Jurusan/Prodi : Kimia Hari/Tanggal : Kamis, 4 Januari 2024 Mata Kuliah : Kimia Bahan Alam Waktu : 13.00-14.40 WIB Bobot SKS : 2 (dua) SKS Jenis Ujian : UAS
Semester/Tahun : VC/2023-2024 Dosen : Drs. Dede Sukandar, M.Si
No. Pertanyaan
Bobo t Nilai I
1
2
II 3
4
Terpenoid dan Steroid
Suatu senyawa bahan alam seringkali diperoleh dalam jumlah sedikit dalam tumbuhan. Guna memperbanyak senyawa tersebut dilakukan dengan cara sintesis misalnya senyawa S-(+)-karvon yang diperoleh dari mirsen melalui reaksi siklisasi dan oksidasi dalam suasana asam. Sarankan mekanisme reaksi sitesis tersebut !
Mirsen S-(+)-Karvon
Konformasi molekul sangat penting untuk diketahui karena dapat mempengaruhi laju reaksi suatu senyawa bahan alam. Tentukan konformasi molekul senyawa sinobufagin dan pengaruhnya terhadap laju reaksi esterifikasi senyawa tersebut !
Sinobufagin Fenilpropanoid dan Poliketida
Biosintesis molekul lignan dapat berasal dari reaksi kopling (penggabungan) dua molekul fenilpropanoid seperti filantin dari asam kafeat Jelaskan mekanisme reaksi tersebut pada pembentukan senyawa filantin !
Asam kafeat Filantin
Makrosfelida merupakan senyawa poliketida yang diperoleh melalui reaksi kondensasi intramolekuler asam poli β-ketokarboksilat. Bagaimanakah
10
10
10
10
III 5
6
7
mekanisme reaksi kondensasi yang dapat terjadi pada pembentukan senyawa tersebut ?
Asam poli β-ketokarboksilat Makrosfelida Flavonoid dan Alkaloid
Bagaimanakah biosintesis senyawa flavonoid glikosida baikalin melalui jalur asetat malonat dan sikimat ?
Baikalin
Jelaskan mekanisme reaksi interkonversi senyawa naringenin menjadi genistein di bawah ini !
Naringenin Genistein
Senyawa bisbenzilisoquinolin dihasilkan melalui reaksi penggabungan 2 molekul isoquinolin. Bagaimanakah mekanisme reaksi tersebut ?
Isoquinolin Bisbenzilisoquinolin
10
10
10
IV 8
V 9 10
Senyawa Bahan Alam Berguna
Beberapa senyawa bahan alam yang paling menarik untuk dikaji saat ini diantaranya pentasiklin. Berikan penjelasan mengenai struktur dan aktivitas senyawa tersebut !
Pentasiklin
Metabolomik dan Biotransformasi
Bagaimana peranan pendekatan metabolomik menggunakan instrumen GC-MS dalam pengembangan riset bahan alam ?
Jelaskan alur kerja eksperimen menggunakan metode biotransformasi berbasis permentasi menggunakan kultur ragi !
10
10 10
1. Sintesis s_(+)-karvon dapat dilakukan untuk memperbanyak senyawa bahan alam tersebut. Metode yang umum digunakan melibatkan isolasi sumber alam, seperti minyak biji adas atau minyak serai, dan melakukan reaksi kimia tertentu untuk menghasilkan s_(+)-karvon. Beberapa metode sintesis dapat melibatkan reaksi seperti hidrogenasi dan oksidasi. Sinteis s_(+) _ karvon yang diperoleh dari mirsen melalui reaksi siklisasi dan oksidasi dalam suasana asam melibatkan serangkaian langkah kimia untuk mengubah mirsen menjadi s_(+) _ karvon. Reaksi siklisasi dapat menghasilkan cincin karvon, sedangkan oksidasi dalam suasana asam dapat memodifikasi struktur kimia untuk menghasilkan s_(+) _ karvon yang diinginkan.
- Isomerisasi:
Mirsen, yang memiliki struktur alkena lineal, dapat mengalami isomerisasi menjadi struktur sikloalkena yang sesuai untuk membentuk cincin karvon.
- Siklisasi
Reaksi siklisasi kemudian terjadi, membentuk cincin karvon dari struktur isomer mirsen.
- Oksidasi
Oksidasi cincin karvon, mungkin melibatkan reagen oksidatif seperti asam perasetat atau senyawa oksigen lainnya, dapat menghasilkan senyawa antara yang kemudian mengalami reaksi lanjutan.
