MATA
KULIAH : KIMIA BAHAN ALAM
SKS : 2
DOSEN : Dr. Syamsurizal, M.Si
WAKTU : 22-29 Desember 2012
PETUNJUK : Ujian ini open
book. Tapi tidak diizinkan mencontek, bilamana ditemukan, maka anda dinyatakan
GAGAL. Jawaban anda diposting di bolg masing-masing.
1. Jelaskan dalam jalur biosintesis
triterpenoid, identifikasilah faktor-faktor penting yang sangat menentukan
dihasilkannya triterpenoid dalam kuantitas yang banyak.
JAWAB :
Terpenoid merupakan bentuk
senyawa dengan keragaman struktur yang besar dalam produk alami yang diturunkan
dan unit isoprena (C5) yang bergandengan dalam model kepala ke ekor
(head-to-tail), sedangkan unit isoprena diturunkan dari metabolisme asam asetat
oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid : MVA).
Secara umum biosintesa dari
terpenoid dengan 3 reaksi dasar yaitu :
1.
Pembentukan isopren aktif berasal dari asam asetat
melalui asam mevalonat
2. Pengganbungan kepala dan ekor dua unit isopren akan
membentuk mono-, seskui-, di-, sester- dan poli-terpenoid
3. Penggabungan ekor dan ekor dari unit C-15 atau C-20
menghasilkan triterpenoid dan steroid
Mekanisme dari tahap-tahap
reaksi biosintesis terpenoid adalah asam asetat
setelah diaktifkan oleh koenzim A melakukan
kondensasi jenis Claisen menghasilkan asam asetoasetat. Senyawa yang dihasilkan ini dengan asetil koenzim A melakukan kondensasi
jenis aldol menghasilkan rantai karbon bercabang sebagaimana ditemukan pada
asam mevalonat. reaksi-reaksi berikutnya adalah fosforilasi, eliminasi asam
fosfat dan dekarboksilasi menghasilkan Isopentenil pirofosfat (IPP) yang
selanjutnya berisomerisasi menjadi Dimetil alil pirofosfat (DMAPP) oleh enzim
isomerase. IPP sebagai unit isopren aktif bergabung secara kepala ke ekor
dengan DMAPP dan penggabungan ini merupakan langkah pertama dari polimerisasi
isopren untuk menghasilkan triterpenoid.
Penggabungan ini terjadi
karena serangan elektron dari ikatan rangkap IPP terhadap atom karbon dari
DMAPP yang kekurangan elektron diikuti oleh penyingkiran ion pirofosfat yang
menghasilkan Geranil pirofosfat (GPP) yaitu senyawa antara bagi semua senyawa
monoterpenoid. Penggabungan selanjutnya antara satu unit IPP
dan GPP dengan mekanisme yang sama menghasilkan Farnesil pirofosfat (FPP) yang
merupakan senyawa antara bagi semua senyawa seskuiterpenoid.
Pada jalur biosintesis triterpenoid, Farnesil
pirofosfat (15 C) yang dihasilkan pada biosintesis terpenoid mengalami reaksi
oksidasi menjadi Farnesil difosfat, selanjutnya dua molekul farnesil difosfat
berkondensasi dengan ujung difosfat untuk membentuk praskualen difosfat yang
melibatkan reaksi eliminasi pirofosfat, kemudian diikuti dngan reduksi NADPH
yang disertai dengan reaksi eliminasi radikal pirofosfat sisanya sehingga
dihasilkan skualen. Selanjutnya skualen mengalami siklisasi menghasilkan
lanosterol, lalu lanosterol akan melepaskan tiga gugus metilnya sehingga
membentuk kolesterol.
Faktor-faktor yang menentukan hasil triterpenoid dalam
jumlah banyak yaitu enzim HMG-CoA reduktase, jika enzim tersebut dihambat, maka
kolesterol yang dibentuk dalam jumlah yang sedikit. Dimana enzim tersebut dapat
membentuk unit isopren-isopren penyusun triterpenoid (kolesterol), dan sangat
berperan dalam pembentukan kolesterol.
