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.

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.

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.

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

 

Jawaban 

1.      Biosintesa triterpenoid dengan terjadinya 3 reaksi dasar yaitu:

·         Pembentukan isoprena aktif berasal dari asam asetat melalui asam mevalonat.

·         Penggabungan kepala dan ekor dua unit isoprena akan membentuk mono-, seskui-, di-, sester-, dan poli- terpenoida. Setelah asam mevalonat terbentuk, reaksi-reaksi berikutnya adalah fosforilasi, eliminasi asam posfat, dan dekarboksilasi menghasilkan Isopentenil Pirofosfat (IPP). Selanjutnya berisomerisasi menjadi Dimetil Alil Pirofosfat (DMAPP) oleh enzim isomerase. IPP inilah yang bergabung dari kepala ke ekor dengan DMAPP, diikuti oleh penyingkiran ion pirofosfat mengasilkan Geranil Pirofosfat (GPP) yaitu senyawa antara bagi semua senyawa monoterpenoida. Penggabungan selanjutnya antara satu unit IPP dan GPP dengan mekanisme yang sama menghasilkan Farnesil Pirofosfat (FPP) yang merupakan senyawa antara bagi semua senyawa seskuiterpenoida.

·         Penggabungan ekor dan ekor dari unit C-15 atau unit C-20 menghasilkan triterpenoida dan steroida.

Faktor-faktor yang menentukan triterpenoid dihasilkan dalam jumlah banyak diantaranya

·         Proses pembentukkan Asetoasetil Ko-A dengan ketersediaan asam asetat dalam tumbuhan yang cukup banyak dan keaktifan KoA

·         Keadaan proses biosintesis yang memadai, yaitu pada keadaan basa

·         Penggabungan ekor dan kepala dengan adanya serangan electron yang kuat.

2.      Spektroskopi inframerah (IR spektroskopi) adalah spektroskopi yang berhubungan dengan wilayah inframerah dari spektrum elektromagnetik, yang merupakan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dan frekuensi rendah dari cahaya tampak. Ini mencakup berbagai teknik, sebagian besar didasarkan pada spektroskopi serapan. Seperti semua teknik spektroskopi, dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan mempelajari bahan-bahan kimia. Sebuah instrumen laboratorium umum yang menggunakan teknik ini adalah Transformasi Fourier inframerah (FTIR) spektrometer.
Bagian inframerah dari spektrum elektromagnetik biasanya dibagi menjadi tiga wilayah, dekat-, pertengahan dan jauh-inframerah, dinamai hubungannya dengan spektrum terlihat. Semakin tinggi energi-dekat-IR, sekitar 14000-4000 cm-1 (0,8-2,5 pM panjang gelombang) dapat merangsang nada atau getaran harmonik. Pertengahan-inframerah, sekitar 4000-400 cm-1 (2,5-25 m) dapat digunakan untuk mempelajari getaran fundamental dan terkait rotasi-getaran struktur. Jauh-inframerah, sekitar 400-10 cm-1 (25-1000 pM), berbaring berdekatan dengan wilayah microwave, memiliki energi yang rendah dan dapat digunakan untuk spektroskopi rotasi. Nama-nama dan klasifikasi dari subkawasan adalah konvensi, dan hanya longgar didasarkan pada sifat molekul atau elektromagnetik relatif.

Alpha

Spektroskopi inframerah memanfaatkan fakta bahwa molekul menyerap frekuensi tertentu yang merupakan ciri khas dari struktur mereka. Serapan ini adalah frekuensi resonansi, yaitu frekuensi radiasi yang diserap cocok dengan energi transisi ikatan atau kelompok yang bergetar. Energi ditentukan oleh bentuk permukaan energi potensial molekul, massa atom, dan kopling vibronic terkait.

misalnya pada senyawa quercetin, 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.

Selanjutnya senyawa antosianin, dari spektroskopi NMR diketahui bahwa senyawa tersebut mengandung 15 atom C dengan rumus C₁₅H₁₁O. Dari spectrum IR:

Dari spectrum tersebut, dapat diketahui bahwa senyawa mengandung gugus hidroksil, C-H alifatik, C=C dari daerah serapan yang ditunjukkan.

