Stereokimia: 1. Konfigurasi Mutlak dan relatif 2. Pemisahan campuran rasemik

1.  Konfigurasi Mutlak dan relatif

Konfigurasi  Senyawa organik Konfigurasi senyawa organik didefinisikan sebagai suatu metode untuk menggambarkan susunan ruang (tiga dimensi) atom-atom atau gugus-gugus pada atom karbon pusat stereogenik (stereo berasal dan bahasa Yunani ‘stereos’ yang artinya ruang) atau atom C asimetris/atom pusat khiral. Konfigurasi dibedakan menjadi dna, yaitu konfigurasi relatif dan konfigurasi absolut.

Konfigurasi relatif

Konfigurasi ini dikatakan relatif karena cara penentuannya didasarkan atas perbandingan dengan senyawa pembanding. Senyawa pembanding untuk golongan karbohidrat (sakarida) adalah D-gliseraldehida (dengan gugus OH di sebelah kanan) dan L-gliseraldehida (dengan gugus OH di sebelah kin). Untuk golongan asam amino, senyawa pembandingnya adalah D-alanina (dengan NH2 di sebelah kanan) dan L-alanina (dengan NH2 di sebelah kin). D singkatan dari dextro, dan bahasa Latin dexter yang artinya kanan, dan L singkatan dari levo, dan bahasa Latin laevus yang artinya kiri. Pada umumnya, di alam banyak dijumpai asam amino dengan konfigunasi relatif L, sedangkan karbohidrat pada umumnya ditemukan dalam bentuk konfigurasi relatif D.

Di akhir abad 19, seorang ahli kimia Jerman Emil Fisher mengemukakan rumus proyeksi untyk menunjukkan penataan ruang dari gugus-gugus di sekitar atom kiral. Rumus proyeksi ini disebut proyeksi Fischer. Fischer mengembangkan rumus-rumus ini untuk menyatakan molekul gula. Contohnya 2,3-dihidroksipropanal (biasa disebut gliseraldehida) dan 2,3,4-trihidroksibutana (eritrosa). Gliseraldehida mempunyai satu atom karbol kiral (karbon 2), sementara eritrosa mempunyai dua karbon kiral (karbon 2 dan 3).
pada representasi berikut untuk kedua senyawa ini, suatu proyeksi Fischer semata-mata hanyalah cara singkat untuk menyatakan suatu rumus dimensional.

1. Untuk gliseraldehida

 

  

 2. Untuk eritrosa  

 

 

Dalam menggambarkan suatu proyeksi Fischer, diandaikan bahwa molekul itu diulur (streched) sepenuhnya dalam bidang kertas dengan semua subtituennya eklips, tanpa mempedulikan konformasi apapun yang disukai. Rumus-rumus eritrosa tersebut di atas menunjukkan konformasi yang digunakan untuj proyeksi Fischer. Menurut perjanjian, gugus karbonil (atau gugus berprioritas tata nama tertinggi) diletakkan pada atau di dekat ujung teratas. Jadi karbon teratas adalah karbon 1. Tiap titik potong garis horizontal dan vertikal menyatakan sebuah atom karbon kiral. Tiap garis horizontal melambangkan suatu ikatan ke arah pembaca, sementara garis vertikal melambangkan ikatan ke belakang menjauhi pembaca.
Sepasang enantiomer mudah dikenali bila digunakan proyeksi Fischer.

 

Proyeksi Fischer bisa dikatakan suatu cara singkat dan mudah untuk memaparkan molekul kiral.

Konfigurasi absolut

 Konfigurasi D dan L secara terbatas hanya berlaku pada senyawa-senyawa dan golongan karbohidrat dan asam amino saja. Sementara itu, senyawa organik terdiri dan banyak golongan senyawa yang tidak saja mengandung gugus hidroksi (OH) dan gugus amino (NH2), tetapi juga gugus-gugus yang lain. Untuk mengatasi hal ini tiga orang ahli kimia, yaitu 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). Aturan tersebut mengatakan bahwa atom-atom utama dan keempat gugus yang terikat langsung dengan atom karbon pusat stereogenik diunutkan atau dipnionitaskan berdasarkan nomor atomnya.

