UJIAN AKHIR SEMESTER

Soal Ujian Semester Kimia Bahan Alam

 Nama: Khatarina Meldawati Pasaribu

Nim: A1C11010

Sifat ujian open book, diposting paling lambat tanggal 31 desember (jamnya tidak tau jadi usahakan sebelumnya sudah diposting), dikumpul dalam bentuk print out ditanggal yg sama dengan terakhir posting (31 desember)

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

Bersama-sama dengan teobromin dan teofilin, kafein, termasuk ke dalam senyawa kimia golongan xanthin. Kafein termetabolisme di dalam hati menjadi tiga metabolit utama yaitu paraxanthine (84%), theobromine (12%), dan theophylline (4%).

Teobromina atau xanteosa adalah zat kimia dari kelompok alkaloid. Teobromin ada di tumbuhan kakao. Secara kimiawi, teobromin amat mirip dengan kafein. Karena kakao digunakan untuk membuat cokelat, senyawa ini juga ada pada coklat. Meski bernama teobromina, tidak ada bromin yang terkandung di dalamnya — teobromina berasal dari Theobroma, nama genus dari pohon kakao, (yang berasal dari bahasa Yunani theo ("Dewa") dan brosi ("makanan"), artinya "makanan para dewa") dengan akhiran -ina yang diberikan pada alkaloid dan senyawa basa lain yang mengandung nitrogen.

Teobromina adalah bubuk tak larut air, kristalina, dan pahit. Warnanya bisa disebut putih ataupun tak berwarna. Teobromina memiliki efek yang serupa dengan kafein meskipun lebih kecil, membuatnya homolog. Teobromina adalah isomer teofilina sebagaimana paraxantina. Teobromina dikategorikan sebagai dimetil xantina, yang artinya senyawa ini masuk xantina dengan 2 gugus metil.  Teobromina pertama kali diisolasi dari bibit pohon kakao pada tahun 1878 dan segera setelah itu disintesis dari xantina oleh Hermann Emil Fischer.

(http://id.wikipedia.org/wiki/Teobromina, Diakses 26 Desember 2013)

2.      (a.) usulkan teknik isolasi dan pemurnian kedua senyawa yang berisomer tersebut. (b.) Jelaskan alasan dan pemilihan pelarut untuk ekstraksi/pemurnian/isolasi tersebut.

(a)

Teobromin dan kafein merupakan senyawa alkaloid yang terdapat dalam tanaman coklat. Senyawa – senyawa tersebut tersimpan dalam biji coklat yang merupakan bahan baku pembuatan coklat bubuk. Kandungan kedua senyawa tersebut dapat menggambarkan kualitas suatu produk coklat.

Isolasi terhadap teobromin dan teofilin dilakukan dengan menggunakan HPLC. Untuk menganalisis kedua senyawa golongan alkaloid ini, maka digunakan sampel coklat bubuk yang telah bebas dari lemak. Hal ini dilakukan karena keberadaan lemak akan mengganggu analisis teobromin dan kafein dengan HPLC. Sebelum dianalisis dengan HPLC maka sampel diberi perlakuan awal. Perlakuan awal yang diberikan adalah Ekstraksi Fasa Padat atau yang lebih dikenal dengan Solid Phase Extraction (SPE). Teknik SPE digunakan sebagai perlakuan awal terhadap sampel coklat bubuk atau untuk clean – up terhadap sampel yang masih mengandung pengotor.

Clean – up dilakukan untuk menghilangkan pengotor – pengotor yang masih terdapat dalam sampel yang akan dianalisis. Pada proses clean – up kali ini analit yang akan dianalisis akan tertahan pada penjerap yang digunakan (pada percobaan ini penjerap yang digunakan adalah C 18), sedangkan pengotor – pengotornya akan terelusi. Analit akan tertahan pada penjerap karena analit dan penjerap sama – sama bersifat nonpolar. Selanjutnya analit yang tertahan pada penjerap akan dielusi oleh sebagian kecil pelarut organik.

