MATERI KIMIA BAHAN ALAM DOK.IBU NURUL

MATERI KULIAH

CHEMISTRY OF NATURAL PRODUCT

Pertemuan 1

Indikator:

1. Mahasiswa mampu menjelaskan pengertian senyawa bahan alam
2. Mahasiswa mampu membedakan metabolit primer dan sekunder
3. Mahasiswa mampu menyebutkan manfaat metabolit sekunder

4.    Mahasiswa mampu menyebutkan klasifikasi senyawa-senyawa metabolit sekunder

Materi:

1.    Definisi Senyawa Bahan Alam

Senyawa bahan alam adalah segala bahan (kecuali mineral dan sintetik) maka prebiotik, mikroba, hewan, tumbuhan (poliketida, terpenoid, asam amino, protein, karbohidrat, lipid, asam nukleat RNA dan DNA).

Perkembangan KOBA dimulai pada abad XIX dimana ini saat ekstrak pertama kali dilakukan hingga menghasilkan senyawa murni (morfin, striknin, atropine) hingga akhirnya dilakukan penentuan struktur senyawa senyawa tersebut.

Langkah-Langkah perkembangan KOBA

a.    Senyawa/molekul organik yg berasal dari sda hayati, tumbuhan hewan, dan mikroorganisme-terrestial dan marine.

b.    Penentuan struktur molekul senyawa-senyawa tersebut.

c.    Uji bioaktivitas, yaitu bagaimana reaksi senyawa tersebut terhadap enzim.

d.    Biosintesis, yaitu sintesis di dalam jaringan untuk menghasilkan senyawa tersebut.

2.    Definisi Metabolit Primer dan Sekunder

Metabolit primer adalah senyawa yang dimiliki oleh setiap organism, seperti polisakarida, lipid, asam amino, protein. Senyawa ini selalu terdapat pada setiap organism, tidak tergantung dari jenis organismenya.

Metabolit sekunder adalah senyawa yang tidak diproduksi sama oleh setiap organism, namun hanya organism tertentu dan KHAS pada setiap organism. Contoh: terpenoid, steroid, alkaloid, flavonoid.

Metabolit primer VS metabolit sekunder

Metabolit Primer	Metabolit Sekunder
—  Tersebar merata dlm tiap organisme —  Berfungsi universal (sumber energi, enzim pengemban keturunan, bhn struktur) —  Perbedaan struktur kimia kecil antara satu senyawa dengan yang lain. —  Keaktifan fisiologis berkaitan dg struktur kimia	—  Penyebaran  tidak merata —  Fungsi ekologis (penarik serangga, pelindung diri, alat bersaing, hormon) —  Struktur kimia berbeda-beda —  Keaktifan fisiologis tidak berkaitan dengan struktur kimia

3.    Manfaat Metabolit Sekunder

Cathinone atau benzoilethanamin

Merupakan senyawa Monoamin alkaloid. Diekstrak dari tumbuhan semak Catha edulis. Dapat disintesa dari seny. Bromopropiphenon. Efek toksik : hilangnya nafsu makan kegelisahan, iritasi, insomnia, halusinasi.

Struktur:

            Metilon

“M1” atau 3,4-metilendioksi-N-metil katinon Efek dari “M1” :central nervous system: stimulation, insomnia, gelisah ,derealization,hallucinations, hypertension, pyschostimulants.

Struktur:

4.    Klasifikasi senyawa senyawa metabolit sekunder

Klasifikasi senyawa metabolit sekunder adalah:

a.    Poliketida dan asam lemak

b.    Terpenoid dan steorid

c.    Fenilproanoid

d.    Alkaloid

e.    Beberapa asam amino dan peptide khusus

f.     Beberapa karbohidrat

Secara singkat, poliketida terbentuk dari kombinasi linier dari asetat (etanoat)yang diturunkan dari asetil koenzim A. terpenoid dan steroid terbentuk dari unit-unit isoprenoid C5 yang terbentuk dari turunan isopentenil (3-metil-but-3-en-1-il) dari piroposfat. Unit unit ini tergabung dalam susunan “head to tail”. Fenil propanoid mengandung C6 – C3. Asam amino merupakan penyusun dari protein dan umumnya merupakan metabolit primer namun untuk beberapa senyawa terutama golongan antibiotic seperti penisilin umumnya dianggap sebagai metabolit sekunder. Alkaloid adalah senyawa yang biasanya mengandung nitrogen dan bersifat basayang biasanya merupakan turunan ornitin,lisin, tirosin, atau triptofan. Karbohidrat yang juga umumnya merupakan metabolit primer namun beberapa karbohidrat yang mengandung glikosida dianggap sebagai metabolit sekunder. Bagian yang bukan gula umunya disebut sebagai aglikon dan bisa berupa terpenoid, alkaloid ataupun poliketida.

Pertemuan 2

Indikator:

1.    Mahasiswa mampu menjelaskan pengertian isolasi dan metode /teknik isolasi dengan benar dan tepat.

2.    Mahasiswa mampu mengidentifikasi senyawa hasil isolasi melalui uji kimia.

Isolasi senyawa bahan alam

Setiap hewan dan tumbuhan mengandung beberapa golongan senyawa yang berbeda dalam strukturnya. Setiap golongan biasanya memiliki beberapa atau banyak senyawa yang memiliki kemiripan dlam struktur.

