Final Book for Conformation (1)
of 49
-
Upload
siti-nor-amira -
Category
Documents
-
view
182 -
download
0
Transcript of Final Book for Conformation (1)
UNIVERSITI PENDIDIKAN SULTAN IDRIS
SKO 3013 BASIC ORGANIC CHEMISTRY PENGAJARAN KIMIA ORGANIK BERKESAN STEREOISOMER NAME SITI NOR AMIRA BT MOHMAD NOOR NORHIDAYAH BINTI MOHD AMIN NUR HAFIZAH BT ABD HADI KHAIRUNNISA BT MAT LAZIM D20091035072 D20091035088 D20091035082 MATRIC NUMBER D20091035073
PENDIDIKAN SAINS SEMESTER 1 (2011/2012) LECTURER: DR SARIPAH SALBIAH BT SYED ABDUL AZZIZ.
1
Penghargaan.Bersyukur kehadrat illahi kerana dengan limpah dan kurnianya, akhirnya kami dapat menyiapkan buku pengajaran kimia organik berkesan iaitu bertajuk Stereoisomer yang telah diberikan oleh Dr. Saripah Salbiah Bt Syed Abdul Azziz selaku pensyarah subjek SKO 3013 iaitu Basic Organic Chemistry Buku ini ditulis bagi membantu guru-guru yang mengajar subjek Basic Organic Chemistry secara berkesan tentang Stereoisomer. Buku ini dihasilkan bertujuan untuk memudahcara proses pengajaran guru kimia organik. Sekalung penghargaan dan terima kasih kami ucapkan kepada pensyarah subjek SKO 3013 iaitu Dr. Saripah Salbiah Bt Syed Abdul Azziz yang telah banyak memberikan pertolongan dan tunjuk ajar bagi merealisasikan buku kami mengenai Stereoisomer. Tidak lupa juga kepada ahli kumpulan iaitu Siti Nor Amira, Norhidayah, Nur Hafizah dan Khairunnisa yang bersengkang mata dan memberikan komitmen yang sepenuhnya bagi menyelesaikan tugasan ini. Walaupun mereka sibuk dengan tugasan lain tetapi mereka bersemangat untuk menyiapkan buku ini dengan jayanya. serta melakukan dengan sedaya upaya untuk menghasilkan buku yang terbaik. Setelah berakhirnya tugasan ini, kami yakin dan percaya bahawa dengan adanya buku pengajaran berkesan kimia organik ini dapat membantu dalam proses pembelajaran dan pengajaran dan secara tidak langsung dapat meningkatkan kefahaman para pembaca. Diharapkan dengan adanya buku pengajaran berkesan ini dapat dikongsi dan membantu kita dalam memahami dengan lebih mendalam terhadap tajuk Stereoisomer. Sekian terima kasih.
2
Tajuk Peta minda
Muka Surat 1
1.0 Konformasi
2-18
1.1 Apakah Konformasi Etana 1.2 Apakah Konformasi Propana 1.3 Apakah Konformasi Butana 7-8 1.4 Apakah Konformasi Siklopropana 1.5 Apakah Konformasi Siklobutana 1.6 Apakah Konformasi Siklopentana 1.7 Apakah Konformasi Sikloheksana 13-18
4-6 6
8-9 9-11 11-12
2.0 Konfigurasi Isomer
19-30
2.1 isomer geometrik 2.1.1 2.1.2 2.1.3 Cis-Trans Isomer dalam Alkena Cis-Trans Isomer dalam Sikloalkana Gelaran E dan Z
19-20 20-23 23-26 27-30
2.2 isomer Optikal 31- 43 2.2.1 Jenis Stereoisomer dalam isomer Optikal 2.2.2 Penamaan Enantiomer 33-35 35-43
3.0 Sebatian Meso
44-4
3
Peta Minda.Adakah sebatian mempunyai formula molekular yang sama? Tidak ya isomer Bukan Isomer
adakah sebatian mempunyai ikatan yang sama Tidak Ya
konstitusionalH OH
Stereoisomer
CH
O
adakah sebatian boleh diputarkan pada karbon tunggal Tidak Ya
konfigurasiH H
Konformasi H H H H H H H H H H
adakah ia mempunyai ikatan ganda dua Tidak
ya
isomer geometrik
isomer optikal
Tidak Diastereomer
adakah sebatian tidak bertindih imej cermin
Ya Enantiomer
4
1.0 Konformasi
Di Akhir pembelajaran ini, pelajar akan dapat: Menerangkan definisi konformasi secara lisan dengan baik. membezakan antara konformasi gerhana dan konformasi terpirau. menyatakan perubahan tenaga yang berlaku dalam etana dan propana Terangkan kestabilan antara gerhana dan terpirau Membezakan perubahan tenaga antara etana dan propana Mengenalpasti konformasi yang berlaku dalam butana Menerangkan yang mana satu lebih stabih dan mempunyai tenaga yang tinggi Menerangkan ciri-ciri yang terdapat pada siklopropana, siklobutana dan siklopentana. Mengenalpasti konformasi-konformasi bagi sikloheksana dengan betul. Mengaitkan tenaga relative dengan konformasi-konformasinya dalam saling
penukaran sikloheksana Memahami proses sikloheksana tertukar ganti.
5
1.0 Konformasi. Tahukah kamu apakah yang dimaksudkan dengan konformasi? Konformasi adalah satu bentuk molekul yang boleh diputar pada ikatan karbonnya. Selain itu, konformasi juga disebut sebagai konformer. Konformasi dalam isomer melibatkan perubahan susunan yang berlaku akibat dari putaran karbon ikatan tunggal.Terdapat beberapa bentuk konformasi iaitu konformasi terpirau dan konformasi gerhana. Selain itu, Setiap konformasi mempunyai nilai tenaga yang diperlukan untuk menjalani putaran. Terdapat juga konformsi gauche dan anti dalam konformasi terpirau. Ia terhasil apabila melibatkan kumpulan metil yang bersambung pada kardon yang hendak menjalani putaran. Setiap konformasi mempunyai pewakilan dalam lukisan iaitu melalui lukisan unjuran kekuda dan lukisan unjuran newman.
Contoh lukisan ukuran kekuda.
Contoh lukisan unjuran newman.
H
H H H
H
H H
HH H
H H
6
H
H
1.1 Apakah konformasi Etana?
H
H
H
H
Konformasi boleh ditunjukkan dalam unjuran newman ataupun ujuran kekuda. Formula Molekul Etana adalah C2H6 .
H H H H H H H
(a)H H H
H
H
H H H H H H
(b)H
H H H
H
H
Gambar yang disebelah kiri adalah unjuran kekuda. manakala unjuran sebelah kanan pula newman. Untuk gambar (a), ia adalah konformasi terpirau manakala (b) pula adalah konformasi gerhana..
7
Untuk mendapatkan konformasi terpirau daripada konformasi gerhana, satu putaran perlu dilakukan terhadap karbon pertama . setiap putaran itu diputar sebanyak 60o. jadi disini terdapapat perubahan konformasi gerhana ke konformasi terpirau.
H H H
H
H
putarkan 600H H H H H H H
Rajah 1 Berdasarkan Rajah 1, unjuran yang manakah lebih stabil dan mempunyai tenaga yang tinggi? Melalui unjuran tersebut, kita dapat lihat bahawa konformasi terpirau lebih stabil berbanding dengan gerhana. Ini kerana, daya kilasan yang ada dalam gerhana konformasi disebabkan oleh tolakan antara awan-awan elektron ikatan karbon dan hidrogen. Jarak antara ikatan ini juga adalah dekat.
Konformer Gerhana
Rajah 2 Rajah 2 adalah graf tenaga bagi konformasi etana. konformasi terpirau adalah yang paling stabil, kerana konformasi gerhana mempunya tenaga yang tinggi kerana pelanggaran pada 8
awan-awan elektron akan menghasilkan tenaga yang banyak, dan jarak antara hidrogen adalah dekat. jadi, konformasi gerhana mempunyai tenaga yang tinggi berbanding
konformasi terpirau.
H H C H H H C
H H C H
1.2 Apakah Konformasi Propana?
Molecular formula untuk propane adalah C3H8. Daya kilasan antara karbon-karbon ini adalah 14KJ/Mol. Konformasi propana ini adalah menyerupai etana tetapi tenaga yang dihasilkan berbeza. Perkara ini berlaku kerana pertembungan antara ikatan hidrogen dan metil yang berlaku sewaktu konformasi gerhana.
CH3 H H
H
H
H H H H H H CH3
Konformer terpirauGambarajah 1
konformer gerhana
Gambar di atas adalah contoh untuk konformasi terpirau dan gerhana. Berdasarkan gambarrajah 1, kita dapat lihat bagaimana pertindihan antara ikatan hidrogen dan metil berlaku dan menyebabkan tenaga yang terhasil tinggi.
9
1.3 Apakah Konformasi Butana?
H H C H3C H H C CH3
Formula molekul untuk butana adalah C4 H10 . untuk butana, terdapat dua cara untuk membuat putaran, sama ada antara karbon 1 dan karbon 2 (C1-C2) ataupun karbon 2 dan karbon 3 (C2-C3) Sekiranya putaran dilakukan antara karbon 1 dan karbon 2, hasilnya adalah sama seperti etana dan propane tetapi berbeza sedikit kerana ada ikatan metil. Tenaga yang dihasilkan juga lebih tinggi berbanding etana dan propana. Jika putaran dilakukan pada karbon 2 dan 3 pula, hasil yang didapati adalah berlainan. Lihat gambar dibawah.
Darjah putaran (0)
Rajah 3 Untuk putaran antara karbon 2 dan 3,(C2-C3) terdapat dua kumpulan methil yang terikat dengan karbon-karbon tersebut. Jadi, tenaga dan konformasi yang dihasilkan juga berbeza antara etana dan propana. 10
Antara konformasi gauche dan anti , konformasi anti adalah paling stabil kerana 2kumpulan metil tersebut berada pada sudut 180o. jadi tiada daya kilasan akan berlaku. Pada kedudukan gauche iaitu pada sudut 60o , ianya kurang stabil daripada anti kerana 2 kumpulan metil terletak berhampiran dan jaraknya adalah hanya 60o sahaja. Jadi ada daya kilasan yang terhasil untuk konformasi gauche. Antara gerhana a dan,gerhana, c lebih banyak menghasilkan tenaga berbanding gerhana b kerana 2 kumpulan metil tersebut bertindih antara satu sama lain dan menghasilkan daya kilasan yang tinggi.
1.4 Apakah Konformasi Siklopropana
Sebagaimana yang kita ketahui siklopropana mempunyai formula C3H6. Yang berbentuk segi tiga yang mana mewakili tiga karbon. Siklo adalah satu bentuk yang tertutup oleh sebab itu kita menyebut siklopropana bukan propena.
SiklopropanaH H H2C CH2 H H2 C
H H
H
Siklopropana pempunyai 600. Setiap sudutnya. Siklopropana mempunyai sudut strain. Hal ini terjadi disebabkan renggangan sudut ikatan dalamannya. Di mana ia terpesong jauh dari sudut normal tetrahedral iaitu 109.50 manakala sudut dalaman siklopropana adalah 600 dan jarak pesongannya adalah 49.50. oleh itu siklopropana adalah konfomer yang paling tidak stabil. Siklopropana juga adalah planar di mana plana adalah bersifat gerhana dan konfomer gerhana memerlukan tenaga yang tinggi.Ikatan karbon-karbon dalam siklopropana telah dibengkokkan dan ia mengalami kekurangan efektif dalam putaran. Dan menghasilkan ikatan 11
karbon yang lemah serta tenaga potentialnya tinggi dan meningkat.Siklopropana adalah konformasi paling tidak stabil.
