(AKTIVITAS DAN BIOAKTIVITAS) SENYAWA ORGANIK BAHAN
advertisement
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 EKSPLORASI POTENSI (AKTIVITAS DAN BIOAKTIVITAS) SENYAWA ORGANIK BAHAN ALAM DENGAN PENDEKATAN BERBASIS STRUKTUR dan IMPLIKASINYA PADA PEMBELAJARAN KIMIA ORGANIK di PERGURUAN TINGGI Sutrisno Kelompok Bidang Keilmuan Kimia Organik Bahan Alam, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Malang Jl. Semarang 5 Malang – Jawa Timur 65145 Korespondensi: [email protected] ABSTRAK Sejak dikenalkannya ilmu kimia, sudah menjadi kesepakatan ilmiah bahwa kimia adalah ilmu natural (natural science) yang mengkaji tentang struktur, sifat, perubahan (rekasi kimia), dan energi yang menyertai reaksi tersebut. Berdasarkan konsep atau definisi ini, maka pemahaman tentang struktur memegang peranan penting untuk menentukan sifat suatu senyawa. Senyawa organik (dalam domain yang lebih terbatas dibanding dengan struktur senyawa kimia pada umumnya) merupakan penggolongan senyawa yang mempunyai keragaman struktur yang lebih bervariasi. Oleh karenanya, dalam senyawa organik dikenal dengan konsep isomer. Fakta menunjukkan bahwa senyawa organik dengan isomer yang berbeda menunjukkan sifat atau karakter yang berlainan dan tentunya dari aspek kemanfaatan dan kegunaan akan berbeda juga. Sejauh yang teridentifikasi selama ini riset manfaat, kegunaan, dan potensi berbasis pada pengalaman yang berkembang di masyarakat kemudian ditelaah secara molekular kimiawi seperti antikanker-antitumor-sitotoksik, antibakteri, antijamur, antioksidan, dan antimikroba lainnya. Makalah ini menyampaikan riset senyawa organik bahan alam yang berpotensi sebagai antioksidan, sunscreen, antikoagulan, sitotoksik, dan antimikroba dengan pendekatan struktur (yang diawali dengan pendekatan gugus fungsional) dari alga merah, biji alpukat, dan biji asam jawa di Kimia Organik Bahan Alam Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Malang melalui uji aktvitas dan/atau bioaktivitasnya. Kata kunci: senyawa organik bahan alam, aktivitas dan bioaktivitas, alga mereah, biji alpukat, dan biji asam jawa. zat-zat organik yang dibentuk atau PENDAHULUAN alam Senyawa (organik) (English: natural dihasilkan oleh organisme hidup. bahan Konsep senyawa organik bahan alam product) pada awalnya hanya dikenal sebagai adalah suatu senyawa organik atau senyawa bahan alam yang selaras A - 20 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 dengan natural bahasa Inggrisnya, yakni product. Pada Chemistry dan kelompok bidang awal keimuannya dikenal sebagai Kimia organik Organik Bahan Alam. (Osbourn & diturunkan atau barasaI dari kajian Lanzetti, 2009 & Cooper & Nicola, secara alami (naturally) terjadinya 2015) ) Sejarah senyawa organik zat-zat kimia, artinya zat-zat kimia bahan alam telah berkembang sangat dihasilkan dari organisme hidup; dan lama hal ini hingga kini tetapi sebagai perkembangan kimia organik itu sumber dan sendiri. Senyawa organik bahan alam dinamika intelektual para ilmuwan dikaji karena kekhasannya dan begitu kimia. Dalam perkembangannya, kini, ragamnya dan diyakni di masa yang akan Senyawa datang, bahwa organisme (tumbuhan dieksplorasi tinggi mikroorganisme) aktivitas farmakologik dan biologik. merupakan sumber utama zat-zat Keragaman dan keunikan struktur kimia (yang unik dan menantang). senyawa organik bahan alam, banyak Zat-zat kimia yang dihasilkan secara memberikan alamiah perkembangannya, inilah kimia informasi ataupun oleh yang ilmiah dan sejalan struktur ini dengan yang ada. ditemukan dan karena mempunyai inspirasi untuk organisme (hidup) menemukan dan merancang obat- selanjutnya dikenal obatan dan dilanjutkan dengan sebagai senyawa (organik) bahan sintesis senyawa organik secara total alam atau natural product compound. atau parsial. Kimia yang mengkaji senyawa- Senyawa bahan alam senyawa bahan alam dikenal sebagai merupakan senyawa kimia atau zat Kimia Bahan Alam (Natural Product yang Chemistry). Dari sekelumit informasi hidup, biasanya mempunyai aktivitas ini tampak bahwa pada awalnya, farmakologi atau aktivitas biologi, kimia yang mempelajari senyawa bermanfaat untuk penyelidikan atau organik bahan alam dikenal sebagai rancangan Kimia Bahan Alam, namun dalam bahan alam telah dapat diproduksi perkembangannya di Indonesia lebih melalui teknik sintesis total maupun