BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Porfirin Porfirin merupakan suatu senyawa organik yang banyak terdapat di alam. Paling dikenal sebagai pigmen dalam sel darah merah. Porfirin merupakan senyawa aromatik heterosiklik makrosiklik yang tersusun oleh empat cincin pirol dan dihubungkan oleh empat jembatan metin interpirol. Struktur cincin tetrapirol pada porfirin ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Adanya jembatan metin akan menghasilkan senyawa makrosiklik porfirin dengan ikatan rangkap yang terkonjugasi (Ongayi, 2005).
Gambar 2.1 Cincin tetrapirol porfirin. Porfirin memiliki karakteristik berupa kristal berwarna ungu tua yang dalam kloroform akan memberikan larutan berwarna ungu kemerahan dan menunjukkan fluoresensi merah yang kuat pada radiasi daerah ultraviolet. Porfirin merupakan senyawa berbentuk planar, larut sempurna dalam pelarut organik dan tidak larut dalam air (karena sifat hidrofobiknya). Spektrum sinar
Universitas Sumatera Utara
tampak porfirin sangat khas. Pada sekitar 400 nm terdapat puncak yang kuat (ε ~ 200000) disebut puncak Soret atau B, sedangkan di daerah 500-600 nm biasanya terdapat 4 pita yang berbeda, yang disebut puncak Q seperti yang terdapat pada gambar 2.2 (Bonnett, 2000).
Gambar 2.2. Spektrum Sinar Tampak Senyawa Porfirin Variasi yang terjadi pada gugus samping dari cincin porfirin, pembentukan kompleks dengan logam, dan perubahan pH akan mengakibatkan sedikit pergeseran pada intensitas dan panjang gelombang absorpsi, yang umumnya hanya mempengaruhi puncak Q, sedangkan apabila cincin porfirin rusak, akan mengakibatkan hilangnya puncak Soret. Setiap sistem tetrapirol bersifat unik sehingga akan memiliki warna yang berbeda-beda (Jiao, 2007).
2.1.1 Sintesis Porfirin Sintesis kimia senyawa porfirin merupakan subjek yang berkembang dengan baik. Metode dasar untuk sintesis porfirin pertama kali dikembangkan oleh Hans Fischer. Sampai dengan saat ini, beberapa metode telah dikembangkan untuk mensintesis porfirin dari berbagai senyawa, seperti tetramerisasi monopirol dengan katalis asam (metode Lindsey dan Adler), kondensasi dari dua
Universitas Sumatera Utara
dipirometan (metode Fischer dan metode MacDonald), dan siklisasi dari rantai tetrapirol yang terbuka. Substituen divariasikan untuk memberikan jangkauan dari kemampuan ikatan hidrogen untuk mengubah kelarutan, polaritas, dan interaksi dengan sisi reseptor (Bonnett, 2000; Gottumukkala, 2006).
2.1.2 Aksi Fotodinamik Aksi fotodinamik merupakan ungkapan dari efek fotodinamik, yakni perusakan jaringan hidup oleh radiasi sinar tampak dengan keberadaan fotosensitizer dan oksigen. Porfirin memiliki tiga keuntungan secara umum sebagai zat fotodinamik yaitu: absorbsi yang kuat di daerah sinar tampak, sehingga bahan yang dibutuhkan hanya sedikit; stabilitas terhadap cahaya; dan secara umum toksisitasnya rendah dalam kondisi gelap (Bonnett, 2000). Terapi fotodinamik merupakan teknik terapi yang mengkombinasikan akumulasi fotosensitizer pada sel target dengan penyinaran, oleh karena itu teknik terapi ini selektif. Radiasi yang diberikan akan menembus jaringan tubuh, menyebabkan fotosensitizer tereksitasi yang kemudian akan bereaksi dengan molekul oksigen dan substrat dan menghasilkan spesi yang sangat sitotoksik, seperti oksigen singlet, anion superoksida, dan radikal hidroksi, yang akan menyebabkan kerusakan sel tumor (Pandey dan Zheng, 2000). Kation porfirin juga dapat bertindak sebagai penghambat telomerase manusia, suatu reseptor untuk peptida dan pembelah DNA. Sejauh ini mesotetrakis(N-metil-piridinium-4-yl)porfirin (H 2 TMPyP) dan derivatnya dikenal sebagai kation porfirin dengan substituen siklik bercincin 6 pada posisi meso. Tiga mode interaksi yang dapat terjadi antara kation porfirin dengan DNA adalah
Universitas Sumatera Utara
