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.
Jawaban :
Jawaban :
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.
Triterpenoid : diturunkan dari
isoprenoid asiklik skualen (C30H50),
Biosintesa dari terpenoid
(triterpenoid) terjadi dalam 3 reaksi, yaitu:
1. Pembentukan isoprene aktif berasal
dari asam asetat melalui asam mevalonat.
2. Penggabungan kepala dan ekor dua
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.
-
Pembentukan
isoprene aktif berasal dari asam asetat melalui asam mevalonat. Mekanisme pembentukannya melalui jalur
asam mevalonat :
As. Asetat teraktifasi oleh koenzim-A membentuk asetil koenzim-A, selanjutnya melakukan kondensasi jenis Claisen menghasilkan asam asetoasetil koenzim-A
Asetoasetil koenzim-A mengalami kondensasi lg dg asetil koenzim-A menghasilkan senyawa mevalonil koenzim-A selanjutnya mengalami reduksi menjadi asam mevalonat
As. Asetat teraktifasi oleh koenzim-A membentuk asetil koenzim-A, selanjutnya melakukan kondensasi jenis Claisen menghasilkan asam asetoasetil koenzim-A
Asetoasetil koenzim-A mengalami kondensasi lg dg asetil koenzim-A menghasilkan senyawa mevalonil koenzim-A selanjutnya mengalami reduksi menjadi asam mevalonat
-
Penggabungan
kepala dan ekor dua unit isoprene akan membentuk mono-, seskui-, di. sester-,
dan poli-terpenoid. Reaksi
selanjutnya adalah fosforilasi, eliminasi asam fosfat dan dekarboksilasi
menghasilkan IPP yg berisomerisasi menjadi DMAPP oleh enzim isomerase. Isomerisasi IPP ke 3,3 dimethyl allyl
pyrophosphate kemudian kondensasi kepala dan ekor. IPP dan DMAPP sbg unit isopren aktif berkondensasi
melalui interaksi kepala ke ekor yang merupakan polimerisasi isopren untuk
menghasilkan terpenoid. Biogenetik
terpenoid berasal dari isopentenyl-pyrophosphate (IPP) terdiri dari lima atom
karbon sebagai batu bata (building block) via jalur asam mevalonat (MVA).
Isomer IPP adalah DMAPP (dimethyl allyl pyrophosphate). Kedua molekul tsb
bergabung menjadi geranyl-pyrophosphate (GPP), farnesylpyrophosphate (FPP), dan
gerany-lgeranyl pyrophosphate (GGPP).
-
Penggabungan
ekor dan ekor dari unit C-15 atau C-20 menghasilkan triterpenoid dan steroid. Triterpenoid
dibiosintesis dari 6 unit isopren, dan tersusun atas C30 asiklik yang merupakan
prekursor dari squalen.Triterpenoida
(C30) dan tetraterpenoida (C40) berasal dari dimerisasi C15 atau C20. Yang
banyak diketahui ialah dimerisasi FPP menjadi skualena yang merupakan
triterpenoida dasar dan sumber dari triterpenoida lainnya dan steroida.
Siklisasi dari skualena menghasilkan tetrasiklis triterpenoida lanosterol.
lalu lanosterol akan melepaskan tiga gugus metil nya sehingga membentuk
kolesterol.
Identifikasi
faktor-faktor penting yang sangat menentukan dihasilkannya triterpenoid dalam
kuantitas yang banyak yaitu : Penggabungan ekor dan kepala
C-15 atau
C-20 sehingga menghasilkan triterpenoid dan senyawa lainnya dengan adanya serangan
electron yang kuat.
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 :
Flavonoid
Kuersetin
Jawaban :
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. Untuk menganalisis senyawa
dengan spektrum IR ini, dilakukan dengan mengidentifikai gugus-gugus fungsi
utama yang ditunjukkan seperti C=O, O-H, N-H, C-O, C=C, C=N, C=C dan NO.
Spektroskopi
resonansi magnetik nuklir (NMR) memberikan gambaran mengenai jenis atom,
jumlah, maupun lingkungan atom hidrogen (1H NMR) maupun karbon (13C NMR).