ditegaskan dengan Kimia Organik sintesis parsial. Senyawa bahan alam Bahan Alam untuk Natural Product jika dipandang sebagai bagian dari A - 21 dihasilkan obat. oleh organisme Akhir-akhir ini, Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 biomolekul secara keseluruhan maka bobot molekul tinggi dan bersifat tergolong polimerik, seperti selulosa, lignin, dan (small sebagai molecule) molekul jika kecil dibanding protein. Zat-zat ini sebagai dengan protein, karbohidrat, asam pembangun seluler. Ketiga, senyawa- deoksiribo nukleat (DNA, deoxyribo senyawa “kecil” (small molecule) yang nucleic acid), dan sebagainya. Namun khas dan dalam jumlah terbatas demikian, dalam molekul memberikan sumber atau inspirasi kecil ini menyediakan yang setiap spesies organisme. Golongan senyawa dalam kategori ini sangat dikenal sebagai senyawa-senyawa bermakna untuk penyelidikan obat. metabolit Di samping itu, senyawa bahan alam senyawa metabolit sekunder inilah memegang yang peran mempertahankan penting dalam kondisi dan keberlangsungan sekunder. mempunyai Golongan efek biologik terhadap sel atau organisme dan kehidupan bertanggung jawab untuk organisme, khususnya akibat tekanan produksinya. Metabolit sekunder ini lingkungan, diri memang dan terlibat dalam pertumbuhan yang dari mempertahankan serangan penyakit, sebagainya. normal organik dihasilkan Pertama, dari bahan tiga dari langsung organisme, atau reproduksi organisme. Namun demikian, tidak alam seperti kategori. senyawa-senyawa secara pengembangan, Secara alamiah terbentuknya senyawa tidak pada metabolit primer, ketidaktersedian metabolit sekunder yang terbentuk dalam semua sel dan dalam berperan sebagai pusat pengatur mengakibatkan (central role) atau pengendali dalam tetapi metabolisme kerusakan jangka panjang seperti dan reproduksi sel organisme tidak kematian lebih segera, mengakibatkan tersebut. Senyawa yang tergolong menyangkut dalam kategori ini adalah asam kesuburan, atau nukleat, berbagai asam-asam amino, barangkali tidak dan gula atau sakarida, dan dikenal penting sama sekali pada organisme sebagai metabolit primer. tersebut. Kedua, material organik yang mempunyai A - 22 kelangsungan estetika, ada hidup, atau perubahan Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Di samping itu, senyawa- taksonomi tumbuhan yang dikenal senyawa metabolit sekunder juga dengan mempunyai (chemotaxonomy). yang karakter disebabkan menyerang oleh pengaruh kemotaksonomi melibatkan penggunaan biologiknya terhadap organisme lain. organik Dalam mengklasifikasi perkembangannya, Kimia Kemotaksonomi bahan senyawa alam untuk spesies, sedang Organik Bahan Alam memperluas senyawa organik bahan alam yang bidang obat- dihasilkan atau obatan, sifat racun, feromon dan tumbuhan dikenal atraktan, warna, rasa, dan senyawa fitokimia (phytochemistry penyakit pada tanaman. Semua kajian compound). Melalui survey fitokimia ini dilandasi oleh perkembangan telah dikembangkan senyawa organik kimia bahan kajiannya organik meliputi pada bau, umumnya. alam diproduksi sebagai Kesemuanya ini diperankan oleh hubungan antara senyawa tumbuhan dan golongan organik bahan senyawa alam juga sifat oleh dengan “marker” botanik evolusinya. Jadi, metabolit manusia mengeksploitasi bahan alam sekunder. Sampai saat ini terdapat sebagai sumber obat/bahan obat- tidak kurang dari 40% obat atau obatan, bahan obat-obatan dihasilkan dari pewangi, perasa, dan masih banyak senyawa alam. lagi manfaat yang sangat luas untuk Berbagai ragam program penapisan aplikasi-aplikasi lainnya. Kemajuan (screening pesat telah dicapai dalam satu sampai organik bahan program) senyawa- agen dekade pada obat baru dan digunakan untuk dengan sintesis bahan alam, regulasi pengobatan berbagai jenis kanker. Di dan fungsi, serta evolusi diversitas samping itu, senyawa organik bahan metabolit. Kondisi ini juga telah juga dalam membawa informasi secara bersama mengatur interaksi antara tanaman, untuk kemajuan di bidang kimia, mikroorganisme, dan biologi tumbuhan, ekologi, agronomi, terkini, dan kesehatan yang menyediakan senyawa organik bahan alam juga guide komprehensif terhadap kimia berperan bahan alam yang diturunkan dari binatang. peran insekta, Perkembangan dalam mengembangkan A - 23 yang dan senyawa bioaktif saat ini mengarah mempunyai terakhir pengharum