1.5 Apakah Konformasi Siklobutana
siklobutana merupakan satu sebatian organik dengan formula (CH2)4 yang berbentuk segi empat. Empat karbon atom dalam siklobutana bukan sesatah, sebaliknya dalam bentuk bulatan ataupun bentuk yang tertutup bagi semua sisi lazimnya terdapat konformasi yang berlipat ataupun puckered (berkedut).
SiklobutanaH H H H H2C H2C H H CH2 CH2
Kamu mesti ingat bahawa ikatan sudut yang normal bagi tetrahedral ialah 109.5 namun bagi siklobutana sudut dalaman yang dihasilkan ialah 88.Seperti yang kamu dapat lihat pada gambarajah di bawah, satu daripada karbon atom akan menghasilkan sudut 25 dengan satah yang dibentuk dengan tiga lagi karbon atom. Dengan cara ini beberapa interaksi Konformer gerhana dapat dikurangkan. TAHUKAH ANDA?? Angle strain ialah penyahstabilan yang terhasil daripada herotan sudut-sudut daripada nilai normal mereka. Torsional strain ialah peningkatan dalam tenaga kerana ingin melindungi interaksi dalam satu molekul.
12
H H H H H H H H H H H H H H H H
siklobutana juga mempunyai angle strain yang kurang berbanding dengan siklopropana dan juga mempunyai torsional strain yang dapat dikurangkan dengan nonplanar (puckered) konformasi seperti gambarajar di bawah. Siklobutana mempunyai torsional strain disebabkan oleh meningkatnya bilangan hidrogen. siklobutana juga puckers sedikit dan ini menyebabkan ikatan sudut yang terhasil lebih kecil daripada sudut planar iaitu 90, namun dengan ini akan meningkatkan angle strain tetapi akan melepaskan sedikit torsional strain.
H H H H
H H
H C
H
H C
H
H H H H C C H H
Nonplanar (puckered) konformasi siklobutana. Jika kamu perhatikan konformasi ini betulbetul, konformasi ini lebih stabil kerana ianya boleh mengelak ikatan gerhana pada karbon bersebelahannya yang merupakan konformasi planar.
13
Hampir gerhanaH H H H H H H H C C H H H H
H tetapiH H H H H
H
H
Berkedut Ikatan antara gerhana hilang
KOSA KATA Angle strain - ketegangan sudut Torsional strain - ketegangan kilasan
1.6 Apakah Konformasi siklopentana
siklopentana ialah organik kompoun dengan formula C5H10. siklopentana tidak mempunyai angle strain tetapi mengandungi tinggi torsional strain jadi ia telah berubha kepada pucker nonplanar konfigurasi.
SiklopentanaH H2C CH2 H H H2C C H2 CH2 H H H H H H
14
Ketegangan sudut dalam konformasi planar bagi cyclopentana adalah kecil kerana sudut untuk pentagon ialah 108 dan tidak mempunyai perbezaan yang besar daripada normal sudut iaitu 109.5 yang terdiri daripada sp3 karbon hibridisasi. Terdapat dua bentuk nonplanar konformasi bagi cyclopentana yang terdiri daripada envelope dan juga halfchair. Kamu boleh lihat contoh bagi konformasi tersebut pada gambarajah di bawah.
Planar
Envelope
Half-chair
NOTA : Bentuk bagi konformasi envelope adalah seperti bentuk kerusi tanpa tempat letak kaki.
Bagi konformasi envelope, siklopentana mempunyai sedikit torsional strain dan kompoun yang mempunyai lima sudut cincin lebih cenderung untuk reaksi kepada pengurangan torsional strain. Nonplanar konformasi akan membebaskan torsional strain yang akan terhasil daripada substituen gerhana. Angle strain juga akan terhasil dalam bentuk planar. KATA KUNCI Melainkan siklopropana, kesemua sikloalkana mempunyai cincin nonpolar 15
1.7 apakah Konformasi sikloheksana
Gelang sikloheksana mengerut dalam konformasi bertenaga paling minimum yang dikenali sebagai konformasi kerusi. Dalam konformasi kerusi sikloheksana, semua sudut ikatannya ialah 111.50 iaitu hampir sudut C-C dalam rantai alkana rantai terbuka dan ikatan C-H berkeadaan terpirau.
Sikloheksana dalam bentuk sesatah (a) konformasi kerusi (b) dan unjuran Newman (c)
Setiap atom karbon dalam konformasi kerusi sikloheksana mempunyai dua jenis ikatan iaitu ikatan paksian dan ikatan khatulistiwa.
Sikloheksana merupakan struktur
yang
dinamik dan boleh saling bertukar antara dua
konformasi kerusi yang stabil. Hal ini terjadi disebabakan oleh putaran pada ikatan C-C. penukaran ini juga disebut ring-flip. Apabila kedua-dua konformer sikloheksana saling bertukar, ikatan paksian dalam satu konformasi kerusi akan menjadi ikatan khatulistiwa dalam konformasi kerusi yang satu lagi. Sikloheksana juga boleh wujud dalam konformasi perahu. Sama seperti konformasi kerusi, konformasi perahu bebas daripada keterikan sudut. Walaubagaimanapun, konformasi
perahu tidak stabil seperti konformasi kerusi. Ini kerana sesetengah ikatan C-H kini terletak dalam keadaan gerhana. Ketakstabilan konformasi perahu lebih ketara akibat saling tindak tiang bendera yang berlaku antara atom H pada C1 dan C4
16
Sikloheksana dalam bentuk perahu (a) dan unjuran Newman(b)
Konformasi kerusi merupakan konformasi paling stabil bagi sikloheksana. Antara konformasi kerusi dengan konformasi perahu piuh , terdapat halangan tenaga tertinggi. Susunan paling tidak stabil ialah konformasi setengah kerusi. Konformasi setengah kerusi diperoleh dengan menggerakkkan C1, C2, C3, dan C4 kepada satu satah dengan C6 diatas satah dan C5 di bawah satah.
