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 : 

Berdasarkan gambar di atas, Biosintesis Triterpenoid pertama berasal dari asam asetat yang telah diaktifkan oleh koenzim A melakukan kondensasi jenis Claisen yang menghasilkan asam asetoasetat. Senyawa asam asetoasetat ini dengan asetil koenzim A melakukan kondensasi jenis aldol sehinnga menghasilkan rantai karbon bercabang sebagaimana ditemukan pada asam mevalonat. Reaksi-reaksi berikutnya adalah fosforilasi, eliminasi asam fosfat dan dekarboksilasi menghasilkan Isopentenil pirofosfat (IPP) yang selanjutnya berisomerisasi menjadi Dimetil alil pirofosfat (DMAPP) oleh enzim isomerase. IPP sebagai unit isoprene aktif bergabung secara kepala 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 ion pirofosfat yang menghasilkan Geranil pirofosfat (GPP) yaitu senyawa antara bagi semua senyawa monoterpenoid. Penggabungan selanjutnya antara satu unit IPP dan GPP dengan mekanisme yang sama menghasilkan Farnesil pirofosfat (FPP) yang merupakan senyawa Triterpen.

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

1.Berdasarkan proses biosintesis triterpenoid yaitu : enzim – enzim yang bekerja misalkan enzim isomerase yang membantu terbentuknya penggabungan antara Isopentenil pirofosfat (IPP) yang selanjutnya berisomerisasi menjadi Dimetil alil pirofosfat (DMAPP), pH dan Temperatur

2. Berdasarkan Proses Isolasi yaitu : metode – metode pemisahan yang digunakan seperti maserasi, destilasi, dekantasi, sentrifugasi, sokletasi, dan lain –lain. Pelarut yang baik dan sesuai jg menentukan dihasilkannya senyawa triterpenoid

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 :

Flavonoid adalah senyawa fenol alam yang terdapat dalam hampir semua tumbuhan.  Di dalam tumbuhan flavonoid biasanya berikatan dengan gula sebagai glikosida. Molekul yang berikatan dengan gula tadi disebut aglikon. Aglikon flavonoid terdapat dalam berbagai bentuk struktur,semuanya mengandung kerangka dasar dengan 15 atom karbon, dimana dua cincin benzen (C_6­) terikat pada satu rantai propan (C₃) sehingga membentuk suatu susunan (C₆-C₃-C₆) dengan struktur 1,3-diarilpropan. Senyawa-senyawa flavonoid terdiri dari beberapa jenis, bergantung pada tingkat oksidasi rantai propan dari sistem 1,3-diarilpropan. 

Spektroskopi inframerah (IR) merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1,00 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1. Metode spektroskopi inframerah juga merupakan suatu metode yang meliputi tekhnik serapan (absorption), tekhnik emisi (emission), tekhnik fluoresensi (fluorescence). Metode spektroskopi inframerah dapat membuktikan bahwa ada hubungan struktur molekul degan inframerah, dengan ditemukannya suatu gugus dalam suatu molekul akan memberikan serapan karakteristik yang tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya.

Spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) memberikan gambaran mengenai jenis atom, jumlah, maupun lingkungan atom hidrogen (¹H NMR) maupun karbon (¹³C NMR). Spektroskopi NMR didasarkan pada penyerapan gelombang radio oleh inti-inti tertentu dalam molekul organik, apabila molekul tersebut berada dalam medan magnet yang kuat. Sesuai namanya NMR (nuklear magnetic resonance, resonansi magnetik inti), spektroskopi NMR berhubungan dengan karakter inti dari suatu atom dalam suatu molekul yang dianalisis.

Contoh :

1.Suatu senyawa flavonoid glikosida dari daun Calophyllum inophyllum L. Ekstraksi quercetrin dari daun dengan metode maserasi menggunakan metanol. Fraksinasi dan pemurnian senyawa dari ekstrak metanol menggunakan silika gel untuk kromatografi vakum cair dan kromatografi flash, sedangkan sephadex LH-20 untuk kromatografi kolom. Penentuan struktur menggunakan analisis data UV, IR, 1H NMR, 13C NMR, 13C NMR DEPT 90 termasuk HMQC and HMBC. Spektra UV memperlihatkan adanya dua pita serapan pada panjang gelombang 256 dan 349 nm. Spektra IR dari quercetrin menunjukkan gugus fungsi OH (3294 cm-1), C-C alifatik (2931 cm-1), C=O (1728 cm-1), C=C aromatik (1504 dan 1604 cm-1) dan C-O-C eter (1064 cm-1). Spektra 13C NMR menunjukkan 14 karbon aromatik, satu karbonil, dan enam karbon alifatik. Kemudian indentifikasi dengan spektra 1H NMR memperlihatkan adanya lima proton aromatik, proton hidroksi, lima proton alifatik dan 3 proton metil. Berdasarkan data-data tersebut menunjukkan suatu senyawa flavonoid (quercetin) yang mengikat suatu gugus gula yaitu rhamnosil. Berdasarkan data HMBC, rhamnosil terikat pada C-3 dari quercetin. Senyawa ini dikenal dengan nama quercetrin (quercetin-3-O-rhamnosida).