berkaitan Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 tumbuhan (plant-derived natural materi lainnya (sifat fisik, kimia, dan product). biologiknya). Pada tulisan Riset senyawa-senyawa bahan dipaparkan yang para organik bahan alam berdasarkan natural product organic chemist yang pendekatan gugus fungsional dan paling implikasinya alam dilakukan sering oleh dilakukan adalah melakukan ekstraksi yang diikuti kimia dengan pendidikan penapisan (screening) sitotoksik, anti dalam orgnik, senyawa pembelajaran baik di menengah jenjang maupun pendidikan tinggi. aktivitas dan/atau bioaktivitasnya, seperti eksplorasi ini tumor, PEMBAHASAN antimikroba (bakteri, jamur, dan 1. Struktur sebaginya), dan antioksidan yang dilanjutkan dengan sebagai pemisahan- Senyawa Basis Organik Penentu (Bio)Aktivitasnya pemurnian untuk ditetapkan struktur senyawa yang bersangkutan. Sebagai Mengkaji guide untuk memperoleh “informasi” dilepaskan tentang keberadaan senyawa dan senyawa ini, yakni rumus empirik aktivitasnya, hal ini sudah menjadi (formula empirik), rumus molekul kelaziman dan dibenarkan. Namun (formula molekular), dan struktur demikian, kurang memberikan alur (rumus yang lebih sistematik yang selaras struktur). Ketiga karakter inilah yang dengan karakteristik senyawa bahan membedakannya dengan alam tersebut. Sebagaimana telah anorganik. Sejak dikenalkan atau dideskripsikan sebelumnya, senyawa dipelajarinya senyawa organik atau bahan alam merupakan senyawa Kimia Organik dalam level makro, organik. mempelajari apa yang dikenal dengan Karakteristik senyawa senyawa dengan struktur tidak karakkteristik atau formula senyawa organik adalah gugus fungsional, isomer dimana karakter ini berbeda dengan Kajian senyawa organik sangat sarat bukan Gugus dengan ragam struktur walaupun organik mempunyai rumus molekul yang merupakan penentu golongan, pusat sama, dan disinilah konsep tentang kereaktifan, dan penciri lain sifat-sifat isomer mulai dikenalkan dan dikaji senyawa fungsional organik. senyawa A - 24 merupakan organik keniscayaan. Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 dengan tingkat kajian sesuai dengan turunannya. Demikian juga dengan tingkat kematangan peserta didik dan adanya kromofor aromatik (benzena jenjang pendidikannya. Keisomeran dan (isomeri) yang menghadirkan isomer karakteristik dengan berbagai ragamnya, pada aromatik dasarnya disebabkan oleh perbedaan Selanjutnya, geometri molekul seperti strukturnya, baik dari sisi susunan kemeruahan molekul, kiralitas atom atom dalam setiap molekul maupun dalam molekul dan kiralitas molekul bentuk molekul secara keseluruhan. menentukan Secara molekul secara keseluruhan yang umum kajian struktur turunannya) mencirikan sebagai dengan bentuk senyawa kekhasannya. dan ukuran senyawa organik didasarkan atas dua mempengaruhi kategori molekul tersebut, khususnya kerja utama, fungsional yakni senyawa gugus organik mekanisme kerja terhadap sel. dan bentuk keseluruhan molekul secara Ilmu kimia merupakan ilmu yang keseluruhan. mempelajari Gugus fungsional struktur, sifat, senyawa organik menggambarkan perubahan (reaksi kimia), dan energi kelompok yang atau golongan suatu menyertai perubahan. senyawa organik, menjadi penciri Berdasarkan batasan yang sederhana senyawa, menjadi pusat kereaktifan ini maka dengan diketahui struktur dan Sebagai molekul baik secara keseluruhan dapat maupun parsialnya dapat digunakan berikut. untuk memprediksi atau menentukan karbon-karbon sifat senyawa yang bersangkutan. mencirikan sebagai alkena, alkuna, Demikian juga dengan sifat yang alkadiena, dan ditunjukkan oleh senyawa tersebut ini dapat digunakan sebagai pengarah menjadi pusat kereaktifan dan pusat atau indikasi diperolehnya struktur keaktifannya. gugus molekul senyawa tersebut. Sebagai hidroksil (-OH), karbonil (C=O), dan ilustrasi tentang bagaimana suatu karboksil sifat (kereaktifan) dapat digunakan pusat contoh aktivitasnya. tentang dideskripsikan Ikatan hal ini sebagai rangkap alkapoliena, sejenisnya. Ikatan rangkap Terdapatnya (COO), mencirikannya sebagai golongan alkohol, aldehida untuk dan keton, dan asam karboksilat atau struktur A - 25 menentukan molekul (perubahan) tersebut Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 ditunjukkan oleh perubahan pH pada Pada pH kurang dari 8,2, struktur pelargonidin (1), suatu senyawa yang