Mekanisme
biosintesis senyawa triterpenoid adalah sebagai berikut :
2. Jelaskan dalam penentuan struktur
flavonoid, kekhasan signal dan intensitas serapan dengan menggunakan spektrum
IR dan NMR. Berikan dengan contoh sekurang-kurangnya dua struktur yang berbeda.
JAWAB :
Spektroskopi inframerah (IR) merupakan suatu metode yang meliputi teknik
serapan (absorption), teknik emisi (emission), teknik fluoresensi
(fluorescence). Metode Spektroskopi inframerah ini dapat digunakan untuk
mengidentifikasi suatu senyawa yang belum diketahui, karena spektrum yang
dihasilkan spesifik untuk senyawa tersebut. Spektrum inframerah suatu senyawa
memberikan gambaran mengenai gugus fungsional dalam sebuah molekul organic.
Spektroskopi resonansi magnetik
nuklir (NMR) memberikan gambaran mengenai jenis atom, jumlah, maupun lingkungan
atom hidrogen (1H NMR) maupun karbon (13C NMR). Spektroskopi NMR didasarkan pada penyerapan gelombang
radio oleh inti-inti tertentu dalam molekul organik, apabila molekul tersebut
berada dalam medan magnet yang kuat. Prinsip kerja dari NMR yaitu untuk
mendapatkan inti dalam molekul dalam arah yang sama sehingga nantinya
medan magnet yang seseuai dengan molekul akan dikonversi menhadi spektra NMR
sehingga struktur molekul dapat teridentifikasi.
Contoh :
a.
Katekin
Katekin yang mempunyai kadar paling tinggi dilakukan analisa
spektrum ultra violet, Infrared dan NMR. Hasil pengukuran spektrum ultraviolet
(UV) sampel katekin dalam etil asetat menunjukkan serapan maksimum pada panjang
gelombang (λ) 280 nm
(Lampiran 18). Data ini menunjukkan bahwa sampel katekin hasil isolasi memiliki
serapan maksimum yang hampir sama dengan katekin standar yaitu pada panjang
gelombang 279 nm. Analisis spektrofotometri inframerah (Fourier Transform
Infrared, FT-IR) bertujuan untuk menentukan gugus fungsional suatu senyawa
berdasarkan serapan spektrum elektromagnetik pada daerah IR.
Hasil analisis spektrum IR menunjukkan bahwa katekin yang
diisolasi mengandung gugus-gugus fungsional dengan perkiraan gugus fungsional
C=C aromatic dengan daerah serapan 1500-1600 cm-1, gugus O-H pada daerah serapan
2000-3600 (lebar). Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi
tekuk, khususnya vibrasi rocking (goyangan), yaitu yang berada di daerah
bilangan gelombang 2000 – 400 cm-1, seperti terlihat pada lampiran 19.
Spektrum 13C-NMR dan data pergeseran kimia katekin hasil isolasi
diukur menggunakan pelarut metanol-D3 dengan frekuensi 500 MHz. Dari data 13CNMR
dapat diketahui bahwa katekin hasil isolasi memiliki 15 signal yang menunjukkan
adanya atom karbon sebanyak 15 buah, yaitu δc 157,8 (C- 9), 157,6 (C-7), 156,9 (C-5), 146,28 (C- 4’), 146,
26 (C-3’), 132,2 (C- 1’), 120,1 (C- 6’), 116,2 (C-5’), 115,3 (C- 2’), 100,9
(C-10), 96,3 (C-6), 95,5 (C- 8), 82,8 (C-2), 68,8 (C-3), 28,5 (C-4) ppm. Jumlah
atom karbon ini sama dengan jumlah atom karbon senyawa katekin standar.
Hasil pemeriksaan spektrum 1H-NMR katekin hasil isolasi diukur menggunakan
pelarut metanol-D3 dengan frekuensi 500 MHz. Pergeseran kimia yang terjadi pada
2,52 (1H,dd), 2,84 (1H, dd), 3,98 (1H,m), 4,57 (1H, d), 5,86 ( 1H, d), 5,93 (
1H, d), 6,72 (1H, dd), 6,76 (1H, d), 6,84 ( 1H, d).
