KONFIGURASI MUTLAK (ABSOLUT) DAN KONFIGURASI RELATIVE

Molekul yang mempunyai pusat kiral tidak mungkin mempunyai bidang simetri, seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah ini.

   

Molekul yang mempunyai dan tidak mempunyai bidang simetri  . Pada  2 kloropropana  yang tidak mempunyai pusat kiral (akiral) terdapat bidang simetri yang dapat membagi molekul menjadi dua bagian yang identik. Molekul yang tidak mempunyai pusat kiral disebut molekul akiral, 2-2-kloropropana mempunyai bidang simetri yang membagi molekul menjadi dua bagian identic 2-klorobutana tidak mempunyai bidang simetri yang membagi molekul menjadi dua bagian identik. kloropropana merupakan contoh molekul akiral . Sebaliknya, pada 2-klorobutana yang mempunyai pusat kiral tidak terdapat bidang simetri. Molekul yang mempunyai pusat kiral disebut molekul kiral, 2-klorobutana merupakan contoh molekul kiral . Pusat kiral pada 2-klorobutana terdapat pada atom karbon nomor dua. Empat gugus berbeda yang terikat pada karbon nomor dua adalah H ,CH3, Cl dan C₂H₅. Ketiadaan bidang simetri menyebabkan perubahan penataan ruang gugus-gugus yang terikat pada pusat kiral akan menghasilkan senyawa yang berbeda. Perbedaan tersebut ditunjukkan oleh perbedaan arah perputaran bidang cahaya terpolarisasi yang berinteraksi dengan molekul kiral tersebut .

Terdapat dua kemungkinan penataan ruang gugus-gugus di sekitar pusat kiral, sehingga untuk senyawa dengan satu nama yang mempunyai satu pusat kiral akan mempunyai dua senyawa berbeda yang merupakan isomer satu sama lain. Sebagai contoh, gliseraldehida mempunyai satu pusat kiral, yaitu atom karbon nomor dua. Terdapat empat gugus berbeda yang terikat pada atom karbon nomor 2 , yaitu H, CH₂OH , CHO dan OH. Keempat gugus berbeda tersebut mempunyai dua cara penataan ruang yang berbeda sehingga terdapat dua bentuk senyawa yang merupakan isomer satu sama lain. Isomer yang satu memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan (diberi tanda +) dengan besar sudut putar 3, karena itu isomer ini diberi nama D-gliseraldehida. Huruf d ditambahkan di depan nama gliseraldehida untuk menunjukkan arah putaran bidang cahaya terpolarisasi, diambil dari kata Latin destro yang artinya kanan. Sementara itu, isomer yang lain memutar bidang cahaya terpolarisasi ke arah sebaliknya, yaitu ke kiri (diberi tanda -) dengan besar sudut putar sama (yaitu 3). Isomer ini diberi nama L-gliseraldehida, huruf L berasal dari kata Latin levo yang artinya kiri .

 

Secara struktur, kedua isomer tersebut akan merupakan bayangan cermin satu sama lain. Artinya, bila salah satu isomer ditempatkan di depan cermin, maka bayangan cermin yang muncul akan mempunyai struktur yang identik dengan isomer yang lainnya. Akan tetapi, keduanya tidak dapat saling dihimpitkan. Fenomena ini mirip dengan fenomena tangan kiri dan tangan kanan. Kedua tangan tersebut mempunyai bentuk yangmerupakan bayangan cermin satu sama lain. Tangan kiri dan bayangan cerminnya (yaitu tangan kanan) hanya dapat dihimpitkan secara saling berhadapan seperti ketika bertepuk tangan, akan tetapi bila dihimpitkan dengan arah hadap yang sama, misalnya sama-sama menghadap ke depan, keduanya pasti tidak dapat berhimpitan. Ini menunjukkan keduanya merupakan senyawa yang berbeda. Oleh karena i muncul istilah kiral, yang berasal dari kata Latin chiros, yang artinya tangan .