molekul tiga cincin benzena yang diperoleh dari kelopak merah bunga terpisah, masing-masing lavender (Gambar 1) (Ratcliff, et al., elektron terdelokalisasinya 2004). Terdapatnya ion hidrogen suatu bidang datar yang berbeda atau hidroksida dapat mengubah dengan dua lainnya. Dalam larutan strukturnya basa terjadi perubahan yang menghasilkan dengan pada struktur: perubahan warnanya. Ion hidrogen terbentuk ion planar dengan elektron menyebabkan pelargonidin menjadi terdelokalisasi memperpanjang pada bentuk hampir kationnya (2), dan ion seluruh struktur. Sistem hidroksida menjadikan pelargonidin elektron terdelokalisasi ini mejadi dalam bentuk anionnya (3). Ilustrasi lebih lain adalah fenomena perubahan mengakibatkan warna fenolftalein (yang lebih sering spektrum dikenal dengan pp) sebagai indikator larutannya menjadi berwarna merah dalam titrasi asam-basa (Gambar 2). muda (Ratcliff, et al., 2004). diperpanjang dan cahaya terlihat, dalam sehingga OH O HO O OH- H+ OH OH kation pelargonidin (merah) molekul pelargonidin (ungu) anion pelargonidin (biru) Gambar 1. Pengaruh ion hidrogen dan hidroksida pada pelargonidin A - 26 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Gambar 2. Pengaruh kondisi keasaman (pH) pada fenolftalein 2. Riset Eksplorasi Senyawa larutan natrium hidroksida yang Organik Bahan Alam dengan dilanjutkan dengan metilasi dengan Pendekatan Struktur dimetil sulfat, dan alkoholisis dengan Beberapa riset (eksplorasi) tentang larutan kalium hidroksida metanolik aktivitas dan/atau bioaktivitas dari yang bahan alam telah dilakukan. Pakirizin pengasaman. Dari ketiga perlakukan (pachyrrizin), ini dihasilkan tiga senyawa turunan suatu zat padat dilanjutkan berwarna kuning cerah dari golongan pakirizin, flavonoid terdapat di dalam biji (turunan pakirizin_1), metil hidroksi bengkuang erosus pakirizin (turunan pakirizin_2), dan Untuk metil metoksi pakirizin (turunan mengetahui bagaimana karakter sifat pakirizin_3). Selanjutnya dilakukan racun ini dilakukan transformasi skrining sitotoksiknya dengan sel dengan berbagai perlakuan, yakni leukemia reduksi hidrogenasi katalitik dengan Perubahan katalis menyebabkan Urban) (Pahyrrhizus bersifat Pd/C, racun. hidrolisis dengan yakni dengan L1210 dihidropakirizin secara struktur ini in-vitro. terbukti perubahan sitotoksinya (lihat Gambar 3). A - 27 sifat Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Gambar 3. Sifat sitotoksik pakirizin dan turunannya (Sutrisno, 2000) Riset lain uji bioaktivtas yang strukturnya dengan heparin. Heparin, didasarkan atas kemiripan struktur suatu ditinjau dari kerangka dasar dan dikenali sebagai antikoagulan alami gugus samping dilakukan terhadap yang bekerja dalam jaringan tubuh karagenan (Sutrisno, et sehingga Karagenan, darah sulfat dalam telah kondisi polisakarida berwujud cair dan dapat diedarkan tersubstitusi sulfat diuji aktivitasnya ke seluruh tubuh organ makhluk sebagai hidup (Gambar 4). Zat ini terdapat didasarkan suatu al., 2013). poligalaktan antikoagulan atas yang kemiripan dalam hati (hepar). Gambar 4. Struktur heparin, suatu antikoagulan alami A - 28 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 OSO 3CH2OH O O O O OH O OH n k- carrageenan O OH - O 3 SOCH2 CH2OH O O OSO 3CH2OH OSO 3- - O SOCH 3 2 O O OH O OH (OSO 3- ) O OH n O OSO 3CH2OH O -O SOCH 3 2 OSO 3- O O O O OSO3- OH O n - - O OH Struktur ideal -karagenan l- carrageenan OSO 3CH2OH OH O OH O OH n n Struktur ideal -karagenan i-carrageenan - -carrageenan Gambar 5. Struktur karagenan dan variasinya Berdasarkan sifat antikoagulan dari (Activated Partial Thromboplastine heparin yang Time) dan PT (Prothrombine Time). dasar Karagenan dihasilkan dari rumput ini, mempunyai kerangka poligalaktan diyakini karagenan sulfat (Gambar mempunyai sebagaimana dimilki heparin. aktivitas laut kelompok alga merah. aktivitas antikoagulan oleh 5) Riset antikoagulan 3. Orientasi yang sebagai uji di karagenan bahwa mempunyai aktivitas Kimia FMIPA Eksplorasi senyawa organik bahan alam Kelompok Bidang Keilmuan karagenan Kimia Organik Bahan Alam di Jurusan sebagai Kimia antikoagulan walaupun aktivitasnya Malang lebih lemah dibanding sitrat. Uji FMIPA Universitas Negeri saat diarahkan pada (bio)aktivitasnya a(bio)aktivitas sebagai antikoagulan dilakukan Jurusan Universitas Negeri Malang pembanding menunjukkan (Bio)Aktivitas KBK Kimia Organik Bahan Alam dengan sitrat (antikoagulan ekstra seluler) Uji sebagai antioksidan, sunscreen (tabir surya), berdasarkan antibakteri, mekanismeprolongasi terhadap APTT A - 29 antimikroba, dan Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 sitotoksik. Khusus untuk bioaktovitas radikal ini dapat memulai reaksi yang tiga terakhir bekerja sama berantai. dengan laboratorium di luar Jurusan terjadi dalam sel, dapat menyebabkan Kimia kerusakan FMIPA eksplorasi berdasarkan dan UM. Landasan pengembangannya ketersediaan Ketika atau Antioksidan fasilitas reaksi berantai berantai kematian menghentikan ini dengan reaksi menghapus pendukung. intermediet Senyawa-senyawa antioksidan, baik menghambat reaksi oksidasi lainnya. yang sintetik maupun alami didasari Mereka pemahaman bahwa zat ini bertindak menjadi teroksidasi sendiri, sehingga melindungi zat lain untuk dioksidasi. antioksidan bertindak sebagai agen Antioksidan pereduksi pelindung karena zat sehingga bertindak zat ini sebagai radikal sel. melakukan bebas, ini dan dengan (reduktor). Antioksidan untuk dioksidasi yang selama ini telah dikenal dengan yang dioksidasi, baik adalah tiol, asam askorbat untuk (vitamin C), dan polifenol (Wikipedia kemudahan dioksidasi lebih mudah terjadi pada Ensiklopedia). antioksidan dibanding yang organik yang mengandung ikatan dilindungi. Antioksidan adalah ganda C=C merupakan senyawa yang zat molekul yang menghambat oksidasi relatif molekul lain. Oksidasi adalah reaksi oksidasi. kimia yang melibatkan hilangnya terhadap senyawa dengan ikatan elektron yang dapat menghasilkan ganda ini seperti tercantum pada radikal Gambar 6. bebas. Pada gilirannya, A - 30 paling Senyawa-senyawa mudah menjalani Mekanisme oksidasi Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Gambar 6. Mekanisme reaksi oksidasi Berdasarkan mekanisme reaksi besi(III) klorida dan/atau oksidasi seperti yang tercantum pada alkoholik dengan Gambar 6, maka senyawa-senyawa (ZnCl2/HCl). organik dengan gugus-gugus –OH dan senyawa-senyawa antioksidan dapat adanya ikatan ganda C=C atau ikatan dikelompokkan rangkap tiga karbon-karbon relatif kategori, yakni vitamin, ko-faktor dapat vitamin dioksidasi. senyawa-senyawa Karenanya, yang dan pereaksi uji Secara ke garis besar, dalam mineral, Lucas enam hormon, demikian terpenoid–karotenoid, fenol alamiah: dengan sendirinya berpotensi sebagai flavonoid, asam fenolat dan esternya, antioksidan. Untuk mendeteksi dini dan fenolat non-flavonoid (seperti apakah suatu zat organik bahan alam poliketida), dan antioksidan organik bersifat sebagai antioksidan cukup lainnya. Beberapa zat organik sebagai dilakukan uji antioksidan rangkap karbon-karbon keberadaan ikatan dengan alami dan tercantum dalam Gambar 7. brom, sedang untuk adanya gugus hidroksil melalui uji fenolik dengan A - 31 sintetik Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Gambar 7. Beberapa antioksidan alami dan sintetik Bagaimana dengan aktivitasnya dan (3) partikulat organik yang sebagai sunscreen? Senyawa yang bekerja aktif partikulat sebagai senyawa radiasi sunscreen yang cahaya dapat UV adalah menyerap secara identik anorganik. dengan Gambar 8 mencantumkan beberapa senyawa (utraviolet). organik sebagai sunscreen. Sunscreen juga dikeal sebagai sun Radiasi UV bekerja pada panjang screen, lotion, gelombang 200–400 nm, dan dari sunburn cream, sun cream, dan block daerah ini berdasarkan efek yang out adalah suatu produk kosmetika ditimbulkan berwujud sunblock, lotion suntan (cairan kental), jika meradiasi kulit dikelompokkan menjadi UV-A (400– spray, gel, atau bentuk lainnya yang 315 nm), UV-B (315–290 nm), dan mengabsorpsi sebagian cahaya UV UV-C (290 – 200 nm). Bergantung matahari dan pada panjang-gelombang (UV-B, UV- memproteksi “pembakaran membantu kulit” A, and UV-C) kerusakan yang terjadi (sunburn) (Wikipedia Ensiklopedia). melalui mekanisme yang berbeda. Zat-zat UV-A dapat menghasilkan spesies kimia dikelompokkan sunscreen menjadi tiga oksigen reaktif (ROS) dan redikal golongan, yakni: (1) senyawa organik bebas yang mengabsorpsi cahaya UV, (2) fotosensitizer partikulat anorganik yang bekerja menyebabkan merefleksikan, protein, khususnya jaringan kulit dan menghamburkan, dan/atau mengabsorpsi cahaya UV, melalui lipid membran. A - 32 interaksi yang kerusakan