Tahap pertama menggunakan SPE adalah mengkondisikan penjerap C 18 dengan pelarut metanol dan air. Pengkondisian ini dilakukan untuk membasahi permukaan penjerap dan untuk menciptakan pH yang sama, sehingga perubahan – perubahan kimia yang tidak diharapkan ketika sampel dimasukkan dapat dihindari. Selanjutnya larutan sampel dilewatkan ke penjerap, maka analit yang diharapkan akan tertahan, sedangkan pengotor – pengotornya akan terelusi. Kemudian kolom (penjerap) dicuci dengan akuades untuk menghilangkan seluruh komponen yang tidak tertahan oleh penjerap. Tahap terakhir adalah elusi teobromin dan kafein dari kolom dengan kloroform. Pada tahap ini analit yang diharapkan yaitu teobromin dan kafein akan terelusi kedalam kloroform. Kemudian kloroform diuapkan dengan pengangas air.

Setelah seluruh kloroform habis teruapkan maka yang tersisa adalah residu bewarna putih. Residu bewarna putih itu adalah teobromin dan kafein. Residu ini L nya dianalis dengan HPLC.mdilarutkan dalam 3 mL air dan sebayak 20 
Waktu retensi (tR) untuk standar teobromin dan kafein adalah 3,377 dan 4,274.

Dari hasil analisis menggunakan HPLC didapatkan waktu retensi untuk teobromin dan kafein masing – masing adalah 3,338 dan 3,933. Dari hasil analisis selisih antara tR standar dengan tR hasil analisis tidak lebih dari 0,5, dengan ini dapat disimpulkan bahwa sampel coklat bubuk mengandung teobromin dan kafein.
Untuk menentukan kadar teobromin dan kafein maka dibuat kurva standar antara massa teobromin dan kafein versus luas area kurvanya. Kemudian luas area yang didapat dari kromatogram hasil analisis disubstitusi kedalam persamaan kurva standar. Persamaan kurva standar untuk teobromin dan kafein berturut – turut adalah y = 4E + 08X + 47303 dan y = 1E + 09X + 75209. Dari hasil substitusi luas area terhadap persamaan kurva standar didapatkan massa L sampel adalah 5,1 x 10-4 mgram danmteobromin dan kafein dalam 20  5,973 x 10-6 mgram. Sedangkan massa teobromin dan kafein dalam 50 mL sampel adalah 7,65 x 10-4 gram dan 9 x 10-6 gram.

Dari rumus didapatkan rendemen teobromin dan kafein adalah 0,3825 % dan 0,0045 %. Rendemen teobromin dan kafein yang didapat ini sangat kecil dibandingkan dengan kandungan teobromin dan kafein dalam coklat yang didapat dari hasil penelitian terdahulu. Hal ini disebabkan oleh berbagai faktor antara lain faktor pengenceran, serta proses clean – up. Praktikan menduga selama proses clean – up teobromin dan kafein ikut terelusi bersama dengan pengotornya. Akan tetapi hal ini baru sekedar hipitesis awal, untuk itu praktikan menyarankan perlunya agar proses clean – up harus benar – benar dilkukan dengan hati – hati, karena hal itu sangat berpengaruh terhadap hasil analisis.

(b)

alasan menggunakan pelarut kloroform pada isolasi senyawa thiobromin dan pelarut methanol pada isolasi senyawa thiofillin yaitu karna senyawa keduanya merupakan senyawa yang bersifat kurang polar sehingga pelarut yang digunakan juga harus pelarut yang bersifat nonpolar. Sehingga Analit akan tertahan pada penjerap karena analit dan penjerap sama – sama bersifat nonpolar. Selanjutnya analit yang tertahan pada penjerap akan dielusi oleh sebagian kecil pelarut organik. Pada tahap ini analit yang diharapkan yaitu teobromin dan kafein akan terelusi kedalam kloroform. Kemudian kloroform diuapkan dengan pengangas air.

