kinetika degradasi turunan asam asilsalisilat

Kinetika Degradasi
Majalah Farmasi Airlangga, Vol.8 No.2, Oktober 2010
9
Kinetika Degradasi Turunan Asam Benzoilsalisilat dalam Suasana Basa (Degradation Kinetics of
Benzoylsalicylic Acid Derivative in Alkaline Solution)
Nuzul Wahyuning Diyah, Rully Susilowati, Suko Hardjono
Departemen Kimia Farmasi Fakultas Farmasi Universitas Airlangga
To develop O-benzoylsalicylic acid and O-(4-chlorobenzoyl)salicylic acid which were
potential as analgesic agents, the research on degradation kinetics of those benzoylsalicylic
acid derivatives had been done. The objective of this research was to study the stability of the
compounds against hydrolysis reaction in alkaline solution and to observe the effect of 4-chlor
substituent on the stability of the benzoylsalicylic acid derivative. The compounds were
hydrolysis in aqueous solution buffered at pH 11 and heated at constant temperature 80 oC to
accelerate the reaction. The kinetic parameters k (rate constant) and t½ (half life period) were
determined by measuring the concentration of salicylic acid produced in the hydrolysis reaction
spectrophotometrically at 296 nm.
The results showed that the hydrolysis reaction of the benzoylsalicylic acids at pH 11
followed pseudo-first order kinetics. The kinetic parameters of O-benzoylsalicylic acid were k=
10.51x10-3 min-1 and t½=81.0 min, while the O-(4-chlorobenzoyl)salicylic acid gave k =
8.59x10-3 min-1 and t½= 66.8 min. The presence of 4-chlor substituent could increase the
stability of of the benzoylsalicylic acid derivative against hydrolysis reaction in alkaline
solution. Compare with acetylsalicylic acid (aspirin) which had k= 27.91x10-3 min-1 and
t½=24.9 min, the benzoylsalicylic acids were more stable than aspirin.
Key words : O-Benzoylsalicylic acid derivatives, degradation kinetics, alkaline solution
PENDAHULUAN
Dalam usaha untuk memperoleh turunan asam
salisilat dengan aktivitas analgesik yang tinggi
telah dilakukan modifikasi struktur asam salisilat.
Dari beberapa turunan asam O-asilsalisilat yang
dihasilkan,
senyawa
asam
O-(4klorobenzoil)salisilat
menunjukkan aktivitas
analgesik pada mencit dengan nilai ED50 sebesar
0,53 mM/kg berdasarkan whriting test (Diyah
dkk, 2006). Untuk mengembangkan senyawa
bioaktif yang potensial sebagai obat analgesik,
perlu dilakukan serangkaian penelitian lebih
lanjut, antara lain uji stabilitas, karena untuk dapat
digunakan sebagai obat, suatu senyawa harus
stabil selama penyimpanan dalam jangka waktu
tertentu. Dalam penyimpanan, senyawa obat harus
tidak mudah terdegradasi atau berubah menjadi
senyawa lain yang tidak berkhasiat atau bahkan
bersifat toksik.
Pengetahuan tentang stabilitas suatu senyawa
juga
sangat
diperlukan
dalam
proses
manufakturing obat, terkait dengan dosis dan
eksipien yang diperlukan sehingga dihasilkan
produk yang efektif dan aman (Franklin et al.,
2005). Stabilitas suatu senyawa diketahui dari laju
degradasinya yang ditentukan berdasarkan studi
kinetika reaksi. Degradasi berlangsung melalui
beberapa jalur, tetapi mekanisme yang paling
umum adalah hidrolisis (Ratna and Edwards,
2006).
Asam O-asetilsalisilat (aspirin) adalah turunan
asam salisilat yang telah dikenal sebagai prototip
obat analgesik kelompok NSAIDs. Sayangnya,
stabilitas senyawa ini menjadi salah satu
kelemahannya, di samping efek sampingnya.
Reaksi yang paling berkontribusi dalam degradasi
aspirin adalah hidrolisis yang menghasilkan
produk asam salisilat dan asam asetat. Reaksi ini
berlangsung dalam berbagai pH dan laju reaksinya
mengikuti kinetika order pertama semu (Marr,
2004) tetapi dalam suasana yang lebih basa,
aspirin terhidrolisis lebih cepat (Reynolds, 1982).
Sebagai ester asam salisilat, asam O-(4klorobenzoil)salisilat dapat mengalami hidrolisis
menjadi asam salisilat dan asam 4-klorobenzoat.
Gugus 4-klorobenzoil pada atom oksigen posisi 2
dari gugus karboksilat merupakan gugus asil yang
berukuran lebih besar daripada gugus asetil pada
aspirin. Adanya asil tersebut memberikan
halangan ruang bagi nukleofil untuk menyerang
atom C karbonil ester. Di samping itu adanya
substituen klor pada posisi 4 cincin kedua dapat
mempengaruhi reaktivitas karbonil tersebut
sehingga menurunkan laju reaksinya.
Untuk mengetahui stabilitas senyawa asam O(4-klorobenzoil)salisilat, dilakukan studi kinetika
10
Majalah Farmasi Airlangga, Vol.8 No.2,Oktober 2010
reaksi degradasinya. Tujuan penelitian ini adalah
menentukan tetapan laju reaksi (k) dan waktu
paruh (t½) reaksi degradasi asam O-(4klorobenzoil)salisilat dalam suasana basa melalui
mekanisme yang serupa dengan hidrolisis aspirin
dan mengetahui pengaruh substituen klor pada
stabilitas
senyawa
turunan
asam
Obenzoilsalisilat. Diharapkan senyawa akan lebih
stabil daripada aspirin sehingga bermanfaat untuk
dikembangkan lebih lanjut sebagai obat analgesik.
O
O
O
Nurul Wahyuning Diyah, et al
pembanding yang tidak mengandung gugus
benzoil. Tetapan laju reaksi (k) ditentukan
berdasarkan hidrolisis dalam suasana basa pH 11
pada suhu konstan 80oC. Suasana pH 11 diperoleh
dengan larutan dapar karbonat, percobaan
dilakukan dengan 3 kali replikasi.
Nilai k dihitung dari slope kurva hubungan log
Ct terhadap t. Ct adalah kadar senyawa uji
(reaktan) yang tersisa setelah waktu reaksi t, yang
dihitung dari kadar asam salisilat (produk) yang
dihasilkan setelah waktu reaksi t berdasarkan
reaksi
OH
waktu, t (menit)
OH
OH
H O
O
+
-1.8000
0
R'
OH
O
Asam 4-klorobenzoat (R’ = C1)
Asam Benzoat (R’ = C1)
Asam Salisilat
60
90
120
150
180
-2.2000
R
Gambar 1. Reaksi hidrolisis turunan asam Obenzoilsalisilat
Log Ct
Senyawa A : R = C1
Senyawa B : R = H
30
-2.0000
-2.4000
-2.6000
BAHAN DAN METODE
Bahan. Bahan-bahan yang digunakan meliputi
: Asam O-(4-klorobenzoil) salisilat dan asam Obenzoilsalisilat hasil sintesis dengan metode yang
dilakukan oleh Diyah dkk. (2006), asam
asetilsalisilat p.a. (Sigma), asam salisilat p.a.
(Riedel – de Haen), NaOH p.a. (E. Merck),
NaHCO3 p.a. (E. Merck), Etanol p.a. (Riedel –
de Haen).
Kadar Reaktan (M).10-3
12.00
10.00
-2.8000
-3.0000
Gambar 3. Kurva hubungan antara log Ct/Co
dengan t untuk reaksi hidrolisis senyawa asam
O-(4-klorobenzoil) salisilat ()dan asam
benzoilsalisilat () dalam larutan pH 11 pada
suhu 80 oC
Tabel 1. Kadar rata-rata turunan asam Obenzoilsalisilat (reaktan) yang tersisa
pada setiap waktu reaksi (t) .