Bila diperhatikan, L-gliseraldehida dan D-gliseraldehida mempunyai rumus molekul sama, mempunyai urutan penggabungan atom yang sama, tetapi berbeda dalam cara penataan ruang di seputar pusat kiral.  Cara penataan ruang di seputar pusat kiral disebut konfigurasi. Fenomena terdapatnya beberapa senyawa yang mempunyai rumus molekul sama, tetapi berbeda dalam penataan ruang gugus di sekitar pusat kiral disebut isomeri konfigurasi. Senyawa yang berisomeri konfigurasi dapat merupakan bayangan cermin satu sama lain, tetapi dapat pula satu sama lain tidak merupakan bayangan cermin. Isomer-isomer konfigurasi yang merupakan bayangan cermin satu sama lain disebut enantiomer. Senyawa-senyawa yang berenantiomer mempunyai sifat fisik (titik didih, indeks bias, dan keasaman) dan sifat termodinamika (energi bebas, entalpi, dan entropi) yang identik. Perbedaan senyawa-senyawa yang berenantiomer terletak pada interaksinya dengan senyawa kiral lain, dan interaksinya dengan bidang cahaya terpolarisasi (optis aktif).. Bagaimanakah cara menandai konfigurasi di suatu pusat kiral? Terdapat beberapa cara untuk menandai konfigurasi di suatu pusat kiral,yaitu konfigurasi absolut dan konfigurasi relatif.Konfigurasi absolut ditentukan berdasarkan struktur penataan ruang gugus-gugus di seputar karbon kiral sesungguhnya. Konfigurasi relatif muncul sebelumstruktur penataan ruang gugus di seputar karbon kiral sesungguhnya diketahui. Karena belum diketahui itulah, konfigurasi ditentukan dengan cara membandingkan dengan suatu standar, jadi disebut konfigurasi relatif.

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 atau penentuan konfigurasi absolut yang mereka kemukakan dikenal dengan sistem R dan S atau sistem Chan-Ingold-Prelog (CIP). Huruf R dan S merupakan singkatan kata berasal dari bahasa Latin, yaituR = rectus, artinya kanan dan S= sinister, artinya kiri.

Dalam menentukan konfigurasi absolut sistem R danS ini, Chan-Ingold-Prelog 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. Mengurutkan prioritas keempat atom yang terikat pada pusat kiral berdasarkan nomor atomnya . Diketahui nomor atom Br= 35, C= 17, F= 9, H= 1, maka urutan prioritas keempat atom di atas adalah Br > Cl> F > H.

 

    

        2.      Digambarkan proyeksi molekul  hingga atom dengan prioritas terendah ada dibelakang atau putar struktur (1) dan (2) sehingga atom H ada dibelakang. 

 

              3.  Buatlah anak panah mulai dari atom atau gugus berprioritas paling tinggi ke prioritas yang lebih rendah agar lebih mudah .

            

   

      4.     Bila 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 .

     Perhatikan struktur 2-butanol di bawah ini.  Apakah konfigurasi pada pusat kiral molekul 2-butanol di bawah ini ?

        

Atom yang terikat pada C kiral adalah OH, CH3, C2H5 danH .Diurutkan prioritas atom tersebut sesuai aturan penentuan prioritas adalah OH > C₂H₅> CH₃> H. Gugus C₂H₅ berprioritas lebih tinggi dari CH₃ karena atom setelah C pada gugus C₂H₅ adalah Cdan H, H yang mempuyai jumlah nomor atom lebih tinggi dariH, 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. Coba untuk berlatih lagi menentukan konfigurasi senyawa kiral berikut, kali ini gugus berprioritas terendah belum berada di belakang. Untuk itu perhatikan gambar Cara penentuan konfigurasi absolut .

   

Bagaimanakah arah perputaran bidang cahaya terpolarisasisenyawa 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. Contoh lain adalah senyawa 2-metil-1-butanol yang memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan ternyata mempunyai konfigurasi R, sehingga ditulis R-(+)-2-metil-1-butanol.

Walaupun senyawa-senyawa yang berisomeri konfigurasi hanya mempunyai perbedaan dalam sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi, tetapi seringkali senyawa-senyawa tersebut mempunyai efek biologis yang sangat berbeda. Contohnya pada S-karvona dan R-karvona, contoh yang telah ditampilkan pada awal modul ini. Kedua senyawa tersebut berisomeri konfigurasi, perbedaan keduanya hanya terletak pada konfigurasi di sekitar atom karbon kiral, tetapi dampaknya pada perbedaan sifat sangat nyata. S-karvonamempunyai aroma khas jintan, sedangkan R-karvona mempunyai aroma khas mint .