interkalasi dan dua mode ikatan pada sisi luar DNA. Mode ikatan luar yang pertama adalah ikatan sisi luar dengan penempatan porfirin pada celah minor melalui interaksi elektronik dengan gugus fosfat, dan mode ikatan luar kedua dari interaksi di sisi luar adalah porfirin teragregasi disepanjang untai DNA. Pada umumnya ikatan porfirin terhadap DNA distabilkan oleh interaksi elektronik antara substituen meso yang bermuatan positif pada perifer porfirin dan muatan negatif atom oksigen-fosfat dari DNA (Tjahjono et al., 2000). Kation porfirin terutama TMPyP4 merupakan penghambat telomerase pada konsentrasi mikromolar rendah. Lebih jauh lagi porfirin ini relatif non toksik terhadap sel (baik tumor dan normal) pada level yang dapat menghambat telomerase. Telemorase sudah menunjukkan peranan langsung dalam mitosis, suatu blok fisik dalam pemisahan kromosom anafase yang disebabkan oleh mutasi dari model telomerase. Suatu implikasi dari hal ini adalah bahwa porfirin (sebagai agen interaktif telomere) dapat menangkap sel-sel dalam mitosis (Izbicka, et al.,1999).
2.2 Modifikasi Molekul Modifikasi
molekul
merupakan
metode
yang
digunakan
untuk
mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki, antara lain yaitu meningkatkan aktivitas obat, menurunkan efek samping atau toksisitas, meningkatkan selektivitas obat, memperpanjang masa kerja obat, meningkatkan kenyamanan penggunaan obat dan meningkatkan aspek
ekonomis obat
(Siswandono dan Soekardjo, 2000).
Universitas Sumatera Utara
Menurut Siswandono dan Soekardjo (2000), dasar modifikasi molekul adalah mengembangkan struktur senyawa induk yang telah diketahui aktivitas biologisnya, kemudian disintesis dan diuji aktivitas homolog atau analognya. Modifikasi molekul mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut: a. Kemungkinan besar senyawa homolog atau analog mempunyai sifat farmakologi serupa dengan senyawa induk, dibanding dengan senyawa yang didapatkan dengan cara seleksi atau sintesis secara acak. b. Kemungkinan lebih besar untuk mendapatkan produk dengan aktivitas farmakologi lebih tinggi.
2.3 Radiofarmasi Menurut Depkes RI (1979), sediaan radiofarmasi adalah sediaan yang mengandung satu jenis radionuklida atau lebih. Nuklida merupakan jenis atom yang dapat dikenal karena: a. Banyaknya proton dan netron yang terdapat dalam inti atomnya b. Tingkat energi tinggi. Bahan radioaktif sering dihubungkan dengan pengobatan kanker. Oleh karena itu, hampir
80% digunakan dalam tehnik diagnosa untuk jangkauan
penyakit yang luas. Radionuklida digunakan dalam pengobatan yang memiliki batas kehidupan fisik yang berarti bahwa radioaktivitasnya berkurang dengan cepat (Pandey dan Zheng, 2000).
Universitas Sumatera Utara
2.4 Kromatografi Kromatografi merupakan cara pemisahan berdasarkan partisi cuplikan antara fase yang bergerak, dapat berupa gas atau zat cair, dan fase diam, dapat berupa zat cair atau zat padat (Johnson dan Stevenson, 1991). Pada hakikatnya kromatografi digunakan untuk pemakaian kualitatif, kuantitatif, dan preparatif. Pertama, pemakaian kromatografi secara kualitatif mengungkapkan ada atau tidak adanya senyawa tertentu dalam cuplikan. Campuran dikromatografi pada berbagai kondisi dan bahkan dengan beberapa cara atau cara gabungan. Jumlah bercak atau puncak menunjukkan jumlah minimum komponen campuran. Dua keuntungan utama kromatografi sebagai metode kualitatif yaitu cuplikan senyawa yang dibutuhkan untuk analisis sangat sedikit dan biasanya waktu analisis pendek. Kedua, kromatografi kuantitatif menunjukkan banyaknya masing-masing komponen campuran, nisbi terhadap komponen lain atau sebagai kuantitatif mutlak jika memakai standar (pembanding baku) dan kalibrasi yang sesuai. Ketiga, kromatografi preparatif dipakai untuk memperoleh komponen campuran dalam jumlah yang memadai dalam keadaan murni sehingga komponen itu dapat dicirikan lebih lengkap atau dipakai pada reaksi berikutnya. KLT preparatif yang dilakukan pada lapisan sampai setebal 1 cm (kromatografi lapis tebal) mempunyai keuntungan sederhana dan murah (Gritter dkk., 1991).
2.4.1 Kromatografi Lapis Tipis Kromatografi lapis tipis (KLT) merupakan salah satu bentuk kromatografi cair-padat. Penjerap yang paling sering digunakan adalah silika dan alumina.
Universitas Sumatera Utara
Cara ini bergantung pada antaraksi khas linarut dengan permukaan serbuk halus penjerap (Johnson dan Stevenson, 1991). Setiap analit yang terlarut dalam fase gerak bila melewati fase diam akan teradsorpsi dengan afinitas yang berbeda sehingga terjadi pemisahan analit dari campurannya (Braithwaite dan Smith, 1999). KLT dapat dipakai pada beberapa tingkat kerumitan. KLT dengan kerumitan yang meningkat adalah KLT pada kaca objek atau lapisan tipis, KLT berukuran besar, KLT preparatif, KLT kuantitatif, dan KLTKT (Gritter dkk., 1991). Menurut Mulja dan Suharman (1995), perilaku senyawa tertentu di dalam sistem kromatografi tertentu dinyatakan dengan harga Rf (faktor retardasi). Faktor retardasi untuk tiap-tiap noda kromatogram dapat didefenisikan sebagai:
2.4.2 Kromatografi Kolom Kromatografi kolom merupakan bentuk kromatografi cair. Cara mengemas kolom ada dua yaitu cara kering dan cara lumpuran. Fase diam ditempatkan di dalam tabung kaca berbentuk silinder, pada bagian bawah tertutup dengan katup atau keran, dan fase gerak dibiarkan mengalir ke bawah melaluinya karena gaya berat. Campuran yang dipisahkan diletakkan berupa pita pada bagian atas kolom penjerap yang berada dalam tabung kaca, tabung logam, atau bahkan tabung plastik. Mekanisme pemisahannya berdasarkan perbedaan migrasi komponen-komponen akibat perbedaan distribusi pada dua fase yang tidak saling bercampur. Perbedaan distribusi dapat disebabkan oleh proses
Universitas Sumatera Utara
adsorpsi (fase diam berupa zat padat dan fase gerak berupa zat cair) atau partisi (fase diam dan fase gerak berupa zat cair) (Gritter dkk., 1991; Johnson dan Stevenson, 1991).
2.4.3. Kromatografi Pertukaran Ion Kromatografi pertukaran ion dilakukan jika cuplikan mengandung komponen analisis berupa ion dan larut dalam air. Fase gerak biasanya mengandung ion lawan yang muatannya berlawanan dengan muatan gugus ion permukaan. Ion lawan tersebut berkesetimbangan dengan damar dalam bentuk pasangan ion. Adanya ion linarut yang muatannya sama dengan muatan ion lawan menimbulkan kesetimbangan. Pada proses pertukaran kation, ion lawan ialah Na(+) dan pada pertukaran anion, ion lawannya Cl(-) (Johnson dan Stevenson, 1991).
