Role of phenolic in Plants

Role of phenolic in Plants

• Nearly 10,000 individual compunds • Large chemical diversity

• Defense compounds against herbivores and pathogens (tannins, isoflavanoids)

• Mechanical support (lignin)

• Attract pollinators and fruits dispersers (anthocyanins) • Absorb harmful UV radiation (flavonoids)

Definisi

• Senyawa organik aromatis dengan substituen gugus hidroksi • Terbagi ke dalam 2 kelompok :

• Fenol sederhana, misal : asam galat

• Polifenol : senyawa yg memiliki cincin benzen lebih dari satu yg mengikat gugus hidroksi, misal : kurkumin dan flavonoid

Sifat kimia

• Reaktif secara kimiawi • Relatif asam

• Larut dalam larutan Natrium Karbonat

• Memiliki ikatan hidrogen, baik inter (pembentukan tanin) maupun intramolekuler (mis.kuersetin)

• Dapat membentuk khelat dengan logam • Mudah teroksidasi oleh enzim phenolase

Sifat Fisik

• Aroma dan rasa Teh : 30% polifenol

• Rasa biter bir : floroglucinol (humolon)

• Warna merah minuman (bir) : anthosian (malvin)

Polyphenols in processed foods

• Polyphenols are unstable species that undergo numerous reactions in the course of food processing and storage

• Enzymatic oxidation, esterases, glycosidases, and decarboxylases may catalyze transformations and degradations of polyphenolic

• Resulted in ‘browning’  detrimental to quality (fresh fruits or juice), but desirable for some products (eg. Tea, coffee, cocoa)

Isolasi senyawa fenolik

• Beberapa hal yg perlu diperhatikan :

• Senyawa fenolik cenderung untuk berpolimerisasi dalam proses yg melibatkan pemanasan

• Bentuk glikosida tidak tahan terhadap pengaruh pengasaman dan pemanasan • Cenderung untuk membentuk ikatan yg kuat dengan gugus silanol dari fase

diam silika

Flavonoid

• Senyawa polifenol tersusun atas 2 inti benzen yg dihubungkan oleh 3 atom karbon yg dapat membentuk cincin ketiga sehingga tersusun kerangka dasar C₆-C₃-C₆

• Merupakan senyawa-senyawa hasil metabolisme gabungan dari jalur sikimat-fenilpropan dan poliketida

Keberadaan flavonoid pada tumbuhan

• Flavonoid polimetoksi terdapat pada Pteridophyta (paku-pakuan) • Flavonoid jarang terdapat pada bakteri, jamur, ganggang, dan lumut • Flavonoid banyak terdapat pada suku Rutaceae, leguminosae,

apiaceae, anacardiaceae, euphorbiaceae, asteraceae, poligonaceae • Pada tumbuhan, flavonoid tersebar pada berbagai organ

• Pada tk.seluler, flavonoid terdistribusi di sitoplasma (vakuola) atau pada dinding sel dan kloroplas

• Molekul flavonoid terbentuk dari satu molekul 4-kumaroil-CoA

dari jalur sikimat dan 3 molekul malonil-CoA dari jalur asetat

• Istilah flavonoid berasal dari kata flavon yg merupakan salah satu jenis

flavonoid yg terbanyak dan lazim ditemukan (selain flavonol, antosianidin) • Flavon mempunyai kerangka 2-fenilkroman

• Berdasarkan cincin non benzeniknya, flavonoid diklasifikasikan menjadi : O Piran Piron O Pirilium O O

Klasifikasi Flavonoid

Substitusi Flavonoid

• Bentuk aglikon : hanya sebagian kecil terdapat di alam, umumnya termetilasi atau teresterifikasi, bersifat lipofilik sebagai produk di

kelenjar trichoma epidermal. Jika tingkat metilasi tinggi akan bersifat toksik

• Bentuk glikosida :

• O-glikosida umumnya pada posisi 3 dan 7 • C-glikosida umumnya posisi 6 dan 8

• Subsitusi pada flavonoid :

• Ring B : terutama 4’ selalu ada OH, posisi 3’ dan 5’ opsional tersubstitusi OH (merupakan posisi substitusi lanjutan, metilasi, esterifikasi)

