Ujian Akhir Semester

MATA KULIAH         : KIMIA BAHAN ALAM

SKS                             : 2

DOSEN                       : Dr. Syamsurizal, M.Si

WAKTU                      : 22-29 Desember 2012

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

Jawaban: 

Triterpenoid merupakan senyawa golongan terpenoid yang telah diisolasi dengan lebih dari 40 jenis kerangka dasar yang sudah dikenal dan pada prinsipnya merupakan proses siklisasi dari skualen. Triterpenoid terdiri dari kerangka dengan 3 siklik 6 yang bergabung dengan siklik 5 atau berupa 4 siklik 6 yang mempunyai gugus fungsi pada siklik tertentu. 

-          Jalur Biosintesis Triterpenoid

Dari proses biosintesis  diata untuk dapat mengetahui jalur biosintesis triterpenoid, maka terlebih dahulu harus mengetahui jalur biosintesis terpenoid yang menghasilkan triterpenoid. Dari biosintesis terpenoid melalui jalur asam mevalonat, tahap-tahap reaksi adalah antara asam asetat dengan enzim CoA-SH membentuk molekul asetil-koenzim A (asetil-CoA), lalu dilanjutkan dengan reaksi kondensasi dua molekul asetil-koenzim A (asetil-CoA) membentuk asetoasetil-CoA dengan katalis enzim asetil-CoA asetiltransferase (tiolase). Kemudian asetoasetil-CoA berkondensasi lagi dengan satu unit asetil-CoA lainnya membentuk molekul β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) dengan katalis enzim HMG-CoA sintase. Selanjutnya reaksi reduksi HMG-CoA oleh NADPH dengan katalis enzim HMG-CoA reduktase menghasilkan asam mevalonat. Selanjutnya asam mevalonat mengalami fosforilasi oleh ATP menjadi asam-5-pirofosfat-3-fosfomevalonat dengan bantuan enzim mevalonat kinase dan enzim fosfomevalonat kinase. Lalu asam-5-pirofosfat-3-fosfomevalonat mengalami dekarboksilasi menjadi isopentenilpirofosfat (IPP) dengan enzim pirofosfat mevalonat dekarboksilase, proses selanjutnya yaitu mengubah isopentenilpirofosfat (IPP) menjadi dimetilalilpirofosfat (DMAPP) dengan bantuan enzim IPP isomerase. IPP dan DMAPP berkondensasi secara berturut membentuk geranilpirofosfat (GPP) dengan bantuan enzim geranilpirofosfat sintase dan farnesilpirofosfat (FPP) dengan bantuan enzim farnesilpirofosfat sintase dan geranil-geranil pirofosfat (GGPP) dengan bantuan enzim geranil-geranil pirofosfat sintase. Selanjutnya berturut-turut menjadi monoterpena (10 C), seskuiterpena (15 C), dan diterpena (20 C). Sehingga dari penggabungan ekor dan ekor dari unit C-15 atau C-20 menghasilkan triterpenoid dan steroid.


Secara umum biosintesa terpenoid terjadinya 3 reaksi dasar, yaitu :
1. Pembentukan isoprena aktif berasal dari asam asetat melalui asam mevalonat.
2.   Penggabungan kepala dan ekor unit isoprene 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.

-   Faktor-faktor penting yang sangat menentukan dihasilkannya triterpenoid dalam kuantitas yang banyak adalah dengan memperbanyak penggabungan ekor dan ekor dari unit C-15 atau C-20 menghasilkan triterpenoid, sehingga dengan semakin banyak penggabungan ini menjadikan senyawa triterpenoid yang dihasilkan pun semakin banyak.

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

Jawaban:

Pada umumnya dalam proses penentuan struktur flavonoid pada isolasi suatu sampel digunakan berbagai macam spektrum untuk memperlihatkan struktur senyawa yang diinginkan. Salah satunya adalah spektrum IR dan NMR. Dengan bantuan spektrum ini senyawa yang akan ditentukan struktur akan dengan mudah terdeteksi.

Flavonoid mempunyai kerangka dasar karbon yang terdiri dari 15 atom karbon, dimana dua cincin benzene  (C6) terikat pada suau rantai propane (C3)  sehingga  membentuk  suatu  susunan  C6-C3-C6.  Susunan  ini  dapat menghasilkan tiga jenis struktur, yakni  1,3-diarilpropana atau flavonoid,  1,2-diarilpropana atau isofalvonoid, dan 1,1-diarilpropana atau neoflavonoid. Senyawa-senyawa flavon mempunyai  kerangka  2-fenilkroman,  dimana  posisi  orto  dari cincin A dan atom karbon yang terikat pada cincin B dari  1,3-diarilpropan dihubungkan  oleh  jembatan  oksigen,  sehingga  membentuk  suatu  cincin heterosiklik yang baru (cincin C).
Struktur flavonoid

