37  Stereokimia: Konfigurasi R/S & Aturan CIP

Dua molekul bisa punya rumus dan urutan ikatan sama persis, tapi berbeda susunan 3D-nya — dan itu mengubah sifat (bahkan rasa atau efek obat). Konfigurasi R/S adalah cara baku menamai susunan 3D itu, dan jadi modal wajib untuk soal kimia organik OSN-K.

37.1 Karbon kiral (pusat stereo)

Sebuah karbon disebut kiral (stereocenter) bila mengikat empat gugus yang semuanya berbeda. Contoh: karbon tengah pada asam laktat \(\ce{CH3-CHOH-COOH}\) mengikat \(\ce{-H}\), \(\ce{-OH}\), \(\ce{-CH3}\), dan \(\ce{-COOH}\) — empat gugus beda → kiral.

Molekul dengan satu karbon kiral pasti punya bayangan cermin yang tidak bisa ditumpuk pas (seperti tangan kiri vs kanan).

37.2 Aturan prioritas CIP (Cahn–Ingold–Prelog)

Beri peringkat 1 (tertinggi) sampai 4 (terendah) ke keempat gugus:

  1. Nomor atom lebih besar = prioritas lebih tinggi. Bandingkan atom yang langsung terikat ke karbon kiral. Misal \(\ce{Br}(35) > \ce{Cl}(17) > \ce{O}(8) > \ce{N}(7) > \ce{C}(6) > \ce{H}(1)\).
  2. Seri (tie-break): jika atom pertama seri, maju satu langkah dan bandingkan kumpulan atom berikutnya (yang tertinggi dulu). Contoh: \(\ce{-CH2OH}\) punya (O,H,H), sedangkan \(\ce{-CH3}\) punya (H,H,H) → \(\ce{-CH2OH}\) menang.
  3. Ikatan rangkap = atom fantom (duplikat). \(\ce{-CHO}\) diperlakukan seolah C mengikat (O, O, H); \(\ce{C=C}\) jadi C mengikat (C, C, …).
Gugus Atom langsung Set berikutnya Catatan
\(\ce{-OH}\) O (8) — sangat tinggi
\(\ce{-NH2}\) N (7) —
\(\ce{-COOH}\) C (6) (O, O, O) C duplikat dari \(\ce{C=O}\)
\(\ce{-CHO}\) C (6) (O, O, H)
\(\ce{-CH2OH}\) C (6) (O, H, H)
\(\ce{-CH3}\) C (6) (H, H, H) terendah antar-karbon
\(\ce{-H}\) H (1) — hampir selalu prioritas 4

37.3 Menentukan R atau S

  1. Beri prioritas 1–4 dengan aturan CIP.
  2. Putar molekul agar gugus prioritas 4 (biasanya \(\ce{-H}\)) menjauh dari kita (ke belakang).
  3. Tarik panah \(1 \to 2 \to 3\):
    • Searah jarum jam → \(R\) (dari rectus, kanan).
    • Berlawanan jarum jam → \(S\) (dari sinister, kiri).

Trik swap: kalau prioritas 4 justru menghadap kita (di depan), tentukan arah seperti biasa lalu balik hasilnya (R↔︎S). Tiap satu kali tukar dua gugus = balik konfigurasi.

37.4 Wedge & dash

  • Garis tebal baji (wedge, \(\blacktriangleright\)) = gugus menonjol ke arah kita.
  • Garis putus-putus (dash) = gugus menjauh ke belakang.
  • Garis biasa = di bidang kertas.

Posisi paling enak: \(\ce{-H}\) digambar sebagai dash (sudah di belakang), tinggal baca arah 1→2→3 langsung.

37.5 Enansiomer vs diastereomer

  • Enansiomer: bayangan cermin yang tak bisa ditumpuk. Semua pusat stereo terbalik (\(R\!\leftrightarrow\!S\) di tiap pusat). Sifat fisik sama, hanya memutar cahaya terpolarisasi ke arah berlawanan.
  • Diastereomer: stereoisomer yang bukan bayangan cermin (sebagian pusat terbalik, sebagian tidak). Sifat fisik (titik leleh, kelarutan) berbeda.
  • Untuk \(n\) pusat stereo, maksimum \(2^n\) stereoisomer.

37.6 Proyeksi Fischer (ringkas)

Cara menggambar 3D di kertas datar: rantai terpanjang vertikal, atom paling teroksidasi (mis. \(\ce{-CHO}\), \(\ce{-COOH}\)) di atas.

  • Garis horizontal = ke depan (ke arah kita).
  • Garis vertikal = ke belakang (menjauh).

Karena horizontal justru ke depan, kalau prioritas 4 ada di garis horizontal, gunakan trik swap (balik hasil R/S).

37.7 Contoh

1. (R)- atau (S)-asam laktat? Misal \(\ce{-OH}\) di kiri, \(\ce{-H}\) di kanan (Fischer), \(\ce{-COOH}\) atas, \(\ce{-CH3}\) bawah. Prioritas: \(\ce{-OH}\) (1) > \(\ce{-COOH}\) (2, set O,O,O) > \(\ce{-CH3}\) (3) > \(\ce{-H}\) (4). \(\ce{-H}\) di horizontal (ke depan). Baca 1→2→3 (\(\ce{OH}\to\ce{COOH}\to\ce{CH3}\)): searah jarum jam = R, tapi karena 4 di depan → balik → \(S\). Inilah (S)-asam laktat (asam laktat alami otot).

2. Bromokloroflorometana \(\ce{CHBrClF}\). Prioritas: \(\ce{Br}(1) > \ce{Cl}(2) > \ce{F}(3) > \ce{H}(4)\) — murni urut nomor atom. Tinggal letakkan \(\ce{H}\) di belakang dan baca arah \(\ce{Br}\to\ce{Cl}\to\ce{F}\).

