UJIAN AKHIR SEMESTER KIMIA BAHAN ALAM

UJIAN AKHIR SEMESTER KIMIA BAHAN ALAM

Dosen Pengampu Mata Kuliah Kimia Bahan Alam:  Dr. Syamsurizal, M.Si

waktu: 17-31 Desember 2013

 PETUNJUK : Ujian ini open book. Tapi tidak diizinkan mencontek, bilamana ditemukan, maka anda dinyatakan GAGAL. Jawaban anda diposting di bolg masing-masing.

1. Temukan dua senyawa alkaloid yang berisomer satu sama lain. Tuliskan struktur lengkap dan sumber darimana kedua senyawa tersebut ditemukan (link, referensi dsb). 
2.  a) Usulkan teknik isolasi dan pemurnian kedua senyawa yang berisomer tersebut; b) Jelaskan alasan dan pemilihan pelarut untuk ekstraksi/pemurnian/isolasi tersebut.
3. Usulkan tahap2 biosintesis kedua senyawa tersebut dengan reaksi-reaksi kimia organik. Jelaskan dasar referensinya (sumber,link).
4. Tentukan bagaimana cara mengelusidasi struktur lengkap dari kedua senyawa tersebut.

JAWAB :

1.      Temukan dua senyawa alkaloid yang berisomer satu sama lain. Tuliskan struktur lengkap dan sumber darimana kedua senyawa tersebut ditemukan (link, referensi dsb). 

Kina merupakan alkaloid ditemukan dalam kulit pohon cinchona. Kina telah digunakan untuk mengobati malaria (penyakit berulang yang ditandai dengan menggigil parah dan demam). Kina disintesis dari triptofan melalui 16 tahap dengan menggunakan membutuhkan  16 enzim untuk  menghasilkan Kina. Dalam proses sintesis perlu dilakukan penambahan zat induser yang diinokulasikan secara bersama-sama dengan mediumnya. Zat induser adalah suatu zat yang memiliki komponen nutrisi yang serupa dengan dengan tanaman inangnya dan dapat menstimulasi pertumbuhan mikroba endofit dalam memproduksi senyawa bioaktif sebagai hasil metabolisme sekunder.

Tumbuhan Kina (Chincona sp.) merupakan bahan baku farmasi yang sangat dinilai dan terkenal luas sebagai salah satu jenis tanaman obat-obatan berkhasiat dan sudah lama digunakan sebagai obat anti malaria. Pada struktur kinin terdapat 2 bagian yaitu cincin kinin dan kinolin (lihat stuktur kimia di atas). Pada cincin kinolin terdapat 2 atom C asimetrik sehingga produknya berupa campuran dengan struktur dalam ruang yang berebda. Khasiat tanaman ini, sabagai anti malaria berasal dari senyawa alkaloid kuinina (alkaloid chincona) terutama senyawa kuinina  (C₂₀H₂₄N₂O₂), kuinidina (isomer dari kuinina), sinkonina (C₁₉H₂₂N₂O), dan sinkonidina (isomer dari sinkonina). Hampir keseluruhan bagian tanaman kina (akar, batang, daun, dan kulit) mengandung senyawa alkaloid kiunina tersebut dalam persentase yang berbeda.

Struktur senyawa Kuinina dan Kuinidina :

Kuinina

Kuinidina

Senyawa amida (piperin) berupa kristal berbentuk jarum, berwarna kuning, tidak berbau, tidak berasa, lama-kelamaan pedas. Larut dalam etanol, asam cuka, benzen, dan kloroform. Senyawa ini termasuk senyawa alkaloid golongan piridin.

Piperin termasuk dalam alkaloid, isomer dari piperin yaitu kavisin merupan senyawa yang berasa pedas. Piperin senyawa yang banyak terdapat pada lada dan cabe. Senyawa ini memiliki banyak efek farmakologi yaitu sebagai antiinflamasi, antimikroba, hepatoprotektor, antikanker dan meningkatkan efek antioksidan sel.

Piperin

Kavisin

                                                              

http://hadyherbs.wordpress.com/2011/12/26/piperin-dari-buah-lada/

http://niwayananggadewisaputri.blogspot.com/2012/10/alkaloid-kina.html

http://pharmassip.blogspot.com/2012/04/piperin-senyawa-dengan-banyak-manfaat.html.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chavicine.png

2.       a) Usulkan teknik isolasi dan pemurnian kedua senyawa yang berisomer tersebut.