Senyawa yang essensial untuk tubuh seperti glikogen, protein, asam nukleat, enzyme dan lain-lain dikenal sebagai “metabolit primer”. Senyawa lain yang khas untuk setiap senyawa biasanya dikenal dengan metabolit sekunder. Target dari kimia bahan alam biasanya adalah metaboiit sekunder.

Isolasi senyawa metabolit sekunder biasanya terdiri dari ekstraksi, fraksinasi, pemurnian dan penentuan struktur. Hal ini biasanya diawali dengan ekstraksi dengan pelarut. Sebagai contoh, alkaloid yang diekstrak dengan larutan asam dan setelah dibasakan, alkaloid diekstrak dengan pelarut organic seperti kloroform. Setelah diekstrak, biasanya proses selanjutnya adalah pemisahan (fraksinasi) atau pemurnian dengan menggunakan kromatografi hingga akhirnya senyawa ditentukan strukturnya (karakterisasi) dengan menggunakan instrument seperti spekroskopi.

Ekstraksi

Ekstraksi adalah teknik yang digunakan untuk memisahkan senyawa secara selektif dari campurannya. Contoh, senyawa organic yang tidak larut dalam air bisa dipisahkan dengan memisahkannya dari campuran air dengan mengekstraknya ke pelarut organic yang tidak larut dalam air. Istilah saya, ini seperti menarik sesuatu dari sekumpulan hal lain berdasarkan daya tarik menariknya.

Liquid-liquid extraction, melibatkan distribusi dari solute diantara dua pelarut yang immiscible (tidak bercampur) satu sama lain. Biasanya, salah satu pelarut adalah air dan yang lain adalah pelarut organic yang kurang polar dibanding air (diethyl ether, ethyl acetate, hexane atau dichloromethane). Ekstraksi bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik menarik intermolekul (intermolecular forces) atas adanya gaya dipole-dipole.

Proses ekstraksi

Dalam suatu reaksi organic, kita akan mendapatkan produk organic yang kita inginkan terlarut dalam suatu campuran air yang mengandung zat-zat anorganik sebagai by product. Cara memisahkannya adalah menambahkan pelarut organic yang less polar sehingga zat anorganik akan terlarut di dalam air sebagai garam (lapisan bawah) sedangkan zat organic yang kita perlukan ada di bagian atas (organic layer). Kita bisa memisahkan lapisan air dengan membuka kran dan membiarkan lapisan air keluar.

Berikut adalah beberapa pelarut yang umum digunakan dalam ekstraksi.

Gambar di atas adalah bagaimana tahapan suatu ekstraksi dilakukan dan berapa produk organic yang kita dapatkan dengan menggunakan beberapa tahap ekstraksi.

Organic bahan alam bisa dipisahkan dengan menggunakan pelarut petroleum ether, chloroform, ethyl acetate, or methanol. Lipid material (lilin, asam lemak, sterol, karoten, dan terpen) bisa diekstrak dengan pelarut non polar seperti petroleum ether, sedangkan zat yang lebih polar seperti alkaloid dan glikosida menggunakan methanol atau air panas.

Fraksinasi

Ekstraksi lalu diikuti oleh fraksinasi menjadi asam, basa dan netral. Bagan fraksinasi bisa dilihat di lampiran. Larutan ekstrak dari pelarut organic seperti ethyl acetate dikocok dengan pelarut anorganik seperti NaHCO3 atau NaOH untuk memisahkan asam karboksilat. Fraksinasi dari larutan dasar dengan menggunakan pelarut asam seperti dil.HCl akan memisahkan alkaloid karena sifat basanya. Zat-zat netral akan tetap berada di organic phase. Golongan asam dan fenol bisa dipisahkan dengan menggunakan dil.HCl dan dan re-extraction with organic solvent. And basa bisa dipisahkan dengan menggunakan garam dari ammonia dan re-extraction.

Elusidasi Struktur

Ada empat tahapan dalam proses elusidasi struktur, yaitu:

a.    Karakterisasi adalah penentuan physical constant seperti titik didih, titik leleh, penghitungan rumus molekul, golongan dari senyawa apakah berupa turunan dari senyawa yang telah diketahui.

b.    Penentuan kerangka karbon meliputi pemotongan kerangka karbon menjadi golongan yang telah diketahui strukturnya, pemisahan gugus fungsional, biasanya menggunakan NMR.

c.    Penentuan posisi functional group, bisa dilakukan dengan menggunakan kombinasi NMR dan IR spectroscopy.

d.    Penentuan relative dan absolute stereochemistry, ini dilakukan untuk mengetahui interaksi antar komponen karena terkadang senyawa organic bisa terdapat dalam bentuk enantiomer. Penentuan stereokimia suatu senyawa bisa dengan alat X Ray Crystallography, difraktometer, dan biasanya ini disebut sebagai relative stereochemistry.

Identifikasi Senyawa Hasil Isolasi

1.    Alkaloid

Menggunakan larutan Dragendorff dengan cara 5 ml ekstrak ditambahkan 2 ml HCl pekat + 1 mL larutan Dragendorff. Warna berubah menjadi jingga atau merah (positif alkaloid)

2.    Flavonoid

Sebanyak 1 ml ekstrak diberi beberapa tetes NaOH 1%.