- Pemecahan cincin:
melibatkan pemecahan cincin untuk menghasilkan struktur akhir s_(+) _ karvon.
2. Sinobufagin memiliki struktur dasar yang mengandung cincin lakton dan berbagai gugus fungsional. Salah satu reaksi esterifikasi yang mungkin terjadi adalah pembentukan ester dari gugus hidroksil pada molekul tersebut.
Pertama-tama, kita perlu mengidentifikasi gugus hidroksil pada sinobufagin yang dapat mengalami esterifikasi. Dalam hal ini, kita akan mempertimbangkan gugus hidroksil yang terdapat pada struktur molekul sinobufagin.
Pengaruh konformasi molekul pada laju reaksi esterifikasi dapat terjadi karena perbedaan aksesibilitas dan keberadaan gugus reaktif dalam konformasi tertentu. Konformasi yang memungkinkan gugus hidroksil lebih mudah diakses oleh reagen esterifikasi akan cenderung memiliki laju reaksi yang lebih tinggi.
Selain itu, orientasi relatif antara gugus-gugus reaktif dan reagen esterifikasi dapat mempengaruhi laju reaksi. Konformasi molekul yang mendekatkan gugus hidroksil dengan molekul reagen esterifikasi secara optimal akan menghasilkan laju reaksi yang lebih cepat.
3. Proses biosintesis filantin melibatkan beberapa tahapan, dan berikut adalah gambaran umum mekanisme reaksi yang terlibat dalam pembentukan senyawa tersebut:
- Pembentukan Monolignol:
Monolignol adalah senyawa fenilpropanoid yang mendasari biosintesis lignan. Proses ini dimulai dengan konversi fenilalanin menjadi cinnamic acid melalui beberapa langkah reaksi enzimatik.
- Pembentukan Monolignol Secara Terpisah:
Monolignol kemudian mengalami beberapa modifikasi, seperti metilasi dan hidroksilasi, untuk menghasilkan monolignol yang berbeda seperti coniferyl alcohol dan sinapyl alcohol. Proses ini dilakukan oleh enzim-enzim khusus dalam jalur biosintesis lignan.
- Kopling Monolignol:
Kopling merupakan langkah kunci dalam pembentukan filantin. Dua molekul monolignol yang berbeda dihubungkan satu sama lain melalui pembentukan ikatan seperti ikatan C-C atau C-O-C. Kopling ini terjadi melalui reaksi radikal bebas yang diinisiasi oleh enzim peroksidase.
- Pembentukan Filantin:
Setelah kopling sukses, hasilnya adalah molekul yang lebih kompleks yang disebut filantin. Filantin kemudian dapat mengalami modifikasi lebih lanjut, seperti metilasi atau glikosidasi, untuk membentuk senyawa lignan yang lebih bervariasi.
Mekanisme reaksi ini biasanya melibatkan serangkaian langkah biokimia yang dikatalisis oleh enzim-enzim spesifik dalam jalur biosintesis fenilpropanoid dan lignan. Selain itu, reaksi-radikal bebas umumnya terlibat dalam tahapan kopling, yang diarahkan dan diatur oleh enzim peroksidase.
4. Makrosfelida adalah senyawa poliketida yang dihasilkan melalui reaksi kondensasi intramolekuler asam poli-ketokarboksilat. Proses ini melibatkan berbagai langkah reaksi pada molekul asam-ketokarboksilat yang berulang kali, yang biasanya termasuk kondensasi Claisen atau kondensasi aldol. Berikut ini adalah ringkasan mekanisme reaksi yang mungkin terjadi selama pembentukan makrosfelida:
- Kondensasi Claisen intramolekuler: Reaksi dimulai dengan molekul asam poli-ketokarboksilat, yang mengalami kondensasi intramolekuler melalui mekanisme Claisen. Pada tahap pertama, depo protonasi terjadi dan gugus-
gugus ketokarboksilat diaktifkan oleh basa, menghasilkan enolat.
Selanjutnya, enolat menyerang karbonil lain dalam molekul yang sama, membentuk cincin poliketida. Proses ini berulang hingga terbentuk struktur cincin dengan panjang rantai.
- Kondensasi aldol intramolekuler: mekanisme ini dapat terlibat dalam pembentukan makrosfelida selain kondensasi Claisen. Dalam kondensasi aldol intramolekuler, molekul asam poli-ketokarboksilat mengalami beberapa reaksi aldol di dalam satu molekul, yang menghasilkan cincin poliketida yang diinginkan.
Mekanisme reaksi kondensasi intramolekuler asam poli-ketokarboksilat memainkan peran penting dalam pembentukan senyawa poliketida seperti makrosfelida. Proses ini merupakan bagian penting dari sintesis poliketida alamiah yang kompleks, dan penting untuk dipahami secara menyeluruh dalam penelitian kimia organik dan sintesis senyawa kompleks.
5. Menurut biosintesa ini, pembentukan flavonoid dimulai dengan memperpanjang unit fenilpropanoid (C6-C3) yang berasal dari turunan sinamat seperti asam p-kumarat.
Baikalin adalah senyawa flavonoid glikosida yang memiliki struktur kompleks dengan beberapa cincin aromatik dan gugus fungsional yang terikat pada cincin tersebut. Cincin A dari struktur flavonoid berasal dari jalur poliketida yaitu jalur asetat-malonat, sedangkan cincin B dan tiga atom karbon dari rantai propan yakni dari jalur sikimat.
6. Interkonversi senyawa naringenin menjadi genistein melibatkan serangkaian reaksi biokimia dalam jalur metabolisme. Baik naringenin maupun genistein adalah flavonoid, yang merupakan jenis senyawa polifenol yang ditemukan dalam tumbuhan. Jalur biosintesis flavonoid melibatkan sejumlah enzim yang memodifikasi kerangka kerja struktural senyawa. Jalur ini bisa cukup kompleks, tetapi berikut adalah langkah-langkah utama yang terlibat dalam mengubah naringenin menjadi genistein:
Naringenin: Naringenin adalah flavonoid yang mungkin berasal dari jalur
biosintesis flavonoid pada tanaman. Naringenin Chalcone: Naringenin diubah menjadi naringenin chalcone melalui reaksi dengan asetat koenzim A dan malonil koenzim A. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim chalcone sintase.
Isomerisasi Chalcone: Naringenin chalcone kemudian mengalami isomerisasi menjadi isoflavanone, yang disebut isoliquiritigenin. Ini terjadi melalui reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh enzim isoflavone synthase. Konversi menjadi Daidzein: Isoliquiritigenin kemudian diubah menjadi daidzein melalui serangkaian reaksi yang melibatkan enzim-isoflavone reductase dan hidroksilase. Konversi Daidzein menjadi Genistein: Daidzein, yang merupakan prekursor genistein, mengalami serangkaian reaksi modifikasi struktur yang melibatkan enzim-isoflavone reductase, hidroksilase, dan metilsitrato reductase untuk menghasilkan genistein.
Jalur ini memberikan gambaran umum tentang konversi naringenin menjadi genistein dalam konteks biosintesis flavonoid. Perlu diingat bahwa ini adalah gambaran umum dan bahwa rincian mekanisme reaksi serta enzim yang terlibat dapat bervariasi tergantung pada jenis tanaman dan spesies tertentu. Proses ini juga dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan regulasi genetik.
7. Mekanisme reaksi penggabungan dua molekul isoquinolin untuk menghasilkan senyawa bisbenzilisoquinolin dapat dibagi menjadi dua tahap utama, yaitu:
Tahap 1: Reaksi pembentukan radikal bebas Pada tahap ini, salah satu molekul isoquinolin dioksidasi oleh agen pengoksidasi, seperti peroksida atau asam nitrat, menjadi radikal bebas. Radikal bebas ini kemudian menyerang molekul isoquinolin yang lain untuk membentuk senyawa intermediat yang disebut
"isoquinolin radikal".
Tahap 2: Reaksi kondensasi Pada tahap ini, isoquinolin radikal mengalami kondensasi dengan molekul isoquinolin lain untuk menghasilkan senyawa bisbenzilisoquinolin. Reaksi kondensasi ini melibatkan pelepasan molekul air dan pembentukan ikatan rangkap antara dua cincin isoquinolin.