Biasanya
dilakukan spektroskopi NMR terlebih dahulu untuk mengetahui struktur atau rumus
bangun suatu senyawa.
Contoh :
Flavonoid dari Buah Tumbuhan
Mempelas
Spektrum IR
memberikan informasi adanya pita serapan pada bilangan gelombang 1659 sampai
1580 cm−1 yang menunjukkan adanya gugus C=C aromatic 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.
Spektrum Massa senyawa hasil
isolasi
Sinyal-sinyal 13C-NMR
ester asam lemak ini yang muncul pada daerah C-H alifatik yaitu pada daerah 11,1662
sampai 38,8941 ppm sehingga tidak mempengaruhi sinyal 13C-NMR senyawa flavonoid
yang umumnya muncul pada daerah C-H aromatik yaitu pada 62,2248 - 182,6558 ppm.
Spektrum massa untuk puncak dengan waktu retensi 20,377 menit memperlihatkan
adanya puncak ion (M+1) pada m/z 285.
Pecahan cincin A dan B pada senyawa flavon menghasilkan A1 m/z 182 dan B1 m/z 102.
Hilangnya −CH3 (massa 15) sehingga menghasilkan m/z 167 dari puncak m/z 182
mengindikasikan adanya pola oksigenasi −CH3 pada senyawa flavon. Selain itu,
muncul puncak dasar m/z 139 yang terbentuk dengan hilangnya molekul C=O (massa
28) dari puncak m/z 167.
Hal ini lebih memperkuat dugaan bahwa terdapat gugus metoksi pada C8.
Pergeseran kimia
atom C senyawa isolat pada spektrum 13C-NMR
Berdasarkan
perbandingan geseran kimia 13C-NMR antara wogonin dan senyawa hasil pemisahan,
didapat bahwa geseran kimia antara keduanya hampir sama. Perbedaan yang ada
tidak terlalu signifikan, sehingga dapat disimpulkan bahwa struktur senyawa
hasil isolasi adalah 5-7-dihidroksi-8-metoksiflavon.
dari spektorkopi NMR
diketahui bahwa senyawa tersebut mengandung 15 atom C dengan rumus C15H10O7.
Selanjutnya dari spketrum IR:
Dari spektrum tersebut, diketahui bahwa senyawa mengandung gugus
hidroksil, C-H alifatik, C=C serta dua buah H yang bertetangga dalam cincin
aromatik dari daerah serapan yang ditunjukkan.
Strukturnya :
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 :
Isolasi
alkaloid, pada tahap awal dibutuhkan kondisi asam atau basa. Kebanyakan alkaloid bersifat basa. Sifat
tersebut tergantung pada adanya pasangan elektron pada nitrogen, alkaloida
yang terdapat dalam suatu bakal sebagai bentuk garam, dibebaskan dari ikatan
garam tersebut menjadi alkaloida yang bebas. Untuk itu ditambahkan basa lain
yang lebih kuat daripada basa alkaloida tadi. Dan Penambahan asam agar mengikat
garamnya dan tidak menguap.
Contoh:
Isolasi Nikotin
Dipotong-potong 10 gram daun
tembakau kering atau tembakau daricerutu. Masukkan ke dalam gelas kimia 400 ml.
Ditambahkan 100 ml larutan NaOH 5%. Aduk menggunakan batang pengaduk selama 20
menit. Campuran dalam gelas kimia disaring dengan menggunakan corongBuchner
tanpa kertas saring. Ditekan daun tembakau dalam corong Buchner menggunakan
bagian bawah gelas kimia. Daun tembakau dikembalikan ke dalam gelas kimia,
ditambahkan 30 mlair, diaduk. Disaring menggunakan corong Buchner. Untk
menghilangkan partikel (daun tembakau) dalam hasil saringan(filtrate), filtrate
disaring dengan menggunakan corong gelas yang diberiglasswool. Filtrat
dimasukkan ke dalam corong pisah, ditambahkan 30 mldiklorometan, dikocok. Tutup
corong pisah dibuka setiap kali selesaimengocok. Dipisahkan lapisan
diklorometan ke dalam labu Erlenmeyer.Ditambahkan lagi 30 ml diklorometan ke
dalam sisa cairan (lapisan air) kedalam corong pisah, dikocok. Dipisahkan
lapisan diklorometan. Langkahekstraksi ini dilakukan sampai semua nikotin
terekstrak ke dalamdiklorometan. Dikumpulkan semua lapisan diklorometan.
