KIMIA ORGANIK: Stereokimia Persenyawaan Kimia Organik Lanjut

Stereokimia Persenyawaan Kimia Organik Lanjut

Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak bisa terlepas dari yang namanya senyawa organik, karena ia merupakan bagian penyusun sistem kehidupan. Pada kesempatan ini saya akan menulis tentang stereokimia-stereoisomer. Stereokimia sering disebut kimia ruang, stereokimia dapat didefinisikan sebagai suatu teori yang mengkaji  molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi dan bagaimana pengaruh bentuk ketiga dimensi tersebut terhadap sifat fisik dan kimia suatu senyawa.

Senyawa organik identik dengan unsur karbon didalam strukturnya. Perbedaan struktur tiga dimensi pada berbagai senyawa organik menyebabkan ia membentuk isomer. Isomer merupakan molekul yang mempunyai rumus yang sama namun susunan ruang tiga dimensinya berbeda.  Dalam stereoisomer, atom yang mempunyai isomer akan terletak dalam posisi yang sejajar, yang membedakannya hanya pengaturan ruangnya saja. Terdapat 2 jenis stereoisomer yaitu isomer optikal dan isomer geometrik.

1.      Isomer optikal

Isomer ini mengalami efek yang terjadi pada polarisasi sinar. Materi sederhana yang menghasilkan isomer optikal disebut dengan enansiomer.

2.      Isomer geometrik

Isomer geometrik dibagi menjadi 2 jenis, yaitu isomer geometrik alifatik dan isomer geometrik siklik

a.       Isomer geometrik alifatik

Isomer ini terjadi karena adanya tabrakan dalam molekul, contohnya adalah aturan isomer cis dan trans. Selain aturan cis dan trans, untuk penulisan sistem tata nama isomer ini memiliki aturan E (entgegen) untuk posisi berlawanan dan Z (zussamen) untuk posisi bersebelahan atau sama. Pada substituen yang lebih dari dua, aturan ini dibuat agar memudahkan penomoran.

b.      Isomer geometri siklik

Isomer geometri siklik dapat kita amati pada senyawa sikloalkana yang mempunyai beberapa sifat kimia yang mirip dengan alkana siklik. Sikloalkana mempunyai ikatan sigma yang kurang fleksibel, sehingga ketika berputar ia akan merusak cincin. Isomer sikloalkana dibuat berdasarkan letak substituennya.  

Stereokimia bentuk siklik dari gula dapat digambarkan dengan proyeksi Hawort yang merupakan salah satu cara yang tepat untuk menggambarkan kedudukan gugus hidroksil didalam ruang. Contohnya gula D-glukopiranosa dan D-fruktofuranosa mempunyai 2 kemungkinan isomer. Pada D-glukopiranosa, gugus hidroksil pada karbon-1 yang berasal dari aldehida dapat berada diatas (beta ) atau dibawah (alfa) bidang cincin piranosa.

Permasalahan:

1.      Bagaimana efek polarisasi sinar pada isomer optikal?

2.      Bagaimana aturan dalam membuat tata nama pada isomer geometrik alifatik?

3.      Mengapa isomer sikloalkana dibuat berdasarkan letak substituennya?

KOBA: Biosintesis Metabolit Primer dan Sekunder

BIOSINTESIS METABOLIT PRIMER DAN SEKUNDER

Biosintesis adalah suatu proses yang berlangsung pada organisme hidup, dimana terdapat pembentukan metabolit (produk metabolisme) dari molekul sederhana kemudian menjadi molekul kompleks.

Metabolisme merupakan proses biokimia yang terjadi pada organisme dan sel makhluk hidup dimana senyawa kimia di ubah. Ada 2 metabolisme yang terjadi pada makhluk hidup, yaitu metabolisme primer dan sekunder.

Metabolisme primer merupakan proses yang sangat penting pada tumbuhan karena terjadi proses respirasi dan fotosintesis, hasilnya adalah metabolit primer. Sedangkan metabolisme sekunder merupakan proses saat sel dalam tahap diferensiasi berubahan menjadi sel yang lebih spesifik, hasilnya adalah metabolit sekunder.

