bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
I.1
Latar Belakang
Kafein merupakan senyawa alkaloid dengan rumus kimia C8H10N4O2, dan
nama 1,3,7-trimetilxanthin (Gambar I.1). Kafein adalah senyawa yang cukup
dikenal dalam kehidupan manusia yang secara alami ditemukan dalam banyak
tanaman seperti kopi, teh, cola dan coklat. Kafein berbentuk kristal panjang,
berwarna putih seperti sutra dan memiliki rasa pahit (Chin dkk., 2003). Kafein dapat
dikategorikan sebagai obat yang memiliki sifat aditif dan berguna sebagai stimulan
untuk mengurangi kelelahan fisik. Konsumsi kafein yang berlebih dapat
menyebabkan insomnia (Farrington dkk., 2007).
Gambar I.1 Struktur kafein
Untuk keperluan penyediaan bioaktif sebagai nutrasetikal maka kafein perlu
diekstraksi dari bahan alam. Beberapa teknik ekstraksi kafein telah dilakukan dan
sebagian besar teknik yang digunakan rumit, contoh teknik tersebut adalah ekstraksi
pelarut organik (Nwuha, 2000), maserasi (Lou dkk., 2012), dan ekstraksi CO2
superkritical (Kim dkk., 2008) dan Solid Phase Extraction (SPE).
Teknik SPE diaplikasikan untuk kafein. Pada awalnya SPE digunakan untuk
perlakuan awal pengkajian bahan analitik untuk analisis sampel, namun kemudian
juga dapat digunakan untuk isolasi bahan alam. SPE adalah salah satu teknik
ekstraksi baik karena kemampuannya untuk memurnikan analit dari sampel cairan
secara efisien.
1
2
Kekurangan SPE konvensional yaitu selektivitas metode ini tergantung dari
pemilihan adsorben yang didasarkan pada kemampuannya untuk menjerap analit,
di mana ikatan antara analit dengan penjerap harus lebih kuat daripada ikatan antara
analit dengan sampel, sehingga analit tertahan pada adsorben. Dalam upaya
memperbaiki kekurangan SPE, menurut Farrington dkk. (2007) digunakan bahan
berupa polimer tercetak molekul atau Molecular Imprinted Polymer (MIP).
Penggunaan MIP untuk SPE ditujukan untuk mengikat target molekul secara
selektif, bahkan ketika bahan alam tersebut berada dalam matriks yang kompleks.
MIP merupakan teknologi baru yang meniru kemampuan enzim untuk menangkap
substrat secara selektif yakni dengan pembuatan situs pengenalan molekul secara
selektif dengan pencetakan molekul tersebut pada bahan polimer. MIP memiliki
keunggulan dibandingkan analisis yang lain
termasuk biaya rendah, mudah
disimpan, stabil, dapat digunakan secara berulang tanpa kehilangan aktivitas,
kekuatan mekanik yang tinggi, daya tahan terhadap panas dan tekanan.
Prosedur sintesis MIP dilakukan dengan pencampuran molekul target
(templat) yang kemudian pada proses pencucian dilepaskan kembali, sehingga
meninggalkan bekas ruang berupa situs pengikatan yang berbentuk molekul yang
diinginkan. Polimer dibentuk dengan menambahkan ligan sehingga menghasilkan
situs pengikatan yang menyerupai molekul asal dari sisi ukuran, bentuk dan
keberadaan situs fungsional. Sintesis tersebut dilakukan berdasarkan prinsip
polimerisasi dengan melibatkan templat, monomer fungsional, crosslinker, inisiator
dan pelarut (Kirsch dkk. 2000). Sintesis MIP dilakukan antara monomer fungsional
dengan molekul templat melalui interaksi non-kovalen sebelum proses
polimerisasi. Setelah polimer terbentuk, kemudian molekul templat dilepaskan
kembali dengan menggunakan pelarut yang sesuai atau dengan pemanasan
sehingga akan dihasilkan situs pengikatan yang mirip dengan molekul templat.
Salah satu faktor penting dalam sintesis MIP adalah rasio mol antara templat
dan monomer fungsional yang digunakan. Beberapa jurnal melaporkan penggunaan
asam metakrilat (MAA) cukup baik untuk digunakan sebagai monomer fungsional
bagi templat yang memiliki situs aktif polar (Jin dan Kyung, 2005; Yan dan Row,
2006; dan Khan dkk. 2012). Namun dalam penelitian ini digunakan metil eugenol
3
(C11H14O2) sebagai monomer fungsional baru yang nantinya bereaksi dengan kafein
membentuk suatu polimer. Pada struktur senyawa metil eugenol yang mempunyai
sisi aktif dari gugus metoksi (-OCH3) yang diharapkan dapat berinteraksi dengan
templat. Berdasarkan pemilihan monomer fungsional ini, tidak adanya ikatan
hidrogen dalam matriks polimer nantinya akan mengurangi ikatan yang terjadi
antara kafein dengan metil eugenol sehingga dapat diaplikasikan untuk SPE.