Dari struktur diketahui bahwa flavonoid terdiri dari ikatan-ikatan tunggal dan rangkap yang mempunyai kekhasan signal dan intensitas serapan pada spektrum IR, yaitu :

• Ikatan tunggal karbon – oksigen C–O (eter) : mempunyai penyerapan dalam ‘daerah sidik jari’, yang yang bisa ditemukan pada daerah sekitar antara 1000 – 1300 cm-¹,dengan intensitas serapan lemah dan melebar

• Ikatan tunggal karbon –  hidrogen C – H (aromatik)  : mempunyai penyerapan cahaya yang terjadi pada daerah serapan 3050-3150 cm-¹, dengan intensitas serapan lemah dan tajam akibat rentangan C – H aromatik.

• Ikatan tunggal oksigen – hidrogen O – H (fenol) : menyerap sinar yang berbeda-beda, tergantung pada kondisi lingkungannya. Ikatan O – H ini akan sangat mudah dikenali dalam sebuah asam karena akan menghasilkan intensitas serapan lebar atau lembah yang sangat luas pada daerah sekitar 3200-3500 cm-¹.

• Ikatan rangkap karbon – karbon C=C (aromatik) : mempunyai penyerapan cahaya pada daerah serapan  1500 – 1600 cm-¹ dengan intensitas serapan sedang dan tajam.

• Ikatan rangkap karbon – oksigen C=O (keton) : merupakan salah satu penyerapan yang sangat berguna, yang bisa ditemukan pada daerah sekitar 1705 – 1725  cm-¹ dengan intensitas serapan kuat dan tajam.

Intensitas  penyerapan pada spektroskopi NMR yaitu berdasarkan pada penyerapan energi oleh partikel yang sedang berputar di dalam medan magnet yang kuat. Energi yang dipakai dalam pengukuran dengan metode ini berada pada daerah gelombang radio 75-0,5 m atau pada frekuensi 4-600 MHz, yang bergantung pada jenis inti yang akan  diukur.  Inti yang dapat diukur dengan NMR yaitu :

a. Bentuk bulat

b. Berputar

c. Bilangan kuantum spin = ½

Kekhasan signal NMR : spektroskopi 1H-NMR memberikan informasi mengenai posisi H pada struktur senyawa sedangkan spektroskopi 13C-NMR memberikan informasi mengenai struktur karbon dalam sebuah molekul yang dapat dilihat dari geseran kimianya.  Suatu molekul terdiri dari beberapa atom dan setiap atom itu terdiri dari inti atom. Setiap inti atom berorientasi pada medan magnet yang kuat. Setiap proton di dalam molekul yang memiliki sifat kimia berbeda akan memberikan garis-garis resonansi orientasi magnet yang berbeda. Resonansi terjadi akibat perubahan proton dari satu arah (spin searah) ke arah lain (spin berlawanan) oleh gelombang radio. Inti yang memiliki jumlah proton dan neutron keduanya genap, tidak mempunyai momentum sudut putar dengan I=0 dan tidak menunjukkan sifat magnetik sehingga tidak memberikan sinyal NMR. Sedangkan  Inti yang bersifat magnetik (I>0) pada umumnya berinteraksi dengan medan magnet luar dan menyesuiakan interaksinya dengan medan magnet luar kemudian menyesuaikan orientasinya dengan tingkat-tingkat energi yang sesuai sehingga memunculkan sinyal. Sinyal-sinyal tersebut muncul karena adanya perbedaan  dari proton-proton yang terdapat pada suatu molekul, banyaknya proton dari setiap proton yang ada dinamakan intensitas sinyal. Sinyal-sinyal tersebut akan terpecah menjadi beberapa puncak. Jadi pada spektroskopi 13C-NMR, sinyal-sinyal dari setiap atom karbon yang menyusun suatu molekul akan terbaca satu per satu. Atom karbon yang mempunyai interaksi yang kuat terhadap medan magnet akan muncul terlebih dahulu pada daerah serapan sedangkan atom karbon  yang mempunyai interaksi yang lemah terhadap medan magnet akan muncul belakangan pada daerah serapan dan menunjukkan intensitas yang tajam pada setiap kemunculan signal. Sedangkan pada spektroskopi 1H-NMR, menunjukkan sinyal-sinyal dari atom H yang terikat dan menyusun suatu molekul, sinyal atom H yang terikat dengan atom O pada benzena akan muncul terlebih dahulu kemudian akan muncul sinyal dari atom H yang terikat dengan atom C pada benzena dan sinyal yang terakhir muncul yaitu atom H yang terikat dengan atom O pada benzena yang memiliki ikatan rangkap dengan atom O lain. Semua sinyal yang muncul mempunyai intensitas tajam.

