Download ALKALOIDA - materi-kuliah

ALKALOIDA
ZAINAB, M.SI., Apt.
ALKALOIDS
Ephedra
Tree
Daturas
Opium poppy
ALKALOIDA
• Senyawa basa nitrogen organik yang
terdapat dalam tumbuhan
• Kebanyakan punya aktivitas biologi
tertentu
obat.
• Umumnya mengandung 1 atom N
(ergometrin, fisostigmin, kafein > 1 N ).
• Keberadaan alkaloida : tan.tinggi,
tan.rendah, organisme laut, binatang,
mo.
HO
O
H
N
N
CH3
N
N
O
CH3
Muscopyridine
Pyocyanine (lumut)
Lycopodine
(tanduk kijang)
lycopodium (tan.rendah)
O
CH3
O
H2N
H
N
HN
O
N
NH
HN
OH
N
N
N
H
H
hormon sex (sex atractan)
OH
O
Saxitoxin
(org.laut)
derivat pyrol
Astoramine (tikus besar)
CH3
HO
NH
CH3
Chanoclanne
H
jamur ergot
NH
ALKALOID
Datura stramonium
Scopolamine
-eases motion
sickness
Taxus brevifolia
Taxol
-anticancer
Papaver
somniferum
Morpine,
Codeine
- eases pain;
suppresses
coughing
Filipendula
ulmaria
Aspirin
- reduces pain &
imflammation
Ephedra sinica
Pseudoephedrine
- reduces nasal
congestion
Cinchona
pubescens
Quinine
-anti-malaria
Catharanthus roseus
Vinblastine
-anti-cancer
SIFAT FISIKA & KIMIA ALKALOID
Sifat fisika
• Umumnya berbentuk kristal/padatan dengan TL yang
jelas.
• Kadang amorf atau cairan kental (nikotin, coniine)
• Umumnya tidak berwarna, kec Berberine (poli
aromatik)
• Alkaloid basa larut dlm pelarut organic
• Alkaloid garam larut dalam air.
Sifat kimia:
• Basa
• Sifat kebasaan alkaloid tergantung pd substitusi
pada atom N
H
CH3
N
N
CH3
CH3
CH3
CH3
H
H
CH3
etil amine
dietil amine
Trietil amin
N
O
+
N
CH3
N
Nikotin
cairan
-OH
N
N
CH3
H
Coniine
cair
O
Berberine
OCH3
berwarna
OCH3
PIRIDINA
NH
N
H
N
H
N
PIPERIDINA
PYROLE
PYROLIDINE
N
N
H
N
QUINOLINE
ISOQUINOLINE
INDOLE
KLASIFIKASI ALKALOIDA
• TRUE ALKALOIDA (alkaloida sejati)
–
–
–
–
Toksik
Aktivitas fisiologis
Berasal dari asam amino
Atom N-heterosiklik
• PROTO ALKALOIDA (alkaloida sederhana)
–
–
–
–
–
Molekul sederhana, “Biological amines”
Basa dan berasal dari asam amino
Atom N bukan heterosiklik
Histamin, epinerphin, dopamine, serotonin.
Mescalin (kaktus)
• PSEUDO ALKALOIDA (alkaloida semu)
– Basa, berasal bukan dari asam amino
– Ada 2 klas : alkaloida steroid dan purin
– Coffein, conessine
NH2
H3CO
N
H3CO
N
Mescalin
OCH3
H
asal dr phenylalanin
O
O
OCH3
O
H3CO
OCH3
OCH3
OCH3
Reserpine
O
H3C
COOH
N
N
CH3
NH2
Phenylalanine
CH3
H
H
OH
O
N
NH
CH3
CH3
Ephedrine
Coffein
berasal dr phenylalanin
asal nukleosida
N
H
KLASIFIKASI BERDASARKAN
PRECURSOR
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Dari ornithine
Dari L-Lysine
dari asam nikotinat
dari polyacetat
dari asam antranilat
dari phenylalanine & Tyrosine
dari Thryptophan
dari histidine
dari isoprenoid
lain-lain.
