UJIAN AKHIR SEMESTER KIMIA BAHAN ALAM

  NAMA                        : Siti Raihan                                        NIM                            : RRA1C110002

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

Jawaban          :

“Skema jalur Biosintesis terpenoid”

 

 

Dari skema biosintesis diatas, menunjukan bahwa IPP dan DMAPP berasal dari asam mevanolat. Selanjutnya diketahui pula bahwa satu-satunya sumber karbon bagi asam mevanolat, begitu pula IPP dan DMAPP ialah asam asetat atau turunannya yang aktif, yakni asetil pirofosfat. Mekanisme dari tahap-tahap reaksi biosintesa terpenoid, pada waktu ini sudah diketahui dengan baik dan tercantum pada Gambar.

Seperti dapat dilihat dari Gambar , 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 mevanolat. Reaksi-reaksi berikutnya ialah fosforilasi, eliminasi asam fosfat dan dekarboksilasi menghasilkan IPP yang selanjutnya berisomerisasi menjadi DMAPP oleh enzim isomerase. IPP sebagai unit isopren aktif bergabung secara kepada ke-ekor dengan DMAPP dan penggabungan ini merupakan langkah pertama dari polimerisasi isopren untuk menghasilkan terpenoid. Penggabungan ini terjadi karena serangan elektron dari ikatan rangkap IPP terhadap atom karbon dari DMAPP yang kekurangan elektron diikuti oleh penyingkiran ison pirofosfat. Serangan ini menghasilkan geranil pirofosfat (GPP) yakni senyawa antara bagi semua senyawa monoterpen.

Penggabungan selanjutnya antara satu unit IPP dan GPP, dengan mekanisme yang sama seperti antara IPP dan DMAPP, menghasilkan farnesil pirofosfat (FPP) yang merupakan senyawa antara bagi semua senyawa seskuiterpen. Senyawa-senyawa diterpen diturunkan dari geranil-geranil pirofosfat (GGPP) yang berasal dari kondensasi antara atau satu unit IPP dan GPP dengan mekanisme yang sama pula.

Bila reaksi organik sebagaimana tercantum dalam Gambar  ditelaah lebih mendalam, ternyata bahwa sintesa terpenoid oleh organisme adalah sangat sederhan a sifatnya. Ditinjau dari segi teori reaksi organik sintesa ini hanya menggunakan beberapa jenis reaksi dasar. Reaksi-reaksi selanjutnya dari senyawa antara GPP, FPP dan GGPP untuk menghasilkan senyawa-senyawa terpenoid satu persatu hanya melibatkan beberapa jenis reaksi sekunder pula. Reaksi-reaksi sekunder ini lazimnya ialah hidrolisa, siklisasi, oksidasi, reduksi dan reaksi-reaksi spontan yang dapat berlangsung dengan mudah dalam suasana netral dan pada suhu kamar, seperti isomerisasi, dehidrasi, dekarboksilasi dan sebagainya. Faktor penyebab Struktur terpenoid yang bermacam ragam timbul akibat dari reaksi sekunder tersebut.

Kemudian triterpenoid dibiosintesis dari 6 unit isopren, dan tersusun atas C30 asiklik yang merupakan prekursor dari squalen.  Perbedaan pembentukan cincin (siklisasi)  akan memberikan perbedaan tipe dari terpenoid.  Lebih dari 4000 terpenoid alami telah diisolasi, dan lebih dari 40 kerangka dasar yang teridentifikasi.  Triterpenoid terbagi atas 2 kelompok besar yaitu tetrasiklik dan pentasiklik.

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

a.      Berdasarkan proses sintesis triterpenoid, yaitu           :

1.      Pada saat penggabungan kepala dan ekor dua unit isoprene, penggabungan ekor dan ekor dari unit C-15 atau C-20 menghasilkan triterpenoid dan steroid, pembentukan senyawa-senyawa monoterpen dan senyawa terpenoida yang berasal dari penggabungan 3,3 dimetil allil pirofosfat dengan isopentenil pirofosfat.

2.      Enzim yang bekerja, pH dan temperatur menjadi faktor penting keberhasilan terbentuknya senyawa hasil proses biosintesis seperti, senyawa triterpenoid.

b.      Berdasarkan Proses Isolasi Triterpenoid, yaitu          :

1.         Metode isolasi yang digunakan seperti maserasi, destilasi, dekantasi, sentrifugasi, sokletasi, dan metode ekstraksi lainnya.