Metabolit primer adalah hasil metabolisme yang digunakan untuk proses pertumbuhan, contohnya asam amino, asetil CoA, nukleotida, glukosa, lipid, asam sitrat, karbohidrat, dan protein. Metabolit sekunder adalah kebalikan dari metabolit sekunder, namun digunakan untuk pertahanan diri tumbuhan, contohnya adalah senyawa turunan metabolit primer yaitu fenolik, terpenoid dan senyawa bernitrogen.

Biosintesis Metabolit Primer

1. Biosintesis karbohidrat

 a. Produksi monosakarida lewat fotosintesis.

Produksi monosakarida melalui proses fotosintesis dapat terjadi pada tumbuhan yang memiliki klorofil. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

2H₂O + CO₂ + cahaya                    (CH₂O) + H₂O + O₂

b. Biosintesis sukrosa.

Sukrosa juga merupakan produk utama dalam fotosintetik. Melalui daur sintetik, fruktosa 6-fosfat dimodifikasi menjadi glukosa 1-fosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDP-gIukosa bereaksi dengan fruktosa 5-fosfat membentuk pertama sukrosa fosfat, selanjutnya berubah menjadi sukrosa atau dengan fruktosa langsung membentuk sukrosa. 

Gambar 1. Jalur biosintesis sukrosa

2. Biosintesis lipid

Pembentukan lipid dapat menggunakan jalur kimia yang berbeda. Enzim yang terlibat dalam reaksi pembentukan lipid yaitu ATP, NADPH₂, Mn⁺⁺, dan karbon dioksida. Asetat bereaksi dengan KoA membentuk asetil-KoA, selanjutnya diubah menjadi malonil-KoA melalui reaksi dengan karbondioksida. Malonil-KoA bereaksi dengan asetil-KoA membentuk zat antara dengan 5 unit karbon, yang mengalami reduksi dan eliminasi karbon dioksida membentuk butinil-KoA. Senyawa malonil-KoA bereaksi lagi dengan senyawa ini membentuk antara dengan 7-atom karbon, yang direduksi menjadi kaproil KoA. Pengulangan reaksi ini akan membentuk asam lemak (fatty acids) yang mempunyai atom karbon genap dalam rantainya (Gambar 3 — 3).

Bagian molekul (moiety) gliserol yang digunakan dalam biosintesis lipid diturunkan utamanya dari isomer-L dari αgliserofosfat (L- α-GP). Reaksi-reaksi yang terlibat dalam pembentukan tipe trigliserida dijelaskan dalam gambar berikut.

L-α-GP dapat diturunkan lagi baik dari gliserol bebas maupun antara glikolisis, dihidroasetonfosfat bereaksi berturut-turut dengan 2 molekul asetil-KoA membentuk asam L-αflisofosfatidat, kemudian asam L-α-fosfatidat. Senyawa yang akhir ini diubah menjadi α,ß-digliserida, yang akan baik kembali kedaur asam fosfatidat atau bereaksi dengan asil-KoA dan asam Iemak untuk membentuk trigliserida.

Gambar 2. Reaksi-reaksi yang terlibat dalam pembentukan trigliserida

3. Biosintesis asam amino dan protein

Protein terdiri dari rangkaian asam amino. Di alam terdapat asam amino esensial dan nonesensial. Asam amino esensial tidak dapat disintesis oleh tubuh manusia, jadi harus diperoleh dari sumber protein dari luar.

