ELUSIDASI STRUKTUR MOLEKUL ORGANIK

      Elusidasi struktur molekul organik dapat dilakukan dengan menggunakan metode spektroskopi dengan instrumen yang digunakan yaitu: spektrofotometer ultraviolet (UV), infrared (IR), massa (MS), Nuclear Magnethic Resonance ( 13C-NMR, 1HNMR),Distortionless Enhancement by Polarization Transfer (DEPT), 1H-13C Heteronuclear Multiple Quantum Coherence (HMQC), 1H-1H Homonuclear Correlated Spectroscopy (COSY) dan 1H-13C Heteronuclear Multiple Bond 20 Connectivity (HMBC) dapat mengikuti metodologi seperti bagan dalam Santoni (2009) berikut ini :

Spektroskopi ultraviolet

     Untuk keperluan penentuan struktur, spektroskopi ultra violet memiliki kemampuan untuk mengukur jumlah ikatan rangkap atau konyugasi
aromatik dalam suatu molekul. Daerah panjang gelombang dari spektrum ultra violet berkisar 200 - 400 nm. Penyerapan sinar ultra violet oleh suatu molekul akan menghasilkan transisi diantara tingkat energi elektronik molekul tersebut. Transisi tersebut terjadi pada orbital ikatan atau pasangan elektron bebas dengan orbital anti ikatan. Sistem (gugus atom) yang menyebabkan terjadinya absorbsi cahaya disebut kromofor. Transisi elektronik yang mungkin terjadi secara teoritis

diberikan pada gambar (Pavia et al, 2009).

Spektroskopi inframerah

     Spektrofotometri inframerah lebih banyak digunakan untuk identifikasi suatu senyawa melalui gugus fungsinya. Untuk keperluan elusidasi struktur, daerah dengan bilangan gelombang 1400 – 4000 cm-1 yang berada dibagian kiri spektrum IR, merupakan daerah yang khusus berguna untuk identifikasi gugusgugus

fungsional, yang merupakan absorbsi dari vibrasi ulur. Selanjutnya daerah yang berada disebelah kanan bilangan gelombang 1400 cm-1 sering kali sangat rumit karena pada daerah ini terjadi absorbsi dari vibrasi ulur dan vibrasi tekuk, namun setiap senyawa organik memiliki absorbsi yang kharakteristik pada daerah ini. Oleh karena itu bagian spektrum ini disebut daerah sidikjari (fingerprint region). Saat ini ada dua macam instrumen yaitu spektroskopi IR dan FTIR (Furier Transformation Infra Red). FTIR lebih sensitif dan akurat misalkan dapat membedakan bentuk cis dan trans, ikatan rangkap terkonyugasi dan terisolasi dan lain-lain yang dalam spektrofotometer IR tidak dapat dibedakan (Sitorus, 2009).

Spektroskopi 1H-NMR

     Spektroskopi 1H-NMR cukup banyak digunakan oleh kimiawan organik. Spektroskopi ini didasarkan pada kenyataan bahwa setiap kelompok proton (H) dalam molekul organik akan beresonansi pada frekuensi yang tidak identik atau beresonansi pada frekuensi spesifik. Hal ini disebabkan kelompok proton suatu molekul organik dikelilingi elektron yang berbeda (lingkungan elektroniknya berbeda). Makin besar kerapatan elektron yang mengelilingi inti maka makin besar pula medan magnet yang digunakan. Karena setiap atom H (proton) suatu molekul organik mempunyai lingkungan elektronik (kimia) yang berbeda maka akan menyebabkan frekuensi resonansi yang berbeda (Sitorus, 2009). Pergeseran kimia, dilambangkan dengan δ, menyatakan seberapa jauh (satuan ppm) proton tersebut digeser dari proton standar Tetrametilsilana (TMS)

(δ = 0 ppm), terhadap frekuensi spektrometer yang digunakan. Pada skala δ maka untuk TMS didefinisikan sebagai (0,0 ppm) dengan skala (0-10) ppm. Beberapa spektroskopi menggunakan skala Ł (tou) yang besarnya adalah (10- δ) ppm. Pada spektroskopi 1H-NMR, maka skala δ dan Ł dicatat dari kiri ke kanan pada kertas spektrum (Sitorus, 2009).

Spektroskopi karbon NMR (13C-NMR)

     Spektroskopi proton atau 1H memberikan gambaran atom-atom hidrogen dalam sebuah molekul organik. Spektroskopi karbon-13 atau 13C memberikan gambaran karbon-karbon dalam sebuah molekul organik. Spektra karbon-13 tidak digunakan meluas seperti spektra proton. Dalam spektroskopi proton yang dilibatkan adalah isotop yang lazim dan alamiah dari hidrogen, 99,985% atom hidrogen adalah 1H. Tetapi karbon-13 hanya 1,1% dari atom karbon yang terdapat di alam, karena 98,9% atom karbon adalah 12C, suatu nukleotida yang tidak punya spin. Transisi inti 13C dari keadaan paralel ke antiparalel hanyalah transisi berenergi rendah. Karena kelimpahannya di alam hanya 1,1% maka sensitifitas 13C-NMR jauh lebih kecil dari 1H yang mempunyai kelimpahan 99,98% di alam. Pergeseran kimia 13C antara 0 sampai dengan 230 ppm yang terbagi atas sp3 antara 0 – 60, alkohol 60 – 80 ppm, sp antara 70 – 80 ppm, sp2 antara 100 – 160 ppm, gugus karbonil dari gugus karboksilat, ester, lakton, amida, anhidrida, antara 160-180 ppm sedangkan aldehid antara 180 – 200 ppm dan keton antara 190 – 230 ppm.Bentuk sinyal dari gugus metil (CH3) berbentuk quartet, metilen (CH2) berbentuk triplet, metin berbentuk doublet sedangkan karbon quartener berbentuk singlet (Santoni, 2009).