COOH
NH2
H2N
H2N
HOOC
NH2
HOOC
Ornithine
N
L-Lysine
As.nikotinat
O
H3C
O
COOH
COA
NH2
OH
H3C
NH2
OPP
H3C
Phenylalanine
As.antranilat
COOH
COOH
NH2
HO
COOH
N
Tyrosine
N
H
N
H
Hystidine
NH2
Thryptophan
NH2
CO2 + H2O
PRIMARY METABOLISM
hn
Photosynthesis
Glucose
SECONDARY
METABOLISM
Building Blocks
Phenylpropanoids
Flavonoids
Alkaloids
Amno Acids
Proteins
synthesis
enzymes
regulation
Nucleic
Acids
reproduction
RNA DNA
G
L
Y
C
O
L
Y
S
I
S
Carbohydrates
SECONDARY
METABOLISM
Fatty Acids
Lipids
Acetyl CoA
Citric Acid
Cycle
CO2 + H2O + ATP
Acetogenins
Terpenes
Steroids
13.4 A simplified view of the major pathways of secondary-metabolite
biosynthesis
Plant Tissue Culture
Alkaloida dari Ornithine
HN
Punya inti pirolidin
N
H
Tropan
N
CH3
COOH
H2N
H2N
N
Nicotine
OH
HO
Ada 3 group :
•
•
•
Alkaloid tropan
(atropin, skopolamin,
hyosiamin)
Alk. Nikotin : jml
sangat kecil
Alk. Pyrrolizidin (byk
di suku asteraceae).
H
OH
HO
N
heliosidine
N
Pyrrolizidine
OH
O
H
N
Atropa belladona
Herba: 0,3 – 0,6% alkaloid terdiri atas (-)-hyosiamin, (-)-hyosin
Akar: 0,4 – 0,8% alkaloid terdiri atas (-)-hiosiamin, (-)-hyosin, (-)-cuscohigrin
Biosynthetic pathways of tropane alkaloids and nicotine
Sato F. et.al. PNAS 2001;98:367-372
©2001 by The National Academy of Sciences
Alkaloida dari Lysine
O
Analog
Punya inti piperidin
Ada 2
•
Analog ornithine :
Anaferine,
Anabasine,
Lupinine
•
Berbeda dgn
Ornithine
Lobeline, Lythrine,
Spartein
N
N
H
H
anaferin
ornithine
N
H
Piperidina
N
OH
H
H
N
Anabasine
N
berbeda
dgn ornithine
Lupinine
O
O
OH
N
O
HO
N
H3C
lobeline
Lithrine
H3CO
H3CO
Piper nigrum
Alkaloid yang berasal dari asam nikotinat
Alkaloid piridin
Alkaloida dari poliasetat
• Ciri punya rantai HK panjang
O
H3C
Poliketida : Alifatik
Siklik
COA
Long chain HC
H3C
N
H
n = 10, 12, 14
CH3
n
Alkaloida dari asam antranilat
O
CH3
OH
NH2
NH2
As.antranilat
CIRI KHAS
Alkaloida dari Phenylalanin dan tyrosine
Paling banyak di alam, tp yang paling banyak
diisolasi adalah turunan phenylalanine
COOH
NH2
HO
NH2
Tyrosine
Feniletilamin
CIRI KHAS
Alkaloid yang berasal tirosin
H2N
Alkaloid fenil etil amin
HO
O
OH
tyrosine
Alkaloid Feniletil isokuinolin
Alkaloid fenil etil amin
Katekolamin:
Neurotansmiter
Alkaloid Benziltetrahidroisokuinolin
Chondrodendron tomentosum
Schematic biosynthetic pathway for a variety of isoquinoline alkaloids. 1, l-tyrosine
decarboxylase; 2, phenolase; 3, l-tyrosine transaminase; 4, p-hydroxyphenylpyruvate
decarboxylase; 5, (S)-norcoclaurine synthase; 6, (S)-adenosyl-l-methionine:norcoclaurine
6OMT; 7, (S)-adenosyl-l-methionine:coclaurine N-methyltransferase; 8, N-methylcoclaurine-4′hydroxylase; 9, S-adenosyl-l-methionine: 3′-hydroxy-N-methylcoclaurine 4′OMT; 10, berberine
bridge enzyme; 11, S-adenosyl-l-methionine:scoulerine 9-O-methyltransferase; 12, (S)canadine synthase; 13, tetrahydroprotoberberine oxidase; 14, cheilanthifolin synthase.