Gambar 3. Jalur biosintesis asam amino yang terkait dengan biosintesis alkaloid

Biosintesis Metabolit Sekunder

Secara umunm, jalur pembentukan metabolit sekunder dibagi menjadi tiga, yaitu jalur asam asetat, jalur asam sikimat, dan jalur asarn mevalonat.

a.       JaIur asam asetat

Salah satu bahan alami yang digolongkan berdasarkan biosintesisnya adalah poliketida. Keanekaragaman struktur dapat dijelaskan sebagai turunan rantai poli-ß-keto, terbentuk oleh koupling unit-unit asam asetat (C₂) melalui reaksi kondensasi, contohnya

n CH₃CO₂H                            [CH₃CO]n^-

Yang merupakan poliketida adalah asam temak, poliasetilena, prostaglandin, antibiotika makrolida, dan senyawa aromatic seperti antrakinon dan tetrasiklina. Pembentukan rantai poli-ßketo digambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, keragaman melibatkan urutan ß-oksidasi dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil-KoA dapat ikut serta datam reaksi Claisen membentuk asetoasetil KoA, kemudian reaksi dapat berlanjut sampai dihasilkan rantai poli-ß-keto yang cukup. 

Enzim yang terlibat dalam pembentukan asam lemak adalah enzim sintase. Reaksi yang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut.

b.      Jalur asam sikimat

Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik, utamanya L-fenilalanin, L-tirosina dan Ltriptofan. Jalur ini terjadi didalam mikroorganisme dan tumbuhan, namun tidak pada hewan.

Asam sikimat terbentuk dalam mutan tertentu dari Escherichia coli.  Dalam biosintesis L-triptofan dan asam 4-hidroksibenzoat juga terjadi antara asam korismat. 

Gambar 4. Biosintesis via jalur asetat.

c.       Jalur asam mevalonat

Terpenoid adalah bentuk senyawa dengan variasi struktur yang besar dalam produk alami yang diturunkan dan unit isoprena (C5) yang bergandengan dalam model kepala ke ekor (head-to-tail), sedangkan unit isoprena diturunkan dari metabolisme asam asetat oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid : MVA). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut. 

Gambar 5. Jalur asetat dalam pembentukan IPP yang merupakan batu bara pembentukan terpenoid via asam mevalonat.

Permasalahan

1.      Bagaimana proses biosintesis pada sukrosa ?

2.      Mengapa metabolit sekunder tidak bermanfaat bagi pertumbuhan ?

3.      Bagaimana kerja enzim sintase dalam biosintesis metabolit sekunder jalur asam asetat ?

KIMIA ORGANIK III: Konformasi Struktur Persenyawaan Kimia

Konformasi adalah penataan suatu ruang tertentu dari atom-atom dalam molekul pada ruang tiga dimensi. Atau dapat dikatakan bahwa konformasi merupakan tahap konformer bagaimana bentuk molekul diubah akibat terjadinya putaran bebas di sepanjang ikatan C-C tunggal. Beberapa bentuk konformasi yaitu Fischer, Bola pasak, dan Newman.

Konformasi dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:

1.      Konformasi Eklips

Eklips adalah konformasi yang spesies sejenisnya berdampingan dan menghasilkan tolakan elektron yang sangat besar sehingga bisa dikatakan sebagai konformasi yang tidak stabil. Bentuk eklips ini dapat berotasi sendiri menjadi bentuk yang paling stabil baik bentuk Gausch maupun Staggered. Contohnya konformasi pada senyawa 2,3- dibromo butana

2.      Konformasi Gausch

Pada konformasi bentuk gausch gugus-gugus terletak saling berjauhan dan mengalami rotasi yang mengakibatkan gugus prioritasnya saling berjauhan. Contohnya pada persenyawaan 2,3- dibromo butana yaitu

3.      Konformasi Steggered

Stegger adalah konformasi yang paling stabil karena gugus prioritasnya bersebrangan yang mengakibatkan energi tolakannya yang kecil. Contohnya pada 2,3- dibromo butana

Isomer Konformasi

Isomer konformasi adalah isomer yang struktur molekul dan bentuk ruangnya berotasi pada ikatan tunggal. Senyawa yang mempunyai isomer konformasi tidak dapat dipisahkan satu dengan yang lain pada suhu kamar, namun mempunyai sifat fisik dan kimia yang tidak biasa seperti tingkat energi dan hasil reaksi. Selain itu, senyawa yang mengalami isomer konformasi ikatannya tidak berubah pada saat konformasi diubah menjadi bentuk lain. Isomer konformasi bisa berlangsung pada senyawa alkana dengan hibridisasi Csp³ baik berbentuk alifatis ( seperti etana, propana, butana) maupun berbentuk siklis (seperti sikloheksana). Rotasi yang terjadi pada atom karbon yang hibridisasi sp³.Csp³ – Csp³ menyebabkan terjadinya perubahan tingkat energi yang berdampak pada kestabilan sementara molekul, mekanisme, dan hasil reaksi. 