Contoh :

1. Struktur Antosianin

- Spektrum IR Antosianin

- Spektrum NMR Antosianin

2. Struktur Kuersitin

- Spektrum IR Kuersitin

- Spektrum NMR kuersitin

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

Jawaban :

Dasar penggunaan reagen asam atau basa pada tahap awal isolasi alkaloid adalah :


1. Memberikan pengaruh terhadap rendemen,
2. Memberikan pengaruh tingkat kemurnian dan keasaman (pH),
3. Memberikan pengaruh pada bobot molekul dan kadar suatu senyawa yang diinginkan.

Contohnya:

1.      Isolasi kafein dari teh,  25 gram daun  teh kering dan 20 gram natrium karbonat (NaHCO3)  dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 250 mL, kemudian tambahkan 225 mL air mendidih, lalu didekantasi. Ekstrak teh didinginkan hingga suhu kamar, kemudian lakukan ekstraksi dengan penambahan 30 mL diklorometana. Ekstraksi dilakukan sebanyak dua kali dengan pelarut diklorometan dengan jumlah yang sama. Ekstrak diklorometana dan  semua fraksi yang berwujud emulsi digabungkan di dalam labu Erlenmeyer 125 mL, kemudian  tambahkan kalsium klorida anhidrat ke dalam gabungan ekstrak dan emulsi. Kemudian, ekstrak diklorometana disaring, filtrat digabung dan lakukan distilasi menggunakan penangas air untuk menguapkan diklorometana. Produk yang terbentuk ditimbang dan dilakukan  rekristalisasi menggunakan 5 mL aseton panas.  Masih  dalam  keadaan  panas,  tambahkan n-heksana tetes demi tetes sampai  terbentuk  kekeruhan. Dinginkan sampai  mencapai  suhu kamar, kemudian kristal yang terbentuk disaring dengan penyaringan isap (vakum). Kristal dicuci dengan  beberapa  tetes  n-heksana.  Diperoleh kristal murni dan kemudian  dilakukan  pengujian titik leleh.

2.      Isolasi nikotin dari daun tembakau, dipotong-potong 10 gram daun tembakau kering atau tembakau dari cerutu. Ditambahkan 100 ml larutan NaOH 5% dan 30 ml air, diaduk. Disaring menggunakan corong Buchner. Untuk menghilangkan partikel (daun tembakau) dalam hasil saringan(filtrate), filtrate disaring dengan menggunakan corong gelas yang diberi glasswool. Filtrat ditambahkan 30 ml diklorometan, dikocok. Dipisahkan lapisan diklorometan ke dalam labu Erlenmeyer. Langkah ekstraksi ini dilakukan sampai semua nikotin terekstrak ke dalam diklorometan. Dikumpulkan semua lapisan diklorometan. Diuapkan diklorometan menggunakan rotary vacuum evaporator. Penguapan diklorometan atau eter dilakukan menggunakan teknik  penguapan dengan pengurangan tekanan dan jangan menggunakan api. Ditambahkan 1ml air suling ke dalam sisa penguapan, aduk perlahan-lahan, ditambahkan 4ml methanol, disaring dengan menggunakan corong gelas yang diberi glass wool. Ditambahkan 10 ml larutan jenuh asam pikrat dalam methanol. Disaring nikotin dipikrat padat menggunakan corong Buchner (digunakan kertas saring). Dimurnikan nikotin, dengan rekristalisasi dan diperolh kristal murni.

3.      Isolasi alkaloid pada bahan tanaman terutama pada biji dan daun yang banyak mengandung lemak, digunakan pelarut petroleum eter dimana kebanyakan alkaloid tidak larut dalam petroleum eter membentuk residu. Lalu residu tersebut ditambahkan ethanol 95%. Kebanyakan alkaloid yang terdapat dalam tanaman sebagai garam organik, dan garam-garam tersebut larut dalam ethanol 95% (dalam suasana asam).  Larutan kemudian diuapkan sehingga diperoleh ekstrak pekat etanol dan residu, Residu tersebut masih mengandung asam dan petroleum eter, selanjutnya residu dipisahkan. Maka akan terpisah dalam bentuk endapan dan larutan, endapan tersebut merupakan petroleum eter sedangkan larutan tersebut merupakan larutan basa (garam-garam organik yang larut dalam alkohol). Kemudian larutan basa tersebut diekstrak dengan pelarut kloroform atau etil asetat dan dikeringkan dengan Na2SO4, lalu disaring selanjutnya dikeringkan untuk mendapatkan sisa alkaloid kotor.

