UAS

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.

 JAWABAN

1. 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. http://pharmassip.blogspot.com/2012/04/piperin-senyawa-dengan-banyak-manfaat.html.

Piperin

                        

                     

Kavicin

          ↔

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chavicine.png

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. Senyawa alkaloid kuinina (alkaloid chincona) terutama senyawa kuinina (C₂₀H₂₄N₂O₂), kuinidina (isomer dari kuinina), sinkonina (C₁₉H₂₂N₂O), dan sinkonidina (isomer dari sinkonina). http://mejabelajarmu.blogspot.com/2013/05/alkaloid-kina.html#sthash.0nzliP81.dpuf
                                                                            ↔

Kuinina

Kuinidina

             

http://chemistry.about.com/od/factsstructures/ig/Chemical-Structures---Q/Quinidine.htm 
http://www.answers.com/topic/quinine  

2. a. Isolasi dan pemurnian kuinidina dan kuinina

Pada suatu tumbuhan, dimulai dari melakukan ekstraksi. Pada dasarnya adalah mengambil senyawa-senyawa yang terdapat dalam suatu sampel menggunakan pelarut yang sesuai. 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. http://slamatysf.blogspot.com/2012/11/mid-semester-kimia-bahan-alam.html 

b. alasannya; 

Oleh karena kuinidina dan kuinina merupakan senyawa non-polar sehingga pelarut yang digunakan juga merupakan pelarut non polar. Kaidah-kaidah dalam pemilihan pelarut yang digunakan dalam isolasidan furifikasi secara umum yaitu harus:

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

Untuk Alkaloid, Kita ketahui bahwa alkaloid ini bersifat non-polar,sehingga pelarut yang cocok digunakan untuk mengisolasi alkaloid yaitu pelarut non polar pula. Contohnya: Heksana http://slamatysf.blogspot.com/2012/11/mid-semester-kimia-bahan-alam.html.

Tujuan dari kondisi  asam dan basa pada alkaloid adalah untuk mengekstrak dan memisahkan senyawa alkaloid dari senyawa pengotornya. Pada tahap awal, sampel direndam dalam air yang diasamkan.  Karena alkaloid bersifat basa, maka alkaloid akan bereaksi dengan asam membentuk garam alkaloid. Dengan demikian, garam alkaloid tersebut akan larut didalam air dan terekstrak dari sampel. Kemudian untuk mengembalikan keadaan koloid seperti semula, digunakan kondisi basa agar alkaloid kembali kedalam bentuk basanya.  Hal-hal yang harus diperhatikan pada ekstraksi dengan cara ini , adalah :

a.         Basa yang ditambahkan harus lebih kuat daripada alkaloida yang akan dibebaskan dari  ikatan garamnya, berdasarkan reaksi pendesakan.

b.         Basa yang dipakai tidak boleh terlalu kuat karena alkaloida pada umumnya kurang  stabil. Pada pH tinggi ada kemungkinan akan terurai, terutama dalam keadaan bebas, terlebih bila alkaloida  tersebut dalam bentuk ester, misalnya : Alkaloid Secale, Hyoscyamin dan Atropin.

c.         Setelah bebas, alkaloida ditarik dengan pelarut organik tertentu, tergantung

Contoh penggunaan teknik ini adalah pada alkaloid yang benar-benar bersifat basa, yaitu: lobelin, nikotin, konini, hiosiamin, atropine, kokain dan lain-lain. Sedangkan alkaloid yang tidak basa  seperti, rutaekarpina, kolkhisina, risinina cara ekstraksi asam basa tidak bisa dilakukan. http://cttadriyani.blogspot.com/2012/12/ujian-akhir-semester_29.html

3. Biosintesis kuinidina dan kuinina

Kina disintesis dari triptofan melalui 16 tahap dengan menggunakan 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.

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

 
4. Cara elusidasi struktur kuinina dan kuinidina
Menurut saya, untuk menentukan atau mengelusidasi struktur kuinina dan kuinidina dapat dilakukan dengan spektroskopi IR, NMR dan UV.

  Elusidasi struktur kuinina dan kuinidina dengan spektrokopi NMR

quinine. 

 quinidine 

spektroskopi UV-VIS

Umumnya spektroskopi dengan sinar ultraviolet (UV) dan sinar tampak (VIS) dibahas bersama karena sering kedua pengukuran dilakukan pada waktu yang sama. Karena spektroskopi UV-VIS berkaitan dengan proses berenergi tinggi yakni transisi elektron dalam molekul, informasi yang didapat cenderung untuk molekul keseluruhan bukan bagian-bagian molekulnya. spetroskopi UV-VIS sangat kuantitatif dan jumlah sinar yang diserap oleh sampel diberikan oleh ungkapan hukum Lambert-Beer. Dengan mengukur transmitans larutan sampel, dimungkinkan untuk menentukan konsentrasinya dengan menggunakan hukum Lambert-Beer. Hukum Lambert-Beer dipenuhi berapapun panjang gelombang sinar yang diserap sampel. Panjang gelombang sinar yang diserap oleh sampel bergantung pada struktur molekul sampelnya. Jadi spektrometri UV-VIS dapat digunakan sebagai sarana penentuan struktur. 

 Spektrum Inframerah

Spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0.75 – 1.000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm^-1. Energi dari kebanyakan vibrasi molekul berhubungan dengan daerah inframerah. Vibrasi molekul dapat dideteksi dan diukur pada spektrum infamerah. Penggunaan spektrum inframerah untuk penentuan struktur senyawa organik biasanya antara 650-4.000 cm-1. Daerah di bawah frekuensi 650 cm-1 dinamakan inframerah jauh dan daerah di atas frekuensi 4.000 cm-1 dinamakan inframerah dekat (Sudjadi, 1983). Pada prinsipnya bahwa spektrum inframerah adalah untuk mengetahui jenis gugus fungsi pada suatu senyawa. 

ALKALOID: Biosintesis Senyawa Alkaloid

Biosintesis alkaloid mula-mula didasarkan pada hasil analisa terhadap ciri struktur tertentu yeng sama-sama terdapat dalam berbagai molekul alkaloid. Alkaloid aromatik mempunyai satu unit struktur yaitu ß-ariletilamina. Alkaloid-alkaloid tertentu dari jenis 1- benzilisokuinolin seperti laudonosin mengandung dua unit ß-ariletilamina yang saling berkondensasi. Kondensasi antara dua unit ß-ariletilamina tidak lain adalah reaksi kondensasi Mannich. Dengan reaksi sebagai berikut: (CH₃)2NH + HCHO + CH₃COCH₃(CH₃)2NCH₂CH₂COCH₃ + H₂O. Menurut reaksi ini, suatu aldehid berkondensasi dengan suatu amina menghasilkan suatu ikatan karbon-nitrogan dalam bentuk imina atau garam iminium, diikuti oleh serangan suatu atom karbon nukleofilik ini dapat berupa suatu enol atau fenol.

Dari percobaan menunjukkan bahwa ß-ariletilamina berasal dari asam-asam amino fenil alanin dan tirosin yang dapat mengalami dekarboksilasi menghasilkan amina. Asam-asam aminom ini, dapat menyingkirkan gugus-gugus amini (deaminasi oksidatif) diikuti oleh dekarboksilasi menghasilkan aldehid. Kedua hasil transformasi ini yaitu amina dan aldehid melakukan kondensasi Mannich. Disamping reaksi-reaksi dasar ini, biosintesa alkaloida melibatkan reaksi-reaksi sekunder yang menyebabkab terbentuknya berbagai jenis struktur alkaloida. Salah satu dari reaksi sekunder ini yang terpenting adalah reaksi rangkap oksidatif fenol pada posisi orto atau para dari gugus fenol. Reaksi ini berlangsung dengan mekanisme radikal bebas.

Reaksi-reaksi sekunder lain seperti metilasi dari atom oksigen menghasilkan gugus metoksil dan metilasi nitrogen menghasilkan gugus N-metil ataupun oksidasi dari gugus amina. Keragaman struktur alkaloid disebabkan oleh keterlibatan fragmen-fragmen kecil yang berasal dari jalur mevalonat, fenilpropanoid dan poliasetat.

Adapun salah satu contohnya adalah pembentukan alkaloid oleh tirosin. Tirosin merupakan produk awal dari sebagian besar golongan alkaloid. Produk pertama yang penting adalah antara dopamin yang merupakan produk awal dari pembentukan senyawa dari berberine, papaverine dan juga morfin.

o   Sintesis Benzylisoquinolin, Dimulai Dengan Dua Molekul Tirosin

 

o   Cincin Tirosin Mengalami Kondensasi dan Membentuk Struktur Dasar Dari Morfin

Biosintesis

Prekursor Biologi alkaloid kebanyakan asam amino , seperti ornithine , lisin , fenilalanin , tirosin , triptofan , histidin , asam aspartat , dan asam antranilat . Asam nikotinat dapat disintesis dari triptofan atau asam aspartat. Cara biosintesis alkaloid terlalu banyak dan tidak dapat dengan mudah diklasifikasikan. Namun, ada reaksi yang khas yang terlibat dalam biosintesis berbagai kelas alkaloid, termasuk sintesis basa Schiff dan reaksi Mannich .

Sintesis basa Schiff

Artikel utama: basis Schiff

Basa Schiff dapat diperoleh dengan mereaksikan amina dengan keton atau aldehida. Reaksi-reaksi adalah metode umum memproduksi C = N obligasi.

 

Dalam biosintesis alkaloid, reaksi tersebut dapat berlangsung dalam molekul, seperti dalam sintesis piperidin: 

 

 

Reaksi Mannich

Artikel utama: Reaksi Mannich

Komponen integral dari reaksi Mannich, selain amina dan karbonil senyawa, adalah carbanion , yang memainkan peran Nukleofil dalam penambahan nukleofilik pada ion yang terbentuk oleh reaksi amina dan karbonil. 

Kafein

   

Kafeina atau lebih populernya kafein, ialah senyawa alkaloid xantina berbentuk kristal dan berasa pahit.

Biosintesis Kafein

   

Nikotin

 

Tembakau mengandung senyawa alkaloid, diantaranya adalah nikotin. Nikotin termasuk dalam golongan alkaloiod yang terdapat dalam famili Solanaceae. Nikotin dalam jumlah banyak terdapat dalam tanaman tembakau, sedang dalam jumlah kecil terdapat pada tomat, kentang dan terung. Nikotin terjadi dari biosintesis unsur N pada akar dan terakumulasi pada daun. Fungsi nikotin adalah sebagai bahan kimia antiherbivora dan adanya kandungan neurotoxin yang sangat sensitif bagi serangga, sehingga nikotin digunakan sebagai insektisida pada masa lalu

Biosintesis Nikotin

  http://queen-tri.blogspot.com

 PERMASALAHAN: 

salah satu reaksi yang khas yang terlibat dalam biosintesis berbagai kelas alkaloid, termasuk sintesis basa Schiff, secara umum sintesa dapat dilakukan dengan cara mereaksikan amina dengan keton atau aldehida. Reaksi-reaksi adalah metode umum memproduksi C = N obligasi.Dalam biosintesis alkaloid, reaksi tersebut dapat berlangsung dalam molekul, seperti dalam sintesis piperidin. bagaimana prosesnya ?