2.         Pelarut yang digunakan dalam proses pengambilan senyawa juga menjadi faktor penentu. Pelarut yang sesuai dan baik akan menghasilkan senyawa hasil yang baik juga. Untuk senyawa terpenoid pada umumnya larut dalam lemak dan pelarut organik seperti eter dan alkohol. Kebanyakan golongan senyawa triterpenoid pelarut yang digunakan adalah n-heksan dan etil asetat.

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 ditemukan pada tumbuhan vaskular yang lebih tinggi, terutama di bunga, daun dan kulit kayu. Mereka sangat berlimpah dalam buah-buahan, biji-bijian dan kacang-kacangan, terutama di kulit.

Minuman yang terdiri dari ekstrak tumbuh-tumbuhan (bir, teh, anggur, jus buah) adalah sumber prinsip asupan flavonoid makanan. Segelas anggur merah memiliki ~ 200 mg flavonoid.

Berkisar asupan flavonoid yang khas 50-800 mg / hari, yang kira-kira 5, 50 dan 100 kali dari Vitamin C, dan E, dan karotenoid masing.

Gugus-gugus dalam molekul kuersetin yang dapat memberikan serapan, antara lain C=C dan C-C aromatik, C-C, C-O, O-H, C=O, dan C-H. Pada Gambar a terlihat bahwa spektrum kuersetin terdapat serapan gugus O-H pada bilangan gelombang 3400– 3200 cm-1, gugus C=O keton pada 1725–1705 cm- 1, gugus C=C aromatik pada 1600 dan 1475 cm-1, dan gugus C-O pada 1260–1000 cm- 1. Perbedaan antara spektrum kuersetin dan meniran yang tampak dengan jelas, antara lain pada bilangan gelombang 3699 dan 3622 cm- 1 dari spektrum meniran Cisarua yang merupakan serapan gugus O-H. Ketiga

spektrum sampel meniran juga memiliki puncak serapan C-H yang tajam pada 2919 dan 2850 cm-1.

spektrum IR sampel serbuk kering meniran dari tiga daerah berbeda, dengan ulangan pengukuran sebanyak lima kali untuk setiap daerah. Meniran-meniran ini memiliki pola absorbansi yang serupa satu sama lain, hanya berbeda pada nilai kuantitatif absorbansi dari masingmasing spektrum. Perbedaan spektrum IR dari masing-masing daerah tidak dapat terlihat

dengan jelas. Gambar  b menunjukkan spektrum setelah diberikan prapemrosesan. Terlihat bahwa kelimabelas spektrum menjadi lebih seragam. Teknik prapemrosesan ini dapat menghilangkan gangguan garis dasar spektrum dan mengurangi derau acak pada spektrum awal sehingga akan meningkatkan hasil analisis kemometrik (Naes et al. 2002).

Derivatisasi akan menghilangkan pergeseran garis dasar dan tumpang tindih puncak sehingga informasi spektrum yang berguna untuk analisis selanjutnya akan meningkat (Stchur et al.)



 

Amati Logam-Flavonoid interaksi mengikat melalui pergeseran dalam spektrum terlihat dari flavonoid ketika di hadapan logam. Selidiki perilaku elektrokimia dari FeEDTA, dan peroksi-FeEDTA kompleks untuk tujuan pengujian aktivitas antioksidan flavonoid dan antioksidan flavonoid mengelusidasi mekanisme. Ukur proton, logam dan campuran-ligan mengikat konstanta untuk flavonoid menggunakan potensiometri. Berkorelasi konstanta dan pengamatan data antioksidan diterbitkan efisiensi untuk hubungan aktivitas struktur dan mekanisme penyuluhan.

“ UV-visible Spectrophotometry ”

 

 

Keterangan :

• HP 8453 UV-vis diode array. 25 mM Logam, 25-75 mM flavonoid, unbuffered dan pada pH 7,4 dengan 10 HEPES mM, 60/40 vol% air / dioksan.

§  Flavonoid-logam interaksi mudah diamati melalui pergeseran dalam spektrum terlihat.

 

	FeII	FeIII	CuII	CaII	ZnII
Quercetin	+	+	+	-	+ 7.4
Galangin	+	+	+	-	+ 7.4
Fisetin	+	+	+	-	+ 7.4
Chrysin	-	-	-	-	-
Naringenin	-	-	-	-	-

EDTA

 

 

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          :

Sifat Alkaloid

Pada umumnya, basa bebas alkaloid hanya larut dalam pelarut organik, meskipun beberapa pseudoalkalod dan protoalkaloid larut dalam air. Garam alkaloid dan alkaloid quartener sangat larut dalam air.

Kebanyakan alkaloid bersifat basa. Sifat tersebut tergantung pada adanya pasangan elektron pada nitrogen.Jika gugus fungsional yang berdekatan dengan nitrogen bersifat melepaskan elektron, sebagai contoh; gugus alkil, maka ketersediaan elektron pada nitrogen naik dan senyawa lebih bersifat basa. Hingga trietilamin lebih basa daripada dietilamin dan senyawa dietilamin lebih basa daripada etilamin. Sebaliknya, bila gugus fungsional yang berdekatan bersifat menarik elektron (contoh; gugus karbonil), maka ketersediaan pasangan elektron berkurang dan pengaruh yang ditimbulkan alkaloid dapat bersifat netral atau bahkan sedikit asam. Contoh ; senyawa yang mengandung gugus amida.

Kebasaan alkaloid menyebabkan senyawa tersebut sangat mudah mengalami dekomposisi, terutama oleh panas dan sinar dengan adanya oksigen. Hasil dari reaksi ini sering berupa N-oksida. Dekomposisi alkaloid selama atau setelah isolasi dapat menimbulkan berbagai persoalan jika penyimpanan berlangsung dalam waktu yang lama. Pembentukan garam dengan senyawa organik (tartarat, sitrat) atau anorganik (asam hidroklorida atau sulfat) sering mencegah dekomposisi. Itulah sebabnya dalam perdagangan alkaloid lazim berada dalam bentuk garamnya.

Isolasi Alkaloid

- Deteksi (Identifikasi) Senyawa Alkaloid

Dua metode yang paling banyak digunakan untuk menyeleksi tanaman yang mengandung alkaloid. Prosedur Wall, meliputi ekstraksi sekitar 20 gram bahan tanaman kering yang direfluks dengan 80% etanol. Setelah dingin dan disaring, residu dicuci dengan 80% etanol dan kumpulan filtrat diuapkan. Residu yang tertinggal dilarutkan dalam air, disaring, diasamkan dengan asam klorida 1% dan alkaloid diendapkan baik dengan pereaksi Mayer atau dengan Siklotungstat. Bila hasil tes positif, maka konfirmasi tes dilakukan dengan cara larutan yang bersifat asam dibasakan, alkaloid diekstrak kembali ke dalam larutan asam. Jika larutan asam ini menghasilkan endapan dengan pereaksi tersebut di atas, ini berarti tanaman mengandung alkaloid. Fasa basa berair juga harus diteliti untuk menentukan adanya alkaloid quartener.

Prosedur Kiang-Douglas agak berbeda terhadap garam alkaloid yang terdapat dalam tanaman (lazimnya sitrat, tartrat atau laktat). Bahan tanaman kering pertama-tama diubah menjadi basa bebas dengan larutan encer amonia. Hasil yang diperoleh kemudian diekstrak dengan kloroform, ekstrak dipekatkan dan alkaloid diubah menjadi hidrokloridanya dengan cara menambahkan asam klorida 2 N. Filtrat larutan berair kemudian diuji terhadap alkaloidnya dengan menambah pereaksi mayer, Dragendorff atau Bauchardat. Perkiraan kandungan alkaloid yang potensial dapat diperoleh dengan menggunakan larutan encer standar alkaloid khusus seperti brusin.

Keterangan      :

•         Basa kuat dibutuhkan untuk membebaskan garam alkaloid basa kuat dengan asam mineral kuat

•         Alkaloid ester dan lakton membutuhkan basa lemah (Natrium bikarbonat atau natrium karbonat) untuk menghindari hidrolisis

•         Alkaloid fenolik: NH₄OH

•         Jika terdapat komponen yang berlemak, penggunaan basa kuat dihindari karena dapat menimbulkan penyabunan

•         NH₄OH: disukai karena dapat membebaskan sebagian besar garam alkaloid, dan mudah menguap

•         CaOH digunakan untuk alkaloid opium

•         Garam alkaloid dengan asam tanat, diasamkan dulu dengan HCl encer dan kemudian dibasakan

Analisis kuantitatif Alkaloid

1. Volumetri: berdasarkan sifat kebasaan alkaloid
2. Gravimetri: menimbang residu alkaloid
3. Spektrofotometri: dengan penambahan pereaksi warna
4. Fluorimetri: kinin dan kinidin
5. Polarimetri: optical activity
6. Kromatografi: KLT, KG, HPLC