Waktu
t
(menit)
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
0
30
60
90
120
150
180
waktu, t (menit)
Gambar 2. Kurva penurunan kadar senyawa
asam O-(4-klorobenzoil) salisilat ()dan asam
benzoilsalisilat () selama reaksi hidrolisis
pada pH 11.
Alat. Alat-alat yang digunakan antara lain :
penangas air dengan termostat Julabo Circulator
Type EM-12B, Spektrofotometer Perkin Elmer
Lambda EZ 201, pH-meter (Schott) dan alat-alat
gelas.
Metode. Kinetika degradasi diamati pada 3
senyawa, yaitu : asam O-(4-klorobenzoil)salisilat,
asam O-benzoilsalisilat sebagai senyawa induk
untuk mengetahui pengaruh substituen klor, dan
asam asetilsalisilat (C) sebagai senyawa
0
5
10
15
30
60
90
105
120
135
150
Kadar reaktan yang tersisa setelah
waktu reaksi t Ct (M).10-3
asam O-(4klorobenzoil)salisilat
11,23 (0,14)
8,64 (0,47)
7,68 (0,17)
7,34 (0,27)
6,34 (0,37)
4,85 (0,49)
3,59 (0,71)
2,88 (0,41)
2,62 (0,27)
2,39 (0,25)
2,28 (0,26)
asam Obenzoilsalisilat
9,71 (0,10)
6,80 (0,71)
6,30 (0,59)
5,79 (0,27)
5,03 (0,33)
3,84 (0,43)
2,95 (0,36)
2,54 (0,40)
2,17 (0,39)
1,90 (0,36)
1,53 (0,31)
Prosedur Kinetika Reaksi. Dibuat larutan
induk dengan cara melarutkan sejumlah gram
tertentu senyawa dalam campuran etanol–air
(15 :100), kemudian dari larutan induk dibuat 10
larutan uji berkadar 0,01M dengan cara
pengenceran menggunakan larutan dapar pH 11.
Kinetika Degradasi
Larutan uji dalam dapar pH 11 dipanaskan pada
suhu konstan 80 oC. Pada waktu (t) berturut-turut
5, 10, 15, 20, 30, 60, 90, 105, 120, 135, dan 150
menit diambil sampel larutan untuk diamati
absorbansnya secara spektrofotometri pada
panjang gelombang maksimum asam salisilat
terhadap blangko pelarut. Kadar asam salisilat
pada setiap waktu pengambilan sampel (CAS)
dihitung dengan metode kurva baku.
Penentuan Parameter Kinetika. Kadar
senyawa yang tersisa setelah waktu reaksi t (Ct)
dihitung dengan rumus : Ct = Co – CAS ; Co adalah
kadar senyawa pada awal percobaan, CAS adalah
kadar asam salisilat hasil penentuan setiap waktu
(t) pengambilan sampel. Co ditentukan
berdasarkan absorbans senyawa pada panjang
gelombang maksimumnya masing-masing dan
kemudian kadar dihitung dengan metode kurva
baku. Hasil penetapan kadar dinyatakan dalam
Molar (M).
Dari data Ct selama 150 menit dibuat
kurva hubungan antara Ct dengan t. Jika terdapat
hubungan linear antara log Ct dengan t, maka nilai
k dapat dihitung dari slope persamaan kinetika
order pertama : log Ct = (–k /2,303).t + log Co.
Dari k yang diperoleh dapat ditentukan waktu
paruh dengan rumus : t½ = 0,693/k (Maron and
Lando, 1974).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva
Baku
Asam
Salisilat.
Dari
pengamatan spektrofotometri ultraviolet larutan
asam salisilat tunggal dalam pH 11 untuk
pembuatan kurva baku diperoleh panjang
gelombang maksimum 296 nm. Panjang
gelombang maksimum asam salisilat yang sama
juga diperoleh dari larutan uji, asam O-(4klorobenzoil)salisilat dan asam O-benzoilsalisilat.