Permasalahan:

1. Mengapa konformasi steggered disebut sebagai konformasi yang paling stabil?

2. Bagaimana bentuk isomer konformasi pada senyawa sikloheksana?

3. Bagaimana contoh konformasi bentuk Fischer?

KIMIA BAHAN ALAM: Prosedur Dan Tahapan Screening Potensi Kimia Bahan Alam

Prosedur Dan Tahapan Screening Potensi Kimia Bahan Alam

Pengertian screening fitokimia

            Skrining (screening) fitokimia merupakan suatu langkah awal untuk mengetahui senyawa kimia yang terkandung dalam bahan alam seperti tumbuhan, pada tahap ini dapat diidentifikasi berbagai golongan senyawa kimia yang terdapat dalam tumbuhan. Prinsip dari skrining fitokimia adalah yaitu dilakukan sesuai dengan kandungan senyawa kimia dalam suatu tumbuhan yang akan di analisis. Beberapa hal yang harus diperhatikan didalam skrining fitokimia yaitu pemilihan pelarut dan metode ekstraksi yang sesuai.

            Pendekatan yang digunakan dalam skrining fitokimia berupa analisis kualitatif kandungan senyawa kimia berupa metabolit sekunder bioaktif didalam suatu tumbuhan yang bermanfaat sebagai obat-obatan.

Syarat suatu metode yang digunakan dalam proses skrining fitokimia adalah sebagai berikut:

1.      Sederhana dan cepat

2.      Menggunakan peralatan yang sedikit

3.      Selektif dalam mengidentifikasi senyawa tertentu

4.      Dapat memberikan informasi yang akurat tentang keberadaan senyawa tersebut dalam bahan alam yang diteliti.

Prosedur dan tahapan sceening fitokimia

1.      Uji steroid/triterpenoid

Dicampurkan sampel dengan asetata anhidrat ditambah asam asetat pekat dan asetat anhidrit. Jika terdapat steroid wana sampel akan berubah menjadi hijau-biru, jika terdapat triterpenoid makan perubahan warnanya merah-ungu.

2.      Uji falvonoid

·      Pereaksi Wilstater

Dicampurka 1 ml ekstrak sampel dengan beberapa tetes HCl pekat dan sedikit serbuk Mg. Perubahan warna kuning menunjukkan reaksi positif.

·      Pereaksi NaOH 10%

Dicampurkan 1 ml ekstrak dengan beberapa tetes NaOH10%. Perubahan warna orange/jinggan menunjukkan reaksi positif.

·      Pereaksi Bate Smite-Metcalfe

Dicampurka 1 ml ekstrak dengan beberapa tetes HCl dan dipanaskan, jika warna berubah menjadi merah artinya reaksi positif.

3.      Uji alkaloid

a.    Pereaksi Wagner

Dicampurkan 1 ml ekstrak dengan beberapa tetes pereaksi wagner, jika terbentuk endapan coklat berarti reaksi positif sedangkan jika terjadi perubahan warna berarti reaksi negtif.

b.    Pereaksi Mayer

Dicampurkan 1 ml ekstrak dengan 2 tetes pereaksi mayer, jika terbentuk endapan menggumpal dan berwana putih berarti reaksi positif.

4.      Uji fenolat

Dicampurkan FeCl₃ 1% dengan ekstarak sampel sampai terjadi perubahan warna. Keudia dibandingkan dengan ekstrak murni.