Dasar-dasar Penggunaan Reagent        :

Beberapa pereaksi pengendapan digunakan untuk memisahlkan jenis alkaloid. Pereaksi sering didasarkan pada kesanggupan alkaloid untuk bergabung dengan logam yang memiliki berat atom tinggi seperti merkuri, bismuth, tungsen, atau jood. Pereaksi mayer mengandung kalium jodida dan merkuri klorida dan pereaksi Dragendorff mengandung bismut nitrat dan merkuri klorida dalam nitrit berair. Pereaksi Bouchardat mirip dengan pereaksi Wagner dan mengandung kalium jodida dan jood. Pereaksi asam silikotungstat menandung kompleks silikon dioksida dan tungsten trioksida. Berbagai pereaksi tersebut menunjukkan perbedaan yang besar dalam halsensitivitas terhadap gugus alkaloid yang berbeda. Ditilik dari popularitasnya, formulasi mayer kurang sensitif dibandingkan pereaksi wagner atau dragendorff.

Untuk mendeteksi alkaloid secara kromatografi digunakan sejumlah pereaksi. Pereaksi yang sangat umum adalah pereaksi Dragendorff, yang akan memberikan noda berwarna jingga untuk senyawa alkaloid. Namun demikian perlu diperhatikan bahwa beberapa sistem tak jenuh, terutama koumarin dan α-piron, dapat juga memberikan noda yang berwarna jingga dengan pereaksi tersebut. Pereaksi umum lain tetapi kurang digunakan adalah asam fosfomolibdat, jodoplatinat, uap jood, dan antimon (III) klorida.

Kebanyakan alkaloid bereaksi dengan pereaksi-pereaksi tersebut tanpa membedakan kelompok alkaloid. Sejumlah pereaksi khusus tersedia untuk menentukan atau mendeteksi jenis alkaloid khusus. Pereaksi Ehrlich (p-dimetilaminobenzaldehide yang diasamkan) memberikan warna yang sangat karakteristik biru atau abu-abu hijau dengan alkaloid ergot. Perteaksi serium amonium sulfat (CAS) berasam (asam sulfat atau fosfat) memberikan warna yang berbeda dengan berbagai alkaloid indol. Warna tergantung pada kromofor ultra ungu alkaloid.

Campuran feriklorida dan asam perklorat digunakan untuk mendeteksi alkloid Rauvolfia. Alkaloid Cinchona memberikan warna jelas biru fluoresen pada sinar ultra ungu (UV) setelah direaksikan dengan asam format dan fenilalkilamin dapat terlihat dengan ninhidrin. Glikosida steroidal sering dideteksi dengan penyemprotan vanilin-asam fosfat.

Pereaksi Oberlin-Zeisel, larutan feri klorida 1-5% dalam asam klorida 0,5 N, sensitif terutama pada inti tripolon alkaloid kolkisin dan sejumlah kecil 1 μg dapat terdeteksi.

Contoh 3 macam alkaloid dalam tanaman :

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

Jawaban          : 

Biosintesis merupakan fenomenon di mana senyawa kimia dihasilkan dari bahan uji  yang lebih ringkas.Dari biosintesis ini dapat diketahui pengelompokan steroid yang dihasilkan dari berbagai reaksi dalam sintesis. Contohnya biosintesis steroid :

 

Setelah diketahui struktur dan jenis-jenis/ kelompok steroid, baru dapat ditentukan metode mana yang cocok dalam mengisolasi senyawanya contnya senyawa β-sitosterol berikut :

Senyawa turunan steroid yaitu β-sitosterol telah berhasil diisolasi dari ekstrak n-heksan kulit akar tumbuhan Kleinhovia hospita L. (paliasa). Senyawa yang diperoleh diuji golongan senyawa dan dielusidasi strukturnya berdasarkan data spektroskopi IR dan dibandingkan dengan literatur. Senyawa ini juga memperlihatkan aktivitas positif terhadap bakteri Staphylococcus aureus, Salmonella thypi dan Streptococcus mutans, dengan nilai daya hambat berturut-turut yaitu  14,4 ; 19,5 dan 21 mm.

