modifikasi struktur dan prediksi aktivitas antikanker

35
MODIFIKASI STRUKTUR DAN PREDIKSI AKTIVITAS ANTIKANKER
SENYAWA BARU TURUNAN ALILTIOUREA SECARA IN SILICO
*TRI WIDIANDANI, SISWANDONO
Departemen Kimia Farmasi, Fakultas Farmasi Universitas Airlangga
Jl. Dharmawangsa Dalam, Surabaya 60286 Indonesia
*Email : [email protected]
ABSTRACT
Modification of the structure in order to enhance the cytotoxic activity, carried out by the addition of benzoyl
group at aliltiourea. In this study, two new compounds are made by reacting allylthiourea with benzoyl chloride
and 4-cholorobenzoyl chloride which will form the compound N-(allylcarbamothioyl)benzamide and N(allylcarbamothioyl)-4-chlolorobenzamide. To predict in silico anticancer activity of the compound to be
synthesized performed docking using MVD v 5.5. The receptor is obtained from the PDB. From the results
obtained docking scores rerank value of compound modified (BATU: -87.1036 and 4-Cl-BATU: -98.7736) is
smaller than rerank score of hydroxyurea (HU: -41.9386) and allylthiourea (ATU: -53.9002). Thus it can be
predicted modified compound has a higher biological activity in silico. The next stage is synthesized a new
compound N-(allylcarbamothioyl)benzamide and N-(allylcarbamothioyl)-4-chlorobenzamide from nucleophilic
substitution mechanism Schotten Baumann method using triethylamine base. Retrieved white crystalline solid
and odorless with a presentation of the results for compound 1 by 45% and compound 2 by 47%. Tested the
purity of the compounds synthesized by determining the melting range and thin layer chromatography (TLC).
Confirmation of the structure of compounds made with the modified IR spectrophotometry and 1H-NMR and 13CNMR spectroscopy.
Keywords: allylthiourea, in silico, synthesis, N-(allylcarbamothioyl)benzamide and N-(allylcarbamothioyl)-4chlorobenzamide
PENDAHULUAN
Kanker merupakan salah satu penyebab utama
kematian di negara berkembang. Di Indonesia,
kanker menjadi penyumbang kematian kelima
terbesar setelah penyakit jantung, stroke, saluran
pernafasan dan diare. Data dari Kementerian
Kesehatan (Kemenkes) tahun 2012 menyebutkan,
prevalensi kanker mencapai 4,3 banding 1.000
orang. Bahkan Badan Kesehatan Dunia (WHO)
dan Serikat Pengendalian Kanker Internasional
(UICC) memprediksi, akan terjadi peningkatan
lonjakan penderita kanker sebesar 300 persen di
seluruh dunia pada tahun 2030 dan 70 persen dari
jumlah tersebut terjadi di negara berkembang
seperti Indonesia. Kenaikan prevalensi kanker di
Indonesia menjadi masalah dalam pengobatan.
Dalam bidang kesehatan dikenal beberapa cara
pengobatan kanker yaitu: (1) operasi, (2) foto
radiasi, (3) imunoterapi dan (4) kemoterapi (Rang,
2011). Beberapa penelitian telah dilakukan untuk
pengembangan obat kanker baru. Pengembangan
obat baru pada awalnya bersifat coba-coba (trial
and error), sehingga memerlukan biaya yang besar.
Dalam perkembangannya untuk mengurangi resiko
tersebut, dilakukan suatu rancangan obat
(Siswandono dan Soekardjo, 1998).
Dalam upaya pengembangan obat antikanker
khususnya untuk mendapatkan aktivitas yang lebih
baik, maka dilakukan modifiksi struktur pada obat
kanker yang masih digunakan, mempunyai struktur
sederhana dan secara kimia memungkinkan untuk
dimodifikasi.
Beberapa penelitian telah dilakukan oleh
Soekardjo (1989), Siswandono (1999) dan
Hardjono (2002) dan Widiandani (2013) yaitu
memodifikasi struktur kimia pada senyawa: (1),
benzoilurea, (2) N-benzoilsefaleksin dan (3) o(benzoil)parasetamol. Ketiga senyawa yang
dimodifikasi mempunyai gugus amin primer (NH2). Dengan mengacu pada ketiga penelitian di
atas, untuk memodifikasi struktur obat antikanker,
perlu dicari obat antikanker yang masih digunakan,
strukturnya sederhana, dan mempunyai gugus amin
primer (-NH2). Turunan urea merupakan obat
antikanker yang memenuhi kriteria tersebut.
Dalam upaya meningkatkan aktivitas sitotoksik
pada penelitian ini dilakukan penambahan gugus
benzoil klorida dan 4-kloro benzoil klorida pada
Berkala Ilmiah Kimia Farmasi, Vol.3 No. 1 Juni 2014
36
aliltiourea yang akan menyebabkan sifat lipofilik,
elektronik serta steriknya meningkat, sehingga
diharapkan aktivitas juga meningkat.
Untuk memprediksi aktivitas senyawa yang
akan disintesis, dilakukan uji in silico antara
aliltiourea dan turunannya dengan 2EUD sebagai
gambaran enzim ribonukleotida reduktase, serta
dibandingkan dengan hidroksiurea. Makin kecil
harga energi ikatan menunjukkan bahwa ikatan
yang dihasilkan semakin stabil, sehingga
diharapkan aktivitasnya juga semakin besar.
Penambahan gugus benzoil dan 4-kloro benzoil
akan menyebabkan sifat lipofilik, elektronik serta
steriknya meningkat, sehingga diharapkan aktivitras
sitotoksiknya juga meningkat.
Pada penelitian ini disintesis senyawa turunan
aliltiourea dengan metode Schotten-Baumann.
Substitusi benzoil klorida terhadap gugus amin
akan menghasilkan senyawa baru dengan
melepaskan asam klorida. Asam klorida yang
dilepaskan akan ditangkap oleh basa trietilamin
atau basa organik piridin (Clayden, 2012).
Selanjutnya dilakukan uji kemurnian, identifikasi
dan konfirmasi struktur senyawa turunan dengan
spektrofotometer UV-Vis, spektrofotometer IR dan
spektroskopi H1-NMR.
METODE PENELITIAN
Alat Penelitian
Satu set peralatan sintesis; Mel Temp
Electrothermal; Spektrofotometer Ultra Violet;
Spektrometer Fourier Transform Inframerah (FTIR); Spektrometer Resonansi Magnit Inti (RMI)
Bahan Penelitian
Aliltiourea p.s.; benzoil klorida p.s; 4
klorobenzoil klorida p.s; Tetrahidrofuran p.a; Etil
asetat p.a.; Metanol p.a.; Etanol p.a; Aseton p.a.;
Kloroform p.a.
Rancangan Penelitian
Penelitian yang dilakukan merupakan penelitian
eksperimental terhadap senyawa turunan, yang
terdiri dari: 1). uji in silico, 2) sintesis.
Metode In Silico
1. Preparasi Reseptor
diunduh reseptor ribonukleotida reduktase dengan
kode 2EUD dari Protein Data Bank
2. Preparasi ligand uji
Dibuat struktur 2-dimensi (2-D) 3-dan dimensi (3D) aliltiourea dan senyawa turunan dengan
menggunakan program ChemBioOffice Ultra 11.0
dan diminimalkan energinya dengan MMF94
3. Docking dan analisis asam amino:
1. Diunduh reseptor yang mengandung ligand
standarnya yaitu : 2EUD
2. Dideteksi tempat obat terikat pada reseptor
(cavities).
3. Diletakkan struktur 3-D senyawa aliltiourea dan
dua senyawa turunan ke dalam cavities yang
terpilih.
4. Dilakukan docking senyawa terhadap reseptor
2EUD. Ditentukan parameter: MolDock Score,
Rerank Score, HBond dan nilai RMSD.
5. Dilihat keadaan lingkungan senyawa turunan
yaitu gambaran hidrofobik, elektronik dan
ikatan H senyawa dan reseptor.
4. Prosedur sintesis
Pada labu alas bulat 200 ml, 0,02 mol aliltiourea
dicampur dengan 40 ml tetrahidrofuran dan 4 ml
trietilamin. Ditambahkan larutan turunan benzoil
klorida 0,01 mol dalam 20 ml tetrahidrofuran,
sedikit-sedikit sambil diaduk. Campuran diaduk
pada suhu kamar selama 1 jam. Campuran direfluks
di atas penangas air selama 4 jam sambil diaduk
secara mekanis. Kemudian tetrahidrofuran diuapkan
pada rotavapor. Hasil reaksi kemudian ditambah
larutan natrium bikarbonat jenuh sambil diaduk
sehingga tidak keluar buih lagi. Hasil disaring
dengan corong Buchner, dicuci dengan 50 ml air 2
kali.
Rekristalisasi dilakukan dengan perbandingan
etanol-air. Residu dipindahkan ke gelas beker yang
diletakkan di atas pemanas, suhu diatur 70º – 80ºC,
sambil ditambahkan etanol sedikit demi sedikit
sampai tepat larut. Larutan disaring dalam keadaan
panas, filtrat dibiarkan dalam suhu kamar sampai
dingin dan dibiarkan semalam. Kristal yang
terbentuk disaring dengan corong Buchner. Kristal
yang terbentuk dipindahkan ke gelas petri, yang
sudah diketahui beratnya, dikeringkan dalam oven
pada suhu tetap 50ºC, kemudian ditimbang untuk
mengetahui beratnya.
Berkala Ilmiah Kimia Farmasi, Vol.3 No. 1 Juni 2014
37
HASIL DAN PEMBAHASAN
Uji In Silico
Hasil pembuatan struktur senyawa 2-Dimensi
dan 3-Dimensi dengan menggunakan program
ChemBioDraw Ultra 11.0 dan ChemBio3D Ultra
11.0 ditunjukkan pada gambar di bawah
Berikut gambar ikatan hidrogen yang terlibat
pada proses interaksi senyawa aliltiourea dan kedua
senyawa turunannya dengan reseptor ribonukleotida
reduktase.
A
Gambar 2. Tidak terbentuk Ikatan Hidrogen pada
proses interaksi aliltiourea dengan reseptor
2EUD
B
C
Gambar 1. Struktur 3D senyawa aliltiourea (ATU),
N-(alilkarbamotioil)benzamida (BATU) dan N(alilkarbamotioil)-4-klorobenzamida (4-Cl-BATU)
yang telah diminimalkan energinya dengan MMF94
Gambar 3. Ikatan Hidrogen pada proses interaksi
senyawa N-(alilkarbamotioil)benamida
dengan reseptor 2EUD
Hasil Doking
Hasil doking dari hidroksiurea dan senyawa yang
akan dimodifikasi dapat dilihat pada tabel 1 berikut:
Tabel 1. Hasil Perolehan Doking
Kode Senyawa
Rerank Score
HU
-41.9386
ATU
-53.9002
BATU
-87.1036
4-Cl-BATU
-98.7736
Dari hasil doking diperoleh nilai rerank score
dari senyawa hasil modifikasi (BATU:-87.1036 dan
4-Cl-BATU: -98.7736) adalah lebih kecil dibanding
rerank score hidroksiurea (HU: -41.9386) dan
aliltiourea (ATU: -53.9002). Hal ini menunjukkan
bahwa senyawa hasil modifikasi memiliki energi
ikatan yang lebih kecil sehingga ikatan yang terjadi
lebih stabil. Dengan demikian dapat diperkirakan
senyawa hasil modifikasi memiliki aktivitas
biologis yang lebih besar secara uji in silico.
Gambar 4 Ikatan Hidrogen pada proses interaksi
senyawa N-(alilkarbamotioil)-4klorobenzamida dengan reseptor 2EUD
Senyawa Hasil Sintesis
Senyawa hasil sintesis yang dihasilkan melalui
reaksi asilasi antara senyawa awal aliltiourea
dengan pereaksi turunan benzoil klorida sebagai
berikut:
Sintesis senyawa aliltiourea dengan benzoil klorida
didapatkan senyawa N-(alilkarbamotioil)benzamida
(senyawa 1)
Berkala Ilmiah Kimia Farmasi, Vol.3 No. 1 Juni 2014
38
Sintesis senyawa aliltiourea dengan 4-klorobenzoil kalorida didapatkan senyawa N-(alilkarbamotioil)-4klorobenzamida (Senyawa 2)
Tabel 2. Berat senyawa hasil sintesis
Senyawa
Berat
Berat
hasil
teoritis
sintesis
Senyawa 1
2.5 g
5.5 g
Senyawa 2
3.0 g
6.4 g
% Hasil
Sintesis
45
47
Uji Kemurnian Senyawa Hasil Sintesis
Senyawa Hasil Sintesis Senyawa hasil sintesis diuji
kemurnian yang dapat dilihat pada Tabel 3.
dinyatakan bahwa senyawa hasil sintesis adalah
murni secara KLT
Penentuan Jarak Lebur
Pada uji kemurnian dengan penentuan jarak lebur
digunakan alat Fisher-John melting point apparatus
dengan tiga kali replikasi. Hasil yang diperoleh
dapat dilihat pada tabel 4 sebagai berikut:
Tabel 4. Penentuan jarak lebur
Tabel 3 Tabel uji kemurnian KLT
Senyawa
Jarak Noda Rf
(cm)
ATU
1.2
0.30
BATU
2.6
0.65
4-Cl-BATU
2.7
0.68
Fase diam
= Silika gel 60 GF254
Penampak noda = Lampu UV 254 nm
Pelarut = Aseton
Uji kemurnian senyawa hasil sintesis secara
KLT dilakukan dengan menggunakan fase diam
kieselgel 60F254 dan penampak noda UV 254 nm.
Digunakan fase gerak heksan : aseton berdasarkan
hasil optimasi: = 3 : 2. Dari eluen tersebut, dihitung
nilai Rf noda aliltiourea dan senyawa hasil
modifikasi dengan jarak tempuh eluen 4.0 cm.
Berdasarkan Tabel 3, senyawa hasil sintesis
memiliki nilai Rf yang lebih besar dibanding
aliltiourea. Hal ini menunjukkan bahwa senyawa
hasil sintesis memiliki lipofilitas yang lebih besar
dibanding aliltiourea. Perbedaan nilai Rf tersebut
juga menunjukkan bahwa senyawa hasil sintesis
berbeda dengan aliltiourea. Sehingga dapat
Hasil di atas menunjukkan bahwa jarak lebur yang
dari kedua senyawa hasil modifikasi memiliki jarak
lebur yang pendek (<2 0C,) yang menandakan
bahwa kedua senyawa telah murni secara penentuan
jarak lebur (Pavia, 2009).
Konfirmasi Struktur Senyawa Hasil Sintesis
Konfirmasi struktur senyawa hasil sintesis
dilakukan dengan spektrofotometer
IR dan
1
13
spektrometer H-NMR dan C-NMR.
Berkala Ilmiah Kimia Farmasi, Vol.3 No. 1 Juni 2014
39
Hasil Uji IR
Dari hasil konfirmasi struktur secara
spektrofotometri inframerah di atas menunjukkan
adanya perubahan struktur pada senyawa hasil
sintesis yaitu ditandai dengan munculnya bilangan
gelombang 1670 cm-1 pada modifikasi 1 dan 1666
cm-1 pada modifikasi 2. Hal tersebut menunjukkan
terdapatnya gugus C=O karbonil pada senyawa
hasil modifikasi yang tidak dimiliki oleh senyawa
awal. Selain itu pada spektra kedua senyawa hasil
modifikasi ditandai pula dengan hilangnya gugus
R-NH2 amin primer milik senyawa awal aliltiourea
Hasil Uji 1H-NMR
Dari hasil konfirmasi struktur diketahui senyawa
modifikasi 1 memiliki 12 atom H dan senyawa
modifikasi 2 memiliki 11 atom H. Hal ini jelas
membedakan dari senyawa awal yaitu aliltiourea
yang hanya memiliki 8 atom H. Sehingga senyawa
hasil sintesis bukan merupakan senyawa awal
ailtiourea. Dari spektrum kedua senyawa hasil
sintesis terdapat pergeseran diantara 7.4-7.8 ppm,
yang menunjukkan adanya cincin benzena, pada
senyawa modifikasi 1 pada pergeseran tersebut
memiliki intensitas relatif 5 yang menunjukkan
hanya ada satu atom C yang tidak memiliki atom H
atau berikatan dengan gugus lain. Sedangkan pada
senyawa modifikasi 2 terdapat intensitas relatif 4
(double doublet) yang menunjukkan ada 2 atom C
yang tidak berikatan dengan atom H atau berikatan
denga gugus lain yaitu pada posisi para
Hasil Uji 13C-NMR
Dari hasil konfirmasi struktur 13C-NMR
diketahui senyawa modifikasi 1 memiliki 11 atom
C dengan 9 macam tipe dan senyawa modifikasi 2
memiliki 10 atom C dengan 8 macam tipe. Hal ini
jelas membedakan dari senyawa awal yaitu
aliltiourea yang hanya memiliki 4 atom C.