Ekstraksi ini dapat juga dilakukan menggunakan eter. Diuapkan diklorometan
menggunakan rotary vacuum evaporator.Penguapan diklorometan atau eter dilakukan
menggunakan teknik penguapan dengan
pengurangan tekanan dan jangan menggunakan api.Penguapan diklorometan atau eter
dapat pula menggunakan teknik denganset alat. Ditambah 1 ml air suling ke dalam
sisa penguapan, aduk perlahan-lahan,ditambahkan 4 ml methanol, disaring dengan
menggunakan corong gelasyang diberi glass wool. Dituangkan 5 ml methanol ke
atas glasswool untuk mencuci glasswool -nya. Disatukan kedua larutan methanol. Ditambahkan
10 ml larutan jenuh asam pikrat dalam methanol. Disaring nikotin dipikrat padat
menggunakan corong Buchner (digunakan kertas saring). Dimurnikan nikotin,
dipikrat ; dengan rekristalisasi.
Isolasi Kafein
Daun teh kering sebanyak 10 gram dan
10 gram Na2CO3dimasukkan ke labu elenmeyer 250
ml. Kemudian ditambahkan 100 ml air mendidih dan didiamkan sebentar. Setelah
itu, didekantasi ke labu lain dan kemudian ditambahkan air secukupnya pada daun
teh yang telah disaring. Kemudian hasil didekantasi lagi dan digabungkan dengan
yang pertama. Hasil ekstrak daun teh dimasukkan ke dalam corong pisah dan
dicampur dengan 30 ml diklorometana. Corong pisah digoyang-goyangkan (tapi
jangan terlalu kencang) sekitar lima menit, sambil sesekali keran pada corong
pisah dibuka perlahan, agar gas yang berada dalam corong keluar. Setelah
terpisah, ekstrak diklorometana yang berwarna bening dituang ke labu beserta
emulsinya. CaCl2 anhidrat ditambahkan ke dalam labu. Lalu
diaduk selama sepuluh menit. Setelah air menggumpal, ekstrak diklorometana
didekantasi. Kemudian hasil dekantasi didistilasi sederhana, maka nanti akan
terbentuk kristal yang tidak dapat terdistilasi pada dinding labu distilasi. Kristal
kafein dikeruk, diambil sebagian untuk dihitung titik lelehnya dengan alat
melting-block. Kemudian diambil sebagian untuk dilakukan kromatografi lapis
tipis, dan uji alkaloid.
Isolasi Pada Jambu Keling
Endapan dikeringkan dan diektraksi dan direndam dalam
khloroform dan dipekatkan dengan alat rotary 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.