Cara penentuan konfigusai R atau S sebagai berikut:

 

1. mengurutkan prioritas keempat atom yang terikat pada pusat kiral berdasarkan nomor atomnya. dalam contoh ini 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 di belakang 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

12. 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. Prinsip dasar isomer optik yaitu:

1. Sepasang enantiomer memiliki sifat-sifat fisika (titik didih, kelarutan, dan lain-lain) yang sama tetapi berbeda dalam arah rotasi polarimeter dan interaksi dengan zat kiral lainnya.
2. Sepasang diastereoisomer memiliki sifat-sifat fisika dan sudut rotasi polarimeter yang berbeda satu sama lain. Bahkan sering dalam bereaksi mengambil cara yang berlainan. Artinya kita bisa memisahkan campuran dua diastereoisomer dengan cara-cara fisika (destilasi, kristalisasi, dan lain-lain). Akan tetapi tidak bisa memisahkan campuran dua enantiomer dengan cara-cara fisika, karena sepasang enantiomer memiliki properti fisika yang sama. Kesimpulannya, kita dapat dengan mudah memisahkan campuran dua diastereoisomer, tapi akan kesulitan memisahkan campuran dua enantiomer.

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.

Lalu bagaimana caranya memperoleh suatu enantiomer dengan enantiomeric excess (EE) yang tinggi? Enantiomeric excess artinya persentase suatu enantiomer yang berkonfigurasi R dikurangi persentase enantiomer pasangannya yang berkonfigurasi S dalam suatu campuran atau sebaliknya.

Lalu bagaimana memperoleh suatu enantiomer dengan ee yang tinggi? Louis Pasteur dikisahkan pernah memisahkan dua enantiomer Natrium Amoium Tartarat menggunakan pinset. Hal ini dapat terjadi karena dua enantiomer itu mengkristal secara terpisah. Cara ini sering disebut cara resolusi. Cara ini kurang efektif karena tidak semua enantiomer mengkristal secara terpisah.

Jadi resolusi tidak dapat dianggap sebagai teknik yang umum. Cara lain yang sering ditempuh para ahli kimia adalah rute biokimia dengan memakai enzim atau mikroorganisme untuk memproduksi enantiomer murni. Sebagai contoh (R)-Nikotina dapat diperoleh dengan cara menginkubasi campuran rasemik (R)-Nikotina dan (S)-Nikotina dalam wadah berisi bakteri Pseudomonas putida. Bakteri tersebut hanya akan mengoksidasi (S)-Nikotina, sedangkan (R)-Nikotina akan tersisa dalam wadah tersebut. Beberapa produk lain dari rute biokimia yaitu Monosodium L-Glutamat, L-Lysine dan L-Mentol. Sistem tata nama D dan L dinamakan konfigurasi relatif. Sistem ini sering dipergunakan dalam penamaan asam amino dan karbohidrat.

Sayangnya tidak semua enantiomer dapat diproduksi dengan ee yang tinggi melalui rute biokimia ini. Hal ini dikarenakan kespesifikan enzim dan mikroorganisme. Sebagai contoh bakteri Pseudomonas putida belum tentu dapat digunakan untuk memisahkan (+)-Mentol dengan (-)-Mentol.

Para ahli kimia organik seperti Ryoji Noyori dan William S. Knowles tidak kehilangan akal dalam menyelesaikan permasalahan ini. William S. Knowles berhasil mensintesis senyawa yang disebut (R,R)-DiPAMP. Ia menggunakan (R,R)-DiPAMP sebagai ligan untuk membentuk senyawa kompleks dengan logam Rh. Senyawa kompleks ini sangat bermanfaat dalam proses hidrogenasi asimetrik gugus enamida