Kajian ini berdasarkan interaksi antara monomer dan templat untuk
membentuk struktur komplek yang stabil dan dapat ditentukan dengan mengunakan
parameter energi ikat untuk membentuk komplek tersebut (Yao dkk. 2008).
Pengaturan interaksi ini umumnya dicapai dengan interaksi non kovalen antara
gugus fungsional tertentu pada monomer fungsional dan templat, yang mana posisi
monomer dalam orientasi tertentu berhubungan dengan molekul templat sebelum
polimerisasi. Dalam hal rebinding MIP-templat interaksi non-spesifik seperti
interaksi hidrofobik harus diminimalkan karena senyawa lain tidak akan
membentuk interaksi yang sama dengan monomer fungsional. Hal ini terkait
dengan karakter situs pengikatan (pori). Porogen adalah pelarut yang mampu
membentuk struktur pori. Porogen yang digunakan dalam penelitian ini yaitu
asetonitril yang bersifat polar yang membentuk struktur berpori dengan daerah luas
permukaan yang tinggi, sedangkan pelarut non-polar sepeti kloroform dan toluena
cenderung tidak membentuk matriks berpori dengan area permukaan yang tinggi
(Farrington dkk., 2007).
Untuk mendapatkan MIP yang selektif terhadap molekul templat maka
beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu penggunaan monomer fungsional,
pelarut serta rasio monomer-templat fungsional yang sesuai dalam sintesisnya.
Berdasarkan hasil analisis HPLC, Bakas dkk. (2013) melaporkan bahwa
penggunaan monomer dan pelarut yang tidak sesuai dapat menurunkan tingkat
adsorptivitas MIP dikarenakan molekul templat tidak terikat cukup kuat dalam situs
pengikatan MIP. Dengan demikian optimasi komposisi menjadi pertimbangan yang
penting sebelum sintesis MIP. Selain untuk keperluan ekstraksi, MIP juga
bermanfaat untuk membantu teknik analisis kimia dengan sensor, dan untuk analisis
kafein yang cepat dan relatif murah inilah diperlukan upaya sensitivitas yang
4
selektif. Hal ini dapat dibantu dengan MIP sebagai bahan aktif. Sebagian besar
teknik analisis kafein umumnya dengan analisis kimia yang cukup rumit dan biaya
yang mahal. Oleh karena itu pada penelitian ini dilakukan sintesis MIP yang dapat
menghasilkan suatu polimer yang sensitif terhadap kafein sebagai molekul target
untuk menghemat biaya dan cepat.
Untuk meningkatkan efisiensi sintesis MIP, perlu dilakukan serangkaian
sistem pemodelan molekul seperti interaksi rasio templat-monomer. Oleh karena
itu, dalam penelitian ini dilakukan pemodelan dengan menggunakan komputer pada
pengembangan polimer tercetak molekul yang merupakan salah satu alternatif dari
pemecahan masalah dalam pencarian senyawa baru dengan memodifikasi struktur
kimia. Model hubungan antara struktur, baik elektronik maupun geometri dari satu
atau sekelompok molekul yang mempunyai aktivitas tertentu dapat dicari melalui
suatu pemodelan sebelum dilakukan sintesis terhadap senyawa tersebut (Mudasir
dkk., 2003).
1.2
Tujuan Penelitian
Pada penelitian bertujuan untuk:
1. Merancang polimer tercetak molekul (MIP) untuk kafein dengan bantuan
pemodelan molekul menggunakan metoda semiempirik AM1.
2. Melakukan sintesis polimer tercetak molekul (MIP) kafein dengan metil eugenol
sebagai monomer fungsional
3. Memperoleh rasio mol optimum polimer tercetak molekul (MIP) kafein dengan
metil eugenol yang dapat meningkatkan selektivitas untuk analisis dan ekstraksi
kafein
I.3
Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan memberikan informasi mengenai suatu
polimer tercetak molekul yang dapat menunjang teknik analisis kafein dengan
metode analisis yang lebih murah dan cepat, memperoleh polimer tercetak molekul
yang memiliki selektivitas yang tinggi untuk analisis dan ekstraksi kafein.