Spektroskopi Distortionless Enhancement by Polarization Transfer (DEPT)

     Percobaan DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer) dapat membedakan signal karbon metil, metilen, metin dan karbon quarterner. Karbon metil dan metin menunjuk ke atas, karbon metilen ke bawah dan karbon quarterner hilang. Spektroskopi NMR DEPT memiliki 3 sub-spektrum yang berbeda: 45 MHz, 90 MHz dan 135 MHz. Pada DEPT-45 akan menunjukkan seluruh puncak atom karbon yang mengemban proton (hidrogen). Pada DEPT-90, puncak yang ditunjukkan hanya untuk atom karbon gugus metin (CH). Sementara pada DEPT-135 karbon metin dan metil memberikan puncak keatas (positive peaks), sedangkan karbon metilen puncaknya mengarah kebawah (Pavia et al, 2009).

Spektroskopi 1H-13C Heteronuclear Multiple Quantum Coherence (HMQC)

     HMQC merupakan salah satu jenis H-NMR dua dimensi yang digunakan untuk membantu dalam penentuan struktur suatu senyawa. Melalui data HMQC ini dapat diketahui proton-karbon dengan jarak satu ikatan, sehingga secara tidak langsung dapat mengetahui karbon yang mengikat proton dan karbon yang tidak

mengikat proton. Selain itu, juga untuk menentukan nilai geseran kimia karbon yang memiliki proton (Mitchell, 2007). Spektroskopi 1H-1H Homonuclear Correlated Spectroscopy (COSY) Spektrum H-H COSY adalah satu dari beberapa jenis spektroskopi NMR dua dimensi. Percobaan pertama untuk NMR dua dimensi diusulkan oleh Jean Jenner, seorang professor di Université Libre de Bruxelles pada tahun 1971.

Spektrum H-H COSY dapat memberikan korelasi H dengan H tetangga melalui kontur yang muncul pada spektrum. Dari spektrum ini dapat diketahui protonproton yang berdekatan pada suatu senyawa. Spektroskopi H-H COSY adalah metode yang paling mudah pada 2D NMR (Supratman, 2010).

Spektroskopi 1H-13C Heteronuclear Multiple Bond Connectivity (HMBC)

     HMBC merupakan salah satu jenis NMR dua dimensi yang digunakan untuk pembuktian struktur molekul (struktur dua dimensi) senyawa. Melalui data HMBC ini dapat diketahui proton-karbon dengan jarak dua atau tiga ikatan sehingga secara tidak langsung dapat digunakan untuk mengetahui karbon-karbon tetangga yang memiliki jarak dua sampai tiga ikatan dengan suatu proton tertentu (Mitchell, 2007).

Spektroskopi massa

     Spektroskopi UV-Vis untuk kimiawan organik digunakan untuk analisis kualitatif (λmaks) dan analisis kuantitatif berdasarkan persamaan Lambert-Beer. Spektroskopi IR untuk analisis gugus fungsional utama dan spektroskopi 1HNMR untuk menentukan tipe (jenis) proton dan perbandingan jumlah proton tersebut. Spektroskopi massa (MS) akan melengkapi pelacakan struktur untuk suatu molekul yang belum diketahui BMnya. Spektroskopi massa akan 26 memberikan informasi harga BM (g/mol) dan bagaimana pola pemecahan (fragmentasi) dari suatu molekul organik. Rekonstruksi terhadap fragmen dan dipadu dengan interpretasi data spektra IR dan 1H-NMR akan dapat mengelusidasi struktur molekul organik unknown (Sitorus, 2009).

Sumber:

Mitchell, T.N., dan Costisella, B. 2007. NMR From Spectra to Structures, an Experimental Approach. 2nd edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Germany.

Pavia, D.L., Lampman, G.M., Kriz, G.S., dan Vyvyan, J.R. 2009. Introduction to Spectroscopy. Sauders College. Philadelphia.

Santoni, A. 2009. Elusidasi Struktur Senyawa Metabolit Sekunder Kulit Batang Surian (Toona sinensis) Meliaceae dan Uji Aktivitas Insektisida. Disertasi.Program Pascasarjana Universitas Andalas. Padang.

Sitorus, M. 2009. Spektroskopi Elusidasi Struktur Molekul Organik. Graha Ilmu.Yogyakarta.

Supratman, U. 2010. Elusidasi Struktur Senyawa Organik. Widya Padjadjaran.Bandung.