Sato F. et.al. PNAS 2001;98:367-372
©2001 by The National Academy of Sciences
Alkaloida dari Tryptophan
COOH
N
NH2
N
H
H
Thryptophan
Indol etil amin
CIRI KHAS
NH2
Alkaloid yang berasal dari triptofan
Alkaloid terpen indol
Rauwolfia serpentina
Catharantus roseus
Alkaloida indol monoterpen
CH3
Asam
mevalonat
CH3
H3C
CH3
CH3
CH3
Class 1.
CH3
H3C
CH3
CH3
CH3
Strychnos, yohimbin
CH3
CH3
CH3
H3C
H3C
Klas 2.
aspidosperm
CH3
klas 3. Iboga
Alkaloida dari histidine
H
N
CH3
N
H
N
- CO2
H2N
N
L-His
NH2
Histamin
HOOC
CH3
NH2
CH3
L-Leu
H
H
N
CH3
N
H2N
L-His
CH3
HOOC
CH3
Isovaleric acid
N
N
CH3
NH
O
Dolichotheline
CH3
H
CH3
N
H
CH3
N
N
O
O
HO
H3C
N
O
Pilocarpine
H
N
N
O
Isopilocarpine
Pilosine
R
R
H
H
NH2
N
CH3
N
L-His
O
O
N
H2N
O
COOH
R = Me, L-Thr
R = Ph, L-Phe
N
O
Alkaloid purin
Steroidal alkaloids
Steroidal alkaloids
Alkaloid steroidal
ISOLASI ALKALOIDA
Isolasi alkaloida dari simplisia pada umumnya
dilakukan dengan cara penyarian menggunakan
pelarut organic yang tidak campur air (CHCl3 ,
eter).
Dalam tumbuhan Alkaloida biasanya terikat sebagai
garam dengan asam organic.
Maka sebelum dilakukan penyarian dengan pelarut
organic, alkaloida harus dibebaskan dari ikatan
garamnya dgn penambahan basa (alkali).
Skrining Alkaloida
1. Ekstraksi dgn air asam
ekstrak kasar
diuji
2. Agak dimurnikan + basa
+ pelarut organic yg
tak camp. Air
3. + NaCl (salting out)
mengendapkan protein.
Pemilihan jenis basa:
Sifat kimia alkaloid
NaOH
Contoh alkaloida
COOMe
H3C
H3C
N
N
H
CH2OH
O
O
cocaine
X
O
O
hyoscyamine
H3CO
HO
N
HO
O
N
H
H
CH3
X
CH3
OH
ruticuline
OCH3
HO
morphine
√
•
Mengapa penggunaan basa kuat NaOH sedapat
mungkin dihindari?
–
•
Adanya lemak atau bahan berlemak
Basa kuat tidak dapat digunakan jika alkaloida
terdapat dalam bahan berlemak
sabun.
Alkaloida yang terikat tannin.
•
Alkaloida yang terikat tannin, misalnya alkaloida
dalam kulit pomegranat diperlukan NaOH untuk
membebaskan alkaloida dari ikatan garamnya.
Alkaloida kinin juga terikat oleh tannin, cara
isolasinya serbuk kulit kina di + HCl encer atau
asam format sehingga terbentuk garam HCl.
Selanjutnya dibasakan dgn NaOH untuk memecah
garam kinin-HCl menjadi kinin basa dan disari dgn
pelarut organic (kloroform).
