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).