Sehingga senyawa hasil sintesis bukan merupakan
senyawa awal ailtiourea. Dari spektrum kedua
senyawa hasil sintesis terdapat pergeseran diantara
127.5-131.9 ppm yang menunjukkan adanya
dugaan atom C dari cincin benzena.
Dengan demikian, berdasarkan hasil konfirmasi
struktur dengan spektro inframarah, spektroskopi
1
H-NMR dan 13C-NMR dapat disimpulkan bahwa
senyawa
modifikasi
1
adalah
N(alilkarbamotioil)benzamida dan senyawa hasil
modifikasi 2 adalah
klorobenzamida.
N-(alilkarbamotioil)-4-
KESIMPULAN
Pada penelitian ini kesimpulan yang dapat
dilaporkan adalah:
1. Secara in silico senyawa baru N(alilkarbamotioil)benzamida
dan
N(alilkarbamotioil)-4-klorobenzamida
memikili
aktivitas yang lebih besar dibanding hidroksiurea.
2. Dapat disintesis senyawa baru N(alilkarbamotioil)benzamida
dan
N(alilkarbamotioil)-4-klorobenzamida melalui reaksi
asilasi dengan metode Schoten Baumann.
DAFTAR PUSTAKA
Andre S.K., Adrianan C.G., Plinio C.C., Patricia
D.L., Marcelo O.B., Lusania M., Greggi
A., Rommel R.B., 2004, Genetics and
Molecular Biology, Vol 27, no 1, Sau
Paulo
Cambridgesoft, 2008, CamBioDraw Ultra 11 for
Tutorial, All Right Reserved.
Clayden, Greeves, Warren & Wothers, 2012,
Organic Chemistry, 2nd ed., Oxford
University Press, New York. pp: 279-303
CLCbio, 2012, Molegro Virtual Docker User
Manual, MVD 2012.5.5 for Windows,
Linux, and Mac OS X, Molegro – A
CLC bio company.
Hardjono, S., 2002, Sintesis Senyawa Baru
Turunan Benzoil-N-Sefaleksin untuk
Meningkatkan Aktivitas Antibakteri
Terhadap Pseudomopnas Aeruginosa,
Laporan
Penelitian
RUT
VIII,
Kementerian Ristek RI, LIPI
Manjula S.N., Noolvi N.M., Parihar K.V., Reddy
S.A.M., Ramani V., 2009, Synthesis and
antitumor activity of optically active
thiourea and their
2aminobenzothiazole derivatives: a novel
class of anticancer agents., European
Journal of Medicinal Chemistry (2009)
Volume: 44, Issue: 7: 2923-2929
Pavia D. L., Lampman, G. M., Kriz., G. S.,
Vyvyan, J. R., 2009. Introduction to
Spectroscopy,
fourth
edition,
Brooks/Cole
Cengagar
Learning,
Belmont, USA, pp:70-71; 125; 178
Rang H. P., Dale M. M., & Ritter J. M., 2011,
Pharmocology. 7th edition. Churchill
Livingstone, USA, pp: 673-678
Berkala Ilmiah Kimia Farmasi, Vol.3 No. 1 Juni 2014
40
Siswandono, 1999, Modifikasi Struktur dan
Hubungan Struktur Aktivitas Senyawasenyawa Baru Turunan Benzoilurea,
Desertasi
Universitas
Airlangga,
Surabaya.
Siswandono dan Soekardjo B., 1998, Prinsipprinsip Rancangan Obat, Airlangga
University Press. pp: 188-189
World Health Organization, 2014. Cancer. Diakses
dari www.who.int pada 13 Nopember
2014 pukul 18.50 WIB
Berkala Ilmiah Kimia Farmasi, Vol.3 No. 1 Juni 2014