INFO TAMBAHAN!!!! Setiap seribu molekul sikloheksana, tidak lebih daripada dua molekul sahaja yang terdapat dalam konformasi perahu piuh, iaitu konformasi kedua yang stabil.
17
Rajah dibawah menunjukkan gambaran kaitan konformasi siklokheksana dan tenaga relatifnya apabila satu konformasi kerusi sikloheksana saling bertukar kepada konformasi kerusi yang satu lagi.
Kaitan tenaga dan konforamsi dalam saling penukaran sikloheksana Sikloheksana Boleh ditukar ganti Jika ditinjau konformasi sikloheksana sekali lagi, jelas kelihatan terdapat dua jenis atom hidrogen yang terikat kepada karbon iaitu atom H paksian dan atom H khatulistiwa.
18
Apabila saling penukaran antara dua konformasi kerusi berlaku melalui ring-flip, ikatan paksian menjadi khatulistiwa, manakala ikatan khatulistiwa menjadi paksian.
Pada suhu bilik, gelang sikloheksana saling bertukar antara dua konformasi kerusi. Jika satu daripada atom hydrogen dalam sikloheksana digantikan dengan penukar ganti, dua konformer akan terhasil. Kedua-dua konformer ini tidak setara. Contohnya kumpulan metil dalam metil sikloheksana boleh terikat secara paksi atau khatulistiwa.
Lazimnya conformer dengan kumpulan penukar ganti terikat secara khatulistiwa lebih stabil daripada konformer paksi .Contohnya bagi metal sikloheksana, konformer paksi kurang stabil daripada conformer khatulistiwa sebanyak 7.6 kJmol-1. Ini disebabakan oleh keterikan sterik yang berlaku antara kumpulan metil dengan hidrogen yang terikat kepada C3 dan C5 dalam metil sikloheksana dengan metil kumpulan paksi. Saling tindak ini dipanggil saling tindak 1,3-dwipaksian.
19
AKTIVITI: 1. Lukiskan kedua-dua konformasi kerusi yang terdapat pada cis-1,4-
dimetilsikloheksana. Kenalpasti konformasi kerusi yang manakah lebih stabil??? 2. Ulang untuk konformasi kerusi yang terdapat pada trans-1,4-dimetil sikloheksana pula 3. Antara dua isomer diatas cis-1,4-dimetilsikloheksana dan trans-1,4-
dimetilsikloheksana, manakah yang lebih stabil?
Penyelesaian : 1. Satu kumpulan metil terdapat di konformer paksi dan satu lagi kumpulan metil terdapat pada conformer khatulistiwa antara kedua-dua konformasi kerusi tersebut. Oleh itu, kedua-duanya mempunyai tahap tenaga yang sama.
Cis-1,4-dimetilsikloheksana
20
2. Dalam satu konformasi trans isomer, kedua-dua kumpulan metal berada pada conformer khatulistiwa, dan juga satu lagi konformasi kedua-dua kumpulan metal berada pada konfomer paksi. Konformasi dimana dua kumpulan metal berada pada khatulistiwa lebih stabil daripada berada pada paksi. 3.
trans-1,4-dimetilsikloheksana
4. Isomer trans lebih stabil daripada isomer cis. Ini kerana dalam satu konformasi, kedua-dua kumpulan metil berada pada khatulistiwa. Tetapi kedua-dua konformasi cis mempunyai kumpulan metil di paksi. Oleh itu, ciskonformasi kurang stabil daripada trans konformasi. Perbezaan tenaga antara cis dan trans ialah 1.7kcal/mol.
21
2.0 konfigurasi Isomer.Di akhir pengajaran, pelajar dapat: Membezakan isomer geometrik. Mengenalpasti Cis-Trans isomer daripada struktur formula yang diberi Mengenalpasti kesan isomer geometrik kepada sifat-sifat fizikal Mengaplikasikan notasi E,Z Nyatakan maksud kiral Membezakan antara molekul kiral dan tidak kiral Mengenalpasti karbon streogenik Menamakan enantiomer mengikut keutamaan Memahami konsep konfigurasi dengan baik. Mengenalpasti konfigurasi berdasarkan peraturan yang sedia ada dengan betul. Mengenalpasti sebatian meso dengan betul.
2.1 Isomer Geometrik
Konfigurasi isomer boleh diklasifikasikan kepada dua jenis iaitu gemetrik isomer dan optikal isomer. Isomer Geometrik mempunyai ikatan ganda dua dan juga sebatian siklik Isomer Optikal mempunyai ikatan tunggal dan sikloalkana.
Perkataan geo daripada geometrik adalah geografi iaitu kedudukan. Oleh itu isomer geometrik berkaitan dengan kedudukan. Oleh itu :-
Sebatian ini mempunyai formula molekul yang sama tetapi mempunyai geometri yang berbeza disebabkan orientasi (pergerakan) atom-atom yang berbeza di dalam sesuatu
22
ruang.Ia juga mempunyai Putaran yang terhad (sering kali melibatkan ikatan ganda dua karbon)
Di mana ia berlaku pertindihan secara maksimum yang melibatkan p orbital dari ikatan pai ( ).Hasil daripada putaran dalam molekul-molekul dan berlaku hanya dalam alkena dan sebatian siklik.
2.1.1 Cis-Trans Isomer dalam Alkena
Sebelum kita belajar tentang cis-trans isomer cuba kita bayangkan apa itu cis? dan apa itu trans?. Cis adalah dua molekul atau atom yang sama berada dalam ruang yang bersebelahan. Manakala trans pula adalah dua molekul atau atom yang sama yang berada pada ruang yang bertentangan. Cuba lihat gambar dibawah untuk lebih memahami cis dan trans.
trans
cis ikatan ganda dua tidak boleh diputar.
Mari kita mengenali cis dan trans isomer dalam alkena. Alkena mempunyai ikatan ganda dua dimana molekul atau atom yang bersambung pada ikatan ganda dua ini tidak boleh diputarkan disekeliling ikatan ganda dua tanpa (penghibridan sp2) ikatan pai dipecahkan. Oleh kerana kekuatan karbon ikatan gnda dua ini , molekul yang bersambung pada karbon di ikatan pai adalah tetap di dalam sesuatu ruang bagi satu sama lain.
