PENGANTAR KIMIA BAHAN ALAM

-Sejak abad ke-17 telah dapat diisolasi senyawa dari sumber-sumber organik (tumbuhan, hewan, dan mikroarganisme)- Senyawa tersebut: morfin, as. Laktat, kuinin, kolesterol, mentol, pinisilin, dll- Ilmu kimia senyawa-senyawa organik yang berasal dari organisme (ilmu kimia bahan alam) merupakan bagian terpenting dari ilmu kimia organik. - Kimia Bahan Alam (Metabolit sekunder) adalah senyawa kimia hasil metabolisme sekunder.-Senyawa-snyawa tersebut meliputi: Terpenoid; Steroid; Flavonoid; Alkaloid.- Fungsi dari senyawa ini pada induknya secara pasti belum banyak diketahui, tetapi ada beberapa pendapat mengatakan bahwa senyawa ini diproduksi untuk mempertahankan dirinya dari persaingan hidup.

PENGANTAR KIMIA BAHAN ALAM

• Pada hakekatnya perkembangan kimia organik seiring dengan usaha pemisahan dan penyelidikan bahan alam.• Hal ini disebabkan struktur molekul senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh organisme mempunyi variasi yang sangat luas.• Sehingga dapat digunakan:1.Mendalami pengetahuan mengenai reaksi-reaksi kimia organik2.Menguji hipotesis dan penataan ulang molekul dan spektroskopi serapan elektron3.Sebagai tantangan dalam penetapan struktur molekul yang rumit 4.Mempelajari sintesis molekul secara in vitroKimia bahan alam juga mempelajari bagaimana terbentunya molekul organik secara in vivo oleh sel organisme

1. TERPENOID

• Minyak Atsiri- Sejak lama diketahui bahwa pada bunga, daun, buah, akar

tumbuhan mengandung senhyawa mudah menguap (disebut minyak atsiri). Contoh: minyak nilam, sereh, cengkeh, cendana, dan kayu putih.

- Minyak atsiri sangat mudah dipisahkan dari bahan-bahan lainnya yang terdapat pada tumbuhan (destilasi uap)

- Minyak atsiri bukan senyawa murni, tetapi campuran.- Sebagian besar komponen minyak atsiri adalah senyawa yang

mengandung karbon,hidrogen, dan oksigen.- Fraksi yang paling menguap hasil destilasi terfraksi umumnya

golongan monoterpen, dan fraksi yang mempunyai t.d. lebih tinggi biasanya golongan seskuiterpen.

TERPENOID

• Kelompok Terpenoid

• Sebagian besar terdiri atas jumlah lkarbon kelipatan 5• Terpenoid mempunyai kerangka yang dibagun oleh 2 atau lebih

unit C5 “isopren”• Diantara unit isopren yang satu dengan yang lainnya berkaitan

antara kepala dan ekor

Kelompok Terpenoid Jumlah Karbon Sumber

Monoterpen C10 Minyak atsiri

Seskuiterpen C15 Minyak atsiri

Diterpen C20 Resin pinus

Triterpen C30 Damar

Tetraterpen C40 Zat warna karoten

Politerpen C>40 Karet alam

SENYAWA TERPENOID

• Beberapa senyawa monoterpen tidak menikuti kaidah isopren. Contohnya: luvandulol, asam krisantemat, santolin trien, dan artemisia keton.

Beberapa contoh Terpenoid

Unit Isopren

Monoterpen

Isopren

Mirsen

Unit isopren

kepalaekor

Sitronelol Mentol

OH

alpha-Pinen

Beberapa contoh TerpenoidSeskuiterpen

Diterpen

OH

Farnesol

Bisabolen Eudesmol

OH

OH

Manool

COOH

Asam abiatetPiramadien

Beberapa contoh Terpenoid

Politerpen

Karet alam

Asal-usul Terpenoid

• Isoprenoid dalam organisme yang digunakan untuk mensintesis terpenoid ada dua bentuk yaitu “isopentenil pirofosfat” (IPP) dan “dimetilalil pirofosfat (DMAPP)

• IPP dan DMAPP berasal dari asam mevalonat• Sumber karbon dari asam mevalonat adalah asam asetat dan

turunannya yang aktif (asetil pirofosfat)

