Ujian akhir Semester Kimia Bahan Alam

UJIAN AKHIR SEMESTER

NAMA                        : DEVI MARZELINA

NIM                            : A1C110037

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 blog masing-masing.

SOAL

1.      Jelaskan dalam jalur biosintesis triterpenoid, identifikasilah faktor-faktor penting yang sangat menentukan dihasilkannya triterpenoid dalam kualitas yang banyak!

2.      Jelaskan dalam penentuan struktur flavonoid, kekhasan signal dan intensitas serapan dengan menggunakan spektrum IR dan NMR! berikan dengan contoh sekurang-kuranggya dua struktur yang berbeda!

3.      Dalam isolasi alkaloid, pada tahap awal dibutuhkan kondisi asam atau basa. Jelaskan dasar penggunaan reagen tersebut, dan berikan contoh sekurang-kurangnya 3 macam alkaloid!

4.      Jelaskan keterkaitan diantara biosintesis, metode isolasi, dan penentuan struktur senyawa bahan alam! Berikan contohnya.

JAWABAN
1. 

 

    Reaksi dasar biosintesa terpenoid, yaitu:

a)      Pembentukan isoprene aktif  berasal dari asam asetat melalui asam mevalonat.

b)      Penggabungan senyawa dan ekor dua unit isopren akan membentuk mono-, seskui-, di-, sester-, dan poli-terpenoid.

c)      Pengabungan ekor dan ekor dari unit C15 atau C20 menghasilkan terpenoid atau 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 mevalinat, reaksi-reaksi berikutnya adalah fosforialsi, eliminasi asam fosfat dan dekarboksilasimenghasilkan  isopentenil (IPP) yang selanjutnya berisomerisasi menjadi dimetil alil piropospat (DMAPP) oleh enzim isomeriasi. IPP sebagai unti isoprene aktif bergabung secara kepala ke ekor dengan DMAPP dan penggabungan ini merupakan langkah pertama dari polimerisasi isoprene untuk menghasilkan terpenoid.

       Penggabungan ini terjadi karena serangan electron dari ikatan rangkap IPP terhadap atom karbon dari DMAPP yang kekurangan electron 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 menaisme yang sama menghasilkan Farnesil pirofosfat (FPP) yang merupakan senyawa antara bagi semua senyawa seskuiterpenoid. Senyawa diterpenoid diturunkan dari Geranil-Geranil Pirofosfat (GGPP) yang berasal dari kondensasi antara satu unti IPP dan GPP dengan mekanisme yang sama. selanjutnya Pengabungan ekor dan ekor dari unit C15 atau C20 menghasilkan terpenoid atau steroid. Triterpenoid dibiosintesis dari 6 unit isopren, dan tersusun atas C30 asiklik yang merupakan prekursor dari squalen.

Faktor-faktor penting yang sangat menentukan dihasilkannya triterpenoid dalam kualitas yang banyak yaitu :

1.         Enzim yang bekerja, dimana enzim dapat mempercepat laju reaksi.

2.         pH (keadaan basa)

3.         suhu atau temperatur, suhu optimal enzim bekerja adalah 30º-40ºC akan akan  memperbesar laju reaksi sehingga kualitas triterpenoid yang di hasilkan semakin banyak.


2.  Spektroskopi inframerah (Ir)

    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 gugus-gugus 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). 

     Spektroskopi MR

    spektroskopi 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.

     contoh : 

penentuan struktur senyawa antosianin

spektra antosianin dalam FTIR tertera dalam gambar berikut ini: 

Hasil interpretasi spektra FTIR tersaji dalam tabel berikut ini:

Hasil spektrum inframerah menunjukkan bahwa isolat kemungkinan mengandung beberapa gugus fungsi seperti –oh yang ditunjukkan oleh serapan tajam pada daerah 3449,45 cm-1 yang didukung juga oleh munculnya serapan pada bilangan gelombang 1054,99 cm-1 untuk ikatan c-o alkohol. Serapan ikatan rangkap –c=c aromatik ditunjukkan oleh serapan tajam pada bilangan gelombang 1637,45 cm-1.
Berdasarkan hasil spektrum FTIR dapat disimpulkan bahwa struktur senyawa antosianin yang diduga untuk isolat adalah sebagai berikut: 

    penentuan struktur senyawa Kuersetin dengan spektrum NMR

     

3. pada isolasi alkaloid ditambahkan reagen asam atau basa karena senyawa alkaloid merupakan senyawa organik yang bersifat basa atau asam. Sehingga penambahan reagen asam atau basa akan membentuk garam alkaloid yang berbentuk kristal. Karena pemisahan dan pemurnian zat padat akan lebih mudah dibandingkan zat cair, maka alkaloid yang akan dimurnikan diubah menjadi garamnya yang berbentuk kristal.Sedangkan penetralan dengan penambahan basa adalah untuk menghasilkan basa bebas, alkaloid dengan gugus amina terprotonasi dapat bereaksi dengan basa kuat menghasilkan basa bebas. Karena yang dapat diekstraksi oleh pelarut organik adalah alkaloid dalam bentuk basa bebasnya.
Contoh : 

