Coba perhatikan kedua telapak tangan kita, apakah keduanya bisa diimpitkan satu sama lain, sehingga seolah-olah keduanya terlihat sama? Jawabannya tentu tidak. Tangan kiri tidak dapat diimpitkan dengan bayangan cermin tangan kanan, tidak peduli bagaimana kedua tangan berorientasi. Perbedaan simetri menjadi jelas jika seseorang mencoba untuk menjabat tangan  kanan orang yang menggunakan tangan kiri, atau jika sarung tangan kiri ditempatkan pada tangan kanan. Itulah fenomena kiralitas (chirality). Dalam ilmu kimia, fenomena kiralitas tersebut mengacu pada jenis molekul. Dua molekul yang bentuknya cerminan satu sama lain disebut sebagai enantiomer, yang juga dikenal sebagai isomer optik.

Tangan kiri mempunyai bayanagn tangan  kanan, demikian pila sebaliknya. Tanag kanan merupakan tidak dapat dihimpitkan diatas tanagn kiri (tidak superimposible).

Molekul yang bersifat kiral memiliki berat jenis dan atom penyusun yang sama persis. Perbedaannya hanya pada letak atom penyusunnya pada dimensi ruang, dengan kata lain tidak bersifat simetris (asimetri). Contoh mudahnya adalah telapak kanan dan kiri yang walaupun sangat mirip tapi tetap tidak bisa "sama

Jika suatu molekul tidak dapat dihimpitkan dengan bayangan cerminnya

berarti kedua senyawa enantiomer disebut kiral/chiral (ky-ral dalam

bahasa Yunani cheir, berarti “tangan”).

Kiral adalah senyawa atau ion yang tidak dapat ditindihkan dengan bayangan cerminnya [1]. Kiral berasal dari bahasa yunani “cheir” yang artinya tangan. Istilah kiral secara umum digunakan untuk menggambarkan suatu objek yang tidak dapat bertumpukan secara pas pada bayangannya[2].

Molekul Kiral

Molekul kiral adalah molekul yang mempunyai bayangan cermin tidak superimposabel (tidak dapat bertumpukan )[2]. Suatu molekul organik disebut molekul kiral jika terdapat minimal 1 atom C yang mengikat empat gugus yang berlainan [3]. Molekul-molekul kiral memiliki sifat optis, yang artinya suatu molekul kiral memiliki kemampuan untuk memutar bidang cahaya terpolarisasi pada alat yang disebut polarimeter[3]. Perbedaan antara molekul kiral dan akiral adalah bahwa hanya senyawa kiral yang tidak dapat berhimpit

Kiralitas adalah suatu keadaan yang menyebabkan dua molekul dengan struktur yang sama tetapi berbeda susunan ruang dan konfigurasinya[4]. Atom yang menjadi pusat kiralitas dikenal dengan istilah atom kiral[4]. Penyebab adanya kiralitas adalah adanya senyawa karbon yang tidak simetris[

Coba perhatikan kedua telapak tangan kita, apakah keduanya bisa diimpitkan satu sama lain, sehingga seolah-olah keduanya terlihat sama? Jawabannya tentu tidak. Tangan kiri tidak dapat diimpitkan dengan bayangan cermin tangan kanan, tidak peduli bagaimana kedua tangan berorientasi. Perbedaan simetri menjadi jelas jika seseorang mencoba untuk menjabat tangan  kanan orang yang menggunakan tangan kiri, atau jika sarung tangan kiri ditempatkan

pada tangan kanan. Itulah fenomena kiralitas (chirality). Dalam ilmu kimia, fenomena kiralitas tersebut mengacu pada jenis molekul. Dua molekul yang bentuknya cerminan satu sama lain disebut sebagai enantiomer, yang juga dikenal sebagai isomer optik. Pasangan enantiomer sering ditunjuk sebagai R (= rectus, bahasa latin yang berarti kanan) dan S (= sinister, yang berarti kiri) dalam sistem Cahn, Ingold and Prelog. 