3.    Terpenoid dan Steroid

Sebanyak 10 ml air panas dimasukkan ke dalam tabung reaksi berisi 1 ml sampel uji yang telah dilarutkan dalam aseton. Larutan didinginkan dan dikocok selama 10 detik. Jika ada buih (1-10 cm) dengan durasi (10 menit) pada saat ditambahkan 1 tetes HCN 2 N (positif saponin).

4.    Tanin

10 ml ekstrak dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan ditambahkan larutan timbale asetat (CH3COO)2Pb 1%. Jika ada endapan kuning (positif Pb).

Pertemuan 3

Indikator:

1. Mahasiswa mampu menjelaskan ciri-ciri struktur terpenoid
2. Mahasiswa mampu menjelaskan klasifikasi senyawa-senyawa terpenoid
3. Mahasiswa mampu menjelaskan kaidah isoprene dalam ilmu kimia terpenoid
4. Mahasiswa mampu menjelaskan senyawa antara (prekusor) yang menurunkan mono-, seskui-, dan diterpen.

Materi:

1.    Definisi terpenoid

Terpenoid merupakan bentuk senyawa dengan keragaman struktur yang besar dan terdapat dalam produk alami Terpenoid juga merupakan komponen tumbuhan yg berbau dan dpt diisolasi dr bhn nabati dg penyulingan, produknya dikenal dengan minyak atsiri. Umumnya larut dlm lemak dan terdpt dlm sitoplasma tumbuhan.

Istilah “terpen” awalnya diberikan pada senyawa yang diisolasi dari terpentin, senyawa cair volatile yang diisolasi dari kayu pinus. Awalnya kata “terpen” digunakan untuk menggambarkan campuran isomer hidrokarbon dengan rumus molekul C10H16 yang terdapat dalam jaringan tumbuhan dan pohon. Sehingga terpenoid didefinisikan sebagai senyawa hidrokarbon yang berasal dari tumbuhan dengan rumus umum (C5H8)n berikut turunannya yang terokisgenasi, terhidrogenasi ataupun yang terdehidrogenasi.

2.    Isopren rule

Memiliki jumlah atom C-terpenoid kelipatan C5 atau dikenal dengan unit isopren (unit C5). Dalam molekul terpenoid, unit-unit isopren lazimnya bergabung “kepala ke ekor”       atau dikenal pula dengan kaidah isopren (suatu aturan yg menyatakan keteraturan struktur terpenoid)

 

3.    Klasifikasi Terpenoid

Formulasi dasar dari terpenoid adalah (C5H8)_n.

Berdasarkan jumlah cincin dalam strukturnya, terpen dapat diklasifikasikan lagi sebagai berikut:

a.    Asiklik terpenoid: memiliki struktur rantai terbuka.

Contoh:

b.    Monosiklik terpenoid: memiliki satu cincin dalam strukturnya.

Contoh:

c.    Bisiklik terpenoid: memiliki dua cincin dalam strukturnya. Dapat diklasifikasikan lagi menjadi:

1.    Memiliki cincin 6 + 3

Contoh:

2.    Memiliki cincin 6 + 4

Contoh:

3.    Memiliki cincin 6 + 5

Contoh:

Triskiklik, tetra siklik?

Contoh-Contoh Mono terpen, diterpen, sesquiterpen:

a.    Monoterpen terdiri dari asiklik, monosiklik dan bisiklik yg telah dijelaskan contohnya di atas.

b.    Sesquiterpen

c.    Diterpen

4.    Isopren: the history

Mula-mula diduga isopren terlibat dlm sintesis terpenoid in-vivo, karena adanya penemuan bhw senyawa (+) atau (-) limonen dan (+) limonen (dipenten) pd reaksi pirolisa dpt menghasilkan isopren. Isopren tdk pernah ditemukan di alam.

Apakah unit C5 alamiah yg sebenarnya?

Unit  isoprena  diturunkan dari metabolisme asam asetat  oleh  jalur  asam  mevalonat  (mevalonic  acid  :  MVA)

5.    Senyawa antara (precursor) yang menurunkan mono-, seskui-, diterpen.

Biosintesis Isopren:

Secara   umum   biosintesa   dari    terpenoid dengan  terjadinya 3  reaksi dasar yaitu : 

a)    Pembentukan isopren aktif berasal dari asam asetat melalui asam mevalonat 

b)    Penggabungan kepala dan  ekor, dua unit  isopren akan membentuk mono-, seskui-, di-, sester- dan poli-terpenoid 

c)    Penggabungan ekor dan  ekor  dari  unit  C-15  atau  C-20  menghasilkan triterpenoid atau steroid

Mekanisme reaksi:

ž  Penggabungan   terjadi   karena   serangan   elektron   dari    ikatan  rangkap  IPP    thd   atom   karbon   dari   DMAPP   yang   kekurangan elektron diikuti oleh penyingkiran ion pirofosfat yang menghasilkan Geranil pirofosfat   (GPP)   yaitu   senyawa   antara   bagi   semua   senyawa  monoterpenoid. 

ž  Penggabungan selanjutnya antara satu unit  IPP dan GPP dengan mekanisme  yang    sama   menghasilkan   Farnesil   pirofosfat    (FPP)    yang merupakan      senyawa   antara     bagi    semua    senyawa     seskuiterpenoid.

ž  Senyawa   diterpenoid   diturunkan  dari  Geranil-Geranil  Pirofosffat  (GGPP) yang  berasal  dari  kondensasi  antara  satu  unit  IPP  dan  GPP  dengan mekanisme yang sama.

ž  Asam asetat setelah diaktifkan oleh koenzim A    melakukan    kondensasi  jenis  Claisen menghasilkan asam asetoasetat. 

ž  Senyawa  yang  dihasilkan  ini  dengan  asetil        koenzim        A       melakukan    kondensasi        jenis       aldol menghasilkan    rantai   karbon   bercabang   sebagaimana  ditemukan  pada asam mevalonat.

ž  Reaksi-reaksi berikutnya adalah fosforilasi, eliminasi asam  fosfat   dan   dekarboksilasi   menghasilkan    Isopentenil   pirofosfat    (IPP)    yang selanjutnya   berisomerisasi   menjadi   Dimetil   alil   pirofosfat    (DMAPP)   oleh enzim  isomerase. 

ž  IPP sebagai unit  isopren aktif bergabung secara kepala ke   ekor  dengan DMAPP    dan    penggabungan    ini   merupakan    langkah  pertama  dari  polimerisasi isopren untuk menghasilkan terpenoid.

ž  Isopren biologis, IPP dan DMAPP adl isopren aktif yg keduanya hrs ada. Ditemukan oleh J.W Comforth (1959)

ž  Enzim utk mengubah IPP dan DMAPP mjd terpen sdh dipisahkan dr berbagai tumbuhan

ž  Enzim yg mengubah asam mevalonat mjd IPP dan DMAPP ditemukan dr lateks

ž  Asam asetat adl sumber aktif satu-satunya dr atom C utk asam mevalonat-MVA (metabolit dasar utk isopren biologis)

6.    Beberapa senyawa terpenoid

Pertemuan 4

Indikator:

1.    Mahasiswa mampu menjelaskan tentang biosintesis senyawa-senyawa terpenoid.

2.    Mahasiswa mampu menerangkan beberapa reaksi sebagai pendekatan dalam menetapkan struktur terpenoid.

3.    Mahasiswa mampu menyebutkan tumbuhan yang mengandung senyawa terpenoid serta manfaatnya.

Materi:

1.    Biosintesis senyawa terpenoid

a.    Monoterpen

·         Monoterpenoid    merupakan    senyawa    "essence"    dan    memiliki    bau  yang spesifik yang dibangun oleh 2 unit isopren atau dengan jumlah atom karbon  10.   Monoterpenoid   dapat   berupa    rantai  terbuka     dan     tertutup     atau     siklik.

·         Banyak  dimanfaatkan    sebagai    antiseptik,    ekspektoran,spasmolitik  dan  sedative,   bahan    pemberi    aroma    makan    dan   parfum.

BIOGENETIK

¡  Dari segi biogenetik, perubahan geraniol nerol dan linalol dari yang satu  menjadi  yang  lain  berlangsung  sebagai  akibat  reaksi  isomerisasi.

¡  Ketiga  alkohol  ini,  yang  berasal    dari    hidrolisa    geranil    pirofosfat    (GPP)  dapat    mengalami    reaksi-reaksi  sekunder,  misalnya  dehidrasi  menghasilkan mirsen,   oksidasi   menjadi   sitral   dan   oksidasi-reduksi   menghasilkan sitronelal. 

¡  Perubahan   GPP    in   vivo   menjadi   senyawa-senyawa   monoterpen siklik dari segi biogenetik disebabkan oleh reaksi siklisasi yang diikuti oleh reaksi-reaksi sekunder (hidrolisa, isomerisasi, oksidasi, reduksi, dehidrasi).

b.    Sesquiterpen

¡  Merupakan  senyawa  terpenoid  yang  dibangun oleh 3 unit  isopren yang terdiri dari kerangka asiklik dan bisiklik dengan kerangka dasar naftalen.

¡  Senyawa   seskuiterpenoid    ini   mempunyai   bioaktifitas   yang   cukup   besar,  diantaranya  adalah  sebagai  hormon,  antimikroba, antibiotik dan toksin serta regulator pertumbuhan tanaman dan pemanis.

¡  Senyawa-senyawa    seskuiterpen    diturunkan    dari    cis    farnesil pirofosfat  dan  trans  farnesil  pirofosfat  melalui  reaksi  siklisasi  dan  reaksi sekunder  lainnya. 

¡  Kedua    isomer   farnesil   pirofosfat    ini  dihasilkan    in   vivo melalui   mekanisme   yang  sama  seperti  isomerisasi  antara  geranil  dan nerol.

c.    Diterpen

¡  Merupakan    senyawa    yang   mempunyai    20  atom  karbon   dan   dibangun   oleh   4   unit    isopren.   

¡  Senyawa    ini   mempunyai bioaktifitas yang  cukup  luas  yaitu  sebagai  hormon  pertumbuhan  tanaman,  podolakton  inhibitor pertumbuhan  tanaman,  antifeedant  serangga,  inhibitor  tumor,    senyawa    pemanis,  dan   anti   karsinogen. 

¡  Senyawa diterpenoid   dapat   berbentuk   asiklik,  bisiklik,    trisiklik   dan    tetrasiklik   dan  tatanama yang digunakan  lebih banyak adalah nama trivial.

d.    Triterpen

¡  Lebih dari 4000 jenis  triterpenoid telah  diisolasi  dengan  lebih  dari 40   jenis   kerangka   dasar   yang   sudah   dikenal   dan   pada   prinsipnya merupakan proses siklisasi  dari  skualen.