  ·  Isolasi senyawa nikotin dari tembakau.  

tembakau kering rajangan yang telah dibungkus kertas saring dimasukkan kedalam alat soxhlet, dilakukan ekstraksi dengan menggunakan 300 ml metanol, diekstraksi dilakukan 4 kali. Ekstrak yang dihasilkan di evaporasi. Larutan pekat di tuangkan kedalam labu erlenmeyer dan diasamkan dengan H2SO4 2 M sebanyak 25 ml. Larutan diaduk dengan magnetik stirer agar homogen. Larutan diuji dengan kertas lakmus sampai berwarna merah. Kemudian larutan di ekstrak dengan kloroform, dinetralkan lagi dengan NH4OH, kemudian diekstraksi lagi dengan kloroform sebanyak 3 kali. Ekstrak yang diperoleh diuapkan dengan dianginkan, kemudian dimurnikan dengan kromatografi kolom. Hasil ekstrak kemudian di uji dengan menggunakan GC-MS, spektrofotometer UV-Vis, dan spektrofotometer IR.

 

·  Isolasi Alkaloid dari Batang Kayu Ni (Berberis Fortunei Lindl)   

Ekstraksi dilakukan secara refluks sebanyak delapan kali dengan etanol dan dipekatkan dengan penguap putar vakum. Ekstrak dipantau secara KLT dengan fase diam silika gel GF₂₅₄ dan pengembang n-propanol-asam format-air (90:1:9). Fraksinasi secara ekstraksi cair-cair menggunakan metode asam basa. Ekstrak diasamkan, diekstraksi dengan klorofom. Fraksi air dibasakan, diekstraksi dengan kloroform diperoleh fraksi kloroform 2 dan fraksi air. Setiap fraksi dipantau dengan KLT dengan pengembang n-propanol-asam format-air (90:1:9), terlihat senyawa yang diduga sebagai berberin pada fraksi kloroform 1 dan 2. Isolat diidentifikasi dengan spektrofotometri ultraviolet dan inframerah. Isolat berwarna kuning terang Rf 0,22 dengan gugus –OH, ikatan C=C aromatik, C-N, dan C-O. Isolat diduga sebagai turunan berberin.

 

·  Isolasi Alkaloid dari Biji Alpukat (Persea americana Mill.) 

Simplisia biji alpukat setelah diekstraksi sinambung dengan pelarut n-heksana dan etanol menggunakan alat Soxhlet, diekstraksi cair-cair berdasarkan perbedaan keasaman dan kebasaan. Isolat dari fraksi dimurnikan dengan kromatografi lapis tipis (KLT) preparatif kemudian direkristalisasi Kromatogram KLT dua dimensi isolat menunjukkan satu bercak yang bereaksi dengan penampak bercak Dragendorff. Isolat yang merupakan alkaloid ini menunjukkan serapan maksimum pada panjang gelombang 203, 219 dan 225 nm. Spektrum inframerahnya menunjukkan adanya gugus N-H, C-N, CH₂ dan CH₃ dan memiliki jarak lebur 64,1 – 65,9^oC.

 

·  Isolasi Alkaloid Dari Bunga Dadap Hias (Erythrina crista-galli L.)

Ekstraksi untuk menarik alkaloid, (1) alkaloid ditarik dalam bentuk garamnya dengan alkohol dalam suasana asam, dan dipisahkan dalam bentuk basanya, (2) garam alkaloid diubah dalam bentuk basanya kemudian ditarik dengan pelarut organik, namun alkaloid kuartener tidak bisa dipindahkan dengan cara ini. Pengembangan metode ekstraksi dilakukan berdasarkan sifat alkaloid yang terdapat dalam bentuk basa dan garamnya. Simplisia diekstrasi secara refluks. Ekstrak difraksinasi dengan perbedaan kelarutan alkaloid dalam pH tertentu. Pemeriksaan ekstrak dan fraksi dilakukan secara KLT. Fraksi yang dipilih diisolasi secara KLT preparatif. Isolat diuji kemurniannya secara KLT dua dimensi. Isolat murni dikarakterisasi secara spektrofotometri ultraviolet dan inframerah. Berdasarkan pustaka alkaloid erythrina isolat diduga 11 β-metoksieritralin N-oksida.  

 

4.  Biosintesis, isolasi, dan penentuan struktur senyawa bahan alam erat kaitannya dalam penelitian senyawa senyawa bahan alam. Biosintesis berarti pembentukan senyawa alami oleh organisme hidup. Biosintesis juga diartikan sebagai pembentukan molekul alami dari molekul lain yang kurang rumit strukturnya, atau suatu proses anabolisme. Pada dasarnya isolasi senyawa kimia dari bahan alam adalah sebuah usaha bagaimana caranya memisahkan senyawa yang bercampur sehingga kita dapat menghasilkan senyawa tunggal yang murni. Tumbuhan mengandung ribuan senyawa yang dikategorikan sebagai metabolit primer dan metabolit sekunder. Biasanya proses isolasi senyawa dari bahan alami ini mentargetkan untuk mengisolasi senyawa metabolit sekunder, karena senyawa metabolit sekunder diyakini dan telah diteliti dapat memberikan manfaat bagi kehidupan manusia. Antara lain manfaatnya dalam bidang pertanian, kesehatan dan pangan.