Gambar 1 : Spektrum IR Katekin Hasil Isolasi
Gambar
2 : Spektrum 13C - NMR
Katekin Hasil Isolasi dengan Pelarut Metanol-D3
Frekwensi
500 MHz
Gambar
3 : Spektrum 1H-NMR
Katekin Hasil Isolasi dengan Pelarut Metanol -D3 Frekwensi 500 MHz
b.
Quersetin
Pita serapan pada bilangan gelombang 1687,87 cm-1 merupakan serapan yang khas untuk
gugus C=O (ester), sedangkan pita serapan pada bilangan gelombang 1292,42 cm-1 adalah serapan yang khas untuk
gugus C-0-C ester. Pita serapan pada bilmgan gelombang 707,94 cm-1 adalah serapan yang khas untuk
vibrasi lentur CH aromatik dengan lima atom H berdampingan. Dari pita-pita serapan
yang merupakan serapan khas untuk gugus -OH, C=O ester, C-0-C ester, dan CH
aromatis dengan lirna atom H berdampingan ini dapat disimpulkan bahwa pada
senyawa KB terdapat gugus -OH yang tidak tersubstitusi oleh gugus benzoil, dan
terdapat gugus benzoil yang mensubstitusi atom H dari gugus -OH kuersetin.
Data pada gambar 2 tersebut menunjukkan adanya
perbedam yang cukup menyolok pada pergeseran kimia atom-atom C-5, C-7, C-3',
dan C-4' setelah adanya
substitusi atom H pada gugus -OH yang
terikat pada atom-atom tersebut oleh gugus benzoil. Hal ini menunjukkan bahwa
benzoilasi terjadi pada posisi
5,7,3', dan 4'.
Spektrum resonansi magnet inti proton ('H-NMR) dalam pelarut
deutrokloroform (CDCl3) menunjukkan adanya pergeseran kimia (ppm) dari
proton-proton sebagai berikut: 7,19 (IH, d, J = 2,21 Hz; H-6); 7,20 (lH, d, J = 2,21 Hz; H-8); 7,93 (IH, d, I = 2,17 Hz; H-2'); 7,92 (lH, d, I = 8,65 Hz; H-5'); 7,93 (IH, d, J = 8,65 Hz; H-6'); 8,26 (lH, s) untuk proton pada OH-3. Geseran kimia
8,00 - 8,25 dan 7,35 - 7,65 adalah geseran kimia untuk proton
pada C6H5 dari C6H5-C=O.
Gambar 1 : Spektrum IR dari Kuersetin Benzoat dengan
Pembawa KBr
Gambar 2 : Spektrum '3C-NMR Senyawa Kuersetin Benzoat dalam Pelarut CDCl3
Gambar 3 : Spektrum IH-NMR Senyawa Kuersetin Benzoat
dalam Pelarut CDC13
3. Dalam isolasi alkaloid, pada tahap
awal dibutuhkan kondisi asam atau basa. Jelaskan dasar penggunaan reagen
tersebut, dan berikan contohnya sekurang-kurangnya tiga macam alkaloid.
JAWAB:
Alkaloid biasanya diisolasi dari
tumbuhannya dengan menggunakan metode ekstraksi. Pelarut yang digunakan ketika
mengekstraksi campuran senyawanya yaitu molekul air yang diasamkan.
Pelarut ini akan mampu melarutkan alkaloid sebagai garamnya.
Selain itu juga dapat membasakan bahan tumbuhan yang mengandung alkaloid dengan
menambahkan natrium karbonat. Basa yang terbentuk kemudian dapat diekstraksi dengan
pelarut organik seperti
kloroform atau eter. Untuk alkaloid yang bersifat tidak tahan panas, isolasi dapat dilakukan menggunakan
teknik pemekatan dengan membasakan larutannya terlebih dahulu. Dengan
menggunakan teknik ini maka alkaloid akan menguap dan selanjutnya dapat
dimurnikan dengan metode penyulingan uap.
Metode ini biasanya dilakukan untuk
pemurnian senyawa nikotina. Sedangkan untuk larutan alkaloid dalam air yang
bersifat asam maka larutannya harus dibasakan terlebih dahulu. Selanjutnya
alkaloid dapat diekstraksi dengan menggunakan pelarut organic.