¡  Triterpenoid  terdiri  dari  kerangka  dengan  3  siklik  6  yang bergabung dengan  siklik 5 atau berupa 4  siklik 6  yang mempunyai gugus  fungsi pada siklik tertentu. Sedangkan penamaan lebih   disederhanakan   dengan   memberikan   penomoran   pada    tiap   atom  karbon,   sehingga   memudahkan   dalam   penentuan   substituen   pada masing-masing atom karbon. 

¡  Struktur  terpenoida  yang  bermacam  ragam  itu  timbul  sebagai  akibat  dari  reaksi-reaksi  sekunder     berikutnya  seperti  hidrolisa,  isomerisasi, oksidasi,  reduksi  dan  siklisasi  atas  geranil-,  farnesil-  dan  geranil-geranil pirofosfat. 

2.    Karakteristik terpenoid

a.    Tidak berwarna, wangi, lebih ringan dari air, beberapa diantaranya berfasa padat misalnya kamfer, larut di pelarut organic. Umumnya optic aktif.

b.    Bisa berupa rantai terbuka atau tertutup, tidak jenuh, memiliki satu atau lebih ikatan rangkap sehingga menunjukkan reaksi adisi dengan hydrogen, halogen, asam menghasilkan produk antiseptic.

c.    Reaksi polimerisasi dan dehidrogenasi.

d.    Mudah dioksidasi, dengan dekomposisi termal, beberapa terpenoid menghasilkan isoprene sebagai salah satu produknya.

3.    Reaksi penetapan struktur terpenoid.

¡  Penetapan kerangka karbon dirubah mjd senyawa aromatik yg sebanding atau senyawa lain yg diketahui strukturnya

¡  Penetapan jenis dan posisi gugus fungsi spektroskopi dan penguraian oksidatif mjd senyawa2 sederhana yg mudah dikenal

¡  Sintesis senyawa yg bersangkutan gunakan reaksi yg dikenal shg hsl reaksi tidak diragukan

Details:

a.    Rumus molekul dengan menggunakan analisis kuantitatif dan penentuan berat molekul dengan spektrometri massa. Jika terpen optis aktif, rotasinya juga bisa ditentukan.

b.    Keberadaan oksigen:

1)    –OH bisa ditentukan dengan pembentukan asetat dengan acetic anhidrat dan benzoate dengan 3,5-dinitrobenzyl chloride.

2)    Gugus karbonil ditentukan dengan terbentuknya oxime, bisufit, fenilhidrazon.

3)    Ketidakjenuhan senyawa bisa ditentukan dengan tes bromine.

4)    Melalui rekais dehidrogenasi, terpen diubah menjadi senaywa aromatic yang selanjutnya ditentukan strukturnya berdasarkan rantai sampingnya.

5)    Degradasi Oksidatif dengan reagen ozone, asam, alkali KMnO4, asam kromat, osmium tetraoxide, asam nitrite, timbal (II) asetat.

6)    Jumlah cincin menggunakan rumus umum untuk menentukan jumlah cincin yang terdapat dalam molekul.

c.    Uji spektroskopi dan X-Ray

4.    Tumbuhan yang mengandung terpenoid dan manfaatnya.

·         Lemon mengandung terpen sitral yang didapatkan dari distillasi bertingkat.

·         Mentha piperita (mint) mengandung menthol yg berfungsi sebagai antiseptic dan anestetik. Diaplikasikan di balsam.

·         Camphor terdapat pada pohon camphor yang berfungsi sebagai analgetik, stimulant untuk otot jantung, ekspektoran dan antiseptic.

·         Eugenol terdapat pada cengkeh yang berfungsi sebagai parfum, pembersih mulut, analgetik untuk gigi.

Pertemuan 5

Indikator:

1. Mahasiswa mampu menjelaskan ciri-ciri struktur steroid
2. Mahasiswa mampu menjelaskan klasifikasi dan tatanama senyawa-senyawa steroid
3. Mahasiswa mampu menjelaskan stereokimia steroid serta istilah yang berkaitan.
4. Mahasiswa mampu menjelaskan tentang biosintesis senyawa-senyawa steroid serta beberapa pendekatan dalam biogenesis steroid.

Materi:

1.    Ciri-ciri struktur steroid.

Memiliki inti siklopentenoperhidrofenantren yg disbt jg inti sterol. Kerangka dasar steroid terdiri dari 3 lingkar 6 yg terlebur dlm suatu lingkar 5 (1,2-cyclopentenophenanthrene).

 

2.    Klasifikasi dan tatanama senyawa steroid.

ž  Sifat fisiologis

Sterol : insulator, bahan baku, asam empedu : emulsifikasi lipid, hormon seks : stimulasi organ seks, hormon adrenokortikoid : mencegah  radang, aglikon kardiak: stimulasi jantung, sapogenin : deterjen, sabun

ž  Segi struktur, beda antara kelompok krn jenis subtituen R₁, R₂, R₃ perbedaan  antara senyawa  yang  satu  dengan  yang  lain  pada  suatu  kelompok  tertentu ditentukan  oleh  panjang  rantai  karbon  R 1,  gugus  fungsi  yang    terdapat pada  substituen R1, R2, dan R3,  jumlah  serta posisi gugus  fungsi oksigen  dan    ikatan    rangkap    dan    konfigurasi    dari    pusat-pusat    asimetris   pada kerangka dasar karbon tersebut.

