Dalam kimia organik, isomer geometri pada ikatan rangkap karbon‑karbon (C=C) sering dijumpai. Sistem penamaan cis‑trans yang sederhana hanya bekerja dengan baik jika ada dua gugus identik pada masing‑masing atom karbon. Namun, bagaimana jika keempat substituen pada ikatan rangkap semuanya berbeda?
Di sinilah sistem E/Z (dari bahasa Jerman: Entgegen = berlawanan~berseberangan, Zusammen = bersama~sepihak) yang dikembangkan oleh Cahn, Ingold, dan Prelog menjadi mutlak diperlukan.
Pada tulisan ini dijelaskan dengan menggunakan contoh. Dimulai dari yang sederhana ke yang relatif lebih rumit. Sistem penamaan Z/E pada isomer alkena sebenarnya tidak terlalu rumit, hanya mengamati mana gugus yang dianggap lebih prioritas pada setiap sisi struktur alkena.
1. Kapan Penamaan E/Z Diperlukan?
Penamaan E/Z digunakan ketika ikatan rangkap C=C memiliki dua sisi yang tidak simetris dan metode cis‑trans tidak dapat diterapkan. Secara umum, sistem ini diperlukan pada kondisi:
- Keempat gugus yang terikat pada atom karbon ikatan rangkap berbeda satu sama lain.
- Dua gugus pada satu atom karbon berbeda, dan dua gugus pada atom karbon lainnya juga berbeda, meskipun ada kemiripan, cis‑trans tidak cukup deskriptif.
- Ketika kita perlu membedakan konfigurasi secara mutlak berdasarkan aturan prioritas, bukan hanya posisi relatif.
Prinsipnya: bila nomor atom yang terikat langsung dengan C ikatan rangkap lebih besar berarti prioritasnya lebih tinggi. Bila nomornya sama maka dilihat atom di rantai berikutnya.
2. Aturan Prioritas Cahn‑Ingold‑Prelog (Dasar)
Penentuan E/Z bergantung pada prioritas gugus yang terikat langsung pada setiap atom karbon ikatan rangkap. Aturan utamanya:
- Prioritas ditentukan oleh nomor atom dari atom yang langsung terikat pada karbon sp2. Semakin besar nomor atom, semakin tinggi prioritas.
- Jika atom pertama sama, maka kita bandingkan atom‑atom berikutnya (seperti rantai) sampai ditemukan perbedaan.
3. Cara Menentukan Isomer E atau Z
Contoh penentuan E/Z pada 1‑bromo‑1‑kloro‑2‑fluoro‑2‑iodoetena
Struktur A:
Prioritas pada C1 di kiri: Br (35) > Cl (17);
Prioritas pada C2 di kanan: I (53) > F (9).
Br dan I berada di sisi yang sama (dalam contoh sama‑sama di atas).
Karena kedua prioritas tertinggi (Br dan I) di sisi yang sama, maka ini adalah (Z)‑1‑bromo‑1‑kloro‑2‑fluoro‑2‑iodoetena.
Struktur B:
Prioritas pada C1 di kiri: Br (35) > Cl (17);
Prioritas pada C2 di kanan: I (53) > F (9).
Br dan I berada di sisi berseberangan (dalam contoh Br di atas, I di bawah).
Maka ini adalah (E)‑1‑bromo‑1‑kloro‑2‑fluoro‑2‑iodoetena.
Catatan: Kedua senyawa ini adalah isomer geometri yang berbeda dan memiliki sifat fisika/kimia yang berbeda.
4. Contoh dengan Atom Pertama Sama
Bagimana bila gugus yang dibandingkan prioritasnya sama seperti gambar di bawah ini? Tidak sulit , sila lihat pada rantai C berikut pada setiap gugus sampai dijumpai perbedaan untuk dibandingkan prioritas pada sisi yang sama.
Atom C di A, C ini mengikat C(pada A') - 2H (berikatan langsung dengan dirinya).
Atom C di B, C ini mengikat C(pada B') - 2H (berikatan langsung dengan dirinya).
Karena C di A dan C di B ini prioritasnya sama, perlu dibandingkan untuk C lanjutannya.
C pada A' mengikat C(pada metil) - H - H (berikatan langsung dengan dirinya).
C pada B' mengikat C - C (pada 2 metil berbeda) dan 1H(berikatan langsung dengan dirinya).
Singkatnya boleh ditulis:
C-C-H untuk atom yang diikat langsung oleh C pada B'
C-H-H untuk atom yang diikat langsung oleh C pada A'
Nomor atom lebih tinggi (dalam hal ini C) akan mendapat prioritas lebih tinggi dibanding H,
C-C-H > C-H-H ⇒ Prioritas C pada B' > C pada A' , jadi gugus prioritas ada di kiri bawah.
Simak sisi kanan
Atom C di C, C ini mengikat C(pada C') dan 2H (berikatan langsung dengan dirinya).
Atom C di D, C ini mengikat Cl dan 2H (berikatan langsung dengan dirinya).
Ok sudah ditemukan perbedaan langsung dapat ditentukan mana lebih prioritas.
