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 :

Triterpenoid : diturunkan dari isoprenoida siklik skualen (C30H50), komponen utuh dari minyak ikan, minyak vegetable, jamur.  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.

Biosintesis terpenoid melalui jalur asam mevalonat, pertama reaksi antara asam asetat dengan enzim CoA-SH membentuk molekul asetil-koenzim A (asetil-CoA), lalu dilanjutkan dengan reaksi kondensasi dua molekul asetil-koenzim A (asetil-CoA) membentuk asetoasetil-CoA dengan katalis enzim asetil-CoA asetiltransferase (tiolase). Kemudian asetoasetil-CoA berkondensasi lagi dengan satu unit asetil-CoA lainnya membentuk molekul β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) dengan katalis enzim HMG-CoA sintase.

Adapun identifikasi faktor-faktor penting yang sangat menentukan dihasilkan oleh  triterpenoid dalam kuantitas yang banyak yaitu :

a.    Penambahan enzim, dimana apabila dilakukan penambahan aktivasi enzim dan konsentrasi enzim yang terlibat dalam jalur biosintesis triterpenoid dapat meningkatkan kuantitas/produksi  senyawa triterpenoid.

b.   Penghambatan jalur asam mevalonat untuk mengoptimalkan jalur yang lain sehingga dapat meningkatkan produksi senyawa triterpenoid.

c.   Kondisi lingkungan juga berpengaruh pada proses isolasi triterpenoid.

d.   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.

e.  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 :

Pada kondisi yang sesuai, suatu sampel dapat mengabsorpsi radiasi elektromagnetik daerah frekuensi radio, pada frekuensi yang tergantung dari sifat-sifat sampel. Kekhasan signal NMR yaitu pada spektroskopi 1H-NMR yang memberikan informasi mengenai posisi H pada struktur senyawa sedangkan spektroskopi 13C-NMR memberikan informasi mengenai struktur karbon dalam sebuah molekul. sinyal yang muncul mempunyai intensitas tajam. Flavonoid berasal dari kombinasi antara jalur shikimat dan jalur asetat-mevalonat. Kerangka dasar terdiri atas 15 atom kabon yang membentuk susunan C6-C3-C6. Kerangka dasar karbon dengan 15 atom C dengan 2 cincin benzen (C6) terikat pada suatu rantai propana (C3) membentuk susunan C6-C3-C6.

Contohnya : pada senyawa flavonoid, misalnya pada senyawa quercetin, dari spektorkopi NMR diketahui bahwa senyawa tersebut mengandung 15 atom C dengan rumus C15H10O7. Dari spectrum 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 pada senyawa catechin, dari spektrum NMR nya dapat diketahui strukturnya dengan rumus C₁₅H₁₄O_6. Selanjutnya dari spektrum IR. Diketahui bahwa senyawa tersebut mengandung gugus OH, C-O-C dan cincin aromatik dari daerah serapan yang ditunjukkan.

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 :

Dalam isolasi alkaloid misalnya saja menggunakan asam amino, dasar penggunaan reagen asam amino tersebut adalah bertujuan sebagai penyedia kedua atom nitrogen dan berbagai dasar kerangka allkaloid. Pada dasarnya senyawa alkaloid bersifat basa karena didalam struktur alkaloid banyak terkandung atom nitrogen yang bersifat basa,  sehingga jika pada kondisi asam, nikotin dapat membentuk garam sehingga tidak ditemukannya pH nikotin murni.

      Contohnya :

     

Ø Alkaloid berasal dari Asam nikotinat (Piridin alkaloid)-Tembakau.

Isolasi Nikotin dari daun Tembakau Kering

Daun tembakau kering di ekstraksi menggunakan methanol. Ekstrak yang dihasilkan hingga menghasilkan larutan pekat. Larutan pekat kemudian diasamkan lalu dinetralkan kembali dengan menambahkan basa , karena yang dapat diekstraksi oleh pelarut organik adalah nikotin dalam bentuk basa bebasnya.