Ektraksi pada suatu tumbuhan untuk mendapatkan senyawa murninya pada dasarnya dapat dilakukan dengan mengambil senyawa-senyawa yang terdapat dalam suatu sampel menggunakan pelarut yang sesuai. Karakter dasar berbagai alkaloid digunakan untuk mengisolasinya. Alkaloid diambil ke dalam larutan asam berair (umumnya asam hidroklorida, sitrat, atau tartarat) dan komponen netral atau bersifat asam dari campuran asal dipisahkan dengan ekstraksi pelarut. Setelah larutan berair dibasakan, maka alkaloid diperoleh dengan ekstraksi Dengan beberapa metode penyerta seperti ekstraksi bertingkat atau fraksinasi menggunakan partisi cair-cair. Kita hurus melakukan suatu pengujian terhadap tumbuhan yang dianggap tidak mempunyai potensi tersebut dengan pengujian zat bioaktif terhadap tumbuhan, Senyawa bioaktif yang terdapat dalam tumbuhan biasanya merupakan senyawa metabolit sekunder seperti alkaloid, flavonoid,   steroid, terpenoid. maka untuk langkah selanjutnya dilakukan Isolasi dan dan identifikasi terhadap tumbuhan  tersebut.

 

Contohnya yaitu: 

Alkaloid yang ditemukan pada kulit batang pohon kina (Chinscoma Sp), yang sudah digunakan ribuan tahun sebagai obat malria.

Adapun cara mengisolasi tanaman ini melalui bebrapa tahap yaitu: 

Tahap yang pertama, penyiapan sampel pada tahap ini sampel dari tanaman yang akan disintesi perlu dilakukan pengeringan bila perlu dihaluskan lagi. 

Tahap yang ke-dua, Diekstraksi pada saat mengekstraksi ini kita harus menggunakan pelarut yang sesuai dengan kriteria atau ciri dari senyawa yang terdapat dalam sampel yang akan disintesis. 

Tahap yang ke-tiga,  fraksinasi pada tahap ini merupakan proses pemisahan komponen berdasarkan fraksi-fraksinya. Misalnya fraksi  yang bersifat polar dan non polar. Tahap yang ke-empat, kromatografi pada tahap ini yaitu memisakan molekul yang berdasarkan pola pergerakan antara fase gerak dan fase diam yang berada dalam larutan. 

Tahap yang ke-lima, purifikasi pada tahap ini yaitu suatu metode pemurnian untuk mendapatkan komponen bahan alam yang murni dari komponen lain yang tidak dibutuhkan.

Tidak hanya dengan cara itu, Pada proses ekstraksi ini, pelarut yang digunakan dimasukkan dalam labu alas bulat yang dipanaskan kemudian pelarut berubah menjadi fase uap dan dengan menggunakan kondensor, pelarut yang dalam fase uap tadi berubah menjadi fase cair (kondensasi) dan akan jatuh menetesi sampel lada hitam. Jika pelarut yang jatuh pada bagian alat soxhlet yang terdapat sampel lada hitam telah penuh (telah melewati sifon), dan sifon tersebut telah penuh maka pelarut dan bahan yang terkandung dalam sampel (piperin) akan jatuh kedalam labu alas bulat karena adanya tekanan yang diberikan larutan.  Proses ini dinamakan satu kali siklus ekstraksi, dan demikian proses ekstraksi oleh pelarut ini terjadi secara berulang-ulang. Pada proses ekstraksi ini kita melakukannya sebanyak enam kali siklus ekstraksi. Sebenarnya, jika kita ingin menghasilkan ekstrak secara sempurna ada baiknya jika ekstraksi dilakukan selama mungkin serta siklus jatuhnya pelarut kedalam labu didih banyak. Hal ini karena dengan ekstraksi berulang kali maka ekstrak dalam sampel dapat terbawa semua artinya terekstrak sempurna.

Hasil ekstraksi tadi kemudian dievaporator untuk memekatkan larutan ekstrak agar pelarut-pelarut yang digunakan dalam proses ekstraksi dapat berkurang. Kemudian ditambahkan larutan 10 % KOH – etanol yang bersifat basa sehingga mempermudah pengkristalan. Setelah itu disaring  dan didiamkan selama 24 jam untuk mendapatkan kristal piperin yang terbentuk.

Pemurnian

Dapat digunakan dengan metode kristalisasi langsung (rekristalisasi) yang merupakan prosedur paling sederhana. Beberapa kombinasi pelarut yang sering digunakan untuk kristalisasi alkaloid meliputi metanol, etanol berair, metanol-kloroform, metanol-eter, metanol-aseton, dan etanol-aseton⁽¹²⁾.

Rekristalisasi bertujuan untuk Isolasi dan identifikasi senyawa alkaloid piperin dari buah lada serta melakukan analisis kualitatif piperin dalam sampel hasil isolasi. Rekristalisasi merupakan suatu teknik pemisahan atau pemurnian suatu zat dari suatu pencemar dengan cara mengkristalkan kembali zat tersebut setelah dilarutkan dengan pelarut yang sesuai. Metode rekristalisasi menggunakan prinsip perbedaan kelarutan antara  pencemar dengan zat yang akan diambil.

http://hadyherbs.wordpress.com/2011/12/26/piperin-dari-buah-lada/

http://slamatysf.blogspot.com/2012/11/mid-semester-kimia-bahan-alam.html     

http://yaminanggri.blogspot.com/2013/04/laporan-isolasi-piperin-dari-lada-hitam.html

b) Jelaskan alasan dan pemilihan pelarut untuk ekstraksi/pemurnian/isolasi tersebut.