Singkatnya boleh ditulis:
C-C-H untuk atom yang diikat langsung oleh C pada C
Cl-H-H untuk atom yang diikat langsung oleh C pada D
Nomor atom lebih tinggi (dalam hal ini Cl) akan mendapat prioritas lebih tinggi dibanding C,
C-C-H < Cl-H-H ⇒ Prioritas C pada D < C pada C, jadi gugus prioritas ada di kanan bawah.
Karena gugus prioritas sama-sama di bawah (sepihak) maka penamaannya diberi awalan Z.
5. Contoh pada soal OSK Kimia 2016 nomor 27
Penjelasan hingga diberi nama dengan awalan E untuk struktur molekul pada soal OSK ini.
Simak C bernomor 4 (C kiri). C ini mengikat C di atas, dan mengikat H di bawah, C nomor atom lebih tinggi dibanding H jadi C di atas (posisi A) lebih prioritas. Sisi kiri prioritasnya di atas.
Simak C bernomor 3 (C kanan). C ini mengikat 1C di atas dan 1 C di bawah, prioritas sama, lanjut memeriksa C rantai berikutnya.
C pada X mengikat 1C dan 2H, konfigurasi ditulis C-H-H
C pada Y mengikat 2C dan 1H, konfigurasi ditulis C-C-H
Prioritas C pada X < C pada Y karena C-H-H < C-C-H, jadi pada sisi kanan prioritasnya ada di bawah.
Sisi kiri prioritasnya di atas, sisi kanan prioritasnya di bawah = berseberangan = berawalan E. Selanjutnya penamaan rantai, gugus, cabang sesuai dengan aturan sebagaimana ditetapkan IUPAC.
6. pakah Z setara dengan cis, dan E setara dengan trans?
Jawabannya: Tidak selalu.
Struktur yang atas jelas cis-2-butena dan boleh diberi nama Z-2-butena, struktur yang bawah benar cis-2-bromo-2-butena tetapi tidak boleh diberi nama Z-2-bromo-2-butena, sebab pada sistem Z/E yang jadi acuan adalah prioritas.
Di sisi kiri C bawah lebih prioritas dibanding H di atas.
Nomor atom C = 12; H = 1. C > H
Di sisi kanan Br atas lebih prioritas dibanding C bawah.
Nomor atom Br = 35; C = 12. Br > C
Berdasar sistem Z/E cis-2-bromo-2-butena yang benar sama dengan E-2-bromo-2-butena karena gugus prioritasnya terletak secara berseberangan.
7. Penerapan Penamaan E/Z dalam Kimia
Sistem E/Z bukan sekadar tata nama, tetapi sangat penting dalam berbagai aspek:
- Membedakan sifat fisik: Isomer E dan Z sering memiliki titik leleh, titik didih, dan kelarutan yang berbeda. Misalnya, asam maleat (Z) dan asam fumarat (E) menunjukkan perbedaan drastis dalam keasaman dan kelarutan.
- Reaktivitas kimia: Dalam reaksi adisi, siklisasi, atau reaksi dengan enzim, satu isomer mungkin bereaksi sementara yang lain tidak.
- Obat‑obatan dan biologi: Banyak senyawa bioaktif memiliki aktivitas tergantung pada konfigurasi E/Z. Contoh terkenal adalah tamoxifen (obat kanker payudara) yang aktif dalam bentuk Z; isomer E‑nya jauh kurang aktif. Juga pada retinal dalam penglihatan, isomer 11‑cis‑retinal (sesuai sistem cis, namun jika menggunakan E/Z akan menjadi 11‑Z) berperan dalam fototransduksi.
- Sintesis organik: Perencanaan sintesis sering menargetkan isomer tertentu (E atau Z) karena sifatnya yang diinginkan.
Kesimpulan: Penamaan isomer E/Z diperlukan setiap kali ikatan rangkap memiliki potensi isomeri geometri dengan empat substituen yang tidak memungkinkan penggunaan cis‑trans secara sederhana. Penerapannya luas, dari identifikasi senyawa hingga desain obat. Dengan aturan prioritas Cahn‑Ingold‑Prelog, kita dapat menentukan secara sistematis apakah suatu isomer adalah E atau Z, memberikan bahasa universal bagi kimiawan di seluruh dunia.
Latihan: Coba Tentukan Sendiri
Berikut struktur Lewis untuk dua senyawa. Tentukan apakah masing‑masing adalah E atau Z (jawaban di bawah).
Senyawa 1:
Senyawa 2:
Pembahasan
Jawaban:
Senyawa 1:
Prioritas kiri di bawah (Br > Cl)
Prioritas kanan di bawah (CH2CH3 > CH3 karena etil > metil).
Gugus prioritas (Br dan etil) berada di sisi yang sama (sepihak) maka diberi awalan Z.
(Z)-1-bromo-1-kloro-2-metilbut-1-ena.
Senyawa 2:
Prioritas kiri di atas (I > F)
Prioritas kanan di bawah (CH2OH > H karena C > H)
Gugus prioritas (I dan CH2OH) berada di sisi yang berbeda (berseberangan) maka diberi awalan E.
(E)-3-fluoro-3-iodoprop-2-en-1-ol.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar