UJIAN AKHIR SEMESTER

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.

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