• Ring A : OH pada posisi 5 dan 7 yg selanjutnya dapat mengalami substitusi metil atau glikosida (O-glikosida). Posisi 6 dan 8 dapat mengalami substitusi gula (C-glikosida)

• Ring C : posisi 3 merupakan posisi yg sering mengalami substitusi baik metil, ester, maupun gula

Kelarutan

• Flavonoid polimetoksi

• Larut dalam heksan, PE, kloroform, Eter, Etil asetat, etanol • Tidak larut dalam air

• Aglikon flavonoid polihidroksi

• Tidak larut dalam kloroform, PE, heksan, dan air dingin • Larut dalam eter, etil asetat, dan etanol

• Sedikit larut dalam air panas

• Glikosida flavonoid

• Tidak larut dalam heksan, PE, kloroform, dan eter • Sedikit larut dalam etil asetat, dan etanol

Ekstraksi : Pemilihan pelarut

• Flavonoid (terutama glikosida) mudah mengalami degradasi enzimatik ketika dikoleksi dalam btk segar. Oleh karena itu disarankan koleksi yg dikeringkan atau dibekukan

• Ekstraksi menggunakan solven yg sesuai dg tipe flavonoid yg

dikehendaki. Polaritas mjd pertimbangan utama. Flavonoid kurang polar (seperti isoflavon, flavanon, flavon termetilasi, dan flavonol) terekstraksi dg kloroform, diklormetan, dietileter, atau etilasetat.

Sedangkan glikosida flavonoid dan aglikon yg lebih polar terekstraksi dg alkohol atau campuran alkohol-air. Glikosida meningkatkan

Ekstraksi

dan

Isolasi

Simplisia PE Fraksi PE

Aglikon flavonoid polimetoksi

Ampas

Kloroform dan asam tartrat Fraksi EtOAc

Aglikon flavonoid polihidroksi

Fraksi etanol

Flavonoid mono-dan diglikosida

Etil asetat

Ampas

Etanol

Ampas

Fraksi air

Flavonoid poliglikosida, tanin

Air panas

Sifat Kimia

• Flavonoid cenderung bersifat asam

• Penambahan basa akan memperpanjang ik.rangkap terkonjugasi karena resonansi

• Gugus ortohidroksi dan hidroksi karbonil dapat membentuk khelat dengan logam

• Gugus gula pada flavonoid dapat terhidrolisis dalam suasana asam dan pemanasan

Deteksi Flavonoid dengan KLT

• Fase diam : Silika gel, selulosa • Fase gerak :

• Alkoholik = Butanol:As.Asetat:Air (BAW) • Berair = asam asetat 15%

• Penambahan gugus hidroksi akan menurunkan harga Rf pada kedua fase gerak

• Penambahan gugus metoksi akan menaikkan harga Rf pada kedua fase gerak

• Glikosilasi akan menurunkan harga Rf pada fase gerak alkoholik, tetapi menaikkan harga Rf pada fase gerak berair

Fluoresensi Flavonoid pada UV366nm

1. Flavon dg 5-OH bebas berfluoresensi ungu gelap 2. Flavon tanpa 5-OH bebas berfluoresensi biru

3. Flavon dengan 5-OH tersubstitusi berfluoresensi biru 4. Flavonol dg 5-OH bebas berfluoresensi kuning

5. Flavonol tanpa 5-OH bebas berfluoresensi hijau-kuning

6. Flavonol dg 5-OH bebas, 3-OH tersubstitusi berfluoresensi ungu gelap 7. Flavonol tanpa 5-OH bebas dan 3-OH tersubstitusi berfluoresensi biru 8. Flavonol dg 5-OH dan 3-OH tersubstitusi berfluoresensi biru

Peran flavonoid

• Bagi tumbuhan

• Untuk menarik serangga yg membantu proses penyerbukan

• Untuk menarik perhatian binatang yang membantu penyebaran biji

• Diduga flavon bekerja seperti auksin dalam menstimulasi perkecambahan biji gandum

• Bagi manusia

• Dosis kecil, flavon bekerja sebagai stimulan pada jantung, hesperidin mempengaruhi pembuluh darah kapiler

Transformasi flavon-chalkon (Pembukaan cincin C)

• Glikosida flavanon Neohesperidin dari jeruk pahit (Citrus aurantium) dan naringin dari kulit grapefruit (Citrus paradisi) adalah senyawa yg berasa pahit. Konversi dari flavanon menjadi derivat dihidrokhalkonnya dengan hidrogenasi dalam suasana basa menambah rasa secara drastis menjadi

manis, 300-1000kali manisnya sukrosa. Sehingga dikembangkan lebih lanjut menjadi pemanis buatan

Warna antosian

• Beberapa faktor yg berpengaruh : pH, sifat alami aglikon, panjang glikosilasi, kompleksasi dengan logam, keberadaan pektin dan gula, serta kompleks (pada posisi 4) dengan tanin dan fenolik lainnya

Koumestrol

Distribusi dan aktivitas biologis koumestan

• Kumestan yg memiliki struktur mirip kumarin merupakan derivat dari isoflavon. Tidak terdapat aktivitas yg menyerupai kumarin, tetapi ada aktivitas spt isoflavon

• Kebanyakan dari struktur ini terdapat dari famili fabaceae

• Kumestrol dari Medicago sativa dan Trifolia repens mempunyai sifat estrogenik lebih kuat dari isoflavon sederhana. Tiga puluh kali lebih kuat daripada genistein atau formononetin

Flavo-lignan :

adisi fenilpropan

ke molekul

Silibin

• Silibin berasal dari Silybum marianum (Compositae), biji dari tumbuhan ini berisi senyawa-senyawa flavolignan : silychristin,

silydianin, dan isosilybin. Secara kolektif senyawa-senyawa tsb disebut silymarin, digunakan scr tradisional di eropa utk pengobatan penyakit liver. Aktif pada membran sel menghambat absorbsi racun dan juga karena sifat alami dari fenolik dapat beraksi sbg antioksidan dan

Neoflavonoid

• Neoflavonoid mempunyai struktur umum dan sifat2 flavonoid. Diperkirakan terbentuk dg cara seperti yg dialami isoflavon

• Mempunyai kemampuan menghalangi dekomposisi dari kayu terutama dari genus Dalbergia

• Tanin : suatu substansi amorf yang berwarna kuning pucat hingga coklat kemerahan yang terdistribusi luas pada tumbuhan dan

digunakan dalam penyamakan kulit, pewarnaan, dan pembuatan tinta • Dalam air bersifat asam dan memiliki rasa khelat/sepat

• Tanin berkontribusi pada rasa sepat, warna, dan rasa pada teh

• Dalam skala industri, tanin digunakan untuk menjernihkan wine dan bir

• Mayoritas tanin ditemukan dalam vakuola atau kutikula pada sel tumbuhan

Definisi

• Tanin adalah senyawa fenolik larut air dengan BM 500-3000, dapat mempresipitasi alkaloid, gelatin, dan protein lainnya

• Definisi yang lebih umum dari tanin adalah senyawa fenolik alam yang dapat mempresipitasi protein dari larutan berairnya

Klasifikasi tanin

• True tanin : memiliki BM 1000-5000

• Pseudo-tanin : senyawa-senyawa fenolik yang memiliki BM

rendah, seperti asam galat,

katekin, flavan-3,4-diol dan asam klorogenat

Klasifikasi tanin

• Pada tumbuhan tinggi, tanin diklasifikasikan ke dalam 2 kelompok, yang dibedakan berdasarkan struktur dan asal biogeniknya, yaitu tanin terhidrolisis dan tanin terkondensasi

• Tanin terhidrolisis diklasifikasikan lagi menjadi :

• Ellagitanin • Gallotanin

Tanin terhidrolisis

• Tanin terhidrolisis dapat dihidrolisis oleh asam lemah atau basa lemah menghasilkan karbohidrat dan asam fenolat

• Contoh gallotanin adalah ester asam galat dengan glukosa pada asam tanat (banyak ditemukan pada daun dan korteks beberapa

tumbuhan)

• Gallotanin banyak terdapat pada tanaman cengkeh, kelopak bunga mawar merah

• Ellagitanin banyak ditemukan pada buah delima, korteks delima, dan daun kayu putih

Gallotanin

• Gallotanin adalah tanin terhidrolisis yang paling sederhana, mengandung polifenol dan residu poliol