Tatanama Steroid

ž  Tata  nama  sistematika  dari  steroid didasarkan    pada    struktur    dari    hidrokarbon    steroid    tertentu.    

ž  Nama  hidrokarbon steroid  itu  ditambahi  awalan  atau  akhiran  yang  menunjukkan  jenis    substituen.  Sedangkan,    posisi    dari    substituen    itu    ditunjukkan    oleh  nomor    atom    karbon,  dimana    substituen    itu    terikat.

ž  Jenis      substituen      ditunjukkan sebagaimana    biasanya,    yaitu    memberi    nama    awalan    atau    akhiran    pada hidrokarbon    induk.    Sedangkan    posisi    dari    substituen    harus    ditunjukkan    oleh nomor dari atom karbon dimana ia terikat.

ž  Penomoran    atom  karbon  dalam molekul  steroid adalah sebagai berikut :

Jenis jenis Hidrokarbon dari steroid

Hidrokarbon Induk dari Steroid

3.    Stereokimia steroid

ž  Molekul  steroida  adalah    planar  (datar).    Atom  atau  gugus  yang  terikat  pada  inti  molekul  dapat   dibedakan atas dua jenis yaitu : 

ž  1.   Atom   atau   gugus    yang    terletak   disebelah   atas   bidang   molekul    yaitu pada  pihak    yang    sama    dengan    gugus    metil    pada    C10      dan    C13   yang  disebut  konfigurasi  β.  Ikatan-ikatan  yang  menghubungkan  atom  atau gugus ini dengan inti molekul dengan garis tebal.

ž  Pada  konfigurasi  pertama,  Cincin  A  dan  cincin  B  terlebur  sedemikian rupa  sehingga  hubungan  antara  gugus  metil  pada  C10  dan  atom hidrogen pada atom C 5 adalah trans (A/B trans). Pada konfigurasi ini gugus metil pada C 10 adalah β dan atom hidrogen pada C 5 adalah α. 

ž   Pada    konfigurasi    kedua,    peleburan    cincin    A    dan    B   menyebabkan hubungan antara gugus metil dan atom hidrogen menjadi Cis (A/B Cis) dan   konfigurasi        kedua        substituen        adalah β.        Steroida  dimana konfigurasi atom C 5 adalah  β termasuk deret 5 β.

ž  Pada  kedua  konfigurasi  tersebut,  hubungan  antara  cincin  B/C  dan  C/D keduanya  adalah  trans. Cincin  B  dan C  diapit  oleh  cincin  A  dan  cincin  D  sehingga perubahan  konfirmasi    dari  cincin  B  dan  cincin  C  sukar  terjadi.    Oleh  karena  itu peleburan cincin B/C dalam semua steroida alam adalah  trans.

ž  Perubahan konfirmasi  dari  cincin  A  dan  Cincin  B  dapat    terjadi.  Perubahan  terhadap  cincin  A menyebabkan  steroida  dapat  berada    dalam    salah    satu    dari    kedua    konfigurasi  tersebut.   

ž  Perubahan    terhadap    cincin  D  dapat  m,engakibatkan  hal  yang  sama, sehingga peleburan cincin  C/D  dapat  cis  atau  trans.  Peleburan  cincin  C/D  adalah  trans   ditemukan   pada   hampir   sebagian   besar   steroida   alam   kecuali   kelompok  aglikon kardiak dimana C/D adalah cis.

ž  Pada   semua   steroida   alam,   substituen   pada   C10  dan   C 9  berada pada  pihak  yang  berlawanan  dengan  bidang  molekul  yaitiu  trans.  Dan juga  hubungan  antara    substituen    pada    posisi   C  8   dan   C14 adalah  trans  kecuali  pada  senyawa-senyawa yang termasuk kelompok aglikon kardiak. 

ž  Dengan   demikian,   stereokimia   dari  steroida   alam   mempunyai   suatu   pola umum,   yaitu   substituen-substituen   pada   titik-titik   temu   dari   cincin sepanjang  tulang  punggung  molekul  yaitu  C-5-10-9-8-14-13  mempunyai hubungan trans.

4-KOLESTEN-3-ON

KONFORMASI STEROID

Jika satu cincin yang terpadu dengan cincin yang lain dalam posisi 1,2 dapat bersikap cis atau trans

Alpha berarti gugus diproyeksikan ke bawah

Beta berarti gugus diproyeksikan ke atas

4.    Biosintesis steroid dan pendekatan dalam biogenesis steroid.

ž  Percobaan  biogenetik menunjukkan  bahwa  steroid  yang  terdapat  dialam   berasal   dari    triterpenoid.  

ž  Steroid    yang    terdapat   dalam  jaringan     hewan   berasal     dari      triterpenoid      lanosterol   sedangkan     yang  terdapat   dalam    jaringan  tumbuhan   berasal    dari    triterpenoid    sikloartenol  setelah  triterpenoid  ini mengalami serentetan  perubahan tertentu.

ž  Tahap- tahap awal dari biosintesa steroid adalah sama bagi semua steroid alam yaitu  pengubahan  asam  asetat  melalui  asam  mevalonat  dan  skualen  (suatu triterpenoid) menjadi lanosterol dan sikloartenol.