Ø Alkaloid berasal dari Lysine (Piperidina, Quinolizidine, dan alkaloid Indolizidine)

Ø Alkaloid berasal dari Ornithine (pyrrolidine dan alkaloid tropane)

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  dapat menentukan bagaimana metode atau cara isolasi yang tepat untuk suatu senyawa bahan alam tersebut, dan selanjutnya dari metode isolasi ini kita dapat pula menentukan struktur yang dihasilkan. Setelah dilakukan biosintesis didapatkan struktur suatu senyawa, setelah itu dilakukan isolasi dari suatu senyawa bahan alam dan ditentukan strukturnya. Dari penentuan struktur didapatkan koordinat sinyal dari senyawa tersebut dan bisa ditentukan apakah senyawa tersebut sama strukturnya dengan hasil biosintesis.

ü  Biosintesis merupakan satu integrasi dari dua atau lebih eleman yang ada dalam suatu bahan alam dan menghasilkan suatu hasil yang baru.

ü  Isolasi yaitu mengambil suatu senyawa yang terdapat pada alam melalui proses dan perlakuan tertentu.

Contohnya pada Isolasi Quercetin dari Citrullus colocynthis

·Secara in vitro

Enam minggu jaringan kalus tua dari Citrullus colocynthis ditumbuhkan pada media MS dilengkapi dengan BAP (2,0 mg/l) dan NAA (2,0 mg/l) dikeringkan dalam oven pada 100 °C selama 15 menit dan dibuat bubuk yang digunakan untuk ekstraksi. dan digunakan untuk ekstraksi.

·Secara in vivo

Batang, daun, buah dan akar dari Citrullus colocynthis dikumpulkan lalu dikeringkan menjadi bubuk dan digunakan untuk ekstraksi bersama dengan sampel jaringan in vitro.

Cara kerja nya : Sampel kering yang terpisah diestraksi soxhlet dengan menggunakan pelarut metanol 80% (100 ml /gm berat kering) pada penangas air selama 24 jam. Masing-masing dari ekstrak yang diperoleh diekstrak kembali dalam petroleum eter (40 -60 °C) (fraksi-I), etil eter (fraksi-II) dan etil asetat (fraksi-III) secara berturut-turut. Setiap langkah-langkah diulang tiga kali dalam setiap tempat. Fraksi I ditolak karena didalamnya terdapat kandungan kaya zat lemak sedangkan fraksi II merupakan flavonoid yang bebas dari masing-masing sampel. Fraksi III dari sampel diuji melalui hidrolisis dengan direfluks menggunakan 7% H2SO4 (10 ml/gm residu) selama 5 jam. Campuran disaring dan filtratnya diekstraksi dengan etil asetat dalam corong pisah. Lapisan etil asetat dicuci dengan air suling sampai netral dan dikeringkan dalam vakum.

kolesterol

Kolesterol merupakan salah satu dari golongan lipid 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.

Biosintesis kolesterol

Biosintesis kolesterol terjadi di sitosol dan di mikrosom (endopoasmic reticulum). Asetil-KoA sebagai bahan baku. Adapun tahapannya yaitu :
a. Dua asetil-KoA yang dikatalisis oleh enzim tiolase (thiolase) menjadi asetoasetil-KoA.
b. Asetil-KoA ditambahkan lagi menjadi 3-hidroksi-3-metil-glutaril-KoA (HMG-KoA).
c. Enzimnya HMG-KoA sintase.
d. HMG-KoA reduktase mereduksi HMG-KoA menjadi mevalonat, KoA terlepas.
e. Bahan pereduksinya adalah NADPH. Tahapan terbentuk squalene, lanosterol dan cholesterol

Sintesis Kolesterol

Kolesterol yang disintesa merupakan bagian dari kolesterol di dalam tubuh. Hanya sebagian kecil saja kolesterol yang berasal dari makanan.

Dari makanan: 300-750 mg

Sintesa tubuh/endogen: 650-1000 mg

nikotin

Identifikasi Nikotin dari Daun Tembakau Kering dan Uji Efektivitas Ekstrak Daun Tembakau sebagai Insektisida Penggerek Batang Padi.