4. Jelaskan
keterkaitan diantara biosintesis, metode isolasi dan penentuan struktur senyawa
bahan alam . Berikan contoh
Jawaban :
Jawaban :
Bahan alam yang beraneka ragam,
pada umumnya dikelompokkan berdasarkan kesamaan strukturnya atau jalur
biosintesisnya. Mengelusidasi mekanisme produksi
senyawa dalam organisme asalnya. Ini adalah bidang yang rumit tetapi sangat
menarik. Sangat penting dan erat kaitannya dengan sintesis bahan alam karena trendsintesis sekarang yang biomimetics (artinya
meniru alam). Biosintesis merupakan
pembentukkan molekul alami yang terjadi di dalam sel dari molekul lain yang
kurang rumit strukturnya, melalui reaksi endeorganik. Sedangkan jalur
biosintetis dapat diartikan sebagai urutan atau proses yang di dalamnya terdiri
atas tahap-tahap pembentukkan dari senyawa yang sederhana menjadi senyawa
kompleks. Proses biosintesis akan berlangsung sangat kompleks, tergantung dari
macam enzim yang tersedia sehingga tumbuhan sejenis yang tumbuh di daerah yang
berbeda sangat memungkinkan untuk mempunyai jalur pembentukkan metabolit
tertentu yang tidak identik Setelah Jalur Pengetahuan akan jalur
biosintesis ini memungkinkan untuk melakukan modifikasi dari jalur tersebut
sehingga dapat diproduksi, mengetahui struktur metabolit yang dihasilkan,
kemudian dapat dilakukan sintesis untuk menghasilkan derivatnya. Pada
dasarnya isolasi senyawa kimia dari bahan alam itu adalah sebuah usaha
bagaimana caranya memisahkan senyawa yang bercampur sehingga kita dapat
menghasilkan senayawa tunggal yang murni. Metode isolasi yang tepat tidak akan merusak
struktur senyawa yg ingin diisolasi, sehingga pada saat penentuan struktur
dapat diketahui dengan jelas struktur senyawa tersebut, 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 dan diperoleh struktur. Contohnya :
Isolasi
Kulit buah anggur yang telah dihancurkan dicampur dengan asam klorida 1% dalam metanol p.a 250 ml sambil diaduk-aduk. Ekstrak kasar tersebut dibiarkan selama 60 menit atau sampai warnanya memucat. Setelah itu disaring dengan corong buchner menggunakan kertas Whatman no. 1. Filtrat hasil penyaringan disentrifuse ± 10 menit. Kemudian filtrat tersebut dipekatkan dengan rotary evaporator vakum pada suhu 60°C sampai volumenya tinggal 1/10 dari volume awal sebelum dipekatkan. Perlakuan yang sama dilakukan dengan menggunakan pelarut asam klorida 1% dalam pelarut etanol 95% dan pelaqrut asam klorida 1% dalam air masing-masing sebanyak 250 ml. Untuk Etanol 95% pada suhu 70°C, dan air 90°C
Isolasi
Kulit buah anggur yang telah dihancurkan dicampur dengan asam klorida 1% dalam metanol p.a 250 ml sambil diaduk-aduk. Ekstrak kasar tersebut dibiarkan selama 60 menit atau sampai warnanya memucat. Setelah itu disaring dengan corong buchner menggunakan kertas Whatman no. 1. Filtrat hasil penyaringan disentrifuse ± 10 menit. Kemudian filtrat tersebut dipekatkan dengan rotary evaporator vakum pada suhu 60°C sampai volumenya tinggal 1/10 dari volume awal sebelum dipekatkan. Perlakuan yang sama dilakukan dengan menggunakan pelarut asam klorida 1% dalam pelarut etanol 95% dan pelaqrut asam klorida 1% dalam air masing-masing sebanyak 250 ml. Untuk Etanol 95% pada suhu 70°C, dan air 90°C
Pemisahan
Senyawa Flavonoid dengan KLT Preparatif
Pada
KLT preparatif eluen yang digunakan adalah eluen terbaik hasil KLT analitik
yaitu etil asetat- asam asetat glasial- asam format- air (20: 2,2: 2,2 :5,2). Plat
yang digunakan pada KLT preparatif adalah plat KLT silika gel 60 F254 dengan
ukuran yang lebih besar yaitu 10x20 cm. Noda yang dihasilkan pada KLT preparatif
juga menghasilkan 3 noda hanya saja pada saat disinari lampu UV noda yang
dihasilkan terlihat menyala di panjang gelombang 366 nm. Rf.
Pada
penelitian ini, dugaan sementara senyawa antosianin hasil kromatografi lapis tipis,
didasarkan pada nilai Rf dan kenampakan warna noda yang merujuk pada penelitian
Wagner dan Bladt (2001) tentang identifikasi senyawa antosianin dari Malvae
silvestris flos dan Cyani flos dengan metode pemisahan KLT dan
menggunakan eluen etil asetat-asam asetat glasial-asam format-air
(100:11:11:26) dan n-Butanol-asam asetat glasial-air (50:10:20). Harga Rf
berkisar 0,05-0,1 pada area merah (Wagner and Bladt, 2001). Sedangkan noda-noda
yang dihasilkan pada masing-masing panjang gelombang dikerok dan dilarutkan
dalam pelarut metanol untuk diidentifikasi menggunakan spektrofotometri FTIR
dan UV-Vis.