3.      Dalam isolasi alkaliod di butuhkan suasana asam atau basa karena keadaan basa dan asam digunakan untuk menjaga keadaan agar proses isolasi dapat berjalan dengan baik. Alkaloid cenderung bersifat basa dan mudah menguap. sedangkan asam digunakan untuk menghasilkan alkaloid dalam bentuk garam dan tidak mudah menguap.

Contohnya:

Isolasi alkaloid dilakukan dengan metode ekstraksi.enyawa-senyawa tersebut dipisahkan dari bahan tanaman sebagai langkah awal dengan cara pelarutan dengan petrolium eter. Kebanyakan alkaloid tidak larut dalam petrolium eter.Bila sejumlah alkaloid larut dalam pelarut petrolium eter, maka bahan tanaman pada awal ditambahkan dengan asam untuk mengikat alkaloid.

Daun tembakau kering rajangan yang telah dibungkus kertas saring  dimasukkan ke dalam alat soklet, dilakukan ekstraksi selama 7 jam. Sampel diekstraksi sebanyak 4 kali. Ekstrak / filtrat yang dihasilkan dievaporasi sampai dihasilkan larutan yang pekat atau filtrat. Larutan  pekat  dituangkan  ke  dalam  labu  erlenmeyer  dan  diasamkan. Larutan diaduk dengan magnetik stirer  agar   homogen.  Larutan  diuji  dengan  kertas  lakmus  sampai berwarna merah.  Kemudian larutan diekstrak dengan kloroform sebanyak 3 kali. Ekstrak yang dihasilkan berada di lapisan bawah diuji dengan reagen Dragendorf. Yang dapat diekstraksi oleh pelarut organik adalah nikotin dalam bentuk basa bebasnya. Begitu pula isolasi opium.

4.      Keterkaitan antara biosintesis, metode isolasi, dan penentuan stuktur senyawa bahan alam sangatlah erat. Dapat dikatakan ketiga proses tersebut terjadi secara berurutan. Suatu senyawa bahan alam terlebih dahulu di sintesis agar diketahui proses/ reaksi kimia yang terjadi dalam memperoleh senyawa kimia yang diinginkan. Setelah itu diisolasi dengan metode tertentu agar dapat dipisahkan dari senyawa lain yang terkandung di dalamnya. Dengan melakukan isolasi suatu senyawa, maka kita dapat menentukan struktur dari senyawa tersebut.

Contoh:

Isolasi serbuk kering kulit batang tumbuhan kecapi (2,5 kg) menggunakan metoda maserasi dengan pelarut heksan pada suhu kamar selama 4 x 72 jam, kemudian ekstrak heksan yang diperoleh dilakukan evaporasi memakai penguap vakum (rotary evaporator) diperoleh ekstrak kering heksan sebanyak 38 g. Selanjutnya ampas direndam kembali dengan pelarut etil asetat pada suhu kamar selama 4 x 72 jam, kemudian ekstrak etil asetat yang diperoleh dilakukan evaporasi dan diperoleh ekstrak kering etil asetat sebanyak 102 g.

Hasil pemurnian 15 g ekstrak etil asetat dengan metoda kromatografi kolom gravitasi dan pengelusian dilakukan secara bergradien menggunakan pelarut heksan, etil asetat dan metanol diperoleh 485 vial/10 mL. Selanjutnya setelah vial dikeringkan, pada dinding vial nomor 57 terbentuk kristal berwarna putih kekuningan. Kemudian vial nomor 57 dianalisis dengan KLT dan terdapat noda tunggal. Kemudian dilanjutkan dengan pencucian dengan heksan diperoleh kristal murni berwarna putih berbentuk jarum sebanyak 32 mg.

Sebelum dilakukan elusidasi struktur senyawa hasil isolasi dengan spektroskopi terlebih dahulu dilakukan identifikasi dengan menggunakan pereaksi Liebermann-burchard, hasil identifikasi terbentuk bercak warna merah, hal ini menunjukkan bahwa senyawa hasil isolasi merupakan senyawa golongan triterpenoid. Pengukuran titik leleh senyawa hasil isolasi adalah 224 -226 oC , dengan range titik leleh 2 oC mengindikasikan bahwa senyawa hasil isolasi relatif murni.