secara dapat DNA, Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Gambar 8. Beberapa senyawa organik sebagai sunscreen Untuk menentukan organik bahan potensi alam zat potensi sebagai efektivitasnya sebagai sunscreen. sunscreen dilakukan analisis secara 4. Riset Eksplorasi Senyawa spektroskopi UV. Senyawa organik Organik yang aktif menyerap radiasi UV Organik Bahan Alam di Jurusan adalah senyawa yang dapat menjalani Kimia FMIPA Universitas Negeri transisi → * dari ikatan ganda C=C Malang terkonjugasi dan/atau menjalani untuk (C=S). Munculnya spektrum pada potensi alam yang berbasis pada biji-bijian. organik bahan alam mengindikasikan Eksplorasi telah dilakukan terhadap berpotensi sebagai sunscreen dan biji hubungan alpukat/avokad (Persea americana Mill) dan asam jawa antara panjang gelombang dengan untuk mengeksplorasi (bio)aktivitas senyawa organik bahan daerah 200–400 nm dari suatu zat absorbansinya Kimia saat ini, telah dilakukan penelitian (C=O), nitril (CN), dan tio-karbonil dianalisis KBK Selama satu dekade terakhir hingga transisi n → * seperti gugus karbonil selanjutnya Bahan (Tamarindus menentukan indica Linn), lihat Gambar 9. Penelitian difokuskan untuk A - 33 mengeksplorasi/melacak Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 kandungan senyawa dan tergolong sebagai kedua buangan (misalnya: tumbuhan ini melalui pemisahan dan alpukat); karakteistiknya dalam biji pemurnian (ekstraksi, isolasi – kajian lainnya) kandungan “Senyawa memperoleh Murni”. Selajutnya dan antara metabolit sifat bioaktivitasnya; kimia) dan identifikasi kromofor UV) ilmiah sekunder suatu organisme dan mengkarakterisasi (sifat fisik dan (spektroskopi biji 2. Memperoleh hubungan atau kromatografi , dan metode klasik untuk bahan 3. Memberdayakan gugus samping hasil produk-produk fungsional (spektroskopi IR) dan uji hayati untuk dijadikan sebagai aktivitas sumber-sumber bahan kimia ANTIOKSIDAN (metode DPPH) dan SUNSCREEN. yang lebih bermanfaat; 4. Dapat Adapun tujuannya adalah: dengan lokal (melimpah terdapat di produk scientific relationship antara satu bagian 1. Menggali potensi bahan-bahan alam) dihasilkan bagian lain dalam suatu organisme atau antara hayati, satu tanaman dengan tanaman khususnya yang selama ini lainnya. Objek Riset: Senyawa dan Aktivitasnya Gambar 9.Fokus riset untuk mengeksplorasi senyawa (bio)aktif A - 34 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Karakterisasi dan identifikasi ekstrak jenuhan, dan/atau komponen (senyawa) flavonoid. 1. Karakterisasi fisik: alkoholik, fenolik, 3. Identifikasi: UV, IR, NMR (1H– wujud, and/or 13C –NMR), & MS warna, titik lebur (untuk solid) 4. Aktivitas atau titik didih (untuk liquid), dan Bioaktivitas: indeks bias (liquid), kelarutan, antioksidan, sunscreen, dan dan rotasi optik (sito)toksisitas (BSLT, P-388) Hasil yang telah dicapai tercantum 2. Karakterisasi kimiawi melalui dalam Tabel 1 dan Tabel 2. reaksi/uji fotokimia: ketidak- Tabel 1. Senyawa-senyawa hasil eksplorasi dari biji P. americana Mill Jenis Senyawa Senyawa-1 Karakteristik, Identitas, dan Aktivitas-Bioaktivitas Zat padat putih kekuningan, t.l 63-65oC, larut dlm CHCl3, MeOH, dan EtOAc, tdk larut C6H14, memiliki gugus-gugus C=C, O-H. Suatu alkohol tidak jenuh dan rantai panjang. Antioksidan: +++ (KP50 1271 mg.L-1), Sunscereen: NA, Sitotoksisitas: ++ (P-388), ++ (E coli) Senyawa-2 Zat padat kuning, t.t 53-55˚C, larut dlm EtOAc, CHCl3, C6H14 (<<), tdk larut dlm MeOH dan air, lmaks 241 & 418 nm (a 10,48 & 3,65 cm2.mg-1), memiliki gugus –OH, C=O aldehida, -C≡CH, dan C-O fenol. Diduga: flavonoid. Antioksidan:++++ (KP50 995 mg.L-1), Sunscereen: ++ (SPF 5,337), Sitotoksisitas: NA Senyawa-3 Zat padat lembek, kuning kecoklatan, t.l 37-38 oC, tidak optik aktif, larut dlm MeOH, EtOAc, & CHCl3, C6H14 (<<), dan tdk larut dlm air. (MeOH λmaks 214 & 268 nm (a 8,60 & 2,627 cm2 mg-1). Gugus O–H sekunder, C– H sp3, –CH2– dan metil (–CH3)Diduga: terpenoid dengan ikatan rangkap terkonjugasi pendek, Antioksidan: +++ (KP50 9578 mg.L-1), Sunscreen: + (SPF 1,116), Sitotoksisitas: NA Senyawa-4 Zat padat lembek, coklat, t.l 63-65oC, tidak optik aktif, larut dlm CHCl3, EtOAc, MeOH, sukar larut dlm air, dan tidak larut dlm dalam n-heksana. Dalam MeOH λmaks 209 nm (a 3,8080 cm2.mg-1). Memiliki C=C terkonjugasi, gugus -CH2-, gugus O-H. Diduga