Serbuk kulit kina
+ HCl encer
Ampas
Sari air asam
+ NaOH 5%
+ CHCl3
Sari air basa
Sari CHCl3
+ Na2SO4 anh.
(Alkaloid Kinin)
Separation of the Alkaloidal mixtures:
Alkaloids in the form of HCl salts
1- Alkalinize by NaHCO3 pH 7.5
2- Extract with Ether
Ether
Hyoscine free base
(pKa = 6.2)
Aqueous layer
Atropine & Hyoscyamine HCl
(pKa = 9.3)
Convert to oxalate salts,
Fractional Crystallization
(Acetone/ Ether)
Atropine Oxalate
Crystals
Hyoscyamine Oxalate
Solution
Pemilihan Jenis Pelarut untuk Penyarian alkaloida:
• Kelarutan alkaloid
• Factor koefisien partisi yaitu perbandingan kelarutan
alkaloida dalam pelarut organic dan dalam air basa.
H3CO
N
O
HO
N
CH3
CH3
H
N
Nicotine
H
H3C
OH
O
+
N
CH3
OH
H3C
NH
CH3
OCH3
tubocurarine
ephedrine
•
•
Sifat dan jumlah senyawa
Pelarut harus dipilih sedemikian sehingga zat lain
yang tidak dikehendaki sedikit mungkin tersari.
Selektifitas
•
Pelarut yang hanya menyari alkaloid tertentu dari
campuran alkaloida yang ada. Misal pada isolasi
emetin digunakan eter sebagai pelarut karena eter
hanya melarutkan emetin dan sefalin, tetapi tidak
melarutkan alkaloida psikotrin.
Metode penyarian
•
Diantara pelarut organic yang banyak dipakai,
CHCl3 mrpk pelarut pilihan.
•
Kelebihan : alkaloida mdh larut dalam kloroform
•
Kekurangan : tidak selektif, dapat diuraikan oleh
alkaloida basa kuat menghasikan asam klorid.
Eter : lebih selektif
Kekurangan eter : mdh teroksidasi membtk peroksida,
mdh terbakar, derajat pencampuran dgn air relatif
tinggi
ISOLASI
Bahan material
+ PE
1). MeOH / EtOH 95%
Sari PE
2). dipekatkan
Sisa
3). EtOAc-as.tartrat 2%
Sari EtOAc
Alkaloid netral/ Basa lemah
lart.as tartrat 2%
Basakan dgn NH3 , Na2CO3
EtOAc
Sari EtOAc
Alk. Basa
Fase air
Alk. Am.kuarterner
• PE : mengawalemakan
• As.tartrat : as.organic (asam lemah) shg yang
tergaramkan adalah alkaloida basa kuat dan
alkaloida kuarterner. Sedangkan alkaloida bas lemah
dan netral tidak akan tergaramkan.
• Penambahan amoniak hrs hati-hati, why?
O
O
H2C
H2C
O
O
NH4OH
Oglu
O
Swerosida
N
Gentianine
PEMURNIAN ALKALOID
1. Kristalisasi Langsung
2. Destilasi Uap
3. Gradient pH Technique
Kristalisasi langsung
• Mrpk metode paling
sederhana
• Jarang memberi alkaloid
murni krn tdk selektif
• Bermanfaat bila
didahului dgn pemisahan
lain, mis : TLC
preparative, kromatografi
kolom.
Destilasi uap
•
•
Metode ini tdk berlaku untuk alkaloida dgn
BM besar.
Alkaloid dgn BM kecil dapat dipisahkan
dgn metode ini.
N
N
Nicotine
CH3
N
H
Coniine
CH3
Destilasi
Gradient pH technique
•
•
•
Metode didasarkan atas perbedaan pH / kebasaan alkaloid
yang terdapat dalam campuran.
Dgn mengubah pH larutan alkaloida yang diikuti dgn
ekstraksi dgn pelarut organic, mk alkaloida pd pH tertentu
dapat dipisahkan.