Pada dasarnya pemilihan pelarut untuk melakukan ekstraksi/pemurnian/isolasi telah ada kaidah-kaidahnya. Kaidah-kaidah dalam pemilihan pelarut yang digunakan dalam isolasi secara umum yaitu :

a.Pelarut yang kita gunakan tidak bercampur dengan zat yang akan diisolasi.

b.Pelarut yang kita gunakan jangan sampai bereaksi dengan zat yang akan diisolasi.

c.Pelarut yang kita gunakan dapat dengan mudah melarutkan pada saat mengekstraksi.

d.Pelarut yang kita gunakan sesuai dengan kriteria zat yang akan diekstraksi.

e.Pelarut yang kita gunakan mudah dadapat dan efesiensi.

Berdasarkan pemilihan pelarut ini, maka kita bisa menyimpulakan bahwa pelarut yang kita gunakan ini dapat diklasifikasikan menjadi 3 berdasrkan kepolaran pelarut-pelarut tersebut. Kepolaran ini maksudnya pada saat proses ekstraksi senyawa yang memiliki polaritas yang sama akn lebih mudah dilarutkan dengan pelarut yang memiliki polaritas yang sama pula. Adapun klasifikasinya yaitu:

1.                   Pelarut yang bersifat polar

Pelarut polar ini cocok untuk mengekstraksi senyawa polar dari tanaman.

Contohnya:

a)      Metanol

b)      Etanol

c)      Asam asetat

d)      Air 

2.         Pelarut yang bersifat semi-polar

Pada pelarut ini kepolarannya lebih rendah dibandingkan dengan pelarut polar, sehingga pelarut semi polar ini cocok digunakan untuk senyawa yang bersifat semi polar pula dari tanamn tersebut.

Contohnya:

a)     Kloroforom

b)     Aseton asetat

3.    Pelarut yang bersifat non-polar

Pada pelarut ini, bearti senyawa yang diekstrak tidak larut dalam pelarut polar. Senyawa yang diekstrak lebih menuju kepada jenis minyak sehingga pelarut yang digunakn cocok yaitu pelarut non-polar.

Contohnya:

a)      Eter

b)      Heksana

Berdasarkan kaidah dan kepolaran pelarut ini, maka saya dapat menyimpulkan bahwa pelarut yang digunakan pada saat mengisolasi senyawa-senyawa flavonoid, alkaloid, terpenoid, dan steroid akan berbeda-beda pula pelarut yang digunakan.

Seperti yang telah kita ketahui bahwasanya senyawa-senyawa alkaloid merupakan senyawa yang bersifat non-polar. Dengan demikian pelarut yang cocok untuk mengisolasi senyawa-senyawa alkaloid adalah senyawa yang bersifat sama seperti alkaloid yaitu heksana hal ini dikarenakan senyawa alkaloid dan heksana sama-sama bersifat non-polar.

http://slamatysf.blogspot.com/2012/11/mid-semester-kimia-bahan-alam.html

3.      Usulkan tahap2 biosintesis kedua senyawa tersebut dengan reaksi-reaksi kimia organik. Jelaskan dasar referensinya (sumber,link).

Upaya untuk mempertahankan kelestarian tanaman obat dan pemanfaatannya, yang seiring dengan perkembangan ilmu bioteknologi dicoba satu cara terbaru dalam memproduksi senyawa alkaloid sinkona dan turunannya dengan memanfaatkan mikroba endpfit yang hidup dalam tanaman tersebut. Mikroba enoifit adalah mikroba yang hidup di dalam tanaman sekurangnya selama periode tertentu dari siklus hidupnya dapat membentuk koloni dalam jaringan tanaman tanpa membahayakan inangnya.

Meskipun penelitian mengenai endofitik telah telah dimulai sejak lama, tetapi penggunaan mikroba endofit untuk memproduksi senyawa bioaktif masih sedikit. Mikroba endofit diisolasi dari jaringan tanaman dan ditumbuhkan pada medium fermentasi dengan komposisi tertentu. Di dalam medium fermentasi tersebut mikroba endofit menghasilkan senyawa sejenis seperti yang terkandung pada tanaman inang dengan bantuan aktivitas enzim. Mikroba endofitik tumbuh dan memproduksi senyawa metabolit sekunder lebih lambat pada medium buatan daripada medium di dalam tanaman inangnya, oleh karena itu sangat penting untuk merancang  media lokasi maupun pertumbuhannya yang sesuai.

Kina disintesis dari triptofan melalui 16 tahap dengan menggunakan membutuhkan  16 enzim untuk  menghasilkan Kina. Dalam proses sintesis perlu dilakukan penambahan zat induser yang diinokulasikan secara bersama-sama dengan mediumnya. Zat induser adalah suatu zat yang memiliki komponen nutrisi yang serupa dengan dengan tanaman inangnya dan dapat menstimulasi pertumbuhan mikroba endofit dalam memproduksi senyawa bioaktif sebagai hasil metabolisme sekunder.

Sedangkan untuk piperin proses sintesinya seperti dibawah ini :

Piperin adalah sebuah alkaloid yang ditemukan dalam buah Piper nigrum. Berbentuk prisma putih. Piperin tidak larut dalam air, tetapi mudah larut dalam alkohol dan eter. Piperin merupakan basa yang sangat lemah, garam yang hanya dibentuk dengan asam mineral, dan dipisahkan oleh air. Piperin adalah komponen dari lada hitam yang menyebabkan bersin. Keberadaannya di lada ditemukan beberapa tahun yang lalu, dan strukturnya telah dijelaskan di bagian awal abad ini. Sintesis dimulai dengan allylic, halogenasi radikal untuk memperkenalkan atom bromin. Reaksi Arbuzov dengan trietil fosfit menggantikan bromin dan menghasilkan fosfonat yang kemudian digabungkan untuk Piperonal menggunakan reaksi Wittig dimodifikasi. Hidrolisis ester, pembentukan asam klorida menggunakan oksalil klorida, dan kopling untuk piperidin melengkapi sintesis.

http://indonesiakimia.blogspot.com/2011/05/antibiotik-kina.html

http://mason.gmu.edu/~lhoang3/projects/plant/plant.htm

4.      Tentukan bagaimana cara mengelusidasi struktur lengkap dari kedua senyawa tersebut.

penentuan struktur lengkap dari senyawa kuinina dan kuinidina adalah dengan
Kromatografi Lapis Tipis ( KLT) . Seluruh isolat sebanyak 88 yang telah dimurnikan, satu persatu ditumbuhkan dalam 3 jenis media cair, yaitu PDB, medium A dan medium B. Hasil skrining awal dari 88 isolat yang diuji dalam ketiga jenis media tersebut, diperoleh 2 kapang endofit yang menghasilkan senyawa alkaloid, yang ditunjukkan dengan adanya bercak oranye pada KLT dengan penampak bercak pereaksi Dragendorf (Gambar 2). Hasil KLT ekstrak CHCl3 dari LMC-19 pada agar miring yang ditumbuhkan dalam media cair ditunjukkan pada Gambar 2(a) menghasilkan bercak warna oranye dengan jarak migrasi Rf 0,49 sama seperti standar kinin. Hal ini menunjukkan bahwa kapang tersebut dapat menghasilkan kinin dalam media cair PDB setelah 3 hari. Demikian juga LMC-29 asal agar miring dalam media PDB setelah 7 hari (Gambar 2b) dan dalam media B setelah 2 hari (Gambar 2c), masing-masing menghasilkan kinin (Rf 0,49) sama dengan Rf standar kinin.

                 

    

Gambar 4. Kromatogram hasil KCKT ekstrak CHCl3 dari LMC-19 (dari serpihan batang C. ledgeriana) dalam media PDB (a), kromatogram dan spektrum standar kinin 0,1 mg/L (b). Eluen KH2PO4 20 mM pH 2,50: CH3CN = 9 : 1, dan kecepatan alir 1 mL/menit dan l = 210 nm.

Untuk piperin sendiri, diekstrak dari lada hitam dengan etanol menggunakan peralatan ekstraksi soxhlet. Piperin dimurnikan dengan rekristalisasi dan kemudian ditandai dengan spektroskopi IR.

Inframerah (IR) memiliki daerah radiasi elektromagnetik meluas dari 0,75μm (ujung atas dari spektrum terlihat) ke 400μm (wilayah microwave). 2,5-16μm daerah (atau bilangan gelombang, 4,000-625 cm-1). Memberikan informasi kimia yang paling berguna. Desain instrumen untuk wilayah ini adalah sederhana dan hemat biaya. Ketika radiasi IR yang diserap oleh molekul, deformasi ikatan terjadi, dengan obligasi baik peregangan atau membungkuk. Peregangan terjadi ketika eksitasi menyebabkan frekuensi perubahan getaran
dalam atom terikat sepanjang sumbu ikatan, dan lentur melibatkan atom bergerak keluar dari ikatan axis. Jumlah energi yang diperlukan untuk menyebabkan peregangan atau lipatan tergantung pada massa atom atau kelompok atom dan hibridisasi atom yang membentuk ikatan.