terpenoid. Antioksidan: + (KP50 4454,92 mg.L-1), Sunscreen: + (SPF 1,5838), Sitotoksisitas: NA A - 35 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Senyawa-5 Senyawa-4 Zat padat lembek, kuning pucat, t.l 45-46 oC, tidak optik aktif, larut dalam CHCl3, EtOAc, MeOH, larut sebagian dalam n-heksana dan air. Dalam MeOH (200 mg.L-1) λmaks 210 & 266 nm (a 4,63 & 0,295 mL.cm-1.mg-1). Memilik C=C terkonjugasi, gugus O-H, C-H aromatik, dan -CH2-. Diduga terpenoid. Antioksidan: ++ (KP50 3026 mg.L-1), Sunscreen: Sitotoksisitas: NA Senyawa-6 – (SPF 0,1398), Zat padat dengan tekstur lembek berwarna warna coklat, larut dalam nheksana, CHCl3, EtOAc, & MeOH. Dlm MeOH λmaks1 207, 276, 324, & 347 nm (a 19,34; 3,4; 2,24; & 1,06 cm2.mg-1). Identifikasi dengan IR: gugus C≡C, C-H sp2, C-H sp3, C=O ester, dan C-O ester. Diduga golongan terpenoid. Antioksidan: + (KP50 2154,74 mg.L-1), Sunscreen: ++ (SPF 1,7669), Sitotoksisitas: NA Tabel 2. Senyawa-senyawa hasil eksplorasi dari biji T. indicus Linn) Jenis Senyawa Senyawa-1 Karakteristik, Identitas, dan Aktivitas-Bioaktivitas Zat cair, berwarna hijau, indeks bias 1,478 (25ºC), massa jenis -1 0,920 g.mL , viskositas 195,20 cSt, sebagai trigliserida (minyak), mengandung C=C, bil. asam 0,126, bil. penyabunan 0,089, dan bil. iod 0,025. Asam lemak penyusun: oktanoat (0,87%), dekanoat (1,68%), dodekanoat (25,18%), tetradekanoat (7,93%), heksadekanoat (16,06%), 9,12-oktadekadienoat (21,91%), 9oktadekenoat (17,76%), oktadekanoat (3,82%), eikosanoat (0,39%), 11-eikosaenoat (1,03%), dokosanoat (1,00%), dan tetrakosanoat (1,92%). Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus) Senyawa-2 Zat cair, berwarna kuning, indeks bias 1,472 (25°C), massa jenis -1 0,84 g.mL , viskositas 62,32 cSt, sebagai trigliserida (minyak), mengandung C=C, bil. asam 1,68, bil. penyabunan 392, dan bil. iod 54,61. Asam lemak penyusun: dodekanoat (12,66%), tetradekanoat (5,17%), heksadekanoat (9,90%), 9,12oktadekadienoat (38,68%), 11-oktadekenoat (19,93%), oktadekanoat (4,80%), 11-eikosenoat (0,76%), eikosanoat (1,55%), dokosanoat (2,01%), dan tetrakosanoat (4,54%). Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus) Senyawa-3 o Zat padat, putih, t.l 69-71 C. Larut dlm CHCl3, n-heksana, dan tidak larut dalam EtOAc, MeOH, dan air. λmaks 250, 298, dan 309 nm (a A - 36 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 2 -1 11,05; 13,4; dan 13,6 cm .mg ). Spektrum IR: ikatan C=C 3 (terkonjugasi), C=C aromatik, gugus metilen C-H sp , gugus O-H, C=O ester, dan C-O. Diduga sebagai fenolik bergugus karbonil (ester fenolik). Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus), Sunscreen: + (SPF = 1,47). Senyawa-4 o Zat padat lunak, kuning muda, t.l 45-47 C. Larut dlm n-heksana & CHCl3, sedikit larut dlm EtOAc, tidak larut dlm MeOH dan air. λmax 2 -1 242, 266, dan 320 nm (a16,46; 16,36; dan 1,6 cm .mg ) masing* * masing menindikasikan pp terkonjugasi, pp benzenoid, dan * np . Spektrum IR: gugus OH, gugus C=O, –C=C- terkonjugasi, dan –C=C- aromatik. Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus), Sunscreen: + (SPF 1,493) 5. Implikasi Riset Pada solusi terhadap masalah yang timbul Pembelajaran Kimia Organik kemudian Berdasarkan riset yang dilaksanakan rancangan dan dikembangkan di KBK Kimia konteks inilah, maka pemerolehan Organik tersebut, konsep (sebagai konsep baru) bagi pembelajaran peserta didik maka pembelajaran matakuliah-matakuliah yang lebih sesuai adalah pembelajar Bahan berimplikasi terhadap yang Alam pada bersinggungan atau dilakukan pemecahannya. analisis Dalam secara inkuiri atau pembelajaran dalam lingkup Kimia Organik, khususnya berbasis matakuliah Struktur learning) dengan dipandu model (Senyawa) Organik, Sintesis Organik, multiple representation, khususnya Kimia Organik Bahan Alam, dan triple Pemisahan. Dengan mengacu pada representation yang dimaksud adalah tradisi riset yang dilandasi penemuan sebagaimana yang tercantum pada Penentuan inkuiri representation. Gambar 10. A - 37 (inquiry-based Triple Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 Macroscop ic/Eksperi men Microscopic / Nanoscopic /Konseptu alisasi Symbolic Gambar 10. Triple respresentation dalam pembelajaran BAGAIMANA IMPLEMENTASI SIMBOLIK, sedang RIILNYA DI KELAS? Secara garis Pebelajar besar disarankan sebagai berikut: (KIMIA LANJUT), maka dengan 1. Setiap pembelajaran BUKAN untuk MERANCANG Kimia PEMULA REKAYASA (Organik) hendaknya mampu MOLEKULER pada “SIMBOL” menghubungkan antara fakta, yang telah diperoleh untuk fenomena, DIPERLAKUKAN model (domain rancangan makroskopik), konsepualisasi rekayasa molekuler tersebut (domain mikroskopik/sub- menumbuhkan karakter mikroskopik/nanoskopik), KREATIF-INOVATIF-SMART dan dalam belajar ILMU KIMIA simboliknya (struktur, formula, dsj.) 2. Pada 3. Pendekatan, Model, Strategi, Pebelajar Metode, KIMIA dan/atau Teknik PEMULA, alur di atas akan dalam lebih sesuai jika dimulai atau PENGAJARAN/PEMBELAJARA diawali DOMAIN N, maka pembelajaran harus berbasis berorientasi pada “BELAJAR dari MAKROSKOPIK EKSPERIMEN/FENOMENA/M KIMIA (SAINS) SEBAGAIMANA ODEL PARA KIMIAWAN (SAINTIS) dan berakhir pada A - 38 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 MENEMUKAN/MEMPEROLEH London & New York: Springer Science+Business Media. ILMU/TEORI/KONSEP KIMIA Bhat, S.V., Nagasampagi, B.A., & Sivakumar, M. 2005. Chemistry of Natural Product. New Delhi: Narosa Publishing House. (SAINS)” Cooper, R. & Nicola, G. 2015. Natural Products Chemistry: Sources, Separations, and Structures. Boca Raton: Taylor & Francis Group, LLC. PENUTUP Pendekatan struktur atau bagian dari struktur untuk memperoleh senyawa Dutra, E.A., Gonçalves, D.A., da Costa e Oliveira, Hackmann, E.R.M.K., & Santoro, M.I.R.M. 2004. Determination of sun protection factor (SPF) of sunscreens by ultraviolet Spectrophotometry. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 40. 382-385. organik bahan alam yang berpotensi sebagai antioksidan dan sunscreen telah dilakukan, dan dirasa lebih sistematik walaupun lebih sederhana. Pemerolehan informasi yang relatif masih permulaan, seperti ada- tidaknya ikatan ganda C=C, gugus Einbonda, L.S., Reynertsona, K.A., Xiao-DongLuo, Basileb, M.J., Kennellya, E.J. 2004. Rapid communication: Anthocyanin antioxidants from edible fruits. Food Chemistry 84. 23–28. karbonil, dan gugus hidroksi dapat digunakan sebagai guide untuk studi ilmu kimia lebih lanjut, khususnya senyawa-senyawa kimia kelompok metabolit sekunder. Biji alpukat Müller, H.F., Champ, S., Kandzia, C., Jung, K., Seifert, M., T. Herrling, T. 2008. Strategy for Efficient Prevention from Photo-Ageing. SOWF Journal. 8. 23-32 (Persea americana Mill) dan biji asam jawa (Tamarindus indica Linn) telah dicoba digunakan sebagai pemandu Ratcliff, B., Eccles, H., Raffan, J., Nicholson, J., Johnson, D., Acaster, D., Matthews, P., & Newman, J. 2004. Chemistry: AS Level and A Level. Cambridge: Cambridge University Press. studi ilmu kimia senyawa organik bahan dengan potensi (bio)aktivitasnya. Shivraj H. Nile, S.H. & Khobragade, C.N. 2010. Antioxidant activity and flavonoid derivatives of Plumbago zeylanica. Journal of Natural Products. 3.130-133 REFERENSI Anne E. Osbourn, A.E. & Lanzotti, V. (eds). 2009. Plant-derived Natural Products: Synthesis, Function, and Application. Sutrisno. 2000. Aktivitas sitotoksik pakirizin dan turunannya A - 39 Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016 terhadap sel leukemia L1210. Disertasi tidak diterbitkan. Bandung: Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung. ----------. 2016. Sunscreen and Chemicals Sunscreen. Wikipedia: Ensiklopedia Umum ----------. 2009. A review of the scientific literature on the safety of nanoparticulate titanium dioxide or zinc oxide in sunscreens Australian Government, Department of Health and Ageing. OTC Medicines Section Therapeutic Goods Administration Sutrisno, Parlan, Al-Fath, H.N. 2013. Isolation Of Sulphate Polygalactan From Eucheum Alvarezii Doty And Its Anticoagulant Activity. Indonesian J. Pharm. 24/2 :86– 92. Sutrisno, Oktaviana, L., Marufu’ah. 2013. Eksplorasi Senyawa Bioaktif Metabolit Sekunder Dari Biji Alpukat (Persea americana Mill). Laporan Penelitian tidak Diterbitkan. Malang: Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Universitas Negeri Malang. Mohamad, H., Abasa, F., Permanaa, D., Lajisa, N.H, Alib, A.M., Sukaric, M.A., Hinc, T.Y.Y., Kikuzakid, H., & Nakatanid, N. 2004. DPPH Free Radical Scavenger Components from the Fruits of Alpinia rafflesiana Wall. ex. Bak. (Zingiberaceae). Verlag der Zeitschrift für Naturforschung. 811-815 ----------. 2016. Antioxidant Chemicals. Wikipedia: Ensiklopedia Umum A - 40