Cara lain untuk mendapatkan
alkaloid dari larutan yang bersifat basa adalah dengan metode
penjerapan menggunakan pereaksi Lloyd. Alkaloid yang diperoleh kemudian dielusi
dan diendapkan menggunakan Pereaksi Meyer. Setelah itu , endapan yang terbentuk dipisahkan menggunakan metode kromatografi pertukaran ion.
Terdapat beberapa kendala yang
dihadapi ketika mengisolasi alkaloid. Salah satunya adalah alkaloid yang berada
dalam bentuk terikat tidak mudah dilepaskan dengan metode hanya ekstraksi biasa
sehingga harus mengasamkan senyawa yang mengikatnya terlebih dahulu.
a. Isolasi Nikotin dari daun tembakau
Pada isolasi nikotin
ini terdapat penambahan asam, lalu dinetralkan kembali dengan menambahkan basa.
Penambahan asam pada isolasi nikotin adalah untuk membentuk garam Nikotin yang
berbentuk kristal, karena pemurnian zat padat akan lebih mudah dibandingkan zat
cair. Sedangkan dinetralkan dengan penambahan basa adalah untuk menghasilkan
basa bebas, karena yang dapat diekstraksi oleh pelarut organik adalah nikotin dalam
bentuk basa bebasnya.
b.
Isolasi Kafein
Pada isolasi kafein,
larutan diberi 1,5 ml H2SO4. Pemberian H2SO4 pada larutan berkafein, dimana
kafein mengandung alkaloid yang merupakan basa organik, maka ini adalah cara
pengambilan kafein (alkaloid) yang efektif karena pH nya dapat stabil. Dengan
adanya H2SO4 ini sehingga lebih terpisah lagi antara zat yang kita butuhkan
yakni kafein dan melepaskan dari pengotor-pengotornya. Selain itu juga larutan
ditambahkan 1,5 ml NaOH setelah ditambah kloroform. Penambahan NaOH ini agar pH
semakin tinggi sehingga kemampuan ekstraksi atau pemisahan larutan kafein
dengan pelarut kloroform semakin besar. Dalam isolasi ini digunakan pelarut
berpa aseton, etanol dan kloroform. Ketiga pelarut tersebut merupakan bahan
pelarut organik yang biasa digunakan sebagai zat cair ekstraksi. Tujuan
digunakannya kloroform adalah sebagai pelarut yang efektif untuk alkaloid
(kafein). Karena berdasarkan referensi, kloroform adalah pelarut yang umum di
laboratorium karena relatif tidak reaktif, larut dengan cairan organik.
c.
Isolasi-morfin
Keragaman golongan alkaloida pola ekstraksi dilakukan atas dasar sifat kebasaannya. pengidentifikasian senyawa ini dapat dibedakan dari berbagai metode, yaitu Prosedur Wall, ekstraksi ±20 g sampel kering secara refluks dengan etanol 80%. Didinginkan dan disaring, ampas dicuci dengan etanol 80%, filtrat dikumpul, diuapkan. Residu dilarutkan dengan air dengan suasana asam (asam klorida 1%), disaring, tambahkan pereaksi endap seperti Mayer, siklotungstat atau pereaksi lain. Bila positif, maka larutan asam dibasakan kembali dan diekstraksi dengan pelarut organik. Lapisan organik asam-kan kembali dan lapisan air asam dites dengan pereaksi warna, jika positif maka dapat diyakini bahwa sampel mengandung alkaloida. Lapisan organik basa perlu juga dites untuk menentukan adanya alkaloida quaterner.
Prosedur Kiang – Douglas, sampel kering dibasakan dengan larutan amonia encer,ekstraksi dengan pelarut organik (kloroform), Ekstrak kloroform dipekatkan dan alkaloida diubah menjadi garam hidroklori dengan penambahan HCl 2 N. Filtrat larutan berair kemudian diuji dengan pereaksi alkaloida.
