Ujian Mid Semester Kimia Bahan Alam

Matakuliah : Kimia Bahan Alam

Kredit : 2 SKS

Dosen : Dr. Syamsurizal, M.Si

Hari/Tanggal : Sabtu, 24 november 2012

Waktu : 15.30 sd 09.00 pagi ( tanggal 26 november 2012 )

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.

Jawaban: menurut saya cara untuk mengubah senyawa bahan alam yang tidak punya potensi aktif menjadi senyawa unggul yang memiliki potensi aktifitas biologis tinggi dengan cara yaitu diekstraksi. Ada beberapa metode ekstraksi simplisia bahan alam, antara lain :

Maserasi : sejumlah bahan ditempatkan pada wadah tertutup, ditambah dengan pelarut dengan perbandingan kira-kira 1:7. Diamkan selama 5 hari pada suhu kamar dan terlindung dari cahaya dengan sesekali diaduk. Setelah itu, cairan dipisahkan, buang bagian yang mengendap.

Infundasi : merupakan metode ekstraksi dengan pelarut air. Pada waktu proses infundasi berlangsung, temperatur pelarut air harus mencapai suhu 90ºC selama 15 menit. Rasio berat bahan dan air adalah 1 : 10, artinya jika berat bahan 100 gr maka volume air sebagai pelarut adalah 1000 ml.

Dekoksi : merupakan proses ekstraksi yang mirip dengan proses infundasi, hanya saja infuns yang dibuat membutuhkan waktu lebih lama (≥ 30 menit) dan suhu pelarut sama dengan titik didih air.

Perkolasi : proses ekstraksi dengan pelarut yang selalu baru sampai sempurna. Secara umum proses perkolasi ini dilakukan pada temperatur ruang. Sedangkan parameter berhentinya penambahan pelarut adalah perkolat sudah tidak mengandung senyawa aktif lagi. Pengamatan secara fisik pada ekstraksi bahan alam terlihat tetesan perkolat sudah tidak berwarna.

Soxletasi : proses ekstraksi dengan menggunakan pelarut yang selalu baru yang umumnya dilakukan dengan alat khusus soxklet sehingga terjadi ekstraksi konstan dengan adanya pendingin balik.

Selanjutnya hasil dari ekstraksi tersebut di uji dengan aktivitasnya terhadap bakteri dengan berbagai metode.

Contohnya  yaitu : pengujian ekstrak air bunga kecombrang (Etlingeraelatior) sebagai antibakteri terhadap bakteri E.coli dan S. aureus. Kecombrang merupakan salah satu jenis tanaman rempah rempah yang sejak lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia sebagai obat-obatan. Tanaman kecombrang dapat dipakai untuk mengobati penyakit-penyakit yang tergolong berat yaitu kanker dan tumor. Bunga dari tanaman ini bisa digunakan sebagai bahan kosmetik alami dimana bunganya dipakai untuk campuran cairan pencuci rambut dan daun serta rimpangnya dipakai untuk bahan campuran bedak oleh penduduk local. Bunga kecombrang memiliki beberapa keunggulan antara lain sebagai edible flower dan memiliki aktivitas sebagai antibakteri.

Gambar 1. Bunga kecombrang (Etlingeraelatior).

Ekstraksi dilakukan dengan maserasi selama 3 x 24 jam. Maserasi dilakukan pada serbuk bunga kecombrang dalam 2500 ml akuades. Hasil ekstraksi maserasi 150 gram serbuk bunga kecombrang dalam 2500 ml akuades dihasilkan sebanyak 102ml ekstrak kental. Hasil ekstraksi disaring, dipekatkan menggunakan rotary evaporator  dan selanjutnya  ekstrak tersebut digunakan untuk pengujian aktivitas antibakteri dengan metode difusi cakram dan analisa komponen kimia dalam ekstrak bunga kecombrang menggunakan alat Gas Chromatography-Mass Spectroscopy (GCMS).Bakteri uji yang digunakan dalam uji antibakteri ini adalah E.coli (sebagai garam negatif) dan S. aureus (sebagai garam positif).