Struktur quercetrin (quercetin-3-O-rhamnosida)

Spektrum IR quercetrin (quercetin-3-O-rhamnosida)

Spectrum NMR quercetin-3-O-rhamnoside

2.Struktur Astragalin (Kaempferol 3-O-glucoside)

Spectrum NMR Astragalin (Kaempferol 3-O-glucoside)

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 :

Kebanyakan alkaloid bersifat basa. Sifat tersebut tergantung pada adanya pasangan elektron pada nitrogen.Jika gugus fungsional yang berdekatan dengan nitrogen bersifat melepaskan elektron,misalkan : gugus alkil, maka ketersediaan elektron pada nitrogen naik dan senyawa lebih bersifat basa

Alkaloid biasanya diisolasi dari tumbuhannya dengan menggunakan metode ekstraksi. Pelarut yang digunakan ketika mengekstraksi campuran senyawanya yaitu molekul air yang diasamkan. Pelarut  ini akan mampu melarutkan alkaloid sebagai garamnya.

Selain itu juga dapat membasakan bahan tumbuhan yang mengandung alkaloid dengan menambahkan natrium karbonat. Basa yang terbentuk kemudian dapat diekstraksidengan pelarut  organic seperti seperti kloroform atau eter

Untuk alkaloid yang bersifat tidak  tahan panas, isolasi dapat dilakukan menggunakan teknik pemekatan dengan membasakan larutannya terlebih dahulu. Dengan menggunakan teknik ini maka alkaloid akan menguap dan selanjutnya dapat dimurnikan dengan metode penyulingan uap. Sedangkan untuk larutan alkaloid dalam air yang bersifat asam maka larutannya harus dibasakan terlebih dahulu. Selanjutnya alkaloid dapat diekstraksi dengan menggunakan pelarut organic.

            Tiga contoh isolasi Alkaloid :

1.      Isolasi Nikotin dari daun Tembakau Kering

Daun tembakau kering di ekstraksi menggunakan methanol. Ekstrak yang dihasilkan dieevaporasi hingga menghasilkan larutan pekat. Larutan pekat kemudian diasamkan lalu dinetralkan kembali dengan menambahkan basa. Penambahan asam pada isolasi nikotin adalah untuk membentuk garam Nikotin yang berbentuk kristal, karena pemurnian zat padat akan lebih mudah dibandingkan zat cair. Sedangkan dinetralkan dengan penambahan basa adalah untuk menghasilkan basa bebas, karena yang dapat diekstraksi oleh pelarut organik adalah nikotin dalam bentuk basa bebasnya.

2.      Isolasi Kafein dari Teh

Kafein dapat diisolasi dari teh dengan pelarut air dan kloroform karena kelarutan kafein dalam kedua pelarut itu besar. Air sebagai pelarut mempunyai banyak keuntungan yaitu isolasi tidak merusak kafein walaupun pada suhu tinggi. Isolasi kadar kafein dalam teh, didasarkan pada distribusi solut dalam hal ini kafein dalam teh antara dua fasa yaitu fasa organic dan fasa air. Karena teh dapat larut dengan baik pada air panas, sehingga harus dilarutkan pada air panas yang mendidih dan ditambahkan natrium karbonat (Na₂CO₃). Natrium karbonat (Na₂CO₃) adalah senyawa yang bersifat basa sehingga akan bereaksi dengan tanin yang bersifat asam membentuk garam, garam ini larut dapat larut dalam air. Sedangkan tujuan digunakannya kloroform adalah sebagai pelarut yang efektif untuk alkaloid (kafein). Karena berdasarkan referensi, kloroform adalah pelarut yang umum di laboratorium karena relatif tidak reaktif, larut dengan cairan organic

3.      Isolasi Morfin

Isolasi ini dilakukan mengeksraksi sampel kering dengan etanol 80%. Didinginkan dan disaring, ampas dicuci dengan etanol 80%, filtrat dikumpul, diuapkan. Residu dilarutkan dengan air dengan suasana asam (asam klorida 1%), disaring, tambahkan pereaksi endap seperti Mayer, siklotungstat atau pereaksi lain. Bila positif, maka larutan asam dibasakan kembali dan diekstraksi dengan pelarut organik. Lapisan organik asam-kan kembali dan lapisan air asam dites dengan pereaksi warna, jika positif maka dapat diyakini bahwa sampel mengandung alkaloida. Lapisan organik basa perlu juga dites untuk menentukan adanya alkaloida quaterner

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

Jawab :

Biosintesis, metode isolasi dan penentuan struktur senyawa bahan alam memiliki keterkaitan satu sama lain. Biosintesis merupakan sutu integrasi dari dua atau lebih eleman yang ada dalam suatu bahan alam dan menghasilkan suatu hasil yang baru. Senyawa-senyawa hasil biosintesis banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Untuk memperoleh senyawa yang terkandung dalam suatu tumbuhan/makhluk hidup dilakukan proses isolasi. Isolasi merupakan pemisahan suatu senyawa yang diinginkan dari suatu sampel melalui proses dan perlakuan tertentu. Hasil  isolasi yang didapat kemudian di identifikasi strukturnya melalui UV, IR, MS ataupun NMR. Identifikasi struktur ini dimaksudkan untuk mengetahui jenis/nama senyawa yang dihasilkan.

