MODUL PETUNJUK PRAKTIKUM
REAKSI BROMINASI ASETON SEBAGAI REAKSI MIRIP ENZIMATIS
Oleh Drs. PATIHA, M.S.
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA NOVEMBER, 2011
REAKSI BROMINASI ASETON SEBAGAI REAKSI MIRIP ENZIMATIS
Maksud Percobaan Tujuan percobaan adalah membuktikan bahwa reaksi brominasi aseton dapat mirip dengan reaksi enzimatis dan menentukan tetapan κ dengan menggunakan beberapa persamaan.
Dasar Teori Enzim adalah katalis dalam proses kimia pada mahluk hidup.
Ada beberapa tipe
mekanisme reaksi enzimatis; yang paling sederhana, yaitu yang dikenal sebagai reaksi enzimatik Michaelis-Mentenis, dipercayai berlangsung menuruti mekanisme reaksi k1
k2
E + S ⇌ ES → E + P k –1
[1]
Berdasarkan Pendekatan Keadaan Mantap, hukum lajunya dapat dinyatakan sebagai v
k kat [ E ][ S ] K M [S ]
[2]
KM adalah tetapan Michaelis-Menten. Pola hubungan semacam [2] ini hiperbolik; reaksi belum mempunyai tingkat reaksi yang pasti. Pada [S] yang cukup besar (dari KM), hubungan ini berubah, dan [2] akan menjadi v kkat [E ]
[3]
Pada kondisi ini, substrat bereaksi dengan semua enzim yang ada, sehingga v mencapai harga maksimum (yang selanjutnya disebut vmax) dan reaksi menuruti mekanisme reaksi tingkat ke-nol atau vmaks kkat [E ]
[4]
Tetapi pada konsentrasi substrat [S] yang cukup kecil (dari KM), reaksi akan berlangsung menuruti mekanisme reaksi order ke-satu terhadap S dan [2] akan menjadi v
k kat [ E ][ S ] KM
Substitusi persamaan [4] ke dalam [5] akan menghasilkan
[5]
v
vmaks[ S ] KM
[6]
Fenomena ini menarik. Berbeda dengan reaksi yang biasanya diperkenalkan pada pemula, reaksi ini mengikuti hukum laju yang berbeda pada awal dan akhir reaksi. Karena itu, adalah penting bagi mahasiswa untuk melakukan percobaan kinetika reaksinya. Akan tetapi, karena harga enzim sangat mahal dan mudah rusak, tentulah agak sulit untuk mewujudkannya. Karena itu, perlu untuk mencari reaksi yang mirip, dengan pereaksi yang murah, mudah diperoleh, dan relatif mudah percobaannya. Reaksi brominasi aseton diharapkan dapat memenuhi kriteria ini. Reaksi ini banyak digunakan sebagai model prktikum kinetika kimia namun hanya diperlakukan sebagai reaksi biasa. Reaksi brominasi aseton pada temperatur kamar menuruti persamaan reaksi CH 3C (O)CH 3 Br2 CH 3C (O)CH 2 Br Br H
A
[7]
P
dipercayai berlangsung melalui mekanisme reaksi k1 CH 3C (O)CH 3 H [CH 3C (OH )CH 3 ]
A
k-1
I k2
[CH 3C (OH )CH 3 ] H 2 O [CH 3C (OH ) CH ] H 3O
I
k-2
[8]
E
k3 [CH 3C (OH ) CH ] Br2 CH 3C (O)CH 2 Br H Br
E
P
Berdasarkan Pendekatan Keadaan Mantap, hukum lajunya adalah d [ P] k 3 k 2 k1 / k 1[ A][ H ][ Br2 ] dt k 2 [ H ] k 3 [ Br2 ]
[9]
Karena Br2 berwarna, kinetika reaksinya pada umumnya dilakukan dengan mengikuti perubahan [Br2] sebagai fungsi waktu dan pada kondisi [H+] dan [A] yang relatif berlebihan terhadap [Br2]. Penentuan hukum lajunya biasanya menggunakan metode laju awal dan didapati bahwa, reaksi masing-masing tingkat ke-satu terhadap [A] dan [H+] dan ke-nol terhadap [Br2].