Pada konsentrasi 20% ekstrak bunga kecombrang (Etlingera elatior) sudah mampu menghambat pertumbuhan bakteri S. areus ditandai terbentuknya zona hambat (zona bening) disekitar kertas cakram dengan diameter zona hambat 8.66 mm. Sedangkan pada konsentrasi 20% ektrak air bunga kecombrang belum mampu menghambat pertumbuhan E. coli. Pertumbuhan E. coli terhambat pada konsentrasi 60% dengan ratarata diameter zona hambat 7.15 mm. Diameter zona hambat yang didapatkan dari kedua bakteri uji terdapat perbedaan sesuai dengan besarnya konsentrasi yang diberikan. Semakin rendah konsentrasi yang diberikan, maka semakin kecil diameter zona hambat yang terbentuk oleh bakteri uji, karena semakin kecil konsentrasi maka zat aktif yang terlarut pada ektrak air bunga kecombrang semakin sedikit pula. Semakin tinggi konsentrasi yang diberikan, maka semakin luas pula diameter zona hambat yang terbentuk oleh bakteri uji. Perbedaan zona hambat pada S. aureus pada konsentrasi 60%, 80%, dan 100% dapat dilihat pada gambar berikut:

 

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

Jawaban : Manfaat kulit manggis yang dipercaya dapat mengobati penyakit kanker bersumber pada kandungan bahan kimia alami yang disebut dengan nama xanthone. Senyawa xanthone yang terkandung dalam kulit manggis mempunyai fungsi utama sebagai zat antiproliferasi, yaitu zat yang berguna dalam menghambat pertumbuhan sel kanker. Awal mula terjadinya pertumbuhan sel kanker disebabkan oleh radikal bebas dari makanan yang tidak sehat atau faktor dari luar misalnya polusi dan kulit yang terpapar sinar matahari. Manfaat kulit manggis yang dikonsumsi untuk mencegah dan mengobati kanker ini pun semakin efektif dengan adanya senyawa yang terkandung dalam kulit manggis, yaitu garsinon-E, alfamangostin, dan juga gammamangostin. Ketiga zat kimia alam tersebut pun membantu tubuh kita untuk segera mengaktivasi enzim tertentu untuk memicu mekanisme apoptosis. Yang paling berperan untuk menumpas sel kanker adalah alfamangostin dan garsinon-E. Kedua senyawa tersebut membantu untuk menghambat proliferasi sel kanker dengan mangaktivasi enzim kaspase 3 dan 9, yang memicu apoptosis (program bunuh diri sel kanker). Senyawa tersebut memaksa sel kanker untuk memuntahkan cairan di dalam mitokondria sehingga mengakibatkan sel kanker mati. Alfamangostin juga menunjukkan efek sitotoksik yakni efek yang menghambat perbanyakan sel kanker. Di samping itu alfamangostin juga dapat mengaktifkan sistem kekebalan tubuh dengan cara merangsang sel pembunuh alami yang bertugas untuk membunuh sel kanker serta virus. Itulah sebabnya, manfaat kulit manggis bisa didapat untuk mengobati penyakit ini. Dengan semakin banyaknya penelitian yang dilakukan untuk mengetahui manfaat kulit manggis tentu ini merupakan hal positif karena dengan pengolahan yang tepat maka kulit manggis pun dapat dijadikan salah satu produk obat untuk mengatasi penyakit kanker, misalnya adalah minuman jus kulit manggis.

Adapun proses pembuatan minuman berkhasiat yang berbahan baku kulit manggis ini dilakukan dengan cara terlebih dahulu memisahkan kulit manggis dengan buahnya. Pengolahan bisa dengan mengikutsertakan biji manggis (kaya lemak) atau hanya sekadar kulit manggis yang mengandung Xanthone. Gunakan sendok untuk mengeruk bagian dalam kulit yang sudah dibersihkan, dan pisahkan dari kulit keras di bagian luarnya.

Proses selanjutnya adalah mendinginkan di dalam lemari pendingin jika hendak disimpan hingga jumlahnya mencukupi. Lalu, campur dengan ethanol dan air dengan perbandingan 1:2 dan hancurkan dengan blender. Endapkan selama 24 jam, setelah itu saring untuk memisahkan ampas dengan ekstrak Xanthone kulit manggis.

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.

Jawaban : pemilihan pelarut untuk isolasi dan purifikasi suatu senyawa bahan alam didasarkan atas proses ekstraksi senyawa tersebut. Ekstraksi yang berupa maserasi yaitu berdasarkan penggunaan pelarut bukan air (pelarut nonpolar) atau setengah air, misalnya etanol encer, selama periode waktu tertentu. Untuk sokletasi, syarat-syarat pelarut yang digunakan yaitu: Pelarut yang mudah menguap,contoh: heksan, eter, petroleum eter, metil klorida dan alkohol ; Titik didih pelarut rendah ; Pelarut tidak melarutkan senyawa yang diinginkan ; Pelarut terbaik untuk bahan yang akan diekstraksi ; Pelarut tersebut akan terpisah dengan cepat setelah pengocokan ; Sifat sesuai dengan senyawa yang akan diisolasi, polar atau nonpolar.

Ø  Terpenoid

Isolasi Senyawa Triterpenoid Dari Bunga Kluweh (xrtocarpus communis)

              Ekstrak dibuat dengan jalan sokletasi, 600 gram bunga kering dan halus dibungkus dalam kertas wing dengan berat masing-masing sekitar 20 gram, dan disoklet dengan pelarut kloroform. Sokletasi adalah suatu metode / proses pemisahan suatu komponen yang terdapat dalam zat padat dengan cara penyaringan berulang ulang dengan menggunakan pelarut tertentu, sehingga semua komponen yang diinginkan akan terisolasi. Pelarut kloroform digunakan karena kloroform merupakan pelarut non polar dan tidak melarutkan senyawa yang akan diekstrak. Kloroform dapat mengambil senyawa organik dari bunga kering secara berulang-ulang. Ekstrak hasil sokletasi mengandung kloroform. Selanjutya ekstrak hasil sokletasi dilakukan uji kualitatif dengan KLT dengan fase diam/penjerap adalah silica gel dan dengan beberapa eluent/fasa gerak seperti: n-heksana, kloroform, etil asetat, dan metanol. Pemilihan pelarut ini diharapkan mewakili tingkat kepolaran senyawa organik yaitu: non polar.  Dari hasil uji KLT ini menunjukkan bahwa pelarut kloroform memberikan pemisahan terbaik dengan jumlah komponen maksimal. Prinsip KLT dengan fase diam silica gel yaitu fase penjerap (polar) akan tinggal sedangkan yang non polar akan bergerak membentuk noda.  Dari uji ini, pelarut kloroform digunakan untuk pemisahan komponen sebagai eluen dalam kromatografi kolom. Hasil pemisahan dengan kromatografi kolom diperoleh lima fraksi, setelah diuji dengan pereaksi Lieherman Burchard yang diadaptasikan dengan KLT ternyata hanya satu fraksi yang memberikan uji positif . Kemudian fraksi triterpenoid ini diuapkan pelarutnya dan dikristalisasi menggunakan eter, sampai diperoleh kristal putih berbentuk sisik berwarna putih. Eter merupakan pelarut polar berfungsi untuk mengikat air pada Kristal.

Ø  Alkaloid

Isolasi Senyawa Alkaloid (Kafein) Dari Daun Teh Kering

Untuk mengisolasi kafein dari daun teh kering , 25 gram daun teh kering  ditambahkan 20 gram Na₂CO₃ dan ditambahkan 275 ml air mendidih. Na2CO3 merupakan garam non-polar, yang dapat terurai didalam air menjadi ion Na⁺ yang mengikat kafein dan CO₃^- yang mengikat H₂O membentuk HCO₃ (sutau asam). Garam kafein + Na larut dalam air. Air mendidih yang ditambahkan berfungsi membuka pori-pori dari daun the agar ekstrak daun teh dapat keluar dengan sempurna dan kafein yang didapatkan cukup banyak. Larutan bersifat basa karena panambahan Na₂CO₃ yang bresifat basa. Larutan dimasukkan kedalam corong pisah dan ditambahkan 30 ml diklorometan, dikocok kemudian didiamkan , panambahan dikloromaetan berfungsi mengikat kafein yang tadinya berbentuk garam dengan Na⁺ menjadi berikatan dengan diklorometan, sebab kepolaran kafein hampir sama dengan diklorometan tersebut sehingga kelarutan kafein cukup besar didalam diklorometan (140 mg/l) sementara kelarutan kafein didalam air lebih rendah (22 mg/l). Adanya perbedaan kelarutan, maka terbentuk dua lapisan pada corong pisah, lapisan atas adalah lapisan air dan lapisan bawah adalah larutan diklorometan-kafein.

Penambahan MgSO₄ anhidrat, anhidrat sendiri berarti tanpa air sehingga fungsi MgSO₄ anhidrat ini adalah untuk mengikat air yang masih terbawa dalam larutan diklorometan kafein, setalah itu didestilasi diatas penangas air. Destilasi ini berfungsi untuk menghilangkan diklorometan (titih didih 80 ⁰C) dan meninggalkan residu kristal berwarna putih kekuningan , dimana kristal tersebut merupakan kafein yang masih kotor. Lalu kedalam kristal ditambahkan aseton panas, aseton ini berfungsi melarutkan kafein dan pengotor yang masih tertinggal, kemudian ditambahkan n-heksana untuk mengikat aseton dan pengotor. Aseton panas merupakan pelarut yang bersifat semi polar namun lebih cenderung ke polar, sehingga aseton dapat berikatan dengan baik dengan n-heksana. Pengkristalan kafein terjadi karena hanya kafein yang bersifat nonpolar dalam campuran tersebut, kristal disaring dengan corong Buchner yang dilapisi dengan kertas saring lalu dipanaskan. Pemanasan pada kristal murni dimaksudkan untuk mendapatkan kristal murni yang kering.

Ø  Flavonoid

Isolasi Senyawa Flavonoid Dalam Daun Beluntas (pluchea indica l.)

Sebanyak 50 gram serbuk simplisia daun beluntas dimasukkan ke dalam Erlenmeyer (500 ml) kemudian direndam dengan 250 ml pelarut etanol 96% p.a, ditutup dengan aluminium foil dan dibiarkan selama 7 hari, sambil sesekali dikocok. Etanol digunakan karena merupakan pelarut universal yang dapat melarutkan semua senyawa organic.. Dibiarkan selama 7 hari agar senyawa bahan alam yang terkandung didalam daun beluntas keluar, sehingga mudah untuk di identifikasi dan di isolasi. Kemudian ekstrak yang diperoleh dipekatkan dengan menggunakan vacum rotary evaporator pada suhu 70⁰C sehingga diperoleh ekstrak yang berwarna hijau pekat. Titik didh etanol : 78,4 ⁰C, ekstrak hasil penyaringan difraksinasi dengan metode ekstraksi cair-cair menggunakan corong pisah dengan pelarut n-heksana. Ekstraksi cair-cair memiliki prinsip bahwa suatu senyawa kurang larut dalam pelarut yang satu dan sangat larut dalam pelarut lainnya (prinsip beda kelarutan). Digunakannya n-heksana sebagai pelarut untuk ekstraksi ini dikarenakan n-heksana merupakan pelarut non polar sehingga bisa melarutkan senyawa yang akan diisolasi. Ekstrak yang diperoleh dilakukan uji fitokimia flavonoid. Kemudian  ekstrak yang positif mengandung flavonoid dilanjutkan untuk di isolasi dan pemurnian  dengan metode kromatografi  lapis tipis (KLT). KLT yang digunakan terbuat dari silika gel dengan ukuran 20 cm x 20 cm GF254 (Merck). Plat KLT silika gel GF254 diaktifasi dengan cara dioven pada suhu 100 ºC selama 1 jam untuk menghilangkan air yang terdapat pada plat KLT. Ekstrak kental hasil ekstraksi dilarutkan dengan etanol 96% p.a, kemudian ditotolkan sepanjang plat dengan menggunakan pipet mikro pada jarak 1 cm dari garis bawah dan 1 cm dari garis atas.

Pada KLT menggunakan fase diam silika gel GF254  dan fase gerak campuran dari n-butanol-asam asetat-air (BAA) (4:1:5). Campuran tersebut merupakan pelarut polar Prinsip kerja dari KLT dengan fase diam/penjerap silica gel yaitu polar akan tinggal  sedangkan non polar akan bergerak membentuk noda. Sehingga akan terlihat noda yang terpisah. KLT dapat digunakan untuk memisahkan senyawa – senyawa yang sifatnya hidrofobik seperti lipida – lipida dan hidrokarbon yang sukar dikerjakan dengan kromatografi kertas.  KLT juga dapat berguna untuk mengetahui apa saja unsur-unsur yang membentuknya, mencari eluen untuk kromatografi kolom, analisis fraksi yang diperoleh dari kromatografi kolom, identifikasi senyawa secara kromatografi, dan isolasi senyawa murni skala kecil.  Pelarut yang dipilih untuk pengembang disesuaikan dengan sifat kelarutan senyawa yang dianalisis.  Bahan lapisan tipis seperti silika gel adalah senyawa yang tidak bereaksi dengan pereaksi – pereaksi yang lebih reaktif seperti asam sulfat.

Ø  STEROID

Isolasi Senyawa Steroid Dari Kulit Batang Tumbuhan Maja ( Aegle marmelos (L) Correa )

Serbuk kering kulit batang A. marmelos diekstraksi dengan cara maserasi dengan methanol, methanol merupakan pelarut polar yang dapat mengekstrak senyawa pada Serbuk kering kulit batang A. marmelos. Ekstrak methanol dipekatkan kemudian difraksinasi dengan menggunakan n-heksana dan masing-masing diuji steroid. Sifat pelarut n-heksana adalah pelarut non polar yang tidak berwarna dan mudah menguap dengan titik didih 69 ^oC. Ekstrak n-heksana merupakan fraksi yang positif steroid kemudian dipisahkan dengan cara kromatografi kolom menggunakan fase diam silica gel dan dielusi dengan isokratik menggunakan eluen n-hekasana – kloroform (70:30). Pelarut n-heksana bersifat polar sedangkan kloroform merupakan pelarut non polar, ekstrak n-heksana akan larut dalam pelarut n-heksana kemudian turun dari kolom dan terjadi pemisahan fraksi, dan semua fraksi dianalisis dengan kromatogarfi lapis tipis (KLT). Fraksi yang sama digabung berdasarkan pola noda yang sama  dan diuji steroid menghasilkan Kristal dan direkristalisasi dengan methanol pekat sampai diperoleh steroid yang murni. Methanol disini berfungsi untuk mengikat pengotor yang terdapat dalam Kristal sehingga diperoleh Kristal yang murni. Untuk hasil yang maksimal dilakukan lagi uji kemurnian dengan menggunakan kromatogarfi lapis tipis (KLT).

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

Jawaban : Titik tolak penentuan struktur suatu senyawa organic berdasarkan cahaya atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh senyawa tersebut. Biasanya sering disebut dengan spektroskopi. Jenis-jenis spektroskopi antara lain :

1.      Spektroskopi IR

2.      Spektroskopi UV/UV VIS

3.      Spektroskopi NMR

Prinsip kerja spektroskopi IR yaitu berdasarkan vibrasi molekul atau getaran ikatan atom. Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energy dalam molekul, dapat berupa eksitasi elektronik , vibrasi atau rotasi.

Setiap senyawa pada keadaan tertentu telah mempunyai tiga macam gerak, yaitu :

1. Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain.
2. Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan
3. Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya.

Prinsip kerja spektroskopi UV yaitu berdasarkan Absorpsi radiasi uv/nampak akan mengakibatkan terjadinya transisi elektronik transisi electron. Promosi elektron-elektron dari orbital dasar, berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi dengan energi yang lebih tinggi. Transisi ini memerlukan 40 – 300 kkal/mol. Energi yang terserap selanjutnya terbuang sebagai kalor, sebagai cahaya (nampak) atau tersalurkan dalam reaksi kimia (isomerisasi, reaksi radikal bebas) Panjang gelombang radiasi uv atau sinar nampak tergantung pada mudahnya promosi electron. Molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk promosi elektronnya akan menyerap pada panjang gelombang yang lebih pendek. Molekul yang memerlukan lebih sedikit energi untuk promosi elektronnya, akan menyerap pada panjang gelombang yang lebih panjang. Senyawa yang menyerap cahaya dalam daerah nampak (senyawa berwarna) mempunyai elektron yang lebih mudah dipromosikan (energi lebih rendah) daripada senyawa yang menyerap pada panjang gelombang uv yang lebih pendek.

Prinsip Kerja Spektroskopi NMR yaitu berdasarkan pada penyerapan energi oleh partikel yang sedang berputar di dalam medan magnet yang kuat. Energi yang dipakai dalam pengukuran dengan metode ini berada pada daerah gelombang radio 75-0,5 m atau pada frekuensi 4-600 MHz, yang bergantung pada jenis inti yang diukur.  Inti yang dapat diukur dengan NMR yaitu :

a. Bentuk bulat

b. Berputar

c. Bilangan kuantum spin = ½

Di dalam medan magnet, inti aktif NMR (misalnya 1H atau 13C) menyerap pada frekuensi karakteristik suatu isotop. Frekuensi resonansi, energi absorpsi dan intensitas sinyal berbanding lurus dengan kekuatan medan magnet.

Cara menentukan struktur kafein yaitu :

Dalam menginterpretasi suatu spektrum IR senyawa hasil isolasi/sintesis, fokus perhatian dipusatkan kepada gugus fungsional utama seperti karbonil (C=O), nitril (C-N) dan lain-lain.

Berikut panduan dalam menganalisis spektrum IR suatu senyawa organik:

1.      Perhatikan, apakah ada gugus karbonil (C=O) pada daerah 1820-1600 cm^-1 yang puncaknya tajam dan sangat karakteristik.

2.      Bila ada gugus karbonil, maka perhatikan kemungkinan gugus fungsional berikut, jika tidak ada maka dilanjutkan pada langkah 3.

·         Anhirida akan memunculkan serapan C=O kembar pada 1810 dan 1760 cm-1.

·         Aldehida akan memunculkan C-H aldehida intensitas lemah tajam pada 2850-2750 cm-1 baik yang simetri maupun anti-simetri