4.      Pada daun tumbuhan jambu Keling (Eugenia cumini (L) Druce) didestruksi basah dengan HCl dalam metanol sebesar 2M kemudian dinetralisasi dengan penambahan basa NH4OH dan terjadi padatan berupa endapan. Endapan dikeringkan dan diektraksi dan direndam dalam khloroform dan dipekatkan dengan alat rota-evaporator. Ekstrak pekat khloroform (2 g) dikhromatografi kolom dengan fasa diam silika gel 60 sebanyak 60 gram dengan fasa gerak khloroform: metanol dengan menaikkan kepolaran bertingkat. Fraksi yang keluar kolom khromatografi ditampung menggunakan vial serta dimonitor dengan khromatografi lapis tipis. Fraksi dengan Rf yang sama dan positip dengan pereaksi Maeyer yang ditandai dengan munculnya warna putih, digabung selanjutnya, diuapkan pelarutnya kemudian fraksi ini direkristalisasi untuk memperoleh kristal murni. Kristal yang dihasilkan berwarna kuning dengan titik leleh 293 oC – 295 oC. Dimana setelah dilakukan uji spektrum IR dan NMR menunjukkan struktur golongan alkaloid indol.

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

Jawaban :

-          Biosintesis merupakan cara memeriksa mekanisme produksi suatu senyawa dalam organisme asalnya yang identik dengan mekanisme reaksi, dari mekanisme tersebut dapat diketahui pembentukkan suatu senyawa bahan alam dan jenis-jenis reaksi yang dialaminya serta bagaimana cara mendapatkan senyawa yang dihasilkan dalam jumlah yang banyak. Setelah diketahui  cara mendapatkan senyawa tersebut kemudian dilakukan isolasi.

-          Metode isolasi digunakan untuk mengekstrak sampel atau senyawa bahan alam dengan menggunakan pelarut tertentu, agar diperoleh ekstrak murni yang selanjutnya dapat ditentukan strukturnya.

-          Penentuan struktur senyawa bahan alam diperoleh dari hasil metode isolasi, hasil isolasi di analisis dengan kromatografi kertas, kromatografi lapis tipis (KLT), kromatografi kolom atau PTLC, kemudian diperiksa dengan spektoskopi (IR, UV-VIS dan NMR), HPLC dan di analisis ikatan-ikatan yang muncul pada daerah serapan berdasarkan spektoskopinya sehingga diperoleh struktur dari suatu sampel yang diperiksa.

Contohnya :

• Biosintesis Flavonoid

•  Isolasi dan Identifikasi pada flavonoid dari Fraksi Diklorometana Buah Tumbuhan Mempelas

Isolasi untuk memisahkan senyawa yang terkandung dalam ekstrak pekat diklorometana. Pemisahan dilakukan dengan menggunakan kromatografi kolom vakum. Eluen yang digunakan n-heksana dan diklorometana (8:2) yang ditingkatkan kepolarannya sampai diklorometana 100%, kemudian dilanjutkan dengan campuran eluen diklorometana : etil asetat (9:1) sampai etil asetat 100% selanjutnya dengan campuran eluen etil asetat : methanol (9:1) sampai metanol 100%. Eluat yang terbentuk ditampung ke dalam vial-vial yang bervolume ± 30 ml. Masing-masing vial dicek dengan menggunakan KLT dan di monitor di bawah sinar UV 254 nm dan pereaksi penampak noda serium sulfat. Vial-vial yang memberikan pola noda yang sama kemudian dikelompokkan menjadi satu fraksi, sehingga dihasilkan 4 fraksi. Berdasarkan pola noda pada KLT, noda utama yang akan dipisahkan lebih lanjut adalah fraksi F3. Fraksi F3 sebanyak 195 mg dipisahkan dengan menggunakan kromatografi kolom flas dengan eluen n-heksana : etil asetat (7:3). Eluat yang dihasilkan di tampung ke dalam vial-vial. Hasil pemisahan tersebut menghasilkan kristal berbentuk jarum berwarna kuning kehijauan.

Kemurnian senyawa hasil isolasi diuji dengan polanoda pada KLT dan uji titik leleh. Identifikasi senyawa hasil isolasi dilakukan dengan spektrofotometer IR.

.

•    Spektroskopi IR dari hasil isolasi

Pengukuran serapan senyawa hasil isolasi dengan spektroskopi IR menunjukkan serapan karakteristik yang memberikan informasi adanya pita serapan pada bilangan gelombang 1659 sampai 1580 cm−1 yang menunjukkan adanya gugus C=C aromatik dan munculnya serapan 3065 cm−1 menunjukkan adanya gugus C-H aromatik. Pita serapan pada bilangan gelombang 1738 cm−1 menunjukkan adanya gugus karbonil. Adanya gugus C-O-C ditunjukkan oleh serapan pada bilangan gelombang 1078 cm−1. Pita serapan pada bilangan gelombang 2926-2855 cm−1 menunjukkan adanya regang C-H alifatik. Hal ini mengindikasikan adanya rantai alifatik, dimana rantai alifatik ini berasal dari senyawa pengotor.