5.      Uji tanin

a.    Pereaksi FeCl₃ 1%

Dididihkan sampel dalam 20 ml air dan disaring, kemudian ditambahkan dengan FeCl₃ 1%, uji positif jika terbentuk warna coklat kehijauan atau biru.

b.    Pereaksi gelatin

Dicampurkan 1 ml ekstrak sampel dengan sedikit larutan gelatin dan 5 ml NaCl 10%, jika terbentuk endapan kekuningan berarti reaksi positi.

6.      Uji saponin

Dididihkan sampel dalam 20 ml air, dikocok filtrat dan didinginkan selama 15 menit. Reaksi positif jika terbentuk busa yang stabil.

Permasalahan:

1.      Mengapa screening fitokimia dipilih untuk mengetahui potensi bahan alam?

2.      Bagaimana cara menentukan pelarut dan metode ekstraksi yang sesuai dalam melakukan screening fitokimia ?

3.      Apa manfaat kandungan metabolit sekunder bioaktif dalam suatu bahan alam ?

ETNOBOTANI : Penggunaan senyawa bahan alam dalam kehidupan sehari-hari ( handbody lotion)

ETNOBOTANI : Penggunaan senyawa bahan alam dalam kehidupan sehari-hari ( Handbody Lotion)

Etnobotani merupakan suatu ilmu yang membahas tentang keterkaitan manusia dengan lingkungan sekitar, diantaranya pemanfaatan tumbuh-tumbuhan oleh manusia dalam kehidupan sehari-hari.  Baik sebagai bahan makanan, obat-obatan maupun kecantikan.

Lotion merupakan salah satu jenis kosmetik yang dapat dimanfaatan untuk kesehatan kulit, baik untuk melembutkan maupun untuk mencerahkan kulit. Biasanya mengandung bahan yang tidak larut dan tersuspensi ataupun berupa larutan. Dalam kehidupan sehari-hari lotion yang biasa digunakan yaitu dikenal dengan handbody lotion yang dapat mengandung berbagai bahan alam seperti tumbuhan dan buah-buahan, diantaranya ada yang mengandung susu, bengkoang, jeruk, alpukat, dan lain sebagainya. Pada kesempatan ini saya akan membahas handbody lotion citra natural white UV. 

Adapun kandungan alami yang terdapat didalam handbody lotion citra natural white UV adalah sebagai berikut:

1.      Bengkoang

Dari zaman dahulu bengkoang dipercaya dapat memutihkan kulit. Bengkoang mengandung beberapa zat kimia yaitu falvonoid, vitamin C, dan saponin.

·         Falvonoid merupakan senyawa yang tersusun atas 15 atom karbon yang tersebar pada tumbuhan. Falvonoid dapat berfungsi sebagai antioksidan bagi tubuh, diantaranya dapat mengurangi resiko penyakit kanker, diabetes, hipertensi, dan memperbaiki sel yang rusak akibat paparan radikal bebas.

·         Vitamin C merupakan antioksidan alami yang bermanfaat untuk menjaga imunitas tubuh dari gangguan radikal bebas. Selain itu, vitamin C juga salah satu jenis vitamin yang larut didalam air sehingga bisa dicampurkan dengan bahan lainnya dalam handbody lotion.

·         Saponin merupakan senyawa glikosida amfipatik, artinya ia dapat mengeluarkan busa jika tidak cocok dalam suatu larutan. Saponin berfungsi sebagai antimikroba.

2.      Mineral

Mineral sangat dibutuhkan oleh manusia, dimana ia berperan untuk mencegah kerusakan kulit akibat dehidrasi.

3.      UVA & UVB Protection

Penyakit kulit bisa juga disebabkan oleh sinar ultraviolet. UVA dapat memancarkan 95% radiasi dari radiasi UV yang sampai pada permukaan bumi.

Permasalahan :

1.  Mengapa dalam penggunaan produk handbody lotion penting untuk mengetahui kandungannya terlebih dahulu?

2. Bagaimana efek samping yang akan ditimbulkan jika suatu handbody lotion tidak cocok dengan kulit seseorang?

3.   Bagaimana falvonoid dapat berfungsi sebagai antioksidan?