Metode ini pernah dilakukan dan berhasil baik pada
pemurnian alkaloid antikanker dari Catharanthus roseus
(bunga warna putih).
Larutan
NH4OH NH4OH NH4OH NH4OH
garam alk.
PH
6.0
EtOAc
6,5
7,0
EtOAc
7,5 ….. 14
EtOAc
EtOAc
IDENTIFIKASI ALKALOID
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Reaksi Pengendapan
Reaksi Warna
Reaksi pembentukan kristal
KLT
Spektrum UV
Spektrum IR
Deteksi alkaloid:
A.Peraksi pengendap:
Larutan Alkaloid netral atau asam dpt
diendapkan dg pereaksi yg berisi logam berat
spt Hg, Bi.
1ml lart alkaloid dlm tb reaksi + 1ml HCl
+ REAGENT
PPT.
1.Mayer’s Reagent
end krem
2.Wagner’s Reagent
end coklat
3.Dargendorff (Kraut’s)
end orange
merah coklat
4.Phosphomolybdic acid
end putih
5.Tannic acid
end putih
Reaksi pengendapan
•
•
•
•
•
•
Pereaksi Dragendorff : lart. K
tetraiodobismutat.
Pereaksi Mayer : Lart. K2HgI4
Pereaksi Marme : lart. Kadmium kalium
iodida.
Pereaksi wagner : Lart. Iodium kalium iodid
Pereaksi Sonneschein : lart. Asam
fosfomolibdat
Pereaksi Schelber : lart. Asam
fosfowalframat.
Reaksi warna
Alkaloid dg pereaksi H2SO4 and HNO3 akan
memberikan warna spesifik
1ml larutan alkaloid dlm cawan porselen + pereaksi
waran.


–
–
–
–
Pereaksi Marquis : camp. 2 tetes lart formaldehid & 1 ml
H2SO4
Pereaksi Frohde : camp. Lart 1% ammonium molibdat &
H2SO4
Pereaksi Mandelin: camp 0,5% ammonium vanadat dlm
H2SO4
Pereaksi Vitali : 1 tetes larutan uji dibiarkan menguap
residu + HNO3 pekat
panaskan di ta, amati warna
dibasahi dgn uap NH3
warna tertentu.
Tabel. Reaksi warna alkaloid
Alkaloida
Warna yang terbentuk dgn pereaksi
Frohde
Mandelin
Marquis
Morfin
Violet-biru
Biru-coklat
Violet
Kodein
Biru hijau-coklat
biru
violet
hidromorfin
biru
-
Kuning-violet
Tebain
biru
Hijau-kuning
Kuning-violet
atropin
-
-
merah
Skopolamin
Kuning-biru
-
-
kinin
Kuning-kehitaman
Hijau kuning
kuning
papaverin
Biru hijau
Biru hijau
Merah anggur
Reaksi Kristal
•
Alkaloida + lart garam logam berat
(emas klorida, platina klorida, merkuri
klorida), asam pikrat atau asam
pikrolonat
end.kristal
kromatografi lapis tipis
•
•
•
•
•
•
•
penggunaan KLT untuk identifikasi alkaloida dan
senyawa lain telah berkembang dan mrpk alat
analisis yang cukup peka, cepat dan terpercaya.
Fase diam : silica gel G atau silica gel GF 254
Fase gerak: senyawa yang bersifat basa.
Campuran methanol & ammonia ( 100 :1,5)
Campuran benzen, aseton, eter & amoniak 25%
(40:60:10:3)
Campuran methanol, aseton, trietanolamin
(30:30:1)
Campuran kloroform, aseton & dietilamin
(50:40:10)
Deteksi Bercak Alkaloid (KLT)
Wagner, 1996
1. Sinar UV254 :
•
•
Pemadaman kuat pd alkaloid indol, quinolin,
isoquinolin, purin.