Senyawa golongan triterpenoid jarang yang dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis disebabkan karena strukturnya yang tidak menyerap sinar UV-Vis (Kristanti dkk, 2008). Gambar spektrum ultra violet senyawa hasil isolasi menunjukkan, lmax (log e, nm ): 203 nm. Dari data tersebut menunjukan bahwa senyawa hasil isolasi adalah golongan triterpenoid.

Spektrum IR memperlihatkan pita serapan yang melebar pada bilangan gelombang, u max      : 3453 cm-1 , mengindikasikan adanya gugus hidroksil, pita serapan pada bilangan gelombang, u   max     : 2930 cm-1, merupakan serapan dari C-H alifatik, pita serapan pada bilangan gelombang, u max : 1691 cm-1, merupakan serapan dari C=O dari asam karboksilat yang diperkuat dengan adanya pita serapan pada bilangan gelombang, u m ax : 1114 cm-1, pita serapan pada bilangan gelombang, u   max   : 1454 cm-1 CH2 dan pita serapan pada bilangan gelombang, u max : 1384 cm-1 merupakan serapan dari C-H tekuk dari geminal dimetil yang merupakan ciri khas senyawa triterpenoid yang mendukung data spektroskopi ultra violet.

Triterpenoid

Triterpenoid merupakan metabolit dari oligomer pirofosfat isopentenil dan Represent kelompok terbesar dari phytochemical. Sudah lebih dari 20.000 Perkiraan Bahwa triterpenoid ada di alam. Mereka terutama ditemukan dalam berbagai tanaman, termasuk laut-gulma serta seperti lilin pelapis berbagai buah-buahan dan tanaman obat, Termasuk apel, cranberry, buah ara, zaitun, mistletoe, lavender, oregano, thyme, dan rosemary. Triterpenoid yang disentesis pada tanaman oleh siklisasi squalene, hidrokarbon triterpene dan prekursor dari semua steroid. Mereka dapat subclassified ke Selanjutnya Termasuk cucurbitanes beragam kelompok, cycloartanes, dammaranes, euphanes, friedelanes, holostanes, hopanes, isomalabaricanes, lanostanes, limonoid, lupanes, oleananes, protostanes, sqalenes, tirucallanes, ursanes dan senyawa lain-lain. Meskipun triterpenoid Were Dianggap biologis aktif untuk jangka waktu yang panjang, mengumpulkan bukti-bukti tentang Kegiatan luas spektrum mereka farmakologi ditambah dengan profil toksisitas rendah telah memicu minat baru berkaitan dengan kesehatan manusia dan penyakit. Triterpenoid yang digunakan untuk Tujuan Obat di banyak negara Asia untuk antiinflamasi, analgesik antipiretik,, hepatoprotektif, kardiotonik, efek penenang dan tonik. Penelitian terbaru menegaskan Memiliki tidak hanya beberapa sifat farmakologi tersebut dari beberapa triterpenoid, Tapi Juga Diidentifikasi berbagai Kegiatan Biologi tambahan Termasuk antioksidan, antimikroba, antivirus, antialergi, antipruritus, aktivitas antiangiogenic dan spasmolitik. Sebuah Meningkatnya jumlah triterpenoid Telah Dilaporkan untuk menunjukkan sitotoksisitas terhadap berbagai sel kanker tanpa mewujudkan setiap toksisitas pada sel normal. Mereka Juga Menunjukkan Keampuhan antitumor pada hewan model praklinis kanker. Sejumlah besar triterpenoid Telah disintesis oleh modifikasi struktur senyawa alami untuk optimasi bioaktivitas, dan Beberapa dari ini semi-sintetik analog yang Dianggap The triterpenoid antiinflamasi dan anti kanker paling ampuh Dikenal Manusia. Efikasi antitumor dari triterpenoid beberapa saat ini sedang dalam tahap ditinjau I uji klinis.