23
Cis-isomer
Dua molekul atau atom yang sama yang bersambung pada ikatan ganda
dua karbon-karbon berada pada kedudukan yang sama sisi. Sebagai contohnya
H3C C H C
CH3
H
Cis-1,2-dimetiletena
Trans-isomer
Dua molekul yang sama bersambung pada ikatan ganda dua karbon-
karbon pada sebelah yang bertentangan.sebagai contohnya.
H C H3C C
CH3
H
Trans-1,2-dimetiletena
mari kita lihat contoh-contoh lain untuk lebih memahami subtopik ini.
Cl C H C
Cl
H C C
Cl
H
Cl
H
Cis-1,2-dikloroetena
Trans-1,2-dikloroetena
Dua klorin atom bersambung pada ikatan ganda dua karbon-karbon yang berada pada ruang sama sisi.
Dua klorin atom bersambung pada ikatan ganda dua karbon-karbon yang berada pada ruang bertentangan
24
Jom kita buat Aktiviti : Siapakah Saya? Berikan nama IUPAC bagi sebatian-sebatian dibawah dan kenalpasti sebatian tersebut mempunyai isomer geometri atau tidak.
H C H3C C
CH3
H C C
CH3
H C C
CH3
H C C
Br
CH3
H
CH2CH3
Cl
CH3
Br
H
Jawapan
H C H3C C
CH3
2-metilbut-2-ena (Bukan cis-trans isomer)
CH3
H C H C
CH3
2-metilbut-2-ena (Bukan cis-trans isomer)
CH2CH3
H C Cl C
CH3
1-kloro-2metilpropena (Bukan cis-trans isomer)
CH3
H C Br C
Br
Trans-1,2dibromoethena (ya cis-trans isomer)
H
25
Kesimpulan
Cis-trans berlaku di dalam alkena Cis mempunyai atom yang sama pada sambungan ikatan karbon-karbon yang berada bersebelahan atau sama sisi. Trans mempunyai atom yang sama pada sebelah bertentangan di ikatan berganda. Mereka berubah hanya dalam ruang sahaja. Penamaan bagi molekul ini harus diletak cis atau trans dan diikuti molekul tambahan dan alkena. Cis/trans-alkilalkena.
2.1.2 Cis-Trans Isomer dalam sikloalkana
Apa yang anda faham tentang sikloalkana? siklo adalah cincin atau bentuk yang bersambung dan alkana adalah sebatian kimia. Jadi sikloalkana adalah sebatian kimia yang berbentuk cincin atau gelung. Mari kita lihat apa itu sikloalkana?
H H H H H
H
H H
Cis- Isomers
Trans-Isomers
Sikloalkana tidak boleh dipusingkan kerana cincin tidak boleh di putar secara bebas didalam sesuatu ruang seperti rangkaian linear. Terdapat dua kemungkinan lain yang akan wujud. Iaitu Cis-isomer dan trans-isomer Prinsip cis dan trans dalam sikloalkana adalah sama dengan prinsip cis-trans dalam alkena.
26
mari kita lihat contoh-contohnya.
CH3 H H CH3
H CH3 H CH3
H
H
H
H
Cis-1,2-dimetilsiklopropana
Trans-1,2-dimetilsiklopropana
Selain daripada mengenali cis-trans isomer dan cara melukisnya kita juga harus mengetahui kesan Isomer Geometri terhadap Sifat-Sifat Fizikal
isomer cis trans
Takat lebur(C) -80 -50
Takat didih (C) 60 48
KENAPA IA BERLAKU?????
Menuntut ilmu lebih utama daripada menunaikan solat sunat
27
Bentuk U cis isomer tidak padat/rapat dan lebih lurus daripada trans isomer.
TAKAT LEBUR CIS ISOMER LEBIH RENDAH DARIPADA TRANS ISOMER
Kurang kepadatan dalam isomer cis bererti daya antara molekul lemah dan kurang tenaga diperlukan untuk molekul larut.
Takat Didih Cis Isomer Lebih Tinggi Daripada Trans Isomer
Cis isomer mempunyai ikatan antara molekul yang kuat
Interaksi dwikutubdwikutub dan daya pengerakan yang tinggi
Cis isomer adalah berkutub tetapi trans isomer adalah tidak berkutub
Kumpulan alkil yang bersambung dengan ikatan berganda karbonkarbon cenderung untuk menolak electron jauh dari diri sendiri dan mendapat molekulmolekul polar
28
Kesimpulan
Cis isomer mempunyai takat lebur yang rendah. Cis isomer mempunyai takat didih yang tinggi Cis isomer berkutub Sama sisi kedudukan 2 atom. Mempunyai sekurang-kurang 2 atom yang sama dalam satu ikatan.
Trans isomer mempunyai takat lebur yang tinggi Trans isomer mempunyai takat didih yang rendah Trans isomer tidak berkutub. Kedudukan 2 atom betentangan Merubah hanya dalam ruang Mempunyai sekurang-kerangnya 2 atom yang sama.
29
2.1.3 Gelaran E dan Z
Pembelajaran sebelum E,Z adalah cis-trans isomer. Yang mana kita ketahui serta dapat menilai yang mana satu cis atau trans. Begitu juga dengan gelaran E dan Z. gelaran E sama dengan trans manakala Z pula sama dengan Cis. Mari kita lihat contoh bagi cis-trans
Cl C H C
Cl
H C C
Cl
H
Cl
H
Cis-1,2-dikloroetena
Trans-1,2-dikloroetena
Dua atom yang bertentangan kedudukan adalah trans dan yang sama sisi kedudukan diantara ikatan dua adalah cis Begitu juga dengan gelaran E dan Z. ia diperlukan apabila sesuatu sebatian itu sangat kompleks sebagai contoh. Apakah gelaran untuk sebatian ini?
Adakah ini trans atau cis?