Contoh lain adalah S-naproksen dan R-naproksen, kedua senyawa yang hanya berbeda pada konfigurasi atom kiralnyatersebut, ternyata mempunyai aktivitas biologis sangat berbeda. S-naproksen dikenal sebagai obat antiimflammatori yang aman, sedangkan R-naproksen dilaporkan bersifat racun untuk liver. Oleh karena itu, obat antiimflammatori komersial yang mempunyai kandungan aktif naproksen, harus memisahkan S-naproksen dari R-naproksen, dan hal tersebut memerlukan biaya yang cukup tinggi . Contoh lainnya adalah obat anti Parkinson yang dikenal dengan nama L-DOPA atau L-dopamina, ternyata hanya yang mempunyai konfigurasi R yang aktif sebagai anti-parkinson, sedangkan isomer S-nya tidak aktif. Begitu pula dengan ibuprofen, hanya enantiomer S yang berfungsi sebagai penghilang rasa sakit.Asam amino R-asparagina rasanya manis, sementara S-asparagina rasanya pahit. R-Talidomida adalah zat sedatif dan hipnotik, padahal enantiomernya, yaitu S-talidomida merupakan teratogen kuat . 

   

Perhatikan senyawa 2,3-dibromopentana. Apakah pada 2,3-dibromopentana terdapat atom karbon kiral atau asimetris? Ada berapa banyak atom karbon kiral pada senyawa tersebut? Pada 2,3-dibromopentana terdapat 2 pusat kiral. Senyawa dengan n pusat kiral akan mempunyai jumlah maksimum stereoisomer sebanyak 2ⁿ. Karena pada 2,3-dibromopentana terdapat 2 pusat kiral, maka akan mempunyai jumlah maksimum stereoisomer 2²= 4, yaitu .

  

Dari empat stereoisomer yang telah ditunjukkan, terdapat pasangan stereoisomer yang merupakan bayangan cermin satu sama lain, yaitu pasangan senyawa 1 dan 2; juga pasangan senyawa 3 dan 4. Terdapat pula pasangan stereoisomer yang bukan merupakan bayangan cermin satu sama lain, yaitu pasangan 1 dan 3; 1 dan 4; 2 dan 3; serta 2 dan 4).Pasangan stereoisomer yang merupakan bayangan cermin satu sama lain disebut pasangan enantiomer. Sementara itu,pasangan stereoisomer yang bukan merupakan bayangan cermin satu sama laindisebut pasangan diastereoisomer. Pasangan enantiomer mempunyai sifat fisik sama kecuali arah putaran bidang cahaya terpolarisasi, sehingga sulit dipisahkan, sedangkan pasangan diastereomermempunyai sifat fisik berbeda, sehingga lebih mudah untuk dipisahkan.

Walaupun jumlah stereoisomer maksimum dapat diperkirakan dari rumus 2n, akan tetapi penentuan jumlah stereoiomer pada senyawa yang memiliki lebih dari satu pusat kiral harus dilakukan secara hati-hati, karena terdapat kemungkinan dua struktur yang digambarkan bukan merupakan stereoisomer satu sama lain, tetapi merupakan senyawa identik atau senyawa meso. Perhatikan senyawa 2,3 dibromobutana yang mempunyai dua pusat kiral.

     
Sesuai denganrumus 2n, maka jumlah maksimum stereoisomer pada 2,3-dibromobutana adalah 2²=4. Keempat kemungkinan struktur stereoiomer tersebut .

Adalah Pasangan A dan B merupakan pasangan enantiomer, tetapi C dan D bukan merupakan stereoisomer, karena C dan D merupakan senyawa yang identik atau senyawa meso. Dengan demikian, jumlah stereoisomer dari 2,3-dibromobutana tidak 4, tetapi hanya 3, yaitu A, B, dan C (atau D). Dari ketiga stereoisomer tersebut, struktur A dan B merupakan pasangan enantiomer, sedangkan pasangan A dan C, serta B dan C merupakan pasangan diastereoisomer. Akan tetapi, benarkah C dan D merupakan senyawa yang identik? Untuk mengetahuinya, putarlah senyawa D 180opada bidang kertas, maka akan dihasilkan struktur yang identik dengan C. Senyawa C dan D adalah senyawa meso. Dengan demikian, senyawa meso adalah senyawa akiral walaupun mempunyai pusat kiral. Senyawa meso tidak bersifat optis aktif, berhimpit dengan bayangan cerminnya, dan mempunyai bidang simetri .