Telaah seksama atas [2] bisa menghasilkan penafsiran yang agak berbeda. Jika [Aseton]o berlebihan dan [H+]o sedikit berlebihan terhadap [Br2]o, pada awalnya reaksi memang mungkin berlangsung order ke-nol terhadap [Br2] (karena k3[Br2] jauh lebih besar dari k-2[H+]). Tetapi, karena selama reaksi berlangsung [H+] relatif tetap (karena donasi dari Aseton) sedang [Br2] terus berkurang, maka pada akhirnya k3[Br2] akan menjadi lebih kecil dari k-2[H+]) dan reaksi menjadi order ke-satu terhadap [Br2]. Hasil yang sama akan diperoleh bila [H+]o dibuat sedikit lebih besar lagi. Persamaan [9] dapat diubah menjadi d [ P] (k 2 k1 / k 1 )[ A][ H ][ Br2 ] dt (k 2 / k 3 )[ H ] [ Br2 ]
[10]
Selanjutnya, (karena [A] sangat berlebihan dan [H+] relatif tetap) jika k2k1[A][H+] / k-1 = k*
[11]
(k-2 / k3)[H+]= κ
[12]
dan
maka [12] akan menjadi d [ P] k * [ Br2 ] dt [ Br2 ]
[13]
jika k* dianggap sebagai υmaks dan κ sama dengan KM, maka [13] menjadi mirip dengan [2]. Sebenarnya tetapan KM dapat ditentukan dengan menggunakan [2]. Tetapi yang paling umum adalah dengan mengunakan model linear.
Ada beberapa persamaan yang dapat
digunakan. Lineweaver-Burk (1934; 658) membalik persamaan [2] dan memperoleh
KM 1 1 v vmaks vmaks [ S ]
[14]
Harga vmaks dapat dihitung dari intersep sedang KM dari lereng kurva linear 1/v lawan 1/[S]. Untuk keperluan ini umumnya digunakan metode laju awal. Cara yang lain adalah dengan menggunakan persamaan Eadie (1942) - Hoofstee (1959). v vmaks
KM v [S ]
[15]
Harga vmaks dapat dihitung dari intersep sedang KM dari lereng kurva linear v lawan v/[S]. Untuk keperluan ini umumnya digunakan metode laju awal.
Espenson (1995: 34-35) menyatakan bahwa kinetika reaksi enzimatis, dan secara umum, reaksi yang mempunyai hukum laju yang mirip dengannya, dapat dipelajari dengan menggunakan persamaan tenggang-tetap (time-lag)
[ A]t [ A]t [ A]t ln [ A]t
k
[16]
Persamaan [16] diturunkan dengan mengintegralkan persamaan [13]. Dalam praktek, reaksi diamati pada tiap rentang waktu tetap hingga reaksi berlangsung kira-kra 90%. Data kemudian dipasangkan dengan rentang waktu σ yang sama. Harga κ dapat dihitung dari lereng kurva linear [At]-[At+σ] lawan ln{[At]/[ At+σ]}. Kedua persamaan Lineweaver-Burk dan Eadie – Hoofstee merupakan model metode diferensial sedang Espenson model integral. Laidler (1987) menyatakan harga tetapan kinetika yang paling dapat dipercaya adalah yang diperoleh dari persamaan integral.
Metode Bahan Larutan Br2 0,003 M; larutan HCl 0,100 M; Aseton 4,000 M Alat Utama Spektrofotometer uv-visible; stop-watch; spet 5 mL Cara Kerja 1. Hidupkan Spektrofotometer dan kemudian tentukan titik 0-nya dengan menggunakan aquades sebagai blanko. 2. Ke dalam sebuah kuvet, masukkan secara berurutan, 1,0 mL Aseton 4 M, 2,0 mL akuades, dan 1,0 mL larutan Br2 0,003 M, serentak dengan menghidupkan stop-watch; gojog dan tentukan absorbansinya pada = 400 nm. Nyatakan sebagai A0. 3. Ke dalam kuvet yang lain, masukkan secara berurutan, 1,0 mL Aseton 4 M, 0,5 mL HCl 1,000 M, 1,5 mL akuades, dan 1,0 mL larutan Br2 0,003 M, serentak dengan menghidupkan stop-watch; gojog dan tentukan absorbansinya pada = 400 nm pada detik ke 10 dan setiap 10 detik berikutnya hingga tersisa 10% 4. Lakukan 2 