TAHAP PERTAMA BIOSINTESIS TERPENOID CH3-CO-COO- + NAD+ + CoA-SH + H2O

(Piruvat) Dehidrogenase piruvat CH3CO-S-CoA+HCO3

- + NADH + H+

(Asetil CoA) 2x CH3CO-S-CoA

Tiokinase CH3-CO-CH2-CO-SCoA

(Asetoasetil CoA) Asetil CoA Hidroksimetilglutaril CoA sintase

(3-Hidroksi-3-metilglutaril CoA, HMG CoA) HMG CoA reduktase sintase

(Asam mevalonat, MVA)

HOOC OHCO-S-CoA

HOOC OHCH2OH

TAHAP KEDUA BIOSINTESIS TERPENOID

Mevalonat kinase Mevalonat fosfat kinase

(Mevalonat terfosforilasi)

CO2 + H2O Mevalonat difosfat anhidrodekarboksilase

(Isopentenil difosfat, IPP) (Dimetilalil difosfat, DMAPP)

HOOC OHCH2OH

HOOC OHCH2O-POO-.O.POO-O-

CH2O-POO-.O.POO-O-CH2O-POO-.O.POO-O-

TAHAP KEDUA BIOSINTESIS TRPENOID

Ppi

IPP + DMAPP

Isoprenil transferase (Geranil difosfat) IPP Isoprenil transferase

(Fernesil difosfat)

2 X Fernesil difosfat H2PO3.HPO4

-+H+

(Preskualen difosfat)

CH2O-POO-.O.POO-O-

CH2O-POO-.O.POO-O-

CH2O-POO-.O.POO-O-H

H

Monoterpen

Seskuiterpen

2X

Triterpen

diterpen

Tetraterpen2X

BIosintesis Terpenoid

• Asam asetat setelh diaktifkan oleh Co-A melakukan kondensasi menghasilkan asam asetoasetat.

• Senyawa ini dengan asetil Co-A melakukan kondensasi menghasilkan asam mevalonat

• Reaksi selanjutnya adalah fosforilasi, eleminasi asam fosfat, dan dekarboksilasi menghasilkan IPP yang selanjutnya berisomerisasi menjadi DMAPP

• IPP bergabung dengan DMAPP secara kepala-ekor ini menghasilka GPP merupakan langkah pertama polimerisasi isopren untuk menghasilkan terpenoid Monoterpen

• Penggabungan selanjutnya anatara 1 unit IPP dengan GPP menghasilan FPP yang akan menghasilkan seskuiterpen dan triterpen

• Penggabungan 2 unit FPP menghasilakan preskualen difosfat yang akan menghasilkan diterpen dan tetraterpen

2. STEROID

• Sejak lama orang mengetahui bahwa batu empedu terdiri sebagian besar dari alkohol berwujud kristal putih yang disebut “kolesterol”

• Molekul kolesterol terdiri atas tiga lingkar enam yang tersusun seperti fenantren dan melebur dalam satu lingkar lima.

• Hidrokarbon yang demikian terdiri atas 17 karbon disebut: 1,2-siklopentanoperhidrofenantren.

HO

CH3

CH3

Kolesterol

2. STEROID• Kerangka karbon seperti ini banyak ditemukan dalam banyak senyawa bahan

alam yang disebut “steroid”

• Steroid dikelompokkan berdasarkan efek fisiologis yang diberikan yaitu: sterol, asam-asam empedu, hormon seks, hormon adrenokortikoid, aglikon kardiak, dan sapogenin.

• Ditinjau dari struktur molekul, perbedaan dari kelompok ini ditentukan oleh jenis konstituen R1, R2, R3 yang terikat pada kerangka dasar karbon.

• Sedangkan perbedaan senyawa dalam satu kelompok ditentukan oleh:1. Panjang karbon R12. Gugus fungsi yang terdapat pada R1, R2, R33. Jumlah dan posisi gugus fungsi O dan ikatan rangkap4. Konfigurasi dari pusat-pusat asimetri pada kerangka karbon itu