(http://repository.ugm.ac.id/20546/, Diakses 26 Desember 2013)

3.      Usulkan tahap2 biosintesis kedua senyawa tersebut dengan reaksi2 kimia organik. Jelaskan dasar referensinya (sumber,link)

Biosintesis teobromin dapat dilakukan dengan 3 cara:

 a)AMP→IMP→XMP→xanthosine→7-methylxanthosine→7-metilsantin→teobromin.

 b)GMP→guanosin→xanthosine→7-methylxanthosine→7-metilsantin→teobromin.

 c) Santin →  3-metilsantin → teobromin (Ashihara et al, 2008)

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

Senyawa-senyawa turunan xantin diketahui memiliki beberapa aktivitas farmakologis, diantaranya sebagai bronkodilator. Meskipun penggunaannya sebagai obat anti asma telah cukup dikenal, tetapi turunan xantin diketahui memiliki efek samping yang kurang menguntungkan yaitu penekanan pada jantung dan sistem syaraf pusat. Beberapa penelitian mengenai modifikasi siniktur xantin guna mendapatkan turunan yang lebih poten dan selektif telah dilakukan. Berdasarkan penehtian terdahulu, diketahui bahwa subsitusi pada atom N' xantin dapat ineningkatkan aktivitas dan selektivtasnya sebagai bronkodilator. Teobromin (3,7,-dimetilrantin) adalah turunan xantin yang memiliki N' tidal( tersubstitus, dan dapat digunakan sebagai bahan pemula untuk mensintesis turunan xantin yang termodifikasi pada atom N'. Pada penelitian in./ telah dilakukan sintesis dua turunan alkil teobromin, yaitu : NI - n-propil teobromin , dan N1-n-butil teobromin. Sintesis dilakukan me/Aui reaksi alkilasi inenggunakan n-propil bromida. dan bromida. Metoda sintesis dilakukan dengan merefluks teobromin dart alkil bromida dalam media pelarut basa selama 27-30 jam, dilanjutkan dengan rekristalisasi menggunakan kloroform. Hasil sintesis berupa kristal putih berbentuk jarum halus dengan rendemen sekitar 30 %. Uji kemurnian dilakukan dengan kromatografi lapis tipis, uji titik lebur, dan kromatografi gas. Penetapan struktur molekill basil sintesis dilakukan dengan analisa spektrofotometer ultraviolet, spektrofotometer inframerah dan spektrometer massa (GC-MS). Hasil analisis elusidasi struktur memastikan bahwa basil sintesis adalah N1-n-propil teobromin, dan NI -n-butil teobromin. Uji aktivitas hayati dilakukan secara in vitro menggunakan preparat trakea marmot, dengan mengamati kemampuan senyawa menghilangkan kontraksi otot polos trakea yang disebabkan oteh histamin, dan dibandingkan dengan teofilin. Hasil uji hayati menunjukkan bahwa kedua Manua tebromin memiliki aktivitas sebagai relaksan otot polos trakea lebih besar dibanding teofilin. Aktivitas teobromin lebih kecil dui pada N1-n-butil teobrornin Kata kunci : teobromin, N'-n-propil teobromin, N'n-butil teobromin, relaksan trakea

(http://repository.ugm.ac.id/20546/, diakses 26 desember 2013)

Derivat xantin mengabsorbsi dengan kuat sinar UV dan sangat mudah ditentukan dengan menggunakan pengukuran spektrofotometri. Pada pH 6 koffein, teobromin dan teofilin masing-masing menunjukkan absortivitas maksimum pada panjang gelombang 272 hingga 273 mikrometer; sedikit perubahan maksimum nampak pada nilai pH yang berbeda. Keseluruhan komponen dari koffein natrium benzoat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan dan pengukuran simultan pada dua panjang gelombang. Berbagai sediaan teofilin dapat dianalisi dengan metode spektrofotometri.

