Ujian Mid Semester Kimia Bahan Alam (2 SKS)

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:

Indonesia kaya akan tumbuhan yang mengandung obat. Sejak jaman nenek moyang kita telah ada praktek pengobatan menggunakan tanaman herbal ini. Cara mengubah suatu senyawa bahan alam tidak punya potensi (tidak aktif) dapat dibuat menjadi senyawa unggul yang memiliki potensi aktifitas biologis tinggi yaitu dengan mengisolasi senyawa yang terdapat dalam simplisia tumbuhan. Isolasi tersebut dapat dilakukan dengan cara ekstraksi. Tujuan ekstraksi adalah untuk menarik semua komponen kimia yang terdapat dalam simplisia. Ekstraksi ini didasarkan pada perpindahan massa komponen zat padat ke dalam pelarut dimana perpindahan mulai terjadi pada lapisan antar muka, kemudian berdifusi masuk ke dalam pelarut.

Proses pengekstraksian komponen kimia dalam sel tanaman yaitu pelarut organik akan menembus dinding sel dan masuk ke dalam rongga sel yang mengandung zat aktif, zat aktif akan larut dalam pelarut organik di luar sel, maka larutan terpekat akan berdifusi keluar sel dan proses ini akan berulang terus sampai terjadi keseimbangan antara konsentrasi cairan zat aktif di dalam dan di luar sel.

 Isolasi bahan alam dilakukan berdasarkan sifat bahan alam tersebut, dan dapat digolongkan menjadi isolasi cara fisis dan isolasi cara kimia.

1. Isolasi Cara Fisis. Isolasi cara ini berdasarkan sifat fisik bahan alam, seperti kelarutan dan tekanan uap. Isolasi berdasarkan perbedaan kelarutan bahan alam dalam pelarut tertentu dapat dilakukan dengan pelarut dingin atau pelarut panas. Isolasi dengan pelarut dingin digunakan untuk mengisolasi bahan alam yang dapat larut dalam keadaan dingin. Tekniknya dapat dilakukan dengan merendam sumber bahan alamnya dalam pelarut tertentu selama beberapa lama (jam atau hari). Untuk bahan alam yang larut dalam keadaan panas digunakan teknik isolasi secara kontinyu dengan alat Soxhlet. Isolasi berdasarkan penurunan tekanan uap dilakukan dengan cara destilasi uap. Cara ini digunakan untuk senyawa yang tidak larut dalarn air, bertitik didih tinggi, mudah terurai sebelum titik didihnya dan mudah menguap.

2. Isolasi Secara Kimia. Isolasi cara ini berdasarkan sifat kimia atau kereaktifan bahan alam terhadap pereaksi tertentu. Bahan alam diisolasi melalui reaksi kimia dan dipisahkan dari senyawa lain yang tidak bereaksi.

Di jaman modern sekarang ini penyakit yang banyak diderita adalah penyakit kencing manis (Diabetes Mellitus) yang disebabkan gaya hidup yang salah serta lingkungan yang buruk. Tanaman obat untuk mengobati kencing manis salah satunya adalah Sambiloto (Andrographis paniculata). Keampuhan sambiloto menurunkan kadar gula darah berkat interaksi senyawa aktif yang terkandung didalamnya. Daun sambiloto mengandung laktone juga kaya flavonoid, alkana keton, mineral, asam kersik dan damar. Andrografolida merupakan senyawa aktif yang paling dominan. Berdasarkan penelitian senyawa itu bersifat anti diabetes sehingga kadar gula darah pasien dapat dikendalikan. Rebus 2 gr daun sambiloto kering dalam 3 gelas air hingga tersisa segelas. Keesokan harinya air rebusan itu dikonsumsi 3 kali sehari.

