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 (skualen)
Terpenoid merupakan senyawa yang kerangka
karbonnya berasal dari enam satuan isoprena dan secara biosintesis diturunkan
dari hidrokarbon C30 siklik yaitu skualena, dimana skualen termasuk golonagn
triterpenoid. 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. Jadi dapat dikatakan faktor yang mempengaruhi kuantitas dari dihasilaknnya
triterpenoid yang banyak yaitu dari siklisasi senyawa terpenoid itu sendiri. 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.
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 :
Secara umum spektrofotometri
inframerah merupakan cara identifikasi senyawa melalui daerah serapan gugus
fungsional senyawa tersebut. Sedangkan NMR Prinsip kerjanya yaitu
untuk mendapatkan inti dalam molekul dalam arah yang sama sehingga
nantinya medan magnet yang seseuai dengan molekul akan dikonversi menjadi
spektra NMR sehingga struktur molekul dapat teridentifikasi.
Contoh :
a.
flavon (5,7-dihidroksi-8-metoksiflavon
dari buah tumbuhan mempelas).
Spektrum
IR memberikan informasi adanya pita serapan pada bilangan gelombang 1659 sampai
1580 cm−1 yang menunjukkan adanya gugus C=C aromatik dan munculnya serapan 3065
cm−1 menunjukkan adanya gugus C-H aromatik. Pita serapan pada bilangan
gelombang 1738 cm−1 menunjukkan adanya gugus karbonil. Adanya gugus C-O-C ditunjukkan
oleh serapan pada bilangan gelombang 1078 cm−1. Pita serapan pada bilangan
gelombang 2926-2855 cm−1 menunjukkan adanya regang C-H alifatik. Hal ini
mengindikasikan adanya rantai alifatik, dimana
rantai
alifatik ini berasal dari senyawa pengotor.
Sinyal-sinyal
13C-NMR ester asam lemak ini yang muncul pada daerah C-H alifatik yaitu pada
daerah 11,1662 sampai 38,8941 ppm sehingga tidak mempengaruhi sinyal 13C-NMR
senyawa flavonoid yang umumnya muncul pada daerah C-H aromatik yaitu pada
62,2248 - 182,6558 ppm. Spektrum massa untuk puncak dengan waktu retensi 20,377
menit memperlihatkan adanya puncak ion (M+1) pada m/z 285. Pecahan cincin A dan
B pada senyawa flavon menghasilkan A1 m/z 182 dan B1 m/z 102. Hilangnya −CH3
(massa 15) sehingga menghasil-
kan
m/z 167 dari puncak m/z 182 mengindikasikan adanya pola oksigenasi −CH3 pada
senyawa flavon. Selain itu, muncul puncak dasar m/z 139 yang terbentuk dengan
hilangnya molekul C=O (massa 28) dari puncak m/z 167. Hal ini lebih memperkuat
dugaan bahwa terdapat gugus metoksi pada C8.
b.
Apigenin
(dari daun kemuning)
Karakterisasi senyawa hasil isolasi
dengan spektrofotometer IR memberikan serapan pada angka gelombang υKBr Maks
cm-1 : 3260,1660, 1620, 1520, 1440, 1365, 1285, 1260, 1225, 1200, 1175, 1145,
1125, 1080, 1040, 1010, 940, 860, 835, 780 dan
745. Interpretasi spektrum inframerah didapatkan puncak-puncak yang penjabarannya
sebagai berikut: serapan pada angka gelombang 3260 cm-1 merupakan serapan OH
fenol yang mempunyai ikatan hidrogen [11]. Cincin aromatis ditunjukkan oleh puncak
yang muncul pada daerah 1650-1450 cm-1. Senyawa hasil isolasi memberikan puncak
sekitar 1620 cm-1 dan 1520 cm-1 yang merupakan regangan C=C aromatis dan
didukung oleh pita serapan pada 860 cm-1,- 835 cm-1, 940 cm-1 serta pada daerah
1440 cm-1 terdapat pita yang sangat kuat dan tajam yang merupakan regangan
cincin aromatis [3].
Senyawa hasil isolasi memperlihatkan
serapan pada angka gelombang 1660 cm-1 yang mengindikasikan serapan untuk gugus
karbonil C=O, didukung oleh puncak 1145 cm-1. Menurut literatur regang C=O yang
karaktristik untuk senyawa-senyawa flavonoid adalah 1700-1750 cm-1 yang
didukung oleh adanya puncak pada daerah sidik jari dengan angka gelombang 1158 cm-1.
Serapan karbonil senyawa hasil isolasi ini lebih kecil karena adanya konyugasi ikatan
rangkap. Senyawa karbonil disini adalah golongan ester yang diperkuat oleh
puncak-puncak yang kuat pada daerah 1300-1000 cm-1 [3][11].
Spectrum NMR
apigenin
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 :
Alkaloid merupakan senyawa yang umumnya
bersifat basa, dimana untuk mengisolasi senyawa alkaloid ini biasanya dalam
bentuk garamnya. Alkaloid biasanya diperoleh dengan cara mengekstraksi bahan
tumbuhan memakai air yang diasamkan yang melarutkan alkaloid sebagai garam,
atau bahan tumbuhan dapat dibasakan dengan natrium karbonat dan sebagainya dan
basa bebas diekstaksi dengan pelarut organik seperti kloroform, eter dan
sebagainya. Larutan dalam air yang bersifat asam dan mengandung alkaloid dapat
dibasakan dan alkaloid diekstaksi dengan pelarut organic, sehingga senyawa
netral dan asam yang mudah larut dalam air tertinggal dalam air. Sehungga
diperolehlah senyawa basa alkaloid.
Contoh :
1. Kafein
Untuk
mengisolasi kofein dari teh hitam , mula – mula 25 mg serbuk teh hitam
ditempatkan dalam soxhlet extractor kemudian dilakukan ekstraksi dengan
menggunakan pelarut etanol selama tiga jam . Ekstrak yang diperoleh kemudian
diletakkan dalam cawan porselein yang telah berisi 12,5 magnesium oksida dalam
75 ml air , kemudian diuapkan hingga kering dengan penangas air .
Penambahan
magnesium oksida dilakukan dengan tujuan untuk menjerap kofein dalam ekstrak
dan untuk menghilangkan senyawa tanin . ( Robinson, 1991 ) Hal tersebut karena
tanin cenderung membentuk kompleks dengan kofein sehingga akan mempersulit tahap
isolasi kofein. Dengan penambahan Magnesium oksida, tannin akan berikatan
dengan Mg dan berubah menjadi bentuk garam, sehingga kafein terlepas dalam
keadaan basa bebas. Penguapan dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan sisa
air dan etanol karena kofein agak sukar larut dalam etanol .
Tahapan
selanjutnya mendidihkan residu dengan menggunakan air mendidih sebanyak tiga
kali ( 125ml ; 62,5ml ; 62,5ml ) kemudian disaring selagi panas dengan
menggunakan corong buchner . Bentuk suspensi akibat pemberian magnesium oksida
disaring selagi panas dengan menggunakan corong buchner sehingga didapat
larutan . Selanjutnya kedalam larutan tersebut ditambahkan 12 ml asam sulfat 10
%, lalu diuapkan hingga 1/3 volume awalnya . Larutan tersebut kemudian disaring
untuk menghilangkan endapan yang terbentuk akibat penambahan asam sulfat .
Langkah
berikutnya adalah mengekstraksi dengan menggunakan 7,5 ml kloroform sebanyak
tiga kali dalam corong pisah . Kemudian ditambahkan sedikit NaOH 1 % ke dalam
ekstrak tersebut yang diikuti penggojongan secara perlahan . Kemudian kloroform
diuapkan sehingga akan terbentuk serbuk putih berbentuk jarum mengkilat dan
menggumpal. Purifikasi senyawa kafein cukup dengan kristalisasi.
2.
Prosedur
ekstraksi mengacu pada penelitian Guswenrivo et al. (2005) dan
Prianto et al. (2005) ), daun Kecubung dikeringkan lalu
dihancurkan menjadi serbuk dengan ukuran 40 mesh. Selanjutnya ditimbang 250
gram serbuk daun serta 150 gram daun Kecubung lalu diekstrak menggunakan
n-Hexana selama 24 jam pada temperatur kamar. Banyaknya pelarut organik yang
dipergunakan adalah 6:1 terhadap berat contoh serbuk Kecubung. Residu dari
ekstrak dengan n-hexana, dipergunakan kembali untuk diekstrak dengan
menggunakan pelarut etil asetat, aseton, dan metanol secara bergantian dengan
cara yang sama. Hasil masing-masing ekstrak dievaporasi pada
temperatur lebih kurang 40ºC sampai kering.
3. Brusin
Sebanyak
satu kilogram batang (kulit dan kayu) Songa dikeringkan dan
dipotong-potong kecil. Kemudian diekstraksi dengan 500 ml metanol (teknis)
panas sebanyak tiga kali. Campuran selanjutnya disaring dan pekatkan
dengan penguapan berpusing bertekanan
rendah (Yamato 50 RE). Ekstrak metanol yang diperoleh kemudian diuji dengan
kromatografi lapis tipis (KLT). Untuk
uji KLT ini digunakan
lempeng aluminium silika gel 60
F254 dengan ketebalan lapisan 0,2 mm
(Merck) dan pendeteksian noda dilakukan
dengan menggunakan penyemprot CeSO4/10%
H2SO4 pekat.
Selanjutnya
ekstrak metanol kasar dipisahkan dengan
kromatografi kolom kiesel gel 60
(35 -
70 mesh ASTM, Merck) sebagai fase
diam, sedangkan eluen yang
digunakan adalah campuran kloroform :
metanol (50:1 1: 1) dan terakhir digunakan metanol. Kromatografi kolom
memberikan beberapa fraksi, empat fraksi
diantaranya yaitu fraksi II dan fraksi III memberikan senyawa klorobrin
N-oksida dan striknin N-oksida , dan dua
fraksi lainnya yaitu fraksi IV dan V dimurnikan lebih lanjut dengan kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT
JASCO, model MD 910 dengan detektor UV/VIS multi panjang gelombang). Kolom yang
digunakan
adalah jenis fase balik (reversed phase), BondapakTM C-18, 300 x 9,9 mm yang
dialiri dengan eluen metanol (5:1) secara isokratik dan hasilnya adalah dua senyawa murni brusin dan
brusin N-oksida.
4. Jelaskan keterkaitan diantara biosintesis,
metode isolasi dan penentuan struktur senyawa bahan alam . Berikan contohnya.
Jawab
:
Biosintesis
merupakan suatu proses pembentukan molekul yang sederhana menjadi molekul yang
lebih kompleks dalam organisme hidup. Senyawa yang kompleks tersebut dalam hal
ini senyawa bahan alam yang terdapat dalam tumbuhan, dimana dalam tumbuhan
tersebut tidak hanya terdapat satu macam kandungan senyawa saja tetapi juga
terdapat bermacam-macam senyawa didalamnya. Untuk mengambil bagian tunggal dari
senyawa yang diperlukan atau memisahkan senyawa murni yang diperlukan dari
senyawa yang bermacam-macam bercampur didalam suatu tumbuhan dilakukan dengan
suatu metode atau cara yang dinamakan metode isolasi. Selanjutnya untuk
mengetahui metode isolasi yang digunakan berhasil mengambil senyawa tunggal
murni tersebut dilakukan penentuan struktur dari senyawa hasil isolasi dengan
berbagai cara identifikasi struktur senyawa bahan alam.
Jadi
dapat dikatakan biosintesis, metode isolasi dan penentuan struktur senyawa
bahan alam ini saling berhubungan satu sama lain. Untuk melakukan isolasi
senyawa perlu diketahui karakteristik atau sifat dari senyawa yang akan
diisolasi. Karena dalam isolasi digunakan berbagai macam pelarut yang harus
sesuai dengan tingkat kepolaran senyawa tersebut. Untuk mengetahuinya bisa dari
biosintesis senyawa itu terbentuk. Kemudian untuk menentukan struktur senyawa
digunakan zat hasil isolasi. Jika zat yang diisolasi itu benar maka akan
diketahui struktur dari senyawa tersebut.
Contoh
: senyawa nikotin
Nikotin adalah senyawa kimia
organik kelompok alkaloid yang dihasilkan secara alami
pada berbagai macam tumbuhan, terutama suku
terung-terungan (Solanaceae) seperti tembakau dantomat. Nikotina berkadar 0,3 sampai 5,0%
dari berat kering tembakau berasal dari hasil biosintesis di akar dan terakumulasi di daun. Nikotin dapat disintesis dari
sebuah asam amino yaitu ornitin. Biosintesis nikotin dari asam amino ornitin
dapat dibuat skema seperti ini :
Pada biosintesis nikotin, cincin pirolidin berasal dari asam amino ornitin dan cincin piridin berasal dari asam nikotinat yang ditemukan dalam tumbuhan tembakau. Gugus amino yang terikat pada ornitin digunakan untuk membentuk cincin pirolidin dari nikotin.
Nikotin dapat
diisolasi 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
identifikasi ekstrak tembakau fraksi metanol dengan menggunakan
spektrofotometer IR menunjukkan
adanya
serapan
yang
khas
di
daerah
bilangan
gelombang 2950,9 cm-1 dan
2838,0 cm-1 menunjukkan adanya ikatan C – H , pada
bilangan gelombang 1651,0 cm-1 menunjukkan adanya gugus aromatis, pada bilangan gelombang 1458,1 cm-1 menunjukkan adanya gugus –CH3 , pada bilangan gelombang
1396,4 cm-1
menunjukkan adanya gugus amina tersier aromatis, dan pada bilangan gelombang 1018,3 cm-1 menunjukkan adanya amina tersier
alifatis. Adanya serapan pada bilangan gelombang
3398,3
menunjukkan adanya gugus
–OH.
Hal
ini
dikarenakan penggunaan pelarut metanol
pada saat kromatografi kolom.
Dari gambar spektrum di atas dapat
dilihat
bahwa
ekstrak
daun
tembakau
mempunyai
panjang
gelombang 206 nm dan 262 nm.
Dari
literatur diperoleh panjang gelombang
maksimum cincin piridin adalah 251 nm (π→π*) dan 270 nm (n→π*) dalam etanol. Perbedaan serapan
maksimum
mungkin
disebabkan
oleh
perbedaan pelarut yang digunakan.
Berdasarkan kromatogram hasil GC-MS menunjukkan bahwa di dalam ekstrak daun tembakau mengandung
senyawa nikotin yang muncul pada (tR) 9,245 s dengan indeks kemiripan 63
% dan kadar relatif
terhadap sampel 1,88 %. Menurut hasil tersebut senyawa ini mempunyai indeks
kemiripan dengan senyawa
3-(1-metil-2- pirolidinil) piridin. Senyawa ini mempunyai fragmentasi puncak m/e
162,133,119,98,98,84,78,65,42.
Setelah dilakukan
studi pustaka, ternyata senyawa 3-(1-metil-2-pirolidinil)
piridin merupakan suatu senyawa alkaloid yang bernama nikotin.