Br C F C
Cl
Br C C
H
H
F
Cl
Sebatian diatas adallah kompleks. Untuk mengenali ia adalah cis-tran atau gelaran E,Z senang sahaja. Cis-Trans mempunyai dua molekulatau atom yang sama manakala Gelaran E,Z mempunyai lebih dan sama dengan daripada dua molekul atau atom.
Terdapat juga cara lain dalam beri gelaran terhadap sebatian diatas. Pada mulanya, kita lihat atom apa yang melekat pada hujung ikatan dua itu. 30
KATA KUNCI Semakin tinggi nombor atom, semakin tinggi keutamaannya.
Nyatakan yang mana satu atom mempunyai keutamaan yang tinggi. Pemilihan atom juga harus dari molekul sebelah kanan dan sebelah kiri. Jika keutamaan sama sisi disebelah kanan dan kiri ia di gelar Z (zusammen). Jika keutamaan bertentangan kedudukan di sebelah kanan dan kiri ia di gelar E(entgegen).
Keutamaan meningkat
Keutamaan TinggiBr C F C Cl
Keutamaan tinggi
Keutamaan TinggiBr C
Keutamaan RendahH C Cl
H F
Keutamaan Rendah
Keutamaan Rendah
Keutamaan Rendah
keutamaan Tinggi
(Z)-1-Bromo-2-Kloro-1-Floroetena (E)-1-Bromo-2-Kloro-1-Floroetena
31
Aktiviti
Aktiviti mengecam yang mana satu gelaran E dan Z. Dan sebab-sebab ia di pilih sebagai E( Entgegen) atau Z (zusammen).
H C ClH3CH2CH2C C H2CHC H3C CH3
Cl C HCH2CH2Br C CH2Cl
H C Cl C
H
H C C
Br
Cl
H3C
CH3
Jawapan
H C Cl C
Cl
-
Ini adalah E, dimana keutaman yang tinggi di sebelah kanan dan kiri adalah bertentangan.
H
H C Cl C
H
-
Ini adalah Z, di mana Keutamaan yang tinggi berada di sebelah kanan dan kiri adalah sesisi.
Cl
H C H3C C
Br
-
Ini adalah E, dimana keutaman yang tinggi di sebelah kanan dan kiri adalah bertentangan.
CH3
32
H3CH2CH2C C H2CHC H3C CH3
CH2CH2Br C CH2Cl
-
Ini adalah Z, di mana Keutamaan yang tinggi berada di sebelah kanan dan kiri adalah sesisi.
Kesimpulannya
Pemilihan gelaran E dan Z adalah mengikut keutamaan keutamaan yang tinggi akan dipilih. Kedudukankeutamaan yang tinggi disebelah kanan dan kiri adalah sesisi, ia adalah Z (zusammen) Manakalakeutamaan yang tinggi sebelah kanan dan kiri bertentangan, ia adalah E (Entgegen).
33
2.2 Isomer Optikal
Sebelum kita melangkah lebih jauh mari kita lihat apa kata kunci yang sesuai digunakan untuk isomer optikal ini? Optikal adalah cermin. Imej yang terbentuk pada cermin adalah sama dengan objek akan tetapi ia tidak serupa. Kata kunci bagi isomer optik ini adalah sama tapi tak serupa Apakah yang dimaksudkan dengan sama tapi tidak serupa? Sama: imej yang diperolehi adalah daripada objek. Di mana objek itu telah dipantulkan. Contohnya objek itu adalah tangan jadi image juga adalah tangan. Tidak serupa: apabila kita mengangkat tangan kanan ketika melihat cermin. Image didalam cermin menunjukkan tangan kanan adalah tangan kiri.
Adakah anda pernah melihat diri anda dalam cermin? Apa yang anda fikir tentang imej?
Imej yang anda lihat adalah sama seperti anda tetapi adakah ianya serupa?? Ianya mungkin sama dari segi bentuk dan saiz tetapi hakikatnya, ianya tidak sama kerana ianya sonsang sisi antara imej dan objek. Untuk mengenali optik isomer, ia mempunyai karbon kiral Syarat untuk karbon kiral mestilah ikatan satu (single bond), sp3 dan berbentuk tetrahedral. Molekulnya tidak superimposeble dengan imej cermin adalah kiral. Tidak superimposable bermaksud tidak boleh dilihat bahagia belakang. Imej cermin adalah pantulan daripada objek. Serta Kiral
34
tidak mempunyai satah simetri. Molekul yang mempunyai empat kumpulan atom yang berbeza yang melekat pada karbon dipanggil kiral atau stereogenik.
(a)
(b)
Imej ini dan objek tidak superimpos kerana ia tidak boleh selaraskan semua bahagian objek dengan imej cermin. (a) Molekul yang tidak superimpose pada imej cermin adalah dipanggil kiral (b) Molekul yang superimpose pada imej cermin adalah dipanggil tidak kiral
35
2.2.1 Jenis Streoisomer Dalam Isomer Optikal.
Stereoisomer mempunyai 2 jenis iaitu enantiomer dan diastereoisomer. Enantiomer adalah molekul yang tidak superimpose imej cermin antara satu sama lain dan Diastereomer adalah molekul yang bukan imej cermin antara satu sama lain. Enantiomer mempunyai kaedah dalam penamaannya. Dalam penamaannya. enantiomer berbentuk gambaran tudi (fischer Projections). Terdapat dua garisan yang mewakili gambaran tudi iaitu horizontal dan vertikal. Horizontal mewakili ikatan molekul dihadapan Vertikal mewakili ikatan molekul di belakang.
keutamaan yang rendah akan mewakili garisan vertikal. Jika keutamaan rendah yang ada di garisan horizontal. Ia akan bertukar konfigurasi kepada S atau R
Garisan vertikal
Garisan Horizontal
Ini adalah Cara untuk membina gambaran tudi.
-Mata di letak antara X dan Z. - X dan Z akan menjadi wakil pada garisan horizontal.