Keragaman golongan alkaloida pola ekstraksi dilakukan atas dasar sifat kebasaannya. pengidentifikasian senyawa ini dapat dibedakan dari berbagai metode, yaitu Prosedur Wall, ekstraksi ±20 g sampel kering secara refluks dengan etanol 80%. Didinginkan dan disaring, ampas dicuci dengan etanol 80%, filtrat dikumpul, diuapkan. Residu dilarutkan dengan air dengan suasana asam (asam klorida 1%), disaring, tambahkan pereaksi endap seperti Mayer, siklotungstat atau pereaksi lain. Bila positif, maka larutan asam dibasakan kembali dan diekstraksi dengan pelarut organik. Lapisan organik asam-kan kembali dan lapisan air asam dites dengan pereaksi warna, jika positif maka dapat diyakini bahwa sampel mengandung alkaloida. Lapisan organik basa perlu juga dites untuk menentukan adanya alkaloida quaterner.
Prosedur Kiang – Douglas, sampel kering dibasakan dengan larutan amonia encer,ekstraksi dengan pelarut organik (kloroform), Ekstrak kloroform dipekatkan dan alkaloida diubah menjadi garam hidroklori dengan penambahan HCl 2 N. Filtrat larutan berair kemudian diuji dengan pereaksi alkaloida.
4. Jelaskan keterkaitan diantara
biosintesis, metode isolasi dan penentuan struktur senyawa bahan alam . Berikan
contohnya.
JAWAB
:
Kimia Organik Bahan Alam merupakan
cabang ilmu kimia, khususnya Kimia Organik dan Biokimia. Cabang ilmu ini secara
spesifik mempelajari bagaimana senyawa organik yang secara alami terdapat pada
alam, khususnya makhluk hidup dibuat (dibiosintesis), apa fungsinya (bioaktivitasnya),
dan apakah senyawa tersebut memiliki potensi untuk dimanfaatkan umat manusia. Praktis
ilmu Kimia Organik Bahan alam mempelajari metabolit, baik itu metabolit primer
maupun sekunder. Kebanyakan senyawa yang dikaji ilmu Kimia Organik Bahan Alam berasal
dari tumbuhan, oleh sebab penelitian pada hewan sering terhalang oleh segi
moral.
Secara tradisional
kimia bahan alam berhubungan dengan biosintesis, isolasi, dan penentuan
struktur senyawa-senyawa organik yang berasal dari sumber alam hayati. Ilmu kimia
bahan alam berawal dari keingintahuan orang tentang bau, rasa, warna, penyembuhan
penyakit, dsb. Pertumbuhan kimia bahan alam yang semula terfokus pada isolasi
senyawa yang mudah diperoleh mengalami pertumbuhan yang pesat dalam aspek
penetapan struktur, didorong oleh kemajuan dalam instrumentasi, dengan
ditemukannya teknik-teknik pemisahan kromatografi dan teknik-teknik
Spektroskopi UV, inframerah (IR), Resonasi Magnet Inti (NMR), Massa (MS), dan
Kristalografi sinar-X, serta biosintesis.
Contoh :
Dalam
menentukan senyawa kolesterol, pertama yang dilakukan yaitu biosintesis untuk
mengetahui proses/reaksi kimia yang terjadi dalam memperoleh senyawa kolesterol
tersebut. Kemudian melakukan isolasi yaitu dengan menggunakan sampel kuning
telur. Isolasi kolesterol diawali dengan penambahan larutan etanol dan eter
dengan perbandingan 2:1. Kemudian dilakukan filtrasi. Hasil endapan kemudian
dibilas dengan heksana, heksana merupakan pelarut yang sangat baik untuk
mengekstrak komponen lemak netral. Selanjutnya, hasil ekstrak tersebut
dituangkan kdalam corong pisah dan didiamkan selama ± 30 menit. Tahap selanjutnya adalah
pemanasan, aseton dingin ditambahkan kedalam hasil pemanasan agar mearutkan
komponen lemak, yaitu alkohol. Endapan yang terbentuk berwarna putih yang
merupakan fosfolipid/lesitin. Dari isolasi ini maka dapat ditentukan
strukturya. Untuk mengidentifikasikan struktur yaitu dengan Spektroskopi UV, inframerah (IR), Resonasi Magnet Inti
(NMR), Massa (MS), dll. Dengan menggunakan spektroskopi NMR, maka dapat
ditentukan struktur kolesterol. Dari hasil hasil penentuan struktur dapat
dibandingkan dengan struktur yang dihasilkan pada proses biosintesisnya yaitu
diperoleh struktur kolesterol.
Struktur
Kolestrol