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 adalah senyawa yang kerangka karbonnya berasal dari enam satuan isoprene dan secara biosintesis diturunkan dari hidrokarbon C30 asiklik yaitu skualena. Triterpenoid dapat digolongkan menjadi triterpena sebenarnya, steroid, saponin dan glikosida jantung. Triterpenoid termasuk steroid adalah kelompok yang sangat beragam produk alami luas di tanaman.

Jalur biosintesis triterpenoid:

                     

Biosintesis melibatkan tiga enzim kunci: oxidosqualene cyclases, yang membangun kerangka dasar triterpenoid, monooxygenases sitokrom P450, yang memediasi oksidasi, dan difosfat uridin-bergantung glycosyltransferases, yang mengkatalisasi glycosylations. Terpenoid yang dibangun dari unit C5, difosfat isopentenil (IPP). IPP dipasok dari asam mevalonat sitosol (MVA) dan jalur fosfat methylerythritol plastidal (MEP) jalur. Triterpenoid dan seskuiterpenoid yang disentesis melalui jalur MVA, sedangkan monoterpenoids, diterpenoid, dan tetraterpenoids yang disentesis melalui jalur MEP. Langkah diversifikasi pertama dalam biosintesis triterpenoid adalah siklisasi 2,3-oxidosqualene dikatalisis oleh oxidosqualene cyclase. Keragaman molekul OSCS memungkinkan lebih dari 100 variasi kerangka triterpenoid pada tanaman. Setelah siklisasi 2,3-oxidosqualene dikatalisis oleh OSC, triterpenoid yang mengalami berbagai modifikasi termasuk P450-katalis oksidasi dan UGT-katalis glikosilasi.. Setelah OSC yang membangun kerangka triterpenoid dasar, kerangka tersebut dimodifikasi menjadi aglikon hidrofobik disebut sapogenin. Modifikasi pertama adalah oksidasi dikatalisis oleh sitokrom P450 monooxygenase (P450), dan langkah ini memungkinkan modifikasi lebih lanjut seperti O-glikosilasi. P450 sangat beragam dan mengkatalisis beberapa jenis reaksi kimia berkomitmen untuk metabolisme sekunder. Glikosilasi meningkatkan kelarutan air dan perubahan aktivitas biologis triterpenoid. Uridin difosfat (UDP)-bergantung glycosyltransferases (UGTs) mengenali berbagai macam produk alam sebagai molekul akseptor. Spesies P450 dan UGTs milik keluarga multigene dan merupakan faktor kunci untuk diversifikasi eksplosif produk alam lainnya pada tanaman. Dalam kasus spesies P450 dilaporkan dalam biosintesis saponin, keluarga-keluarga CYP bervariasi menghormati tidak hanya kerangka karbon dari substrat triterpenoid tetapi juga posisi target dari reaksi.

Dari proses biosintesis triterpenoid tersebut dapat di identifikasi faktor-faktor yang menentukan dihasilkannya triterpenoid paling banyak, yaitu:

a.              Enzim, dimana penggunaan enzim-enzim pada  proses biosintesis triterpenoid itu sendiri. Dimana telah diketahui bahwa fungsi penggunaan enzim itu adalah suatu katalis yang berfungsi dapat mempercepat jalannya suatu reaksi, tetapi tidak ikut bereaksi.

b.             Adanya gen OSC yang membangun kerangka triterpenoid dasar, dimana beragam molekul OSC ini dapat membentuk variasi kerangka triterpenoid. Masih banyak juga gen-gen yang di identifikasi yang terlibat dalam biosintesis triterpenoid.

c.              Glikosilasi, biosintesis triterpenoid berasal dari saponin, dimana Glikosilasi sangat penting untuk biosintesis saponin, glikosilasi akan meningkatkan kelarutan air triterpenoid dan perubahan aktivitas biologis triterpenoid. Proses glikolisasi ini dapat membentuk metabolit parazat yang mana berfungsi dapat dapat merangsang aktivitas enzim yang terlibat dalam jalur biosintesis triterpenoid, sehingga dapat meningkatkan produksi metabolit sekunder yaitu 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 merupakan sejenis senyawa fenol terbesar yang ada, senyawa ini terdiri dari lebih dari 15 atom karbon yang sebagian besar bisa ditemukan dalam kandungan tumbuhan. Flavonoid juga dikenal sebagai vitamin P dan citrin, dan merupakan pigmen yang diproduksi oleh sejumlah tanaman sebagai warna pada bunga yang dihasilkan.

Spektrum IR yang direkam pada spektrometer IR-470 Shimadzu. 1H dan 13C-NMR spektra tercatat sebesar 300 dan 75 MHz, masing-masing, pada instrumen AM Bruker 300 dan TMS digunakan sebagai internal. Standar 1H dan 13C - NMR spektrum diperoleh dalam campuran CDCl3 dan CD3OD sebagai pelarut.

Flavonoid diperoleh dalam bentuk padatan amorf.

   Kekhasan sinyal spektrum IR:

Bila ikatan-ikatan pada atom flavonoid  bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Energi yang dimiliki oleh sinar infra merah hanya cukup kuat untuk mengadakan perubahan vibrasi. Dan bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorbsi) energi dan terjadilah transisi diantara tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited state). Pengabsorbsian energi ini pada berbagai frekuensi dapat dideteksi oleh spektrometer infra merah. Spektrum infra merah yang akan memberikan informasi penting tentang gugus fungsional dari flavonoid tersebut.

·    Intensitas serapan IR :

Dalam spektrofotometri infra merah panjang gelombang dan bilangan gelombang adalah nilai yang digunakan untuk menunjukkan posisi dalam spektrum serapan.

Dimana pada senyawa flavonoid tersebut intensitas serapannya adalah ditampilkan hidroksil pada (3227 cm-1) dan (1628 cm-1).

·    Kekhasan sinyal dengan spektrum NMR:

Pergeseran kimia proton dalam gugus metil sekitar 1 ppm apappun struktur bagian lainnya. Dalam hal spektra ¹H NMR, intensitas sinyal terintegrasi sebanding dengan jumlah inti yang relevan dengan sinyalnya. Hal ini akan sangat membantu dalam penentuan struktur flavonoid.

Dimana spektrum 1H-NMR resonansi mengungkapkan karakteristik proton aromatik seperti H-2, 6 (δ 8,25, m, 2H), H-5 (δ 8,15, d, J = 8.2Hz, 1H), H- 7 (δ 7,82, m, 1H), H- 8 (δ 7,78, d, J = 8.2Hz, 1H), H-3, 5 (δ 7.59, m, 2H), H-4 (δ 7,53, m, 1H), dan H-6 (δ 7,50, m, 1H). Sebuah sinyal hidroksil khas di δ9.68 ppm juga diamati. Spektrum 13C-NMR menunjukkan 15 sinyal sesuai dengan sembilan-CH-dan enam karbon kuaterner. 13C-NMR menunjukkan adanya karbon karbonil, yang menunjukkan sinyal pada δ172.99 (C-4).

·    Intensitas serapan spektrum NMR :

Pada kondisi yang sesuai sampel senyawa flavonoid dapat mengadsorbsi radiasi elektromagnetik daerah frekuensi radio , pada radio yang bergantung dari sifat sampel. Suatu plot dari frekuensi puncak absorsi versus intensitas puncak memberikan suatu spektrum NMR

Contoh:

A.          Spektrum IR antosianin Antosianin

  














B.           Spektrum NMR Isoflavon

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:

Isolasi alkaloid menggunakan reagen basa karena pelarut basa dapat mendispersikan senyawa uji. Selain itu senyawa alkaloid dapat menguap sehingga uap senyawa alkaloid dapat dimurnikan dengan larutan basa. Senyawa alkaloid  yang dilarutkan dalam larutan basa akan segera berubah menjadi larutan garam.

Sedangkan penggunaan reagen asam karena dapat melarutkan air sebagai garamnya. Selain itu pelarut asam dapat mempermudah isolasi alkaloid, dimana alkaloid yang berada dalam sampel dalam bentuk terikat sehingga tidak mudah dilepaskan hanya dengan pelarut biasa, sehingga harus mengasamkan senyawa yang mengikatnya terlebih dahulu.

Contoh:

a.              Coniine

 

b.              Quinine

c.              Caffeine

 

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

Jawab:

Biosintesis merupakan proses di mana senyawa kimia dihasilkan daripada bahan uji yang lebih ringkas. jalur biosintetis dapat diartikan sebagai urutan atau proses yang di dalamnya terdiri atas tahap-tahap pembentukkan dari senyawa yang sederhana menjadi senyawa kompleks. Proses biosintesis akan berlangsung sangat kompleks, tergantung dari macam enzim yang tersedia sehingga tumbuhan sejenis yang tumbuh di daerah yang berbeda sangat memungkinkan untuk mempunyai jalur pembentukkan metabolit tertentu Biosintesis, tidak seperti sintesis kimia, berlaku dalam organisme hidup dan biasanya di bantu oleh enzim. Proses ini merupakan sebahagian penting metabolisme. Jadi metabolisme sekunder akan mengalami biosintesis. Hingga dapat dihasilkan berbagai macam senyawa bahan alam di makhluk hidup. Setelah ditemukannya senyawa bahan alam, maka dapat dilakukan ekstraksi atau isolasi baik dari dunia tumbuh-tumbuhan dan binatang, mikroorganisme, sumber daya kelautan, yang biasanya mengandung senyawa kimia. Untuk memperbanyak senyawa bahan alam tersebut maka dapat di isolasi dari organisme yang diperkirakan mengandung senyawa bahan alam yang akan di ambil. Di proses ini lah akan diperoleh bahan alam yang murni. Senyawa-senyawa metabolit sekunder yang telah berhasil diisolasi, oleh manusia selanjutnya didayagunakan sebagai bahan obat.  Kemudian kemurnian bahan alam yang hasil dari isolasi dapat dilihat struktur senyawanya yaitu dengan metode penentuan struktur dengan spektrum. Dengan ditelitinya struktur bahan alam, akan dapat dilihat daerah serapan dan kekhasan sinyal dari senyawa bahan alam.

Jadi, biosintesis, isolasi, dan penentuan struktur saling berkaitan untuk menghasilkan senyawa bahan alam yang dapat digunakan atau bermanfaat bagi kehidupan manusia.

Contoh:

a.  Biosintesis kumarin

b.  Isolasi kumarin dari Kulit Batang Garcinia cymosa  

Isolasi dilakukan dengan menggunakan metoda maserasi, sebanyak 2 Kg serbuk kering kulit batang  Garcinia cymosa  direndam dalam maserator dengan metanol diaduk dan dibiarkan selama 5x7 hari pada suhu kamar.  Ekstrak metanol hasil maserasi dikumpulkan, kemudian diuapkan pelarutnya dengan  rotari evaporator Heidolp WB 2000, hingga diperoleh 247 gr (12,35%). Selanjutnya difraksinasi dengan n-heksana, diklorometana, dan etil asetat.

c.  Penentuan struktur kumarin dengan spektrum