(http://rgmaisyah.wordpress.com/2010/11/25/spektrofotometri-derivat-xantin-koffein-teofilin-teobromin/, diakses 27 Desember 2013)

BIOSINTESIS ALKALOID

Asam amino merupakan senyawa organik yang sangat penting, senyawa ini terdiri dari amino (NH2) dan karboksil (COOH). Ada 20 jenis asam amino esensial yang merupakan standar atau yang dikenal sebagai alfa asam amino alanin, arginin, asparagin, asam aspartat,sistein, asam glutamat , glutamin, glisin, histidine, isoleusin, leusin, lysin, metionin,fenilalanine, prolin, serine, treonine, triptopan, tirosine, and valin(4). Dari 20 jenis asam amino yang disebutkan diatas, alkaloid diketahui berasal dari sejumlah kecil asam amino yaitu ornitin dan lisin yang menurunkan alkaloid alisiklik, fenilalanin dan tirosin yang menurunkan alkaloid jenis isokuinolin, dan triftopan yang menurunkan alkaloid indol. Reaksi utama yang mendasari biosintesis senyawa alkaloid adalah reaksi mannich antara suatu aldehida dan suatu amina primer dan sekunder, dan suatu senyawa enol atau fenol.Biosintesis alkaloid juga melibatkan reaksi rangkap oksidatif fenol dan metilasi. Jalur poliketida dan jalur mevalonat juga ditemukan dalam biosintesis alkaloid. Kemudian reaksiyang mendasari pembentukan alkaloid membentuk basa. Basa kemudian bereaksi dengan karbanion dalam kondensasi hingga terbentuklah alkaloid.Disamping reaksi-reaksi dasar ini, biosintesa alkaloida melibatkan reaksi-reaksisekunder yang menyebabkab terbentuknya berbagai jenis struktur alkaloida. Salah satu darireaksi sekunder ini yang terpenting adalah reaksi rangkap oksidatif fenol pada posisi orto ataupara dari gugus fenol. Reaksi ini berlangsung dengan mekanisme radikal bebas.Reaksi-reaksi sekunder lain seperti metilasi dari atom oksigen menghasilkan gugusmetoksil dan metilasi nitrogen menghasilkan gugus N-metil ataupun oksidasi dari gugusamina. Keragaman struktur alkaloid disebabkan oleh keterlibatan fragmen-fragmen kecil yang berasal dari jalur mevalonat, fenilpropanoid dan poliasetat.

            Definisi tunggal untuk alkaloid belum juga ditentukan. Trier menyatakan bahwasebagai hasil kemajuan ilmu pengetahuan, istilah yang beragam senyawa alkaloid akhirnyaharus ditinggalkan (Hesse, 1981).Garam alkaloid dan alkaloid bebas biasanya berupasenyawa padat, berbentuk kristal tidak berwarna (berberina dan serpentina berwarna kuning).Alkaloid sering kali optik aktif, dan biasanya hanya satu dari isomer optik yang dijumpai dialam, meskipun dalam beberapa kasus dikenal campuran rasemat, dan pada kasus lain satutumbuhan mengandung satu isomer sementara tumbuhan lain mengandung enantiomernya(Padmawinata, 1995). Ada juga alkaloid yang berbentuk cair, seperti konina, nikotina, danhigrina. Dalam biosintesa higrin, pertama terjadi oksidasi pada gugus amina yang diikuti oleh reaksiMannich yang menghasilkan tropinon, selanjutnya terjadi reaksi reduksi dan esterifikasimenghasilkan hiosiamin.

Sintesis basa 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

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. 

Reaksi Mannich dapat dilanjutkan baik intermolecularly dan intramolecularly:

 

 Permasalahan:

Pada artikel diatas sudah dijelaskan mekanisme reaksi biosintesis alkaloid secara umum. Seperti yang kita tahu, di alam terdapat berbagai jenis alkaloid. Yang ingin saya tanyakan, Apa yang membedakan biosintesis alkaloid pada kafein dan nikotin? Terimakasih..