH

HH HH

OH

H H

HOH

OHOH

eklips anti gauche

9 a. C2H5CH2CH2Cl b. CH2CH2CH2CO2H c. (CH3)2CHCH2CO2H

d. HO2CCHCH2Br │

CH3

Cl

H

H

C2H5

H

H H

H

CO2H

H

H

CH3H

H

CH3

H

CH3H

H

CO2H

H

CH3

Bra. b. c. d.

CO2H

10. Karena bentuk cis gugus yang besar (metil) pada posisi ekuatorial

4319

CH3

HH

CH3

11.

CH3CH2

H

H

H

H

Cl CH2CH3H

H

Br

HH

H

HH

H

H

HH

H

CH3

a. b.

12. NH2

CCH3 CH2C6H5 CH2C6H5CH3

C

NH2

(R) – amfetamina (S) – amfetamina

4.2.5 RangkumanAtom karbon yang berhibridisasi sp3 dan mengikat 4 gugus yang

berlainan, disebut atom karbon kiral, maka atom karbon tersebut bersifat asimetrik(diberi tanda bintang atau *). Molekul yang mempunyai C kiral umumnya bersifat optis aktif artinya mampu memutar bidang cahaya sebagai akibat polarisasi. Suatu senyawa yang dapat memutar bidang polarisasi maka zat tersebut bersifat aktif optis. Karena inilah enantiomer-enntiomer yang bersifat aktif optis disebut isomer optik.

Dekstrorotari adalah enantiomer dari pasangan enantiomer apapun yang dapat memutar bidang polarisasi cahaya ke kanan , sedangkan levorotari adalah enantiomer yang memutar bidang polarisasi ke kiri. Pasangan stereoisomer yang bukan merupakan enantiomer disebut diastereomer atau diastereoisomer.

Stereokimia berhubungan dengan suatu hasil reaksi, misalnya pada reaksi SN1 dan SN2 dimana produk yang dihasilkan selalu berkaitan erat dengan stereo zat yang bereaksi.

4.2.6 Formatif 2Petunjuk : Pilihlah salah satu jawaban yang menurut Anda paling tepat!1. Jumlah stereoisomer dari senyawa di bawah ini adalah ....

O = CH – CHOH – CHOH – CHOH – CHOH - CH2OH A. 4, B. 8, C. 14, D. 16

2. Beri nama dari senyawa dibawah ini adalah

44

CH3CH2CH2CH3

C

OH

H

20

3. Disebut apakah enantiomer yang dapat memutar bidang polarisasi cahaya ke kanan

4. Gambarkan rumus struktur dari trans (1R,2R)-2-dimetilsiklopropana

H CH3

H3C H HH3C

CH3H

HH3C

CH3H

HH3C

CH3HA. B. C. D.

5. Beri nama dari senyawa di bawah ini : a.

Br

CCl CH3

b. H | HO – C – CH3

| CH2CH5

5. Gambar dari (R)-3-bromoheptana adalah ....

C4H9C2H5

C

Br

C2H5C4H9

C

Br

C5H11CH3C

Br

CH3C5H11C

BrA. B. C. D.

7. Jelaskan mengapa bentuk cis dari 1,2-dikloroetena memiliki titik didih yang lebih besar dari trans?

Cl Cl H Cl \ / \ /

C = C C = C / \ / \

H H Cl H

cis – 1,2 – dikloroetena trans – 1,2 – dikloroetena

t.d = 60 0C t.d. = 48 0C

9. Tuliskan nama dan tentukan ada berapa streoisomer yang dapat dibentuk oleh struktur senyawa di bawah ini

ada 4 stereoisomer

Br Br

CH - CH - CH3

a)

4521

CH - C - CH3

Br Br

CH3

ada 2 stereoisomer b)

c) H H H O | │ │ ║ HOCH2 – C* – C* – C* – C – H | │ │ OH OH OH

5.2.5Umpan Balik dan Tindak LanjutSetelah Anda mengerjakan Tes Formatif 2 di atas, cocokkanlah

jawaban anda dengan kunci jawaban yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban anda yang benar, kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 2.

Rumus:Jumlah jawaban Anda yang benar

Tingkat penguasaan = ----------------------------------------------- X 100% 10

Arti tingkat penguasaan yang Anda capai:90 – 100 % = baik sekali80 – 89 % = baik70 – 70 % = cukup – 69 % = kurangApabila tingkat penguasaan Anda mencapai 80 % ke atas, bagus! Anda

cukup memahami Kegiatan Belajar 1. Anda dapat meneruskan Kegiatan Belajar 2. Tetapi bila tingkat penguasaan Anda masih di bawah 80 %, Anda harus mengulangi Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum Anda kuasai.

Kunci Jawaban Tes Formatif

Tes Formatif 1

1) (CH3)2C=CCl(CH3) 2) CH3 dan H (atom pada posisi eklips) 3) (Z)-asam-2-metil—2- butenoat 4) 3- fenil asam butenoat 5) Gugus Br dan Cl saling jauh

6a) Cl H b) F Cl \ / \ /

C = C C = C / \ / \

4622

H OH H CH2CH3

7) Gugus karboksil 8) Atom Fluor 9) Rotasi bebas

Tes Formatif 21). Ada 16 stereoisomer 2). (S)-2-pentanol 3). Dekstrorotari4) Jawaban adalah struktur A 5a). (S)-1-bromo-1-kloroetana 5b). (S)-2-butanol6) Jawaban adalah struktur A7) Titik didih cis-1,2-dikloroetana (600) lebih besar daripda transnya 480,

karena gugus Cl-Cl pada posisi saling berdekatan sehingga untuk kedudukan cis lebih stabil daripada trans, faktor halangan sterik.

8a).

CH - CH - CH3

Br Br

ada 4 stereoisomer

1,2 – dibromo – 1 – fenilpropana

b).

ada 2 stereoisomer

BrBr

C - C - CH3

H CH31,2 – dibromo – 2 – metil - 1 – fenilpropana

c) H H H O | │ │ ║ HOCH2 – C* – C* – C* – C – H ada 8 stereoisomer | │ │ OH OH OH

2,3,4,5 – tetrahidroksi pentanal

4723

Daftar Pustaka

1. Allinger, N. L. et. al, 1976., Organic Chemistry, 2nd edition, Worth Printing, Inc., New York

2. Eliel, E. I., 1981., Stereochemistry of Carbon Compounds, Tata Mc Graw-Hill Publishing Company Ltd., New Delhi

3. H. Hart/Suminar Achmad; (1987), Kimia Organik, Suatu Kuliah Singkat. Jakatra: Penerbit Erlangga.

4. Morrison & Boyd, 1970., Organic Chemistry, 2nd. Ed., Worth Publishers, Inc.5. R.J.Fessenden, J.S.Fessenden/ A. Hadyana Pudjaatmaka (1986). Kimia

Organik, (terjemahan dari Organic Chemistry, 3rd Edition), Erlangga, Jakarta

6. Solomons, T.W., 1982., Fundamentals of Organic Chemistry., John Willey & Sons. Inc., Canada.

7. Wahyudi/Ismono; (2000)., Kimia Organik 3, Depdikbud, Jakarta

4824