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

Jawab:

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. Senyawa-senyawa metabolit sekunder itu, meskipun tidak sangat penting bagi eksistensi suatu individu, tetapi sering berperan bagi kelangsungan hidup suatu spesies dalam perjuangan menghadapi spesies-spesies lain. Sebagai contoh pada tumbuhan, senyawa metabolit sekunder biasa digunakan sebagai senjata penangkal serangan hama dan penyakit. Sedangkan pada hewan, senyawa metabolit sekunder seperti feromon digunakan sebagai zat penarik sex. Sejauh ini telah diketahui bahwa tumbuhan memproduksi senyawa metabolit sekunder lebih banyak dibandingkan hewan. Beberapa topik yang menarik dalam kimia bahan alam:

a.    Isolasi, penentuan struktur, sintesis dan biosintesis senyawa organik bahan alam.

b.    Sifat dan fungsi biologis senyawa alam meliputi aspek farmakologi dan biokimia.

c.    Minyak atsiri dan rempah-rempah.

d.   Pengembangan metode analisis dan aplikasinya pada bahan alam.

e.    Bioteknologi termasuk kultur jaringan atau sel dalam produksi senyawa alam,

f.     rekayasa DNA, serta teknologi tumbuhan obat dan rempah.

g.    Pengunaan bahan alam dalam media pembelajaran.

Senyawa-senyawa metabolit sekunder yang telah berhasil diisolasi, oleh manusia selanjutnya didayagunakan sebagai bahan obat seperti morfin sebagai obat nyeri, kuinin sebagai obat malaria, reserpin sebagai obat penyakit tekanan darah tinggi dan vinkristin serta vinblastin sebagai obat kanker. Selain sebagai bahan obat, senyawa metabolit sekunder juga didayagunakan oleh manusia untuk menunjang kepentingan industri seperti industri kosmetik dan industri pembuatan pestisida dan insektisida. Untuk di Indonesia, pemanfaatan senyawa bahan alam yang ditemukan para peneliti Indonesia sebagai bahan baku obat antara lain Itebein sebagai anti tumor, Artoindonesianin sebagai anti malaria, Diptoindonesin, Indonesiol serta banyak lagi. Sedangkan potensi lain yang sedang dikembangkan peneliti Indonesia untuk menunjang kepentingan industri adalah potensi bahan alam sebagai penghasil minyak atsiri.

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:

Kriteria pemilihan pelarut untuk isolasi dan purifikasi suatu senyawa bahan alam:

-          Pelarut tidak melarutkan senyawa yang diinginkan.

-          Pelarut terbaik untuk bahan yang akan diekstraksi.

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

-          Pelarut mudah melarutkan bahan yang di ekstrak

-          Pelarut tidak bercampur dengan cairan yang di ekstrak

-          Pelarut mengekstrak sedikit atau tidak sama sekali pengotor yang ada

-          Pelarut mudah dipisahkan dari zat terlarut

-          Pelarut tidak bereaksi dengan zat terlarut melalui segala cara

-          Pelarut yang mudah menguap, yang titik didih rendah, contoh: heksan, eter, petroleum eter, metil klorida dan alkohol

Selain itu pemilihan pelarut pada umumnya dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut ini:

a.      Selektifitas

Pelarut hanya boleh melarutkan ekstrak yang diinginkan, bukan komponen-komponen lain dari bahan ekstraksi.

b.      Kelarutan

Pelarut sedapat mungkin memiliki komponen melarutkan ekstrak yang besar (kebutuhan pelarut lebih sedikit).

c.        Reaktifitas

Pada umumnya pelarut tidak boleh menyebabkan perubahan secara kimia pada komponen-komponen bahan ekstraksi.

d.      Titik didih

Karena ekstrak dan pelarut biasanya harus dipisahkan dengan cara penguapan, destilasi atau rektifikasi, maka titik didih kedua bahan itu tidak boleh terlalu dekat. Ditinjau dari segi ekonomi, akan menguntungkan jika pada proses ekstraksi titik didih tidak terlalu tinggi.

e.       Kriteria yang lain

Pelarut sedapat mungkin harus murah, tersedia dalam jumlah besar, tidak beracun, tidak dapat terbakar, tidak eksplosif, tidak bercampur dengan udara, tidak korosif, tidak membentuk terjadinya emulsi, memiliki viskositas yang rendah dan stabil secara kimia dan termis.