R3

R2R1

Kerangka dasar karbon steroid

1

2

3

45

67

89

10

11

12

13

15

16

17

14

1,2-siklopentanoperhidrofenantren

BEBERAPA CONTOH SENYAWA STEROID

Stigmasterol

CH3

CH3

HOHO

CH3

CH3

Kolesterol

Stigmasterol

CH3

CH3

HO

BEBERAPA CONTOH SENYAWA STEROID

Asam-asam Empedu

Hormon Seks

HO OH

CH3

H

CH3

OHCOOH

Asam kolat

HO

CH3

H

CH3

COOH

Asam litokolat

HO

CH3

Oestron

O CH3

C=O

O

CH3

Progestron

BEBERAPA CONTOH SENYAWA STEROID

Hormon Adrenokortikoid

Aglikon Kardiak

CH3

C=O

CH3

O

O OH

CH2OH

Kortison

HO

Strofantidin

OH

OH

OH

C

HO

CH3

HO

Strofantidin

OH

OH

O

O

C

HO

CH3

O

CH3

HO

C

HO C=O

CH2OH

Aldosteron

BEBERAPA CONTOH SENYAWA STEROID

Sapogenin

O

HO

CH3

CH3

O

H

CH3

Diosgenin

O

HO

CH3

CH3

O

CH3

H

Sarsapogenin

H

Asal-usaul Steroid

• Steroid yang terdapat di alam berasal dari Triterpen• Steroid pada jaringan hewan berasal dari Triterpen lanosterol• Steroid pada jaringan tumbuhan berasal dari Triterpen

sikloartenol

ASAL-USUL STEROID

- Tahap pertama pada biosintesis sterol diawali oleh piruvat sampai menghasilkan senyawa antara yaitu asam mevalonat.

- Dengan adanya nikotinamid adenin dinukleotida, (NAD+) dan katalis dehidrogenase piruvat, maka piruvat berubah menjadi asetil koenzim A (asetil CoA).

- Dua molekul asetil CoA dengan katalis tiokinase membentuk asetoasetil CoA yang selanjutnya menjadi 3-hidroksi-3-metilglutaril CoA (HMG CoA) dengan katalis hidroksimetilglutaril CoA sintase.

- HMG CoA dengan katalis HMG CoA reduktase diubah menjadi asam mevalonat (MVA)

TAHAP PERTAMA BIOSINTESIS STEROL CH3-CO-COO- + NAD+ + CoA-SH + H2O

(Piruvat) Dehidrogenase piruvat CH3CO-S-CoA+HCO3

- + NADH + H+

(Asetil CoA) 2x CH3CO-S-CoA

Tiokinase CH3-CO-CH2-CO-SCoA

(Asetoasetil CoA) Asetil CoA Hidroksimetilglutaril CoA sintase

(3-Hidroksi-3-metilglutaril CoA, HMG CoA) HMG CoA reduktase sintase

(Asam mevalonat, MVA)

HOOC OHCO-S-CoA

HOOC OHCH2OH

TAHAP KEDUA BIOSINTESIS STEROL

- Tahapan reaksi biosintesis selanjutnya adalah pengikatan dua gugus fosfat oleh mevalonat sehingga terbentuk mevalonat terfosforilasi.

- Mevalonat terfosforilasi yang terbentuk ini, kemudian kehilangan gugus karbon dioksida dan satu molekul air, menghasilkan isopentenil difosfat (IPP) yang beresonansi dengan dimetilalil difosfat (DMAPP).

- Kemudian molekul IPP dan DMAPP bergabung membentuk geranil difosfat yang dilanjutkan dengan pembentukan farnesil difosfat.

- Dua melekul farnesil difosfat membentuk preskualen difosfat.- Dengan melibatkan NADPH, preskualen difosfat membentuk

skualen, yang dilanjutkan dengan pembentukan skualen-2,3-oksida

TAHAP KEDUA BIOSINTESIS STEROL

Mevalonat kinase Mevalonat fosfat kinase

(Mevalonat terfosforilasi)

CO2 + H2O Mevalonat difosfat anhidrodekarboksilase

(Isopentenil difosfat, IPP) (Dimetilalil difosfat, DMAPP)

HOOC OHCH2OH

HOOC OHCH2O-POO-.O.POO-O-

CH2O-POO-.O.POO-O-CH2O-POO-.O.POO-O-

TAHAP KEDUA BIOSINTESIS STEROL Ppi

IPP + DMAPP

Isoprenil transferase (Geranil difosfat) IPP Isoprenil transferase

(Fernesil difosfat)

2 X Fernesil difosfat H2PO3.HPO4

-+H+

(Preskualen difosfat)

CH2O-POO-.O.POO-O-

CH2O-POO-.O.POO-O-

CH2O-POO-.O.POO-O-H

H

TAHAP KEDUA BIOSINTESIS STEROLUUUUU

(Preskualen difosfat) NADPH NADP+ + H2PO3.HPO4

-

Epoksidase

O2, NADPH, FAD

Skualen

Skualen-2,3-oksida

CH2O-POO-.O.POO-O-H

H

O

TAHAP KETIGA BIOSINTESIS STROL- Tahap terakhir dari biosintesis sterol dalam fungi dan hewan adalah siklisasi

skualen-2,3-oksida membentuk lanosterol yang dikatalisis oleh 2,3 oksidoskualen-lanosterol siklase.