36
CHO H CH3 OH
Tidak superimpos A and B adalah Enantiomer
ACHO HO CH3 H CH3
-A adalah objek kepada B - B adalah imej.
1800
H CHO
OH
B
-gambaran tudi ini boleh di aplikasikan kepada lebih daripada 1 pusat stereogenik.
37
Kesimpulannya
Gambaran tudi di gunakan untuk menunjukan konfigurasi S atau R dalam setiap molekul Ia juga boleh di aplikasikan kepada lebih daripada satu kiral karbon. Mempunyai dua garisan iaitu horizontal dan vertikal Boleh di aplikasi dalam sebatian meso.
2.2.2 Penamaan Enantiomer
Konfigurasi R&S
Definisi
Ikut Arah Jam & Lawan Arah Jam
Peraturan Keutamaan (Cahn, Ingold, Prelog)
Peraturan 1
Peraturan 238
Peraturan 3
Dalam penaman enantiomer kita harus menitikberatkan tentang konfigurasi R dan S di mana konfigurasi mutlak (R atau S) boleh jadi digunakan untuk mengenal pasti khususnya satu daripada dua enantiomers yang mungkin merupakan sebatian kiral. selain itu Ikut Arah Jam & Lawan Arah Jam juga adalah penting. Tangan kanan dan tangan kiri digunakan untuk TAHUKAH ANDA?? Konfigurasi S juga dikenali sebagai sinister iaitu dalam Latin yang bermaksud kiri manakala konfigurasi R pula dipanggil rectus bererti kanan.
menamakan enantiomers sebatian kiral. Stereocenters dilabel sebagai R atau S. Sebatian kiral ialah satu karbon tetrahedral yang tidak simetri antara atom atau molekul yang melekat padanya. R and S ditambah sebagai satu awalan dalam memberi nama karbon kiral
Apa itu Karbon Kiral? Karbon kiral ialah molekul-molekul yang bukan superimposabel dengan imej cermin.
Lawan Jam
Arah Jam
Lihat gambar pertama, menarik anak panah lengkung dari molekul pertama yang mana keutamaan tertinggi (1) ke molekul yang mempunyai keutamaan terendah (4). Jika anak panah menunjukkan arah lawan jam (gambar kiri), konfigurasi pada stereocenter akan
dianggap sebagai S. Jika anak panah bertukar ikut arah jam, maka stereocenter dilabelkan sebagai R.
39
Peraturan Keutamaan (Cahn, Ingold, Prelog)
Peraturan 1
Pertama, cuba lihat atom yang melekat secara langsung pada stereocenter sebatian. Molekul atau atom yang mempunyai tinggi nombor atom akan diberi keutamaan berbanding molekul yang mempunyai rendah nombor atom.
KATA KUNCI Semakin tinggi nombor atom, semakin tinggi keutamaannya.
Hidrogen ialah keutamaan terendah . Apabila melibatkan isotop, atom yang mempunyai jisim atom yang lebih tinggi akan menerima keutamaan lebih tinggi.
Keutamaan meningkat
NOTA :
Keutamaan terendah pada molekul yang melekat pada carbon kiral perlu sentiasa jauh dari pandangan atau berada di belakang. (garis putus-
putus menunjukkan jauh dari pandangan). Apabila berkaitan dengan baji (garis yang datang ke arah pandangan) dan tanda sempang, jika keutamaan terendah bukan pada garis putus-putus jauh dari pandangan, anda
perlu mengubah pandangan supaya keutamaan terendah berada di belakang.
Peraturan 2
Jika keutamaan tidak boleh ditentukan pada dasar sesuatu atom yang mempunyai ikatan pada stereocenter, lihat pada set atom bersebelahan. Keutamaan ditentukan pada mata perbezaan yang pertama.
40
Keutamaan meningkatSebagai contohnya :
RENDAHH
TINGGI
H
CH H
VS.
CH3C H
H- (kiri) menepatkan lebih rendah daripada C- (kanan) berdasarkan mata perbezaan pertama dan berat molekul masing-masing.
41
Peraturan 3
Apabila melibatkan ikatan berganda atau lebih, hadapi
mereka seolah-olah mereka
mempunyai sama jumlah ikatan tunggal berkaitan dengan atom itu sebaliknya. Fikirkan atom-atom tersebut sebagai Ikatan ganda dua atau ikatan ganda tiga.
Selepas semua substituents anda telah diberi keutamaan dengan cara yang betul, anda boleh menamakannya samada R atau S. Dengan meletakkan keutamaa terendah substituen di belakang (garis putus-putus),putaran bagi tiga substituen yang lain akan membantu dalam menentukan samada molekul tersebut ialah R atau S. Dalam aturan keutamaan (1, 2, 3), jika molekul berputar ke sebelah kanan, ianya ialah R. Sekiranya ia berputar ke sebelah kiri, ia dianggap S.
42
Nyatakan samada molekul di bawah R atau S. Berikan alasan anda.
Jawapan :
(1)S I > Br > F > H. Keutamaan terendah substituen, H, berada di bahagian belakang. Ia berpusing ke kiri jauh dari I, kepada Br kepada F, jadi ia S.
(2)R Br > Cl > CH3 > H. Anda perlu menukar H and Br supaya
meletakkan H,keutamaan terendah, di belakang. Kemudian, pergi dari Br ke Cl, CH3 ialah pusing ke kanan, memberi anda R.
(3)Tidak S atau R Molekul ini akiral. Hanya molekul-molekul kiral dapat dinamakan R atau S.
(4)R OH > CN > CH2NH2 > H. H, keutamaan terendah, perlu ditukarkan kepada belakang. Kemudian, pergi dari OH ke CN kepada CH2NH2, anda pusing betul, memberi anda R.
43
(5)S COOH > C Ikatan tigaan CH > HOH2C > H. Anda perlu menukar H dengan COOH supaya H akan pergi ke arah belakang. Kemudian, pergi dari COOH ke C ikatan tigaan CH kepada HOH2C, anda sedang mengubah ke sebelah kiri, memberi anda S. Kesimpulan S ialah sinister dan putaran mengikut arah lawan jam. R ialah rectus dan putaran mengikut arah jam. Priority yang tinggi adalah yang pertama untuk memulakan putaran. Konfigurasi R dan S boleh berubah. Jika objeknya R maka imejnya adalah S.