Larutan asam salisilat dalam suasana basa
menunjukkan absorbans maksimum pada panjang
gelombang sekitar 298 nm (Moffat dkk., 2004).
Berdasarkan data absorbans 5 larutan asam
salisilat dalam pH 11 pada panjang gelombang
296 nm diperoleh persamaan regresi linear kurva
baku asam salisilat. Dari 3 replikasi diperoleh
persamaan kurva baku serta nilai koefisien
korelasi r dan Vxo sebagai berikut : I. Y=0,0128
X – 0,0262 (n =5, r=1,0000, Vxo=0,67), II.
Y=0,0257 X – 0,0000 (n=5, r=0,9999, Vxo=1,05),
dan III. Y=0,0220 X + 0,0516 (n=5, r=0,9999,
Vxo=1,16).
Berdasarkan data tersebut maka penentuan
kadar asam salisilat dalam dapar pH 11 secara
spektrofotometri ultraviolet memenuhi syarat
linearitas. Dari hasil penentuan kadar asam
Majalah Farmasi Airlangga, Vol.8 No.2, Oktober 2010
11
salisilat secara spektrofotometri dalam 3 sampel
larutan uji yang diadisi dengan asam salisilat
masing-masing 6, 8, dan 10 ppm dengan 3 kali
replikasi, diperoleh nilai % recovery rata-rata
99,1% ± 2,0 .
Selanjutnya persamaan kurva baku asam
salisilat tersebut dapat digunakan untuk
menghitung kadar asam salisilat yang dihasilkan
dalam larutan uji, kemudian kadar reaktan
(senyawa uji) yang tersisa dihitung menurut cara
pada Penentuan Parameter Kinetika.
Penurunan kadar senyawa selama reaksi.
Hasil penentuan kadar turunan asam Obenzoilsalisilat yang tersisa pada setiap waktu
reaksi dapat dilihat pada tabel 1.
Pada tabel dapat dilihat bahwa penurunan
kadar asam O-(4-klorobenzoil)salisilat pada setiap
waktu reaksi lebih rendah daripada asam Obenzoilsalisilat. Kurva penurunan kadar reaktan
selama reaksi dapat dilihat pada gambar 2.
Pada gambar 2 terlihat bahwa reaksi degradasi
asam O-(4-klorobenzoil)salisilat berlangsung
lebih lambat daripada asam O-benzoilsalisilat.
Untuk mengetahui bahwa degradasi senyawa
mengikuti persamaan kinetika reaksi order
pertama ditentukan hubungan antara log Ct
dengan waktu (t). Diperoleh hubungan yang linear
antara log Ct dan t (p<0,05). Hubungan tersebut
ditampilkan oleh kurva log Ct terhadap t yang
dapat dilihat pada gambar 3.
Dengan adanya hubungan linear antara
log Ct dengan t maka nilai tetapan laju reaksi (k)
dapat dihitung dari slope kurva. Nilai k dan t½
reaksi hidrolisis senyawa dalam pH 11
ditunjukkan pada tabel 2. Sebagai perbandingan
dicantumkan pula parameter kinetika reaksi
aspirin yang ditentukan dengan metode yang
sama.
Data tersebut menunjukkan bahwa
senyawa turunan asam benzoilsalisilat lebih stabil
daripada aspirin, dengan nilai k masing-masing
yang lebih kecil dan t ½ yang lebih besar
dibandingkan dengan aspirin. Stabilitas yang lebih
tinggi daripada aspirin terjadi dengan adanya
gugus benzoil, yang lebih besar daripada asetil
pada aspirin, yang menimbulkan halangan ruang
pada reaksi hidrolisis tersebut. Hal serupa telah
diteliti pada asam O-pentanoilsalisilat yang lebih
stabil daripada aspirin, karena mengandung rantai
asil alifatis lebih panjang daripada aspirin
(Susilowati dkk., 2008).
Dari data tersebut juga terlihat bahwa adanya
substituen 4-klor pada senyawa asam O-(4klorobenzoil)salisilat
dapat
meningkatkan
stabilitas asam O-benzoilsalisilat. Hal ini
12
Majalah Farmasi Airlangga, Vol.8 No.2,Oktober 2010
menunjukkan bahwa klor pada posisi 4 cincin
aromatik kedua yang merupakan penarik elektron
dapat mempengaruhi reaktivitas karbonil asil
sehingga dapat
menurunkan laju reaksinya.
Reaksi hidrolisis ester termasuk reaksi substitusi
nukleofilik, yang pada reaksi ini air adalah
nukleofilnya. Reaksi tersebut dapat berjalan lebih
cepat tergantung reaktivitas nukleofil dan juga
gugus karbonil yang menjadi sasaran serangan
nukleofil (Jencks and Carriuolo, 1960; Klausen et
al., 1997).
Kesimpulan
Berdasarkan nilai k dan t½ reaksi hidrolisis
dalam suasana basa pH 11 dapat disimpulkan
bahwa senyawa asam O-(4-klorobenzoil)salisilat
dan asam O-benzoilsalisilat lebih stabil daripada
aspirin. Adanya substituen klor pada gugus
benzoil dapat meningkatkan stabilitas senyawa
turunan asam benzoilsalisilat. Dengan demikian
senyawa-senyawa tersebut dapat dikembangkan
lebih lanjut sehingga bermanfaat sebagai obat
analgesik.
DAFTAR PUSTAKA
Diyah, N.W., Soekardjo B., Purwanto,
Siswandono, Hardjono S., Purwanto B.T.,
Susilowati R., 2006. Modifikasi Struktur
dan Uji Aktivitas Analgesik Turunan Asam
O-Asil Salisilat Dalam Rangka Memperoleh
Senyawa Analgesik-Antiinflamasi yang
Poten, Laporan Penelitian Project Grant,
Surabaya : Fakultas Farmasi Universitas
Airlangga.
Franklin, A., Kreider, R. Rassiwalla, A., 2005.
Aspirin
Hydrolysis,
www.seas.upenn.edu/courses/belab/LabProj
ects/2005/FRPTM3E4.doc, diakses tanggal
11 Desember 2006.
Jencks, W.P. and Carriuolo, J. 1960. Reactivity of
Nucleophylic Reagents toward Esters,
J.Am.Chem. Soc. (82) : 1778 – 1786.
Klausen, J., Meier, M.A., Schwarzenbach, R.P.
Assessing the Fate of Organic Contaminants
in Aquatic Environment : Mechanism and
Kinetics of Hydrolysis of a Carboxylic
Ester, J. Chem. Ed, 1997 (74) : 1440 –
1444.
Maron, S.H., Lando, J.B., 1974. Fundamental of
Physical Chemistry, New York : Macmillan
Publishing Co. Inc., p. 673 – 715.
Moffat, A.C., Osselton, M.D., Widdop, B. (eds),
2004. Clarke’s Analysis of Drugs and
Poisons, 3rd ed, Pharmaceutical Press,
London, pp. 313 – 326, 651 – 1549.
Nurul Wahyuning Diyah, et al
Marr, P. 2004. Class Project in Physical Organic
Chemistry : The hydrolysis of Aspirin,
J.Chem.Ed, 2004 (81) :. 870 – 873.
Reynolds, J.E.F. (eds), 1982. Martindale, The
Extra Pharmacopoeia, 28th ed, London :
The Pharmaceutical Press, p. 234 – 244.
Ratna, J.V. Edwards, L.J. 2005. pH – Rate
Dependence of the hydrolysis of Aspirin.
Overall velocity constant for aspirin
hydrolysis at 17oC as a function of pH,
Trans. Farad. Soc. 46:723.
Susilowati, R., Diyah, N.W., Azizah, N.F. 2008.
Kinetics of O-pentanoylsalicylic acid
Degradation in Alkaline Solution. The 8th
Asian Conference on Clinical Pharmacy,
Surabaya.