- Selanjutnya dari lanosterol akan terbentuk kolesterol melalui pelepasan tiga gugus metil.

- Sementara itu pada organisme yang melakukan fotosintesis, siklisasi skualen-2,3-oksida akan membentuk sikloartenol yang selanjutnya membentuk fitosterol

TAHAP KETIGA BIOSINTESIS STROL

L

Skualen-2,3-oksida

(Ion karbonium protoskualen)

2,3-Oksidoskualen-lanosterol siklase

(Lanosterol) (Sikloartenol)

Kolesterol Fitosterol

O

HO

H

HH

HOHO

TATA NAMA STEROIDBerdasarkan struktur umum di atas, jenis HK induk steroid adalah:

HK induk lain dari steroid adalah:

Estran (C18) Kardanolida (C23) Spirostan (C27)

Nama Jumlah C Jenis Rantai Samping, R

Androsan C19 - H

Pregnan C21 - CH2CH3

Kolan C24 - CH(CH3) (CH2)2CH3

Kolestan C27 - CH(CH3) (CH2)2CH(CH3)2

Ergostan C28 - CH(CH3) CH2)2(CH(CH3)CH(CH3)2

Stimastan C29 - CH(CH3) (CH2)2(CH(C2H5)CH(CH3)2

CH3

CH3

H

H H

HCH3

CH3

H

H H

H

OO

20

21 22

23

H

HH

H

CH3

CH3

O

O

20

21

2223

24

2526

27

3.FLAVONOID

• Flavonoid adalah suatu kelompok senyawa fenol yang tersebar di alam.

• Senyawa ini merupakan zat warna pada tumbuhan• Flavonoid mempunyai kerangka dasar karbon yang terdiri atas

15 atom karbon, yang mana 2 cincin benzen (C6) terikat pada atu rantai propan (C3) sehingga membentuk suatu susunan C6-C3-C6.

• Susunan ini dapat menghasilkan tia jenis struktur yaitu: 1,3-diarilpropan atau flavonoid; 1,2-diarilpropan atau isoflavonoid; dan 1,1-diarilpropan atau neoflavonoid

C

C

C

A

B

1

2

3

Flavonoid

C

C

C

A

1

Isoflavonoid

3

2 C

C

C

A

Neoflavonoid

3

2

1

FLAVONOID

• Istilah “flavonoid” yang diberikan untu senyawa-senyawa fenol ini berasal dari kata “flavon” yaitu nama dari salah satu jenis flavonoid yang terbesar dan lazim ditemukan.

• Senyawa flavon ini mempunyai kerangka 2-fenilkroman, yang mana posisi orto dari cincin A dan atom karbon yang terikat pada cincin B dari 1,3-diarilpropan dihubungkan oleh jembatan oksigen, sehingga membentuk suatu cincin heterosiklik yang baru (cincin C)

• Senyawa-senyawa flavonoid terdiri atas beberapa jenis, tergantung pada tingkat oksidasi dari rantai propan dari sistem 1,3-diarilpropan.

• Dalam hal ini “flavan” mempunyai tingkat oksidasi yang terendah, sehingga senyawa ini dianggap sebagi senyawa induk dalam tatanama senyawa-senyawa turunan flavon.

FLAVONOID

A

C

C

C

O1

2

3

4

B

C

2-Fenilkroman

A

C

C

OB

C

Flavon

O

A

OB

C

Flavan

JENIS DAN STRUKTUR DASAR FLAVONOID

Dihidrocalkon

Calkon

O

A

OB

C

Flavan

Katecin (Flavan-3-ol)

O

OH

Leukoantosianidin (Flavan-3,4-diol)

O

OH

OH

O

O

Flavanon

JENIS DAN STRUKTUR DASAR FLAVONOID

A

C

C

OB

C

Flavon

O

O

O

Flavonol

OH

O

Garam flavilium

+O

Antosianidin

+

OH

Auron

O

O

CH

O

O

OH

Flavanonol (dihidroflavonol

ASAL-USUL FLAVONOID

• Tahap pertama biosintesis flavonoid suatu unit C6-C3 berkombinasi dengan tiga unit C2 menghasilkan unit C6-C3-(C2+C2+C2).