Metode isolasinya :

Hasil maserasi kulit akar tumbuhan K. hospita (3,2 kg) diperoleh ekstrak metanol sebanyak 59,85 gr. Maserat tersebut kemudian dipartisi secara kontinyu mulai dari pelarut non polar yaitu n-heksan, semipolar kloroform dan polar etil asetat selanjutnya diperoleh estrak     n-heksan berupa residu berwarna kuning seberat 10,58 gr, ekstrak kloroform berupa residu berwarna coklat seberat 21,16 gr dan ekstrak etil asetat berupa residu berwarna merah bata seberat 15,59 gr. Ekstrak n-heksan (10,58 gr.) difraksinasi awal melalui kromatografi kolom vakum dengan eluen n-heksan, EtOAc ; n-heksan, EtOAc, Aseton dan metanol dengan urutan kepolaran yang ditingkatkan. Pada tahap ini diperoleh 23 fraksi dengan kromatogram, dan fraksi-fraksi yang mempunyai nilai Rf sama digabungkan, sehingga diperoleh 11 fraksi utama (Ruhmah, 2008). Fraksi-fraksi tersebut diambil 3 dari 11 fraksi utama (fraksi H,I dan J), kemudian difraksinasi kembali menggunakan alat kromatografi yaitu KKV, KKT dan KKG dengan eluen n-heksan, EtOAc ; n-heksan, EtOAc, Aseton dan metanol dengan urutan kepolaran yang ditingkatkan. Setiap hasil dari fraksinasi akan dimonitor dengan analisis KLT. Dari hasil fraksinasi pada fraksi, diperoleh fraksi L (fraksi H₂, H₃, I₂ dan J_5­­) dengan berat 315,7 mg yang selanjutnya dilakukan proses pemurnian untuk memperoleh kristal murni dengan pelarut klroform;n-heksan dan metanol panas. Pada tahap identifikasi, senyawa murni yang diperoleh diuji kemurniannya dengan mengukur titik leleh dan juga analisis KLT pada tiga macam sistem eluen. Data spektroskopi untuk penetapan struktur diperoleh dengan menganalisis senyawa murni melalui alat lampu UV, IR, ¹H dan  ¹³C-NMR.

®    Isolat Tunggal

Berbentuk kristal putih seberat 15 mg dengan titik leleh isolat tersebut 287-288 ⁰C dan hasil uji golongan memberikan warna biru setelah penambahan asam asetat anhidrat dan H₂SO₄ yang menunjukkan positif senyawa steroid. Data Spektroskopi Isolat tunggal yaitu IR (KBr) v_maks cm^­­-1 : 3417 (OH), 1058 (C-O), 2956, 2935, 2866 (C-H alifatik), 1464 dan 1377 tekukan (CH₂dan CH₃) serta 1543 (C=C). Sedangkan Spektrum IR (KBr) pada senyawa β-sitosterol sebagai standar (Salempa, 2009) untuk membandingkan dengan Isolat tunggal. 3412 cm^-1 (OH), 1049,28 cm^-1 (C-O), 2956, 2935 dan 2866 cm^-1 (C-H alifatik), 1462 cm^-1(CH₂), 1379 cm^-1 (CH₃) dan 1664 cm^-1 menunjukkan gugus olefin (C=C).

 Gambar 21. Spektrum IR Isolat Tunggal dan senyawa β-sitosterol

Tabel 1. Data spektroskopi IR untuk isolat tunggal dan  β-sitosterol (Salempa, 2009).

Isolat Tunggal (cm-1)	β-sitosterol  (cm-1)	Keterangan
3417,86	3412,08	O-H (hidroksil)
2956,87	2956,87	C-H (alifatik)
2935,66	2935,66	C-H (alifatik)
2866,22	2866,22	C-H (alifatik)
1643,35	1664,57	C=C (gugus olefin)
1464,7	1462,04	CH2 (etil)
1377,17	1379,10	CH3 (metal)
1058,92	1049,28	C-O (oksikarbon)

Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa suatu senyawa bahan alam dapat diperoleh melalui proses biosintesis. Kemudian dari biosintesis senyawa bahan alam dikelompokkan berdasarkan jenisnya melalui reaksi pembentukannya, dan sifat-sifat senyawa. Setelah diketahui keterangan tentang senyawa bahan alamnya, kita dapat menentukan metode yang cocok digunakan oleh senyawa bahan alam yang akan kita isolasi.kemudian sebagai pembuktian bahwa senyawa bahan yang diteliti merupakan metabolit sekunder (alkaloid, steroid, terpenoid dan flavonoid) diperlukanlah uji spektrum IR dan NMR. Berdasarkan hasil uji inilah dengan membandingkan dengan teori, kita dapat mengetahui senyawa apa yang kita isolasi.