keterangan gb , atas : Dua jenis enantiomer yang dihasilkanoleh suatu asam amino.bawah  : (S)-Alanine (gambar kiri) and (R)-alanine (gambar kanan), format zwitterion pada pH netral.(http://en.wikipedia.org/wiki/Chirality_chemistry) 

Sementara itu, konsep asimetri telah dikembangkan oleh J.H. vant dan J.A. Le Bel pada tahun 1874 yang diikuti pemisahan molekul asimetris berupa asam tartarat oleh Louis Pasteur (1848-1853). Saat itu Pasteur memisahkan kristal asam tartarat yang berbeda di bawah mikroskop karena penampakan fisik yang berbeda. Pasteur mendapati ada dua isomer yang mampu membelokkan cahaya dengan arah yang berbeda, yaitu ke kanan (d = dextrorotary ) dan ke kiri ( l = leavorotary)

Alam itu sendiri sejatinya kiral

Apabila senyawa kiral terjadi pada makhluk hidup, biasanya hanya ada satu dari dua bentuk enantiomer yang ada. Contohnya adalah asam amino, karbohidrat, dan asam nukleat. Enzim sebagai katalis alami juga harus kiral. Mereka sangat selektif dan memproduksi atau mengikat hanya satu dari enantiomer yang sesuai dengan situs aktif pada enzim dengan cara kerja berdasarkan prinsip gembok dan kunci. Dari prinsip inilah senyawa obat disintesis sehingga cocok berikatan pada reseptor dalam tubuh. Kadang dua molekul sulit dibedakan pada pandangan pertama. Tapi hidung kita lebih sensitif. Misalnya antara (R)-Limone dan (S)-Limone, salah satunya beraroma lemon dan yang lainnya beraroma jeruk. 

Dua enantiomer pada Limone: (R)-Limone dan (S)-Limone(http://www.catalysis-ed.org.uk/asymmetric/asymm1.htm).

Dua enantiomer sering memiliki efek yang sama sekali berbeda pada sel sehingga sangatlah penting untuk dapat menghasilkan enantiomer murni yang bukan hanya campuran rasemat. Dalam kasus tertentu, satu bentuk enantiomer bahkan mungkin sangat berbahaya. Inilah yang terjadi pada obat thalidomide, yang dijual di tahun 1960 untuk wanita hamil. (R)-thalidomide membantu melawan mual, sedangkan (S)-thalidomide dapat menyebabkan kerusakan janin, Padahal saat itu obat tersebut hanya tersedia sebagai campuran rasemat. Di sinilah pentingnya peran katalis asimteris yang diharapkan lebih selektif dalam mengkatalisis reaksi-reaksi senyawa kiraluntuk menghasilkan kemurnian enantiomer yang tinggi. 

Bagaimana katalis asimetris bekerja?

Pada tahun 2001, William S. Knowles (USA), Ryoji Noyori (Japan), dan K. Barry Sharpless (USA) memenangkan hadiah nobel kimia dalam bidang katalis asimetris, khusunya pada proses reaksi hidrogenasi dan oksidasi. Sebagai contoh dalam reaksi hidrogenasi, Noyori menggunakan kompleks logam transisi seperti rhodium dan ruthenium. Logam transisi akan berikatan dengan ligan kiral untuk menghasilkan katalis kiral pula. Katalis ini berikatan dengan H2 dan substrat (senyawa yg dikatalisis) secara serempak. Hidrogen dapat ditambahkan dengan dua cara pada ikatan rangkap pada substrat untuk menghasilkan enantiomer yang berbeda, kemudian akhirnya produk kiral bisa diperoleh. Skema berikut menggambarkan secara umum bagaiamana katalis asimetris dalam bekerja. 

Cara kerja katalis asimetris secara umum menggunakan katalis berupa senyawa kompleks organologam. M = metal; A, B = reaktan dan substrat. (http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/noyori-lecture.pdf)

Kita lantas bisa bertanya, mengapa dalam proses katalisis asimetris dapat dihasilkan salah satu enantiomer lebih melimpah jumlahnya dibandingkan enantiomer lainnya? Misalnya, mengapa (R)-enantiomer lebih banyak dihasilkan dibanding (S) dalam suatu reaksi. Dua jalur untuk isomer yang berbeda memiliki bentuk kompleks transisi yang berbeda pula, yang bentuknya bukan bayangan cermin enantiomer lainnya sehingga memiliki energi yang sedikit berbeda. Untuk lebih jelasnya, kita bisa menggunakan analogi jabat tangan. Ketika dua orang berjabat tangan, tentunya tangan kanan akan klop dengan tangan kanan lagi, bukan tangan kanan dengan tangan kiri. Demikian pula antara produk reaksi dengan suatu katalis. 

Mekanisme bagaimana suatu enantiomer dihasilkan berlebih dibanding enantiomer lainnya dan reaksi terkatalis secara asimetris. Tangan di sebelah kanan melambangkan katalis dan tangan di sebelah kiri melambangkan produk reaksi. Pada reaksi A energi dalam keadaan transisi akan lebih kecil daripada reaksi B sehingga produk reaksi A lebih banyak dibandingkan reaksi B.

Dengan demikian, kita bisa simpulkan bahwa produk reaksi yang dihasilkan akan lebih melimpah ketika energi aktivasi yang dibutuhkan lebih kecil disebabkan sifat asimetris suatu katalis terhadap enantiomer. Di sinilah tantangan para ahli kimia untuk menemukan dan

memvariasikan beragam ligan kiral baru yang dikoordinasikan dengan logam-logam transisi yang aktif dan selektif sebagai katalis dalam suatu reaksi tertentu.

Stereoisomer bukanlah bukanlah isomer struktur,mereka mempunyai urutan keterkaitan atom-atom yang sama. Stereoisomer hanya berbeda susunan atom-atomnya dalam ruang. Berdasarkan strukturnya stereoisomer digolongkan menjadi dua yaitu :

1. Enantiomer adalah yang antara satu sama lain merupakan bayangan cermin2. Diastereomer adalah yang bukan merupakan bayangan cermin, contohnya adalah

isomer cis dan trans

 

            Berdasarkan mudah tidaknya berubah dari satu stereoisomer ke stereoisomer yang lain, stereoisomer dikelompokan menjadi dua kelompok, yakni :

1. Isomer-isomer konformasi / konfomer-konfomer yaitu mereka yang dapat berubah dari satu stereoisomer ke stereoisomer yang lain dengan hanya melalui pemuatan ikatan tunggal

2. Isomer-isomer konfigurasi yaitu mereka yang hanya dapat berubah dari satu stereoisomer ke stereoisomer yang lain melalui pemutusan dan penyambungan kembali ikatan-ikatan kovalen.

 

1. Enantiomer dan molekul kiral

 

                  Enantiomer hanya terjadi dengan senyawa-senyawa yang molekulnya kiral. Suatu molekul kiral didefenisikan sebagai molekul yang tidak superimposible (tidak dapat di himpitkan) di atas bayanagn cermin. Pemakaian kata kiral pada molekul dimaksudkan bahwa molekul tersebut mempunyai sifat ketanganan. Tangan kiri mempunyai bayanagn tangan  kanan, demikian pila sebaliknya. Tanag kanan merupakan tidak dapat dihimpitkan diatas tanagn kiri (tidak superimposible).

Sharpless mendapat 1/2 dari hadiah uang Nobel atas jasanya mengembangankan reaksi kimia oksidasi untuk menghasilkan molekul asimetri/kiral (chiral). Sedangkan Knowles dan Noyori membagi 1/2 sisanya atas jasa serupa untuk reaksi hidrogenasi. Noyori adalah peraih hadiah Nobel dari Jepang yang ke-6 untuk bidang ilmu pengetahuan (Kimia/Fisika/Kedokteran).

Fenomena kiralitas (chirality) punya sejarah yang panjang. Pertama kali dibuktikan oleh "bapak vaksin", Louis Pasteur pada tahun 1848 atas penelitiannya terhadap kerak yang terjadi pada tar tempat pembuatan wine. Dengan eksperimen yang teliti, Pasteur yang baru selesai PhD pada usia 26

tahun itu, bisa memisahkan dua jenis molekul asam tartaric berdasar beda bentuk kristalnya. Ternyata perbedaan itu disebabkan oleh sifat kiral molekul tadi. Atas keberhasilannya ini, Pasteur diangkat menjadi professor di Universitas Strasbourg pada usia 25 tahun!

Kiralitas adalah fenomena yang lazim di alam khususnya pada zat organik, termasuk seluruh molekul penyusun makhluk hidup. Protein sebagai penyangga kehidupan misalnya, disusun oleh asam amino jenis L/levorotatory (lawannya D=dextro). Molekul yang bersifat kiral memiliki berat jenis dan atom penyusun yang sama persis. Perbedaannya hanya pada letak atom penyusunnya pada dimensi ruang, dengan kata lain tidak bersifat simetris (asimetri). Contoh mudahnya adalah telapak kanan dan kiri yang walaupun sangat mirip tapi tetap tidak bisa "sama".

Industri kimia pada awalnya tidak memperhatikan fenomena ini. Dalam proses pembuatan, produk-produk yang dibuat, seperti obat, pestisida, terbaur antara molekul L/D. Padahal masing-masing punya sifat yang sangat berbeda. Misalnya molekul Limonene yang satu memiliki bau buah lemon, satunya bau buang jeruk. Ketika produk seperti itu dikonsumsi manusia, akan membawa malapetaka seperti kasus obat Thalidomide pada tahun 1960-an. Obat ini ditujukan untuk membantu wanita hamil, ternyata molekul dari jenis kiral lain punya efek sebaliknya, gangguan pada janin. Untuk itu, industri kimia sangat menantikan teknologi yang dapat membuat molekul kiral secara terpisah.

Knowles, adalah orang pertama yang berhasil mengembangkan reaksi kimia hidrogenasi menggunakan transisi metal. Akan tetapi, efisiensi reaksi ini masih sangat rendah untuk bermanfaat pada level industri. Disinilah kontribusi Noyori yang menyempurnakan reaksi tersebut dengan menggunakan katalisator baru, BINAP. Berkatnya, obat-obat penting yang bersifat kiral seperti L-DOPA untuk pengobatan penyakit Parkinson dapat diproduksi. Noyori terkenal akan kecemerlangannya, sehingga pada usia 33 tahun telah menjadi professor di Universitas Nagoya (tidak kalah dengan Pasteur, 25 tahun). Di lain pihak, tahun 1980, Sharpless berhasil mengembangkan sintesa molekul kiral dengan menggunakan reaksi oksidasi.

Saat ini, pembuatan/sintesa molekul kiral sudah menjadi pekerjaan sehari-hari dalam industri kimia. Kontribusi ketiga peneliti tadi pada bidang yang sangat penting ini diakui melalui pemberian hadih Nobel kali ini. (mda)

Jika suatu molekul tidak dapat dihimpitkan dengan bayangan cerminnya

berarti kedua senyawa enantiomer disebut kiral/chiral (ky-ral dalam

bahasa Yunani cheir, berarti “tangan”).

Bagaimana kita memprediksi apakah suatu molekul tersebut kiral atau

tidak? Molekul yang tidak kiral jika mengandung sisi simetri (plane of

simmetry). Sisi simetri yang dimaksud adalah sisi datar yang dipotong

melewati tengah-tengah dari molekul. Sebagai contoh tabung Erlenmeyer

mempunyai sisi semetri. Jika kita memotong tabung Erlenmeyer secara

vertikal, akan nampak sisi satu akan merupakan bayangan cermin sisi

yang lain. Salah satu tangan kita tidak mempunyai sisi simetri karena sisi

setengahnya bukan merupakan bayangan cermin.

Molekul yang mempunyai sisi simetri dalam berbagai kemungkinan

dalam konformasinya harus identik dengan bayangan cermin dan karena

itu merupakan senyawa nonkiral atau biasa disebut akiral.

Kebanyakan, walau tidak semua, penyebab adanya kiralitas pada suatu

senyawa dikarenakan adanya atom karbon yang mengikat 4 gugus

berbeda. Atom karbon tersebut diistilahkan sebagai pusat kiralitas

(chirality centers). Catatan, kiralitas merupakan sifat dari keseluruhan

molekul, dimana pusat kiralitas adalah ciri struktur yang menyebabkan

kiralitas.

Gambar  Kiralitas asam propanoat dan asam laktat

Kiralitas bukan hanya ditentukan berdasarkan perbedaan atom yang

terikat langsung pada  karbon, tetapi perbedaan keempat gugus yang

terikat dengan karbon sebagai pusat kiral. Misalnya 5-bromodekana

merupakan senyawa kiral karena mengikat empat gugus yang berbeda.

Substituen butil mirip dengan substituen pentil. Akan tetapi keduanya

tidaklah sama. Contoh lainnya adalah metilsikloheksana. Apakah

molekul tersebut kiral? Metilsikloheksana merupakan molekul akiral,

sebab  tidak memiliki empat gugus yang berbeda yang terikat pada satu

karbon. Sebagaimana yang tampak pada gambar diatas, atom C2, C3, C4,

C5, dan C6 jelas bukan atom kiral sebab memiliki dua atom H yang identik

(-CH2-). Atom C1 terikat dengan H, CH3, C2 dan C6, di mana atom C2

terkat pada C3-C4 sedangkan C6 terikat pada C5-C4. Oleh karena C2-C3-C4

identik dengan C6-C5-C4 maka atom C1 bukan atom kiral. Jadi secara

keseluruhan, senyawa metilsikloheksana bukan molekul kiral. Coba

bandingkan dengan 2-metilsikloheksanon yang memiliki pusat kiral pada

karbon nomor 2.

Kiral adalah senyawa atau ion yang tidak dapat ditindihkan dengan bayangan cerminnya [1]. Kiral berasal dari bahasa yunani “cheir” yang artinya tangan. Istilah kiral secara umum digunakan untuk menggambarkan suatu objek yang tidak dapat bertumpukan secara pas pada bayangannya[2].

Molekul Kiral

Molekul kiral adalah molekul yang mempunyai bayangan cermin tidak superimposabel (tidak dapat bertumpukan )[2]. Suatu molekul organik disebut molekul kiral jika terdapat minimal 1 atom C yang mengikat empat gugus yang berlainan [3]. Molekul-molekul kiral memiliki sifat optis, yang artinya suatu molekul kiral memiliki kemampuan untuk memutar bidang cahaya terpolarisasi pada alat yang disebut polarimeter[3]. Perbedaan antara molekul kiral dan akiral adalah bahwa hanya senyawa kiral yang tidak dapat berhimpit

Kiralitas adalah suatu keadaan yang menyebabkan dua molekul dengan struktur yang sama tetapi berbeda susunan ruang dan konfigurasinya[4]. Atom yang menjadi pusat kiralitas dikenal dengan istilah atom kiral[4]. Penyebab adanya kiralitas adalah adanya senyawa karbon yang tidak simetris[

Isomer Geometrik : isomer cis-trans.

Enantiomer : bayangan cermin yang tidak dapat diimpitkan, merupakan molekul yang berbedaBayangan benda di cermin berbeda dengan benda sebenarnya

Karbon tetrahedral dengan berikatan dengan 4 gugus yang berbeda disebut kiral. Bayangannya merupakan senyawa yang berbeda (enansiomer )Stereoisomerisme Kiral : Suatu objek yang tidak dapat diimpitkan dengan bayangan cerminnya   Atom karbon kiral Pusat kiral Jika berikatan dengan dua gugus yang sama, karbon itu disebut akiral. (animation)

Suatu molekul dengan an internal mirror plane tidak disebut kiral.*Perhatian! Jika tidak ada plane of symmetry, molekul tersebut dapat saja kiral atau akiral. Lihat apakah bayangan cerminnya dapat diimpitkan.

Nomenklatur ( R  ), ( S  ) Molekul berbeda (enantiomer) mempunyai nama yang berbeda. Biasanya hanya satu enansiomer yang mempunyai aktifitas biologis Konfigurasi disekitar karbon kiral ditandai dengan ( R  ) and (S).