• Kerangka C15 yang dihasilkan dari kombinasi ini telah mengandung gugus-gugus fungsi oksigen pada posisi-posisi yang diperlukan.

• Adapun cincin A dari struktur flavonoid berasal dari jalur poliketida, yakni kondensasi dari 3 unit asetat atau mevalonat.

• Cincin B dan 3 atom karbon rantai propan besasal dari jalur fenilpropanoid (jalur shimimat).

• Dengan demikian kerangka dasar karbon flavonoid dihasilkan dari kombinasi antara jalur shikimat dan jalur asetat-mevalonat.

• Sebagai akibat dari berbagai perubahan oleh enzim, ke 3 atom karbon rantai propan dapat menghasilkan berbagai gugus fungsi, seperti ikatan rangkap, hidroksil, karbonil dan sebagainya.

Pokok-pokok Biosintesis Flavonoid

CHO

O

C

O

CoA-S

O O O

HO

O

HO OH

OOH

Calkon

HO

OOH

Flavanon

O

4. ALKALOID• Alkaloid adalah suatu golongan senyawa organik yang paling

banyak terdapat dalam tumbuhan.• Semua alkaloid mengandung paling sedikit sebuah atom

Nitrogen yang biasanya bersifat basa, dan biasanya merupakan bagian dari cincin heterosiklik.

• Ada beberapa senyawa heterosiklik mengandung N di alam yang bukan golongan alkaloid, misalnya: senyawa-senyawa pirimidin, pteridin, dan asam nukleat.

• Hampir semua senyawa alkaloid yang ditemukan mempunyai keaktivan fisiologis tertentu, misalnya bersifat racun atau sebagai bahan obat.

• Alkaloid banyak ditemukan dalam berbagai bagian tumbuhan sepeti biji, daun, kulit batang.

• Kadar alkaloid dalam tumbuhan bervariasi antara kurang dari 1% sampai 15%

KLASIFIKASI ALKALOID- Alkaloid seperti golongan senyawa kimia bahan alam lainnya tidak

mempunyai nama sistematik, tatpi digunakan nama trivial dengan akhiran “in”

- Mempunyai jenis struktur yang banyak jenisnya.- Oleh karena, itu klasifiksi alkaloid berdasarkan strukturnya sukar dilakukan.- Klasifikasi berdasarkan pada jenis cincin heterosiklik nitrogennya, dapat

dibedakan atas beberapa jenis yaitu:

- Klasifikasi berdasarkan pada jenis tumbuhan dimana alkaloid tersebut ditemukan sangat lemah, karena suatu alkaloid dapat berada pada beberapa jenis tumbuhan yang berbeda.

NH

Pirolidin

NH

Piperidin

N

Kuinolin

N

Isokuinolin Indol

HN

KLASIFIKASI ALKALOID• Klasifikasi alkaloid berdasarkan asal-usul biosintesisnya merupakan perluasan

dari klasifikasi berdasarkan jenis cincin heterosikliknya.• Bersasarkan klasifikasi ini, maka alkaloid dapat diklasifikasi menjadi:

1. Alkaloid Alisiklik

NH2

CH

COOH

NH2

Ornitin

N

O

CH3

Higrin

N

CH2OH

HO

Retronesin

NH2

CH

COOH

NH2

Lisin

NH

O

Isopeletierin

NH O

Pseudopeletierin

N-CH3 OCOC-C6H5

CH2OH

Hiosiamin

N

CH2OH

Lupinin

KLASIFIKASI ALKALOID2. Alkaloid Fenilalanin

R1 R2H H = FenilalaninH OH = TirosinOH OH = 3,4-dihidroksi fenilalanin

NH2

CH

R1

R2

COOH

N-CH3

OH3C

OH3C

OCH3

OCH3Laudanosin

N+ OH-

O

O

OCH3

OCH3

Berberin

N(CH3)2HO

Hordenin

N(CH3)2H3CO

H3CO

OCH3

Mezkalin

KLASIFIKASI ALKALOIDAlkaloid Fenillanin

N-CH3

H3CO

H3CO

H3CO

H3CO

Koridin

O

NCH3

HO

Morfin

KLASIFIKASI ALKALOID

3. Alkaloid Indol

NH

CH

NH2

COOH

Triptofan

NH

NH2

Serotonin

HO

NH

N(CH3)2

OPO3H2

Philosibin

N

NH

CH3HO2C

Asam lisergatN

N

HO

H

OH3C

Kuinin

N

N

OO

Striknin