Contoh :

Pada senyawa terpenoid, proses biosintesis melalui jalur mevalonat (Jawaban No.1). Dalam tahap akhirnya menghasilkan Isopentenil pirofosfat (IPP) yang selanjutnya berisomerisasi menjadi Dimetil alil pirofosfat (DMAPP). kemudian akan bereaksi menghasilkan geranil pirofosfat (GPP) dan farnesil pirofosfat (FPP), yang merupakan senyawa awal untuk pembentukan senyawa turunan terpenoid seperti golongan monterpen, diterpen, triterpen dan lainnya.

Pada tahap Isolasi dilakukan untuk mengambil senyawa yang diinginkan, saya mengambil pada senyawa triterpen dari suatu sampel tumbuhan/ makhluk hidup yaitu biji papaya.Tahap isolasi pada Biji papaya :

Biji pepaya yang berwarna putih dicelupkan ke dalam etanol panas kemudian dikeringkan dan dihaluskan. Sebanyak 500 g serbuk kering biji pepaya diekstraksi menggunakan pelarut n-heksana. Ekstrak yang didapat diuapkan dengan rotary vacuum evaporator sehingga diperoleh ekstrak kental n-heksana. Ekstrak kental tersebut diuji fitokimia dengan pereaksi Liebermann-Burchard untuk menentukan ada tidaknya triterpenoid. Ekstrak kental positif triterpenoid dipisahkan dengan kromatografi kolom. Sebelum dilakukan pemisahan dengan kromatografi kolom, terlebih dahulu dilakukan pemilihan eluen dengan teknik KLT. Hasil pemisahan kromatografi kolom (silika gel 60, n-heksana : eter : etilasetat : etanol (2:3:3:2)) yang sama digabungkan dan dikelompokkan menjadi kelompok fraksi. Masing-masing kelompok fraksi tersebut diuji untuk triterpenoid. Fraksi yang positif mengandung triterpenoid dengan noda tunggal dilanjutkan dengan uji kemurnian secara KLT dengan beberapa campuran eluen. Bila tetap menghasilkan satu noda maka fraksi tersebut dapat dikatakan sebagai isolat relatif murni secara KLT. Isolat relatif murni ini kemudian dianalisis dengan Spektrofotometer Ultra violet-tampak dan Inframerah.

Identifikasi Nikotin dari Daun Tembakau Kering

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 dimurnikan dengan KLT, dan kromatografi kolom. Setelah itu dianalisis menggunakan IR, UV, dan GC-MS.

Dari hasil analisis KLT menggunakan larutan pengembang metanol didapatkan harga Rf = 0,725. Hasil analisis spektra IR menunjukkan adanya gugus amina tersier aromatis, gugus metil, gugus amina tersier alifatis, dan ikatan C-H aromatis.

Hasil kromatogram GC-MS menunjukkan senyawa nikotin muncul pada puncak dengan waktu retensi = 9,245 s dan indeks kemiripan 63 %, hal ini menunjukkan bahwa dalam daun tembakau terdapat alkaloid nikotin.

Hasil dari spektrofotometer UV menghasilkan panjang gelombang maksimum 206 nm yang menunjukkan adanya kearomatisan dari cincin piridin dalam nikotin.

Cara kerja:

1.         25 gr daun tembakau kering rajangan yang telah dibungkus kertas saring dimasukkan kedalam alat soxhlet, dilakukan ekstraksi dengan menggunakan 300 ml metanol selama 7 jam.sampel yang digunakan adalah 100 gr sehingga ekstraksi dilakukan 4 kali.

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

3.       Larutan pekat di tuangkan kedalam 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 di ekstrak dengan kloroform 25 ml sebanyak 3 kali dengan corong pisah.

4.       Ekstrak yang dihasilkan berada dilapisan bawah diuji dengan reagen dragendrof, positif alkaloid jika timbul endapan orange.

5.       Ekstrak dinetralkan lagi dengan NH4OH, kemudian diekstraksi lagi dengan kloroform sebanyak 3 kali.

6.       Ekstrak yang diperoleh diuapkan dengan dianginkan, kemudian dimurnikan dengan kromatografi kolom dengan silica gel 11,5 gr sebagai fasa 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 10 ml.

7.       Hasil kromatografi kolom dilanjutkan dengan KLT dengan larutan pengembang metanol.

8.       Hasil ekstrak kemudian di uji dengan menggunakan GC-MS, spektrofotometer UV-Vis, dan spektrofotometer IR.