37.8 Mengapa penting di OSN-K

Penentuan R/S muncul langsung pada pembahasan 2024 soal #29 (stereokimia senyawa organik) dan kembali diuji di pembahasan 2025 bagian spektro & organik (mis. soal #15). Materi ini juga prasyarat untuk membaca proyeksi struktur di banyak soal organik lain.

Lihat sumber lengkap. Dua bacaan inti yang ramah pemula:

37.9 Membandingkan dua cabang panjang: aturan “titik beda pertama”

Kalau dua gugus sama-sama diawali karbon (sering terjadi di cincin, mis. C2 vs C6 sikloheksana), jangan menyerah. Jelajahi keluar dari pusat stereo, satu lapis sekali, dan bandingkan set atom tertinggi-ke-terendah. Begitu ketemu perbedaan pertama, itulah penentu — sisanya tak perlu dilihat.

Langkahnya:

  1. Lapis ke-1: bandingkan kumpulan atom yang menempel pada atom pertama tiap cabang (urut dari besar ke kecil).
  2. Jika seri, lanjut ke lapis ke-2 mengikuti cabang dengan atom tertinggi lebih dulu.
  3. Ingat: ikatan rangkap = atom fantom (duplikat). Gugus vinil \(\ce{-CH=CH2}\): karbon pertamanya mengikat \((\ce{C}, \ce{C}, \ce{H})\) — satu C asli + satu C duplikat dari ikatan rangkap.

Contoh — gugus vinil vs \(\ce{-CH3}\). \(\ce{-CH=CH2}\) lapis-1 = (C, C, H); \(\ce{-CH3}\) = (H, H, H). Beda di atom pertama → vinil menang.

37.10 Karbon kiral di dalam cincin

Pada karbon cincin, dua dari empat “gugus”-nya adalah kedua arah cincin itu sendiri. Perlakukan tiap arah sebagai sebuah rantai dan pakai aturan titik-beda-pertama di atas untuk memberi peringkat.

Contoh — 3-bromo-2-vinilsikloheksanol (tipe 2024#29). Penomoran: C1 = \(\ce{-OH}\), C2 = vinil, C3 = \(\ce{-Br}\). Tinjau C2 (mengikat: vinil, H, lalu dua arah cincin → C1 dan C3):

  • C1 = karbon pembawa \(\ce{-OH}\) → atom-atomnya \((\ce{O}, \ce{C}, \ce{H})\).
  • C3 = karbon pembawa \(\ce{-Br}\) → atom-atomnya \((\ce{Br}, \ce{C}, \ce{H})\).
  • Lapis-1: \(\ce{Br}(35) > \ce{O}(8)\), jadi arah C3 > arah C1.
  • Vinil = (C, C, H); arah cincin di atas memuat Br/O di atomnya → kedua arah cincin menang atas vinil (karena set keduanya \((\ce{X},\ce{C},\ce{H})\) dengan X = Br atau O, lebih tinggi dari (C,C,H) milik vinil).

Maka di C2: C3 (1) > C1 (2) > vinil (3) > H (4). Tinggal letakkan H menjauh (atau pakai trik swap kalau H menghadap kita dari wedge/dash) dan baca arah 1→2→3.

Pada gambar wedge/dash, cek dulu posisi \(\ce{-H}\) implisit di tiap pusat: kalau substituen yang digambar adalah wedge, maka H-nya dash (di belakang, enak dibaca langsung); kalau substituennya dash, H-nya wedge (menghadap kita → balik hasil R/S).

37.11 Molekul dengan banyak pusat stereo

Bila ada lebih dari satu karbon kiral, nilai R/S tiap pusat satu per satu, terpisah. Hasil akhirnya gabungan, mis. (1R,2S,3R). Untuk \(n\) pusat ada maksimum \(2^n\) stereoisomer (lihat bagian enansiomer/diastereomer).

Contoh — banyak pusat dari proyeksi Fischer (tipe 2025#15). Rangka \(\ce{CH3CH2-CHCl-CH(CH3)-CH(OH)-CH3}\) punya tiga pusat: C pembawa \(\ce{Cl}\), C pembawa \(\ce{CH3}\), dan C pembawa \(\ce{OH}\). Untuk tiap pusat:

  1. Tentukan empat gugusnya; ingat dua di antaranya adalah bagian rantai atas vs rantai bawah — bandingkan dengan aturan titik-beda-pertama.
  2. Pada pusat pembawa \(\ce{OH}\): \(\ce{-OH}\) (1) > rantai yang lebih dekat ke Cl (2) > rantai sisi \(\ce{-CH3}\) ujung (3) > \(\ce{-H}\) (4). Bandingkan kedua arah rantai dengan menjelajah keluar sampai beda pertama (sisi Cl menang karena lebih cepat menemui atom ber-nomor besar).
  3. Karena di Fischer garis horizontal = ke depan, kalau \(\ce{-H}\) pusat itu ada di horizontal → baca arah lalu balik hasil R/S (trik swap). Ulangi untuk dua pusat lain secara independen.
Tip✅ Cek kesiapan
  1. Sebuah karbon mengikat \(\ce{-Br}\), \(\ce{-Cl}\), \(\ce{-F}\), \(\ce{-H}\). Urutkan prioritas CIP-nya. (jawab: Br > Cl > F > H)
  2. Setelah memutar \(\ce{-H}\) (prioritas 4) ke belakang, arah 1→2→3 berlawanan jarum jam. R atau S? (jawab: S)
  3. Dua stereoisomer yang merupakan bayangan cermin tak-bertumpuk disebut apa? (jawab: enansiomer)