Produksi tembakau yang melimpah di Indonesia hanya bermanfaat sebagai industri rokok saja yang sangat berdampak negatif bagi kesehatan manusia. Tembakau mengandung alkaloid nikotin yang berdampak buruk bagi kesehatan manusia juga sangat beracun bagi serangga sehingga nikotin dapat dimanfaatkan oleh manusia sebagi insektisida penggerek batang padi. Dalam penelitian ini dilakukan 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. Ekstrak tembakau yang lain diuji efektivitasnya sebagai insektisida penggerek batang padi dengan cara disemprotkan ke persemaian padi dengan konsentrasi yang bervariasi. 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. Ekstrak tembakau yang lain digunakan untuk uji efektivitas terhadap hama penggerek batang padi, dengan cara disemprotkan tanaman padi yang di dalamnya terdapat penggerek batang padi, didapatkan Fhitung = 19.061 dan Ftabel = 3.48. Karena Ftabel < Fhitung maka Ho ditolak dan Ha diterima, yaitu konsentrasi ekstrak daun tembakau mempengaruhi efektivitasnya sebagai insektisida penggerek batang padi.

MID SEMESTER KIMIA BAHAN ALAM

1. Kemukakan gagasan anda bagaimana cara mengubah suatu senyawa bahan alam yang tidak punya potensi ( tidak aktif ) dapat dibuat menjadi senyawa unggul yang memiliki potensi aktifitas biologis tinggi. Berikan dengan contoh.

Jawab:

Menurut saya, Salah satu cara mengubah suatu senyawa bahan alam yang tidak punya potensi (tidak aktif) dapat dibuat menjadi senyawa unggul yang memiliki potensi aktifitas biologis tinggi adalah dengan cara menggunakan bakteri contohnya adalah oncom. Bioaktivitas tanaman sangat dipengaruhi oleh kandungan senyawa kimia yang terdapat didalamnya. Metabolit sekunder yang dimiliki makhluk hidup baik itu hewan atau tumbuhan mempunyai aktifitas biologis dan ada pula yang non aktif. Untuk menghasilkan senyawa aktif murni perlu dilakukan beberapa tahap, yaitu tahap isolasi, pemisahan, dan pemurnian. Selain dipengaruhi oleh jenis senyawa kimia, metoda yang digunakan untuk melakukan uji bioaktivitas juga memegang peranan penting dalam memberikan hasil yang ingin diketahui dari aktifitas tanaman tersebut. Misalnya pada pegagan. Pegagan mengandung asiaticoside, thankuniside, isothankuniside, madecassoside, brahmoisde, brahminoside, brahmic acid, madasitic acid, hydrocotyline, mesoinositol, centellose, caretenoids, garam mineral (seperi garam kalium, natrium, magnesium, kalsium, besi) zat pahit vellarine dan zat samak. Senyawa glikosida triterpenoida yang disebut asiaticoside berperan dalam berbagai aktivitas penyembuhan penyakit. Asiaticoside berperan dan senyawaan sejenis juga berkhasiat anti lepra (kusta). pegagan berkasiat sebagai hepatoprotektor yaitu melindungi sel hati dari berbagai kerusakan akibat racun dan zat berbahaya.

2. Jelaskan bagaimana idenya suatu senyawa bahan alam yang memiliki potensi biologis tinggi dan prospektif untuk kemaslahatan makhluk hidup dapat disintesis di laboratorium.

Jawab :

 Suatu senyawa bahan alam yang memiliki potensi biologis tinggi dan prospektif untuk kemaslahatan makhluk hidup  dapat disintesis di laboraturium dengan mengadakan penellitian terlebih dahulu terhadap tumbuh-tumbuhan maupun mikroorganisme yang mengandung senyawa yang dapat dijadikan sebagai obat-obatan dan lain-lain. Dengan dilakukannya sentesis di laboraturium tidak akan terus merusak ekosistem alam yang ada.

Misalnya : Buah jeruk yang dibuat jadi suplemen

Sari buah jeruk yang dibuat menjadi suplemen mengandung vitamin C yang lebih banyak sehingga mempunyai kasiat atau potensi yang lebih besar dari pada buah jeruk.Vitamin C salah satu vitamin yang essential bagi tubuh. Banyak sumber vitamin C yang ada di bumi ini salah satunya adalah jeruk. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penyakit kanker dapat dicegah lebih optimal dengan mengkonsumsi buah-buahan dan sayuran dalam porsi yang banyak dibandingkan mengkonsumsi vitamin C dalam bentuk suplemen berupa tablet atau cair. Hasil penelitian terbaru menunjukkan bahwa konsumsi vitamin C yang banyak dari makanan segar seperti Jeruk dapat mencegah kenaikan kadar LDL di dalam darah. Dikarenakan pada tumbuhan banyak mengandung senyawa bahan alam metabolit sekunder seperti alkaloid, flavonoid, steroid/ terpenoid dan lain – lain maka menuntut para ilmuwan untuk melakukan sintesis terhadap senyawa yang terkandung dalam simplisia.