Kolesterol

Kolesterol merupakan salah satu dari golongan lipida yang memiliki komponen alcohol steroid yang berfungsi sebagai sumber kalori. Karakteristik dari kolesterol yaitu berwarna kekuningan dan berupa seperti lilin yang disintesis oleh tubuh manusia terutama di dalam hati. Kolesterol merupakan zat yang essensial yang berfunngsi untuk membrane sel tubuh, merupakan bahan pokok untuk pembentukan garam empedu yang sangat diperlukan untuk pencernaan makanan, dan bahan baku untuk memebentuk hormone steroid misalnya testosterone, progesterone, estrogen, dan lain sebagainya.

   Kolesterol sebagian besar disintesis di dalam hati, dan sedikit oleh kelenjar adrenal, testis, kulit, dan usus. Sintesis kolesterol dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu :

1.  Pembentukkan β-hidroksil- β-metilgltaril-KoA (HMG-KoA) dari Asetil KoA

2. Pengubahan HMG-KoA menjadi skualena

3. Pengubahan skualena menjadi kolesterol

1. Pembentukkan β-hidroksil- β-metilgltaril-KoA (HMG-KoA) dari Asetil KoA

Tahap pertama, sintesis kolesterol berlangsung di sitoplasma. Asetil KoA dihasilkan dari asam lemak atau piruvat dari mitokondria. Kondensasi dua molekul asetil-KoA membentuk β-ketobutiril-KoA (asetoasetil KoA) dan dikatalisis oleh enzim tiolase. Reaksi berikutnya yaitu β-ketobutiril-KoA berkondensasi lagi dengan satu molekul asetil-KoA membentuk HMG-KoA yang dikatalisis oleh enzim HMG-KoA sintase.

2. Pengubahan HMG-KoA menjadi skualena

Enzim HMG-KoA reduktase akan mereduksi HMG-KoA menjadi mevalonat. Enzim ini berada diretikulum endoplasma. Pada proses reduksi ini dibutuhkan ekivalen pereduksi yangdisuplai oleh NADPH. Mevalonat diubah menjadi farnesilpirofosfat dalam sitoplasma. Mevalonat kinase mengatalisis terbentuknya fosfomevalonat. Selanjutnya fosfomevalonat dikatalisis oleh fosfomevalonat kinase menghasilkan 5-pirofosfomevalonat. Selanjutnya 5-pirofosfomevalonat diubah menjadi isopentenil pisofosfat yang melibatkan reaksi dekarboksilasi dan dehidrasi oleh enzim mevalonat 5-pirofosfat dekarboksilase. Tahap selanjutnya isopentenil pisofosfat akan diubah menjadi isomernya yaitu dimetilalil pifosfat yang dikatalisis oleh isopentenil pisofosfat isomerase. Kondensasi antara isopentenil pisofosfat dengan dimetilalil pifosfat akan menghasilkan geranilpirofosfat yang dikatalisis oleh dimetilalil transferase. Selanjutnya geranilpirofosfat dikatalisis ooleh geranil transferase dan menghasilkan farnesilpirofosfat. Reaksi kondensasi dua molekul farnesilpirofosfat akan membentuk skualena dengan bantuan farnesil transferase atau nama lainnya yaitu skualena sintase yang reaksinya memebutuhkan NADPH sebagai donor elektron.

3. Pengubahan skualena menjadi kolesterol

Tahap terakhir dalam lintasan biosintesis kolesterol dimulai dari terikatnya skualena pada protein pengangkut spesifik yang ada di sitoplasma dikenal sebagai protein pengangkut sterol (sterol carrier protein). Skualena yang bertemu dengan O₂ akan dikatalisis oleh enzim skualena monooksigenase dengan donor elektron dari NADPH membentuk skualena-2, 3-epoksida. Skualena-2, 3-epoksida melepasakan elektron ketika dikatalis oleh 2, 3-oksidoskualena lanosterol siklase menjadi lanosterol. Lanosterol akan berikatan dengan protein pengangkut yang kedua dalam reaksi sampai selesai. Lanosterol yang diubah menjadi kolesterol melalui 20 reaksi yang dikatalis oleh enzim-enzim dalam membrane mikrosom. Salah satu reaksinya yaitu yang terkahir setelah lanosterol diubah menjadi 7-dehidrokolesterol melalui 19 reaksi, produk ini kemudian direduksi oleh NADPH membentuk kolesterol.