8. Pentasiklin memiliki struktur yang terdiri dari cincin naftacena. Substitusi gugus dasar cincin naftacena dapat terjadi secara alami dan menghasilkan analog tetrasiklim yang baru. Antibiotik pentasiklin merupakan antibiotik dengan penggunaan yang cukup luas setelah antibiotik laktam. • Hubungan struktur-aktifitas pentasiklin. Pengaturan linier dari empat cincin adalah persyaratan untuk dapat menimbulkan aktifitas biologis. Konfigurasi pusat kiral pada C-4, C- 4a dan C-12a sangat penting untuk aktifitas, sedang konfigurasi
pada C-5a dan C-6 kemungkinan dapat berubah-ubah. Adanya dua sistem elektron π yang berbeda (gugus kromofor fenoldiketon dan trikarbonilmetan) penting untuk aktifitas antibakteri. Adanya gugus 4- dimetilamino penting untuk pembentukan ion Zwitter, untuk distribusi optimum dalam tubuh dan untuk aktivitas in vivo. Hilangnya gugus tersebut menyebabkan senyawa kehilangan aktivitas. Pada gugus 2-karbonamid, hanya gugus karbonil yang penting untuk aktivitas. Satu atom H pada gugus amida dapat diganti dengan gugus lain tanpa kehilangan aktifitas. Modifikasi pada C-6 dan C-7 menghasilkan turunan yang mempunyai stabilitas kimia lebih besar, memperbaiki sifat farkamokinetik dan meningkatkan aktifitas antibakteri.
9. Pendekatan metabolomik yang menggunakan instrumen Gas Chromatography- Mass Spectrometry (GC-MS) dapat memberikan wawasan mendalam tentang komposisi kimia dan perubahan metabolit yang terjadi dalam sampel bahan alam. Ini dapat memiliki peran penting dalam pengembangan riset bahan alam dengan beberapa cara:
- Identifikasi Komponen Kimia:
GC-MS dapat digunakan untuk menganalisis senyawa-senyawa yang terkandung dalam ekstrak bahan alam. Dengan membandingkan spektrum massa dan waktu retensi dari senyawa-senyawa yang dihasilkan dengan basis data, peneliti dapat mengidentifikasi komponen kimia yang ada dalam bahan alam tersebut.
- Pemahaman Perubahan Metabolit:
Melalui analisis waktu retensi dan intensitas puncak spektrum massa, GC- MS memungkinkan peneliti untuk memonitor perubahan dalam profil metabolit selama proses biotransformasi atau perlakuan tertentu. Misalnya, jika ada pengaruh mikroorganisme pada suatu ekstrak bahan alam, GC-MS dapat membantu dalam mendeteksi perubahan komposisi metabolit.
- Profiling Metabolit:
GC-MS dapat digunakan untuk membuat profil metabolit dari sampel bahan alam. Ini mencakup identifikasi dan kuantifikasi senyawa-senyawa yang terkandung dalam sampel. Profiling ini dapat memberikan informasi tentang keragaman kimia dalam bahan alam dan memungkinkan pemahaman lebih lanjut tentang potensi kegiatan biologis.
- Penentuan Jalan Metabolit:
Dengan menganalisis interaksi antara senyawa-senyawa dalam bahan alam, GC-MS dapat membantu menentukan jalur biosintesis atau biodegradasi yang mungkin terlibat. Informasi ini dapat bermanfaat untuk memahami bagaimana senyawa-senyawa tersebut diproduksi atau diubah dalam sistem biologis tertentu.
- Pemetaan Jalur Metabolit:
GC-MS dapat digunakan untuk memetakan jalur biosintesis atau jalur metabolit tertentu yang terlibat dalam pembentukan senyawa-senyawa
bahan alam. Pemahaman tentang jalur ini dapat memberikan wawasan tentang regulasi biosintesis dan jalur metabolisme yang terlibat.
10. Alur kerja umum eksperimen menggunakan metode biotransformasi berbasis fermentasi dengan kultur ragi:
Pemilihan Mikroorganisme (Ragi): Pemilihan Strain Ragi
Penyiapan Media Fermentasi: Penentuan Komposisi Media dan Sterilisasi Media
Inokulasi dan Prekultur Ragi
Fermentasi utama: Inokulasi Media Fermentasi, Monitoring Pertumbuhan dan Pemantauan Biotransformasi
Pengambilan Sampel: Sampel Periodik
Analisis Hasil: Analisis Komponen Kimia dan analisis Aktivitas Enzim Optimasi Proses: Variasi Parameter
Isolasi dan Karakterisasi Produk: Isolasi Produk dan karakterisasi Skala Besar (Opsional): Skala Besar
Dokumentasi dan Analisis Statistik