Pemadaman lemah : alkaloid tropan
2. Sinar UV 365
•
•
Berfluoresensi biru, biru-hijau, violet: akar rauvolfia,
kulit kina, akar ipekak.
Fluoresensi kuning: colchicine, sanguinarin,
berberine
3. Pereaksi Semprot: Dragendorff, iodoplatinat dll
Identifying the Spots
Commercial TLC plate after
development
in normal lighting
Same TLC plate held under
a UV lamp Note the appearance of
additional spots
Interpreting the Data
The Rf value for each spot
should be calculated. Rf
stands for "ratio of fronts"
and is characteristic for any
given compound on the
same stationary phase
using the same mobile
phase for development of
the plates. Hence, known
Rf values can be compared
to those of unknown
substances to aid in their
identifications.
Spektrum UV DAN IR
•
•
Spektrum UV : Memberi petunjuk jenis
gugus atau ikatan kimia yang ada
dalam molekul.
Spektrum IR: jenis gugus dan ikatan
kimia
PENETAPAN KADAR
ALKALOIDA
1.
2.
3.
4.
Gravimetri
Volumetri
Kolorimetri
Spektrofotometri
Metode gravimetric
•
umumnya untuk alkaloida basa lemah yang tdk mungkin
dilakukan titrasi.
Alkaloid yang dianalisis ditimbang sbg alkaloida langsung
atau diendapkan dulu dgn pereaksi tertentu.
Keuntungan :
•
•
–
tidak memerlukan pereaksi lain dan factor gravimetric dalam
perhitungan kadar.
Tdk terpengaruh oleh basa menguap krn hilang pada
pengeringan
Tdk tgt pada rumus atau BM alkaloida yang diuji.
–
–
•
Kerugian:
•
•
•
tidak dapat diterapkan untuk alkaloida yang menguap atau terurai
padaa proses pengeringan (nikotin, efedrin).
Alkaloida harus bebas dari pengotor yang larut organic yang
digunakan pd penyarian.
Jumlah cuplikan harus besar
Volumetric
•
Metode yang digunakan adalah asidi-alkalimetri. Titrasi dapat
dilakukan dalam lingkungan air atau bebas air.
Prinsip : (lingkungan air)
•
–
–
–
–
–
Penyarian dgn pelarut organic
Alkaloida basa diuapkan sampai kering
Dilarutkan dalam EtOH netral
+ indicator (umumnya MM pKa = 5,2)
Titrasi dengan baku asam (HCl atau H2SO4)
Prinsip : (lingkungan bebas air)
–
Penyarian dengan pelarut organic
–
Alkaloida basa diuapkan sampai kering
–
Dilarutkan dalam asam asetat glacial
–
+ indicator kristal violet (violet-tak berwarna)
–
Titrasi dengan baku asam perklorat
Kolorimetri
•
•
Pereaksi warna yang digunakan asam
pikrat, garam Reineckate (NH4(Cr
(NH3)2(SCN)4), zat warna asam (biru brom
timol, jingga metil, merah klorfenol), asam
siliko wolframat dan aldehid.
Asam pikrat :
efedrin λ 445 nm
Garam Reineckate : PK atropin
Alkaloid + garam Reineckate
end
berwarna. End larut dlm aseton atau
methanol
λ 520 - 526 nm
Spektrofotometri uv
•
keuntungannya : kepekaannya tinggi,
dimungkinkan menetapkan beberapa
komponen secara simultan.
Fluorometri
Prinsip :
• Eksitasi dengan radiasi larutan pd λ
tertentu
• Pengukuran intensitas fluoresensi pd λ
tertentu
• Menentukan hubungan intensitas
fluoresensi dengan konsentrasi
menggunakan zat baku.
• Fuoresensi bbrp alk dipengaruhi pH : kinin
& kinidin
Bagaimana memisahkan campuran senyawa
alkaloida berikut ini
HO
H3CO
N
HO
N
CH3
OH
O
B
A
H3CO
OCH3
NH2
N
H3CO
CH3
OCH3
C
N
D