Identifikasi
Antosianin dengan Spektrofotometer UV-Vis dan Spektrofotometer FTIR
Data
kromatogram yang dihasilkan memberikan dugaan sementara senyawa antosianin yang
ada pada masing-masing noda. Untuk lebih jelas maka diperlukan identifikasi
dengan spektrofotometer UV-Vis dan spektrofotometer FTIR. Selanjutnya dari
ketiga noda yang dihasilkan dari KLT Preparatif, dikerok dan masing-masing
diekstrak dengan metanol, disentrifus, kemudian supernatannya diambil untuk
analisis spektrofotometer. Dalam molekul yang memiliki ikatan rangkap
terkonjugasi, elektron π
dapat mengalami delokalisasi atau perpindahan tempat di dalam molekul. Pengaruh
delokalisasi tersebut akan menurunkan energi orbital π*. Lebih rendahnya
selisih energi antara orbital π
dan
π* pada sistem
terkonjugasi ini mengakibatkan penyerapan sinar UV-Vis terjadi pada panjang
gelombang yang lebih panjang dari yang dialami sistem tak terkonjugasi. Makin
banyak ikatan rangkap terkonjugasi, makin kecil energi yang diperlukan untuk
mengalami transisi, sehingga absorbsi akan semakin bergeser ke panjang
gelombang yang lebih besar.
Spektra
antosianin dalam UV-Vis dengan penambahan pereaksi geser (Isolat 1). Karakteristik
spektra antosianin memberi informasi penting dari aglikon dan tipe glikosilasi.
Spektrum antosianin khas diukur dengan metanol HCl 0,01%. Tipe aglikonnya bisa
diduga dari panjang gelombang maksimum. Pada isolat 1 ini diperoleh panjang
gelombang 500,8 nm. Pelargonidin 3-monoglukosida panjang gelombang maksimumnya
pada 505 nm (Harborne, 1967). Dari spektra di atas dapat diketahui bahwa
Metanol-HCl tidak menyebabkan pergeseran yang menunjukkan kemungkinan senyawa
mengandung jenis antosianin Pelargonidin 3-monoglukosida. Sedangkan penambahan
AlCl3 menyebabkan pergeseran
sebesar
7 nm atau bergeser ke arah yang lebih besar. Pergeseran ini tidak mempengaruhi
adanya gugus ortodihidroksi dikarenakan dalam penelitian Belitz dan Grosch
(1999) jika panjang gelombang ditambahkan aluminium klorida bergeser sebesar
14-23 nm. Sedangkan dalam penelitian Markham (1988) jika ditambahi pereaksi
geser aluminium klorida panjang gelombang bergeser 25-35 nm ke arah yang lebih
besar. Senyawa antosianin jenis pelargonidin 3- monoglukosida jika ditambahi
pereaksi geser aluminium klorida tidak mengalami geser batokromik.
Pada
spektra antosianin isolat 1 dalam FTIR tertera dalam gambar berikut
ini:
Gambar
4.4: Spektra antosianin dalam FTIR (Isolat 1)
Pada
spektrum FTIR menunjukkan bahwa isolat 1 kemungkinan mengandung beberapa gugus
fungsi seperti –OH yang ditunjukkan oleh serapan tajam pada daerah 3431,13 cm-1
yang didukung juga oleh munculnya serapan pada bilangan gelombang 1055,95 cm-1 untuk
ikatan –C-O alkohol. Serapan ikatan rangkap –C=C aromatik ditunjukkan oleh
serapan tajam pada bilangan gelombang 1633,59 cm-1 yang didukung juga oleh
munculnya serapan pada
bilangan
gelombang 1473,51 cm-1.
Berdasarkan
hasil kromatogram serta spectrum UV-Vis dan spectrum FTIR disimpulkan bahwa
struktur senyawa antosianin yang diduga untuk isolat 1
adalah
sebagai berikut: