UJIAN AKHIR SEMESTER KIMIA BAHAN ALAM

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.

Jawab:

Secara umum biosintesa triterpenoid 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.

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.

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. Berikut adalah jalur biosintesis triterpenoid

Jadi, faktor-faktor penting yang sangat menentukan dihasilkannya triterpenoid dalam kuantitas yang banyak

     1)     Jenis reaksi sekunder

Reaksi-reaksi sekunder ini lazimnya ialah hidrolisa, siklisasi, oksidasi, reduksi dan reaksi-reaksi spontan

     2)     Suasana netral

Pada suasana netral memudahkan reaksi sekunder mudah berlangsung sehingga pembentukan senyawa terpen lebih banyak

      3)     Suhu

 Reaksi-reaksi spontan yang dapat berlangsung dengan mudah dalam suasana netral dan pada suhu kamar

      4)     Enzim isomerase

Membantu terbentuknya penggabungan antara Isopentenil pirofosfat (IPP) yang selanjutnya berisomerisasi menjadi Dimetil alil pirofosfat (DMAPP) dan penggabungan ini merupakan langkah pertama dari polimerisasi isopren untuk menghasilkan terpenoid.

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.

Jawab:  

Senyawa flavonoid adalah senyawa yang mempunyai struktur C6-C3-C6. tiap bagian C6 merupakan cincin benzen yang terdistribusi dan dihubungkan oleh atom C3 yang merupakan rantai alifatik, seperti ditunjukkan pada gambar 

Identifikasi struktur flavonoid misalnya pada penentuan struktur kalkon. Identifikasi struktur hasil dilakukan dengan IR, dan NMR.

Struktur kalkon

Analisis menggunakan IR menghasilkan spektrum pada gambar. Serapan yang muncul pada ketiga senyawa tersebut hampir sama karena ketiganya memiliki gugus fungsional yang hampir sama pula. Gugus karbonil yang mengalami konjugasi dengan cincin aromatis dan atau ikatan rangkap ditunjukkan oleh serapan tajam pada 1662,5 – 1654,8 cm-1. Cincin aromatis ditunjukkan pada pita sekitar 1575-1512,1 cm-1 hasil serapan gugus –C=C- aromatis. Pita pada daerah sekitar 1200-1100 cm-1 menunjukkan adanya serapan –C-O-C-.

Gambar . Spektra IR senyawa (a) kalkon (b) 4-metoksikalkon dan (c) 3,4-dimetoksikalkon

Analisis menggunakan spektrometer ¹H-NMR beserta estimasi pergeseran 1H untuk setiap senyawa kalkon disajikan pada gambar. Spektra 1H-NMR pada gambar  terdapat 2 puncak multiplet puncak A pada daerah δ = 7,8-8,2 ppm menunjukkan proton H2`, H6`, dan H_β.

Gambar . Spektra ¹H-NMR senyawa (a) kalkon (b)

4-metoksikalkon dan (c) 3,4-dimetoksikalkon

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.

Jawab:

Sebelumnya kita ketahui terleibih dahulu apa itu alkaloid. Alkaloid adalah senyawa organik yang terdapat di alam bersifat basa atau alkali dan sifat basa ini disebabkan karena adanya atom N (Nitrogen) dalam molekul senyawa tersebut dalam struktur lingkar heterosiklik atau aromatis.

Dasar penggunaan reagen tersebut dilatarbelakang dari metode pemurnian dan karakterisasi alkaloid umumnya mengandalkan sifat kimia alkaloid yang paling penting yaitu kebasaannya, dan pendekatan khusus harus dikembangkan untuk beberapa alkaloid (misalnya rutaekarpina, kolkisina, risinina) yang tidak bersifat basa. Alkaloid biasanya diperoleh dengan cara mengekstrasi bahan tumbuhan memakai asam yang melarutkan alkaloid sebagai garam, atau bahan tumbuhan dapat dibasakan dengan natrium karbonat dan sebagainya lalu basa bebas diekstraksi dengan pelarut organik seperti kloroform, eter, dan sebagainya. Beberapa alkaloid jadian/sintesis dapat terbentuk jika kita menggunakan pelarut reaktif. Untuk alkaloid yang dapat menguap seperti nikotina dapat dimurnikan dengan cara penyulingan uap dari larutan yang dibasakan. Larutan dalam air yang bersifat asam dan mengandung alkaloid dapat dibasakan kemudian alkaloid diekstraksi dengan pelarut organik sehingga senyawa netral dan asam yang mudah larut dalam air tertinggal dalam air (Padmawinata, 1995).

1.) Isolasi nikotin

Isolasi nikotin dari daun tembakau kering   dengan  cara  soxhletasi  menggunakan  pelarut  metanol  kemudian dilakukan  penggaraman  dengan asam dan ekstraksi alkaloid dengan basa. Ekstrak  yang    diperoleh         kemudian        dimurnikandengan KLT,        dan kromatografi kolom. Setelah itu dianalisis menggunakan IR, UV, dan GC- MS.  Ekstrak  tembakau  yang  lain  diuji  efektivitasnya  sebagai  insektisida penggerek batang padi dengan cara disemprotkan ke persemaian padi dengan konsentrasi yang bervariasi.

2.) Isolasi kafein

 Kafein biasanya diisolasi dengan ekstraksi menggunakan solven organik, dan kondisi ekstraksi (solven, suhu, waktu, pH, dan rasio komposisi solven dengan bahan) dapat mempengaruhi efisiensi ekstraksi kafein (Perva U et al., 2006)

3.) Isolasi piperin

Isolasi piperin dengan metode rekristalisasi ,ditambahkan 10 ml KOH-etanolik 10 % pada ekstrak kental sambil diaduk aduk. sehingga timbul endapan. setelah mengendap dipisahkan sari dari bagian yang tak larut melalui glasswool. sari yang didapat didiamkan di dalam almari pendingin selama satu malam sampai terbentuk kristal.

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

Jawab:

Keterkaitannya yaitu dengan  adanya biosintesis maka kita bisa mengetahui bagaimana reaksi-reaksi kimia yang terjadi pada makhluk hidup sehingga kita dapat melakukan sintesis sendiri  sebagaimana biosintesisnya, dengan mengetahui biosintesis maka kita akan lebih mudah melakukan suatu isolasi terhadap berbagai senyawa,dari biosintesis tersebut kita dapat mengetahui apa saja senyawa yang bereksi sehingga kita dapat mengisolasinya dengan pereaksi yang tepat. Setelah kita berhasil mengisolasi dan melakukan pemurnian suatu senyawa selanjutnya kita menentukan struktur dengan metode yang bermacam-macam seperti spektroskopi. Jadi biosintesis, metode isolasi dan penentuan struktur sangat berkaitan dalam penentuan struktur senyawa bahan alam, jika satu langkah saja tidak diketahui atau tidak dilakukan maka kita tidak mengetahui senyawa bahan alam yang terkandung pada makhluk hidup.

Biosintesis nikotin

Isolasi Nikotin dari daun tembakau

1) 25 gram daun tembakau kering rajangan yang telah dibungkus kertas saring  dimasukkan ke dalam alat soxhlet, dilakukan ekstraksi dengan menggunakan 300  mL metanol selama 7 jam. Sampel yang digunakan adalah 100 gram sehingga ekstraksi dilakukan 4 kali.

2) Ekstrak / filtrat yang dihasilkan dievaporasi sampai dihasilkan larutan yang pekat atau filtrat tinggal 10 % dari volume semula.

3) Larutan  pekat  dituangkan  ke  dalam  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 diekstrak dengan kloroform 25 mL sebanyak 3 kali dengan corong pisah.

4) Ekstrak yang dihasilkan berada di lapisan bawah diuji dengan reagen Dragendorf, positip alkaloid jika timbul endapan orange.

5) Ekstrak  dinetralkan  lagi  dengan  menambahkan  NH4OH,  kemudian diekstraksi lagi dengan kloroform 25 mL sebanyak 3 kali.

6) Ekstrak       yang    diperoleh         diuapkan         dengan dianginkan, kemudian dimurnikan  dengan  kromatografi  kolom  dengan  silika  gel  11,5  gram  sebagai fase  diam, panjang kolom 10 cm, diameter kolom 3 cm dan dengan eluen n heksana  dan kloroform, metanol dengan perbandingan 1:0, 7:3, 5:5, 3:7 dan 0:1 masing – masing sebanyak 10 mL.

7) Hasil kromsatografi kolom dilanjutkan dengan kromatografi lapis tipis dengan larutan pengembang metanol.

8) Hasil           ekstrak            kemudian diuji dengan menggunakan  spektrofotometer UV-Vis dan Spektrofotometer IR.

Hasil  Identifikasi Senyawa dalam Ekstrak Daun Tembakau

Hasil  Spektrofotometer  Inframerah  (IR)  dalam  Ekstrak  Daun  Tembakau Fraksi Metanol.

Hasil  Uji  dengan  Spektrofotometer  UV  Ekstrak  Daun  Tembakau  Fraksi Metanol