• Poliol adalah alkohol dengan multipel gugus hidroksi

• Kebanyakan gallotanin diisolasi dari tanaman mengandung

Ellagitanin

• Ellagitanin merupakan kelompok terbesar dari tanin

• Ellagitanin dibentuk dari beberapa molekul gallotanin melalui kopling oksidatif, minimal terdiri dari gabungan 2 unit gallotanin

Tanin kompleks

• Struktur tanin kompleks terdiri dari sebuah unit gallotanin atau unit

ellagitanin, dan sebuah unit katekin • Contoh : Acutissimin A, merupakan

Tanin terkondensasi

• Merupakan polimer dari 2 sampai 50 (atau lebih) unit-unit flavonoid yang tergabung dalam ikatan karbon-karbon, yang tidak rentan

diputus oleh reaksi hidrolisis

• Semua tanin terhidrolisis dan kebanyakan tanin terkondensasi adalah larut air, beberapa tanin terkondensasi dengan BM sangat besar tidak larut air

• Tanin terkondensasi tidak dapat dihidrolisis menjadi molekul yg lebih sederhana dan tidak mengandung unit gula (tidak seperti tanin

terhidrolisis)

• Tanin terkondensasi ditambah FeCl₃ terjadi perubahan warna menjadi hijau, seperti katekol

Sumber tanin terkondensasi

• Korteks : kayu manis, kina, willow, wild cherry, akasia • Bunga : limau

• Biji : coklat

• Buah : cranberries, anggur

• Daun : teh (khususnya teh hijau)

Sifat-sifat

• Larut air, basa encer, alkohol, gliserol, dan aseton • Sedikit larut dalam pelarut organik

• Terpresipitasi dalam logam berat, alkaloid, dan gelatin

• Jika larutan FeCl₃ ditambahkan pada ekstrak air daun yang

mengandung tanin, akan terjadi perubahan warna biru kemudian orange-hijau sebanyak FeCl₃ yg ditambahkan

• Asam galat bebas memberikan warna orange dengan penambahan KIO₃

Tanin terhidrolisis atau terkondensasi?

• Penambahan FeCl₃, gallotanin dan elagitanin akan membentuk endapan biru kehitaman. Tanin terkondensasi akan membentuk endapan hijau kecoklatan

• Tanin terkondensasi akan terjadi perubahan warna menjadi merah dengan vanilin dan HCl

• Gallotanin akan membentuk warna pink dengan kalium iodat

• Ellagitanin akan mengalami perubahan warna dengan penambahan asam nitrit dalam asam asetat. Reaksi warna : pink  ungu  biru

Ekstraksi tanin

• Tanin terekstraksi menggunakan air dan aseton

• Hasil optimal dapat diperoleh dari jaringan segar atau freeze-dried

tissues

• Pada jaringan kering tanin akan berkombinasi dengan polimer lainnya secara irreversible

• Ekstrak aseton selanjutnya di-delipidasi dengan n-heksan • Fraksinasi etil asetat pada ekstrak air dapat memisahkan

proantosianidin dimer dan gallotanin

Efek farmakologi tanin

• Aktivitas terapeutik dihasilkan dari sifat astrigensinya

• Herbal yg mengandung tanin dapat mengendapkan protein

• Penggunaan topikal : melapisi jaringan eksternal yg memiliki sifat

waterproof : melindungi lapisan dibawahnya, misal pada kulit atau mukosa • Efek vasokonstriktor pada pembuluh darah superfisial

• Mengurangi kehilangan cairan  meningkatkan regenerasi jaringan pada luka luar terbuka dan luka bakar

• Antidiare

• Efek antiseptik (antibakteri/antifungi)  digunakan untuk diare infektif dan dermatitis

• Antioksidan, antidot (thd logam berat), astringen utk menghentikan pendarahan dan hemorroid

Tannins can reduce nutritional values of tissues by

binding to proteins, making them less digestible

Tugas

• Cari 10 contoh senyawa golongan flavonoid, klasifikasikan ke dalam golongan apa sesuai strukturnya, sumber tanaman, dan efek

farmakologinya

• Cari 10 contoh senyawa golongan tanin, klasifikasikan ke dalam golongan apa sesuai strukturnya, sumber tanaman, dan efek farmakologinya