3.  Jelaskan kaidah-kaidah pokok dalam memilih pelarut untuk isolasi dan purifikasi suatu senyawa bahan alam. Berikan dengan contoh untuk 4 golongan senyawa bahan alam : Terpenoid, alkaloid, Flavonoid, dan Steroid.

               

Jawab :

Pelarut juga bertindak sebagai kontrol suhu, salah satunya untuk meningkatkan energi dari tubrukan partikel sehingga partikel-partikel tersebut dapat bereaksi lebih cepat, atau untuk menyerap panas yang dihasilkan selama reaksi eksotermik.

Kaidah-kaidah dalam memilih pelarut untuk isolasi dan purifikasi senyawa bahan alam:

a. Pelarut harus mempunyai daya larut yang tinggi dan pelarut kimia yang digunakan tidak  berbahaya atau beracun.

b. Netral, tidak mudah menguap dan tidak mudah terbakar, selektif dan tidak mempengaruhi zat berkhasiat.

c.  Pelarut harus dapat melarutkan reaktan dan reagen.

d.  Pelarut harus memiliki titik didih yang tepat.

e. Sifat sesuai dengan senyawa yang akan diisolasi, polar atau nonpolar.

f. Murah serta mudah didapat

g. Pelarut tidak bereaksi dengan zat terlarut

h. Pelarut harus mudah dihilangkan pada saat akhir dari reaksi.

~         Contoh pelarut untuk Terpenoid        :  kloroform, n-butanol, eter, alkohol etil asetat, n-heksan, metanol

~     Contoh pelarut untuk Alkaloid          : pelarut organik (kloroform, eter, etanol 95%), carbon tetra klorida (CCl4)

~    Contoh pelarut untuk Flavonoid   : kloroform, diklorometana, dietil eter, atau etil asetat, etanol, metanol, butanol, aseton, dimetil sulfoksida, dimetilformamida, air

~   Contoh pelarut untuk Steroid       : pelarut non polar, n-heksan, metanol, etil asetat, asam sulfat, kloroform.

4. Jelaskan dasar titik tolak penentuan struktur suatu senyawa organik. Bila senyawa bahan alam tersebut adalah kafein misalnya. Kemukakan gagasan anda hal – hal pokok apa saja yang di perlukan untuk menentukan strukturnya secara keseluruhan.

JAWAB:

hal – hal pokok yang di perlukan untuk menentukan strukturnya secara keseluruhan. Mengidentifikasi stuktur kimia menggunakan spektroskopi seperti di bawah ini :

·         UV-Vis : Dalam elusidasi struktur, spektrum UV-Vis tidak terlalu memberikan informasi penting. Dari spektrum ini akan diperoleh informasi kromofor yang ada pada molekul yang akan memberikan gambaran kemungkinan kerangka dasar senyawa murni tersebut.

·         Infra Red: Spektroskopi inframerah sangat berguna untuk analisis kualitatif (identifikasi) dari senyawa organik karena spektrum yang unik yang dihasilkan oleh setiap organik zat dengan puncak struktural yang sesuai dengan fitur yang berbeda. Selain itu, masing-masing kelompok fungsional menyerap sinar inframerah pada frekuensi yang unik. Sebagai contoh, sebuah gugus karbonil, C = O, selalu menyerap sinar inframerah pada 1670^-1780 cm^-1, yang menyebabkan ikatan karbonil untuk meregangkan. Spektrum IR akan menyumbangkan informasi tentang gugus fungsi yang dimiliki oleh molekul.

• Mass spectroscopy : Memberikan informasi tentang berat molekul, dan fargmen-fragmen yang ada pada molekul.
• NMR spectroscopy : Spektrum ini sangat membantu untuk mengetahui jenis ikatan C-H, posisi ikatan dan terakhir akan dapat menyimpulkan struktur kimianya dengan memadukan uinformasi dari spektrum UV-Vis, IR dan MS.