Jalur Mevalonat

Biosintesis Steroid

Biosintesis Steroid

ž  Skualen  terbentuk  dari  dua  molekul  farnesil  pirofosfat  yang  bergabung  secara  ekor-ekor  yang segera    diubah  menjadi    2,3-epoksiskualen.   

ž  Lanosterol terbentuk oleh kecenderungan 2,3-epoksiskualen  yang mengandung  lima    ikatan  rangkap untuk melakukan  siklisasi ganda. Siklisasi  ini  diawali  oleh  protonasi  gugus  epoksi  dan  diikuti  oleh pembukaan lingkar epoksida.

Biosintesis Steroid

ž  Kolesterol  terbentuk  dari  lanosterol  setelah  terjadi  penyingkiran  tiga  gugus metil  dari molekul  lanosterol  yakni  dua  dari  atom  karbon C-4  dan  satu    dari   C-14. 

ž  Penyingkiran    ketiga    gugus   metil    ini berlangsung    secara  bertahap,   mulai    dari  gugus  metil  pada  C-14  dan  selanjutnya  dari  C-4.

ž  Kedua gugus metil pada kedua C-4 disingkirkan sebagai karbon dioksida, setelah     keduanya     mengalami     oksidasi   menjadi      gugus      karboksilat.  sedangkan    gugus   metil    pada   C-14    disingkirkan  sebagai    asam    format  setelah  gugus metil  itu mengalami  oksidasi menjadi  gugus aldehid.

ž  lanosterol  dan  sikloartenol  adalah  senyawa- senyawa  antara  untuk  sintesa  steroid  masing-masing  dalam jaringan hewan  dan  jaringan  tumbuhan  didasarkan  pada  beberapa  pengamatan dan percobaan berikut : 

1.  Sikloartenol    bertanda    ternyata    digunakan    dalam    pembentukan  steroid tumbuhan (fitosterol) 

2.  Sikloartenol   banyak   ditemukan   dalam   tumbuhan   sedangkan lanosterol jarang. 

3.  Jaringan   hati   tidak   dapat   menggunakan   sikloartenol   sebagai pengganti  lanosterol  dalam  pembuatan  kolesterol  dan  steroid lainnya.

Kolesterol                                                              Ergosterol

Hormon Seks

Testosteron                                               Progesteron

Hormon adrenokortikoid

Kortison                                                                 Aldosteron

Aglikon Kardiak

 

Digitoksigenin                                                        Strofantidin

Sapogenin

 

Diosgenin                                                  Sarsapogenin

Asam-asam Empedu

						Asam Litokolat
		Asam Kolat

 

Pertemuan 6

Pertemuan 7

Indikator:

1. Mahasiswa mampu menjelaskan ciri-ciri struktur senyawa fenilpropanoid
2. Mahasiswa mampu menjelaskan klasifikasi senyawa fenilpropanoid
3. Mahasiswa mampu menjelaskan tentang  asal usul biogenesis serta beberapa aspek penetapan biogenesis senyawa fenilpropanoid
4. Mahasiswa mampu menerapkan beberapa reaksi organik yang berkaitan dengan beberapa jenis fenilpropanoid

5.    Mahasiswa mampu menyebutkan tumbuhan yang mengandung senyawa senyawa fenilpropanoid dan poliketida serta manfaatnya

Materi:

1.    Struktur fenilpropanoid dan poliketida.

Kerangka karbon : benzen;naftalen; antrasen yg tersubtitusi dg 1 atau lebih –OH fenolik Senyawa bahan alam aromatik sdh lama dikenal spt alizarin dan flavonoid   merupakan     old fashioned chemistry.

Pada prinsipnya sifat-sifat kimia dr semua seny. Fenol adl sama, namun dari segi biogenetiknya senyawa fenol dibedakan atas :Senyawa fenol yg berasal dari jalur shikimat. Dan senyawa fenol yg berasal dari jalur asetat-malonat. Ada pula senyawa fenol yg berasal dari kombinasi dari kedua jalur biosintesis tsb, yaitu senyawa2 flavonoid.

Jalur shikimat

Terdapat pada tumbuhan tinggi terdiri dari C6-C3. Merupakan turunan sinamat, kumarin, profenil fenol, dan alil fenol.

Jalur asetat-malonat

Tersebar luas dlm tumbuhan rendah lapuk/ jamur, bakteri, kapang dan lumut. Turunan asilfloroglusinol, kromon, benzokuinon, naftakuinon dan antrakuinon.

Fenilpropanoid merupakan salah satu kelompok seny. Fenol utama yg berasal dr jalur shikimat. Memilki kerangka dasar karbon terdiri dari cincin benzen (C6) yg terikat pd ujung rantai karbon propan (C3).

 

POLA OKSIGENASI

 

2.    Klasifikasi fenilpropanoid dan poliketida.

A.    Kelompok Sinamat

 

B.    Kelompok Kumarin

 

C.   Kelompok Alilfenol

 

D.   Kelompok Propenilfenol

3.    Asal usul biogenesis fenilpropanoid dan poliketida

 

Asam shikimat analog dengan asam mevalonat yang digunakan untuk biosintesis terpen.

BIOSINTESIS

1.    Kondensasi aldol antara eritrosa dan asam fosfoenolpiruvat membentuk asam shikimat.

2.    Gugus metilen dr fosfoenolpiruvat sbg nukleofil beradisi dg gugus karbonil dr eritrosa menghasilkan suatu gula dg 7 C

3.    Reaksi intramolekuler  menghasilkan asam 5-dehidrokuinat yg kmd diubah mjd asam shikimat

4.    Adisi fosfoenolpiruvat pada asam shikimat membentuk asam prefenat.

5.    Aromatisasi as.prefenat membentuk fenilpiruvat melalui reduktif aminasi membentuk fenilalanin.

6.    Deaminasi fenilalanin mghslkan asam sinamat

7.    Reaksi paralel sejenis thd tirosin mghslkan turunan asam sinamat

Biogenesis Fenilpropanoid

Biosintesa Kumarin

Kumarin adalah seny fenol yg berasal dr tumbuhan tinggi dan jarang terdpt pada mikroorganisme, Kerangka benzopiran-2-on berasal dr asam sinamat mll orto hidroksilasi. Asam o-kumarat yg dihasilkan mengalami isomerisasi cis-trans, kemudian terjadi reaksi laktonisasi dan menghasilkan kumarin.

 

Biosintesa alilfenol dan propenilfenol

Senyawa ini ditemukan banyak dlm minyak atsiri dr tumbuhan Umbelliferae atau tumbuhan lain yg digunakan sbg rempah-rempah, spt eugenol dr minyak cengkeh dan miristisin yg tdpt dlm minyak pala. Semua seny. Mpy gugus hidroksil atau gugus eter pd C4, kdg-kdg diikuti oleh gugus metoksi atau metilendioksi.

 

\\

Biosintesis alilfenol dan profenilfenol

Mnrt Birch, pembentukan turunan alilfenol dn profenil fenol pd prinsipnya adl suatu reaksi subtitusi nukleofilik. Ion hidrida H^- berlaku sbg nukleofil. Hipotesis ini didukung dg percobaan mengenai biosintesa anetol dlm tumbuhan Pimpinella anisum (suku umbelliferae).

4.    Reaksi-reaksi terkait

Fenilpropanoid sebagian besar merupakan senyawa polifenol yang mempunyai pola gugus karbonil berkonjugasi dengan ikatan rangkap (C=C-C=O). Hal ini menyebabkan senyawa fenilpropanoid menyerap sinar dari panjang gelombang di daerah siinar tampak atau daerah ultra violet (UV-Vis).

Reaksi turunan sinamat

}  Senyawa2 turunan sinamat ditemukan di alam terutama turunan hidroksi sinamat seperti p-kumarat, kafeat, ferulat dan sinapat.

}  Mudah dideteksi, krn noda2nya pd kromatogram memberikan fluoresensi biru atau hijau dibwh sinar UV. Intensitas warna dpt diperkuat bila diperlakukan dg uap amoniak.

}  Seny turunan sinamat yg ditemukan di alam memiliki ik. rangkap olefin yang mempunyai konfigurasi trans lbh stabil drpd cis.

Sintesis

}  Reaksi Perkin (kondensasi aldol antara aldehid aromatik dg anhidrad asam karboksilat, dg katalis garam natrium dari asam.

}  Kondensasi antara gugus kabonil dari aldehid aromatik dg gugus metilen dr anhidrad asam.Fungsi katalis utk mbtk anion dr ggs metil aktif tsb

}  Reaksi Knovenagel yaitu kondesasi aldol antara aldehid aromatik yg sesuai dg asam atau ester malonat dg katalis basa.

 

}  Kondensasi aldol antara aldehid aromatik yg sesuai dg ester asetat dg katalis basa.

 

Reaksi Kumarin

}  Kumarin banyak ditemukan di alam terutama umbelliferon, eskuletin, skopoletin.

}  Kumarin atau benzopiran-2-on adl turunan terpenting dr benzopiranon.

}  Memiliki sifat aromatik dari cincin piran relatif rendah yg ditunjukkan oleh sifat ikatan rangkap pd posisi 3 dan 4 yg mdh diadisi.

}  Turunan kumarin disintesis melalui reaksi Diels-Alder dimana kumarin sbg dienofil

}  Turunan kumarin bersifat basa lemah, dapat membentuk garam benzopirilium dalam larutan asam kuat. Atom oksigen karbonil dr kumarin berfungsi sbg donor elektron.

}  Kumarin juga merupakan suatu lakton, yang larut dlm basa mghslkn garam dr asam-asam kumarinat.

}  Asam kumarinat bebas mpy ik rangkap dg konfigurasi cis, tdk dpt dipisahkn dr garamnya krn lgsg bersiklisasi kembali mbtk kumarin. Namun, bila kumarin diperlakukan dg basa dlm jangka wkt lama, ik rangkap tsb akn berisomerisasi mghslkn asam kumarat dg konfigurasi trans. Asam kumarat ini dpt dipisahkan krn tdk mdh bersiklisasi mjd kumarin oleh asam.

}  Dlm kondisi kuat, kumarin bereaksi dg basa myebabkn tjd penguraian mghslkn asam salisilat.

Reaksi Knovenagel

 

 Reaksi Perkin

 

Sintesis Kumarin

}  Disintesa dg cara laktonisasi dr asam-asam cis-o-hidroksisinamat.

}  Umbeliferon atau 7-hidroksikumarin dpt disintesa dg mereaksi resorsinol dg asam malonaldehid. Pada reaksi ini resorsinol sbg nukleofil yg mengadisi ggs karbonil dr malonaldehid.

5.    Poliketida

6.    Contoh tumbuhan dan manfaatnya