44
Jom Mencari Perkataan Tersembunyi Dengan Menjawab Soalan. 1) Molekul yang mempunyai semetri yang satah dan ia sama dengan image cermin ia di kenali sebagai? Jwp: tidak kiral 2) _________ mestilah sp3 dan satu ikatan. Jwp: karbon kiral. 3) Dalam optik isomer molekul bukan superimposable dengan ______ adalah chiral. Jwp: imej cermin 4) _______ mempunyai sifat-sifat kimia dan fizikal yang sama. Jwp: enantiomer 5) ________ tidak mempunyai sifat-sifat kimia dan fizikal yang sama. Jwp: diastereomer. 6) Untuk menamakan enantiomer, ia harus mengikut _________ jwp: keutamaan 7) Configuration untuk R adalah_______? Jwp: ikut arah jam 8) Configuration untuk S adalah_______? Jwp: lawan arah jam
A I W E R T Y U I O P P O T
H K S I A A D E D A Y S I S
J U A M S S I R C S L D S D
K T D I D X A T V W A R D A
L A F M F C S Y B K W T F F
Z R H E G V T I K Q A Y R R
Z A J J H B E I N S N U T T
C H G C J N R W M S A I S O
V J K E K A E E J A R O A Y
B A L R L M O R K R A P W I
N M B M L J M T L T H K A O
M D B I M U E F G V J L O O
Q F N N N O R G F O A N Q P
W G C E N A N T I O M E R K
E H X W A R G H U I K K L K
45
Jawapan
I
K
U
T
A
R
A
H
J
A
M
I
M
E
J
C
E
R L
M
I
N
E N A
A D I A S T E I K K L D I T A W A N A R A H J A R E O M E R
N T I O M E R
Kesimpulan
Enantiomer mempunyai sifat fizikal dan kimia yang sama. Diastereoisomer mempunyai sifat-sifat kimia dan fizikal yang berbeza kerana ia mempunyai molekul sebatian yang berbeza. Gambaran tudi di gunakan untuk menunjukan konfigurasi S atau R dalam setiap molekul Ia juga boleh di aplikasikan kepada lebih daripada satu kiral karbon. Mempunyai dua garisan iaitu horizontal dan vertical Boleh di aplikasi dalam sebatian meso. S ialah sinister dan putaran mengikut arah lawan jam. R ialah rectus dan putaran mengikut arah jam. Priority yang tinggi adalah yang pertama untuk memulakan putaran. Konfigurasi R dan S boleh berubah. Jika objeknya R maka imejnya adalah S.
46
2.3 Sebatian Meso TAHUKAH ANDA??? Sebatian meso ditindan optik tidak aktif pada imej cerminnya. Sebatian ini secara dua atau lebih banyakAkiral ialah objek yang mempunyai imej cermin yang seiras (superimposable)
walaupun
mengandungi
stereocenters. Semua sebatian mesoepisternum ialah akiral.
Secara umum,
sebatian meso harus mengandungi dua
atau lebih banyak
seiras
menggantikan stereocenters. Juga, ia mempunyai satu satah simetri dalaman yang membahagikan halaman kepada separuh. Kedua-dua bahagian separuh ini
mencerminkan satu sama lain oleh cermin dalaman.
Stereokimia stereocenters ini sepatutnya "saling membatalkan" yang membawa maksud bahawa apabila kita mempunyai satu satah dalaman yang membahagi halaman kepada dua bahagian simetrikal, stereokimia untuk sebelah kiri dan sebelah kanan sepatutnya bertentangan antara satu sama lain dan ini dipanggil sebagai optik tidak aktif. Sebatiansebatian berkitar boleh juga sebagai meso.
Cara untuk kita lebih mengenali sebatian Meso. Pertama, kita seharusnya mencari satu satah dalaman atau cermin dalaman yang terletak di antara sebatian itu.
Kedua, stereokimia (contohnya
R atau S) amat penting
dalam menentukan sama
ada sebatian tersebut mesoepisternum
atau bukan. Seperti yang dinyatakan dalam
pengenalan di atas, sebatian mesoepisternum ialah secara optik tidak aktif, jadi stereokimia mereka sepatutnya saling membatalkan. Misalnya, R membatalkan S keluar dari sebatian meso dengan dua stereocenters.
Jika
A
ialah sebatian
meso,
ia
sepatutnya
mempunyai
dua atau
lebih
banyak
stereocenters, satu satah dalaman dan stereokimia sepatutnya menjadi R S.
47
Imej Cermin
Imej Cermin
Bahagian dalam
Bahagian dalam
trans-1,2-dikloro-1,2-ethanediol
(meso)-2,3-dibromobutane
Tips : Satu perkara menarik tentang ikatan-ikatan tunggal atau sp -orbitals adalah kita boleh putarkan kumpulan-kumpulan substitued yang melekat pada sekeliling stereocenter untuk mengecam satah dalaman. Semasa molekul itu diputarkan, stereokimia molekul berkenaan tidak mengalami sebarang perubahan.
3
sp3- orbital
Bahagian dalam
Kes lain ialah apabila kita putarkan keseluruhan molekul dengan putaran 180 darjah. Kedua-dua molekul di bawah masih lagi mesoepisternum.
Diputar 1
MASIH SAMA!!
Peringatan!!! Satah dalaman di sini digambarkan dalam bentuk dua dimensi. Realitinya, berbentuk tiga dimensi oleh itu berhati-hati dalam mengenal pasti cermin dalaman.
48
Contoh Lain Sebatian Meso
Latihan - Mari Uji Kefahaman Anda Tentang Sebatian Meso Tentukan manakah di antara molekul-molekul ini merupakan sebatian meso.
JAWAPAN : A C D E
49