Penelitian bahan alam biasanya dimulai dari ekstraksi, isolasi dengan metode kromatografi sehingga diperoleh senyawa murni, identifikasi unsur dari senyawa murni yang diperoleh dengan metode spektroskopi, dilanjutkan dengan uji aktivitas biologi baik dari senyawa murni ataupun ekstrak kasar. Setelah diketahui struktur molekulnya biasanya dilanjutkan dengan modifikasi struktur untuk mendapatkan senyawa dengan aktivitas dan kestabilan yang diinginkan. Disamping itu dengan kemajuan bidang bioteknologi, dapat juga dilakukan peningkatan kualitas tumbuhan atau organisme melalui kultur jaringan atau pembentukan menjadi tumbuhan transgenik yang tentunya juga akan menghasilkan berbagai jenis senyawa metabolit sekunder baru yang beraneka ragam dan mungkin juga dengan struktur molekul yang berbeda dengan yang ditemukan dari tumbuhan awalnya. 

Contoh :

Senyawa Flavonoid Gallokatekin Dari Kulit Batang Rengas

Sebanyak 1,2 kg kulit batang rengas yang telah dibersihkan dan dikeringkan di udara terbuka

(kadar air 8,5% dan kadar abu 5,2 %) digiling halus, dimaserasi dengan heksen selama 3x24 jam. Ekstrak heksan dikisatkan dan residu dikeringkan di udara terbuka sampai bau heksen hilang. Dengan cara yang sama residu dimaserasi kembali masing-masing dengan pelarut diklorometan dan metanol. Fraksi metanol kemudian difraksinasi menggunakan kromatografi kolom cair vakum (KCV) pada silika gel. hasil isolasi kemudian di identifikasi dengan spektroskopi UV-VIS dan spektroskopi IR.

BIOSINTESIS KOLESTEROL

Kolesterol adalah metabolit yang mengandung lemak sterol (bahasa Inggris: waxy steroid) yang ditemukan pada membran sel dan disirkulasikan dalam plasma darah. Merupakan sejenis lipid yang merupakan molekul lemak atau yang menyerupainya. Kolesterol ialah jenis khusus lipid yang disebut steroid. Steroids ialah lipid yang memiliki struktur kimia khusus. Struktur ini terdiri atas 4 cincin atom karbon.

            Kolesterol yang disintesa merupakan bagian dari kolesterol di dalam tubuh. Hanya sebagian kecil saja kolesterol yang berasal dari makanan. Kolesterol disintesa di dalam hati, korteks adrenal, usus, kulit, dan aorta. Sintesa berlangsung di sitosol dan mikrosom sel jaringan tersebut.

            Tahapannya sebagai berikut:

1. Pembentukan mevalonat dari asetil koA

2. Pembentukan squalene dari mevalonat

3. Perubahan dari squalene menjadi lanosterol yang selanjutnya berubah menjadi kolesterol

            Urutan reaksi:

1. Pembentukan asetil koA. Molekul asam asetat diaktifkan menjadi asetil koA dengan menggunakan energi yang berasal dari ATP dan dikatalisis oleh enzim asetil koA sintetase. Mg sebagai kofaktor.

2. Dua molekul asetil koA berkondensasi membentuk asetoasetil koA. Enzim yang bekerja di sini adalah tiolase.

3. Asetoasetil koA berkondensasi dengan molekul asetil koA membentuk HMG koA. Enzim yang mengkatalisis adalah HMG koA sintetase. Proses ini memerlukan air dan menghasilkan produk sampingan berupa koA-SH.

4. HMG koA direduksi oleh reduktase dengan bantuan NADPH dan H. Hasilnya akan terbentuk mevalonat.

5. Mevalonat mengalami 3 deretan reaksi yang menyangkut fosforilasi oleh 3 ATP dan menghilangkan 1 atom karbon mevalonat, terbentuk unit isoprenoid. Produk sampingan berupa karbon dioksida dan air.

6. Dua unit isoprenoid berkondensasi membentuk geranil pirofosfat dengan 10 atom C.

7. Satu molekul isoprenoid berkondensasi lebih lanjut dengan geranil pirofosfat untuk membentuk farnesil pirofosfat.

8. Dua molekul farnesil pirofosfat bergabung membentuk squalene dengan 30 atom C.

9. Penutupan cincin untuk membentuk lanosterol.

10. Lanosterol diubah menjadi 14-desmetil lanosterol (kehilangan gugus metil) → zimosterol → desmosterol → kolesterol.

            Enzim yang penting dalam sintesa kolesterol adalah HMG koA reduktase. Enzim ini dihambat oleh makanan tinggi kolesterol dan inhibisi umpan balik. Pada jaringan ekstrahepatik, HMG koA reduktase dihambat oleh kolesterol dalam LDL. Di dalam jaringan usus, enzim ini dihambat oleh asam-asam empedu. Hormon tiroid dan insulin juga turut berperan dalam penghambatan kerja enzim ini.