2.5 Spektrofotometri Ultra Violet dan Tampak Spektrofotometri ultraviolet dan tampak merupakan teknik analisis spektroskopik yang memanfaatkan sumber radiasi elektromagnetik ultra violet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan menggunakan instrumen spektrofotometer (Mulja dan Suharman, 1995). Apabila pada suatu molekul dikenakan radiasi elektromagnetik maka akan terjadi eksitasi elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi yang dikenal sebagai orbital elektron “anti bonding”. Eksitasi elektron (σ
σ*) memberikan
energi yang terbesar dan terjadi pada daerah ultra violet jauh yang diberikan oleh ikatan tunggal. Sedangkan eksitasi elektron (π
π*) diberikan oleh ikatan
Universitas Sumatera Utara
rangkap dua dan tiga juga menjadi pada daerah ultra violet jauh. Pada gugus karbonil akan terjadi eksitasi elektron (n
σ*) yang terjadi pada daerah ultra
violet jauh. Senyawa-senyawa organik dan semua gugus yang mengabsorbsi radiasi uv-vis yang disebut sebagai kromofor. Pada senyawa organik dikenal pula gugus auksokrom, adalah gugus fungsionil yang mempunyai elektron bebas seperti –OH, O-NH 2 dan OCH 3 yang memberikan transisi (n - σ*). Terikatnya gugus auksokrom oleh gugus kromofor akan mengakibatkan pergeseran pita absorpsi menuju ke panjang gelombang yang lebih panjang (pergeseran merah = batokromik) (Mulja dan Suharman, 1995).
Gambar 2.3 Energi transisi elektronik (http://www.chemicalforums.com). Suatu molekul yang sederhana apabila dikenakan radiasi elektromagnetik akan mengabsorbsi radiasi elektromagnetik yang energinya sesuai. Interaksi tersebut akan meningkatkan energi potensial elektron pada tingkat keadaan eksitasi. Apabila pada molekul yang sederhana tadi hanya terjadi transisi elektronik pada satu macam gugus, maka akan terjadi satu absopsi yang merupakan garis spektrum (Silverstein, et al., 2005).
Universitas Sumatera Utara
Menurut Satiadarma dkk. (2004), persamaan untuk menghitung serapan/absorbansi (A) yang dikenal dengan hukum Lambert-Beer, yaitu : A= ε . l . c Keterangan: A = besarnya serapan ε = absortivitas molar (M-1cm-1) l = tebal kuvet (cm) c = konsentrasi larutan (M)
2.6 Spektrofotometri Infra Merah Daerah infra merah terletak antara spektrum radiasi elektromagnetik cahaya tampak dan spektrum radiasi radio, yakni antara 4000 dan 400 cm-1. Jika radiasi inframerah dilewatkan melalui sampel senyawa organik, maka terdapat sejumlah energi yang diserap dan yang ditransmisikan tanpa diserap. Molekul yang menyerap energi infra merah akan mengalami perubahan energi vibrasi dan perubahan tingkat energi rotasi sehingga menghasilkan suatu frekuensi yang khas (Silverstein, et al., 2005; Skoog, et al., 1998). Terdapat dua macam getaran molekul, yaitu getaran ulur (stretching) dan getaran tekuk (bending). Getaran ulur adalah suatu gerakan berirama di sepanjang sumbu ikatan sehingga jarak antar atom bertambah atau berkurang. Getaran tekuk dapat terjadi karena perubahan sudut-sudut ikatan antara ikatan-ikatan pada sebuah atom, atau karena gerakan sebuah gugusan atom terhadap sisa molekul tanpa gerakan nisbi atom-atom di dalam gugusan (Silverstein, et al., 2005).
Universitas Sumatera Utara
Bentuk dan struktur molekul juga menjadi penentu terjadinya interaksi radiasi infra merah dengan molekul. Molekul yang simetris dalam arti kata kedua gugus molekul atau atom mempunyai keelektronegatifan yang sama sehingga tidak terjadi perbedaan muatan listrik pada kedua kutub. Dengan demikian medan listrik infra merah tidak berinteraksi dengan molekul dan lebih jauh molekul itu tidak akan mengalami perubahan-perubahan vibrasi karena tidak menyerap radiasi infra merah. Sebaliknya untuk molekul yang tidak simetris akan terjadi perbedaan muatan listrik pada kedua kutubnya. Molekul tersebut tiap-tiap gugus akan mempunyai vibrasi alamiah yang besarnya berbeda-beda. Apabila vibrasi alamiah gugus molekul cocok dengan frekuensi radiasi infra merah maka akan terjadi interaksi medan listrik yang menyebabkan perubahan-perubahan vibrasi yang menandakan terjadinya absorbsi radiasi infra merah oleh gugus molekul. Perubahan energi vibrasi molekul pasti akan diikuti perubahan amplitudo vibrasi molekul yang dikenal sebagai tanggapan radiasi infra merah (sinyal) (Mulja dan Suharman, 1995). Spektrum serapan radiasi yang terbentuk, khas untuk molekul senyawa organik yang bersangkutan dan dapat digunakan untuk analisis kualitatif, sedangkan serapan pada frekuensi khas tertentu sebanding dengan banyaknya molekul yang menyerap radiasi dan dapat digunakan untuk analisis kuantitatif (Satiadarma dkk., 2004).
Universitas Sumatera Utara
2.7 Spektrometri Resonansi Magnet Inti (RMI) Spektrometri Resonansi Magnet Inti merupakan bentuk lain dari spektrometri serapan. Dalam RMI senyawa menyerap energi pada daerah frekuensi radio dari spektrum elektromagnetik dibawah pengaruh medan magnet yang kuat. Radiasi pada daerah frekuensi radio digunakan untuk mengeksitasi atom, biasanya atom proton atau karbon-13 (Silverstein et al., 2005; Watson, 1999). Proton yang akan ditentukan dengan spektrometer RMI berada di dalam lingkungan atom-atom yang lain. Momen magnet inti setiap atom di dalam molekul berbeda-beda besarnya. Karena setiap proton di dalam molekul zat organik beraneka ragam maka setiap proton di dalam molekul zat organik memberikan tetapan perisai (σ) yang berbeda. Pergeseran kimia (δ) adalah posisi frekuensi resonansi sebuah proton tertentu dalam pengaruh medan magnet luar berkekuatan tertentu yang posisinya berbeda terhadap proton standar internal. Pergeseran kimia dinyatakan sebagai ppm (part per million). Jika proton berada dalam lingkungan kerapatan elektron yang tinggi maka akan menunjukkan harga σ yang tinggi, demikian juga δ akan bergeser pada harga yang tinggi. Sebaliknya δ akan rendah pada keadaan lingkungan proton dengan kerapatan elektron rendah (Silverstein et al., 2005) Pada spektrometer RMI tampak puncak-puncak kasar (satu puncak) karena kemampuan resolusi spektrometer RMI masih rendah. Akan tetapi saat ini sudah dikenal spektrometer proton RMI dengan daya resolusi tinggi yang akan memberikan puncak-puncak halus dan dapat langsung menggambarkan jumlah proton. Puncak-puncak halus hasil resolusi tinggi ini timbul dari keadaan spin-
Universitas Sumatera Utara
spin splitting. Proton-proton yang berdekatan dan mempunyai perbedaan lingkungan elektronik (tidak setara) akan saling mempengaruhi, dan akibatnya akan terjadi pemisahan tiap-tiap sinyal (Skoog, et al., 1998). Spektrometri 1H-RMI didasarkan pada penyerapan gelombang radio oleh inti-inti tertentu dalam molekul organik menggunakan hidrogen sebagai proton. Begitu juga halnya dengan spektrometri
13
C-RMI yang akan memberikan
informasi keadaan atom-atom karbon dalam sebuah molekul organik. Walaupun inti-inti
13
C yang bertetangga dalam sebuah molekul akan memecahkan sinyal,
tetapi pada akhirnya tidak terjadi pola pemisahan spektrum
13
C. Spektrum
13
13
C satu dengan lainnya pada
C tidak akan dapat diintegrasi, hal ini disebabkan
adanya proses pengendoran pada proses hilangnya energi yang diserap oleh 13C. Luas di bawah puncak pada spektrum
13
C-RMI tidak harus menunjukkan
kesetaraan dengan jumlah atom 13C sebagai akibat pengendoran energi pada 13C. Satu hal lagi yang sangat menguntungkan pada
13
C-RMI yaitu terjadinya
pergeseran kimia yang lebih besar ke arah bawah medan dari puncak TMS, dibandingkan pergeseran kimia pada proton. Geseran kimia (δ) pada proton 0-10 ppm bawah medan puncak TMS, sedangkan pada 13C di dapat variasi harga δ = 0-200 ppm. Pelebaran rentang δ akan lebih menyederhanakan spektrum RMI 13C dibanding spektrum RMI proton sebab pada
13
C kemungkinan terjadinya
tumpang tindih puncak adalah kecil (Mulja dan Suharman, 1995).
Universitas Sumatera Utara