Contoh pelarut dalam senyawa bahan alam:

a.      Senyawa Alkaloid

Alkaloid merupakan senyawa organik aktif yang mengandung unsur nitrogen, sehingga bersifat sedikit basa. Sifat kebasaan ini dapat digunakan sebagai dasar isolasi senyawa bahan alam. Isolasi senyawa alkaloid dapat menggunakan pelarut metanol yang mengandung asam asetat. Alkaloid akan terlarut di dalam asam asetat sedang bahan yang lain tidak. Alkaloid dapat diperoleh kembali dengan menambahkan sedikit amoniak sehingga alkaloid dapat mengendap kembali.

b.      Senyawa Terpenoid

Senyawa fenolik merupakan senyawa yang bersifat polar dan dapat larut dalam pelarut polar maupun semipolar, maka akan isolasi senyawa tersebut menggunakan pelarut etil asetat yang bersifat polar.

c.       Senyawa Flavonoid

Antosianin merupakan salah satu jenis senyawa flavomoid. Pelarut yang seringkali digunakan untuk mengekstrak antosianin adalah etanol, metanol, isopropanol, aseton, atau dengan air (aquades) dalam kombinasi dengan asam, seperti asam klorida, asam asetat, asam format, atau asam askorbat. Pada proses ekstraksi pigmen antosianin dari bunga kana menggunakan etanol 95%: aquades: asam sitrat (5:4:1) sebagai pelarut terbaik untuk menghasilkan ekstrak antosianin bunga kana.

d.      Senyawa Steroid

Saponin merupakan metabolit sekunder yang termasuk golongan glikosida terpen

(Hopkins, 1999). Saponin merupakan senyawa aktif permukaan yang kuat, yang menimbulkan busa jika dikocok dalam air, larut dalam alkohol, dan dapat menghemolisis darah hewan. Sehingga untuk mengisolasi senyawa steroid menggunakan pelarut yang bersifat polar.

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

Jawab:

Kafeina atau lebih populernya kafein (C₈H₁₀N₄O₂), ialah senyawa alkaloid xantina berbentuk kristal dan berasa pahit yang bekerja sebagai obat perangsang psikoaktif dan diuretik ringan. Kafein termasuk alkaloid golongann purin. Kafein adalah sebuah senyawa organik heterosiklik aromatik, yang terdiri dari cincin pirimidina dan cincin imidazola yang bergandeng sebelahan. kafein merupakan salah satu dari dua grup basa nitrogen. Kafein sukar larut dalam eter, agak sukar larut dalam air dan etanol, serta mudah larut dalam kloroform.Kafein merupakan golongan yang membentuk nitrogen basa-nitrogen basa, termasuk kedua golongan basa nukleat. Berikut adalah struktur kafein.

Nama IUPAC 1,3,7-trimetil- 1H-purina- 2,6(3H,7H)-dion

Nama lain

1,3,7-trimetilksantina, trimetilksantina, teina, metilteobromina

Identifikasi Senyawa dan Penentuan Struktur

Senyawa bahan alam hasil isolasi dan fraksinasi selanjutnya diidentifikasi  stuktur kimianya menggunakan spektroskopi seperti di bawah ini :

a.    Spektroskopi UV

merupakan metode yang akam memberikan informasi adanya kromofor dari senyawa organik dan membedakan senyawa aromatik atau senyawa ikatan rangkap yang berkonjugasi dengan senyawa alifatik rantai jenuh.

b.   Spektroskopi IR

metode yang dapat menentukan serta mengidentifikasi gugus fungsi yang terdapat dalam senyawa organik, yang mana gugus fungsi dari senyawa organik akan dapat ditentukan berdasarkan ikatan dari tiap atom dan merupakan bilangan frekuensi yang spesifik.

c.     Nuklir Magnetik Resonansi Proton (NMR)

metode ini akan mengetahui posisi atom-atom karbon yang mempunyai proton atau tanpa proton. Di samping itu akan dikenal atom-atom lainnya yang berkaitan dengan proton.

d.   Spektroskopi massa

mengetahui berat molekul senyawa dan ditunjang dengan adanya fragmentasi ion molekul yang menghasilkan pecahan-pecahan spesifik untuk suatu senyawa berdasarkan m/z dari masing-masing fragmen yang terbentuk. Terbentuknya fragmen-fragmen dengan terjadinya pemutusan ikatan apabila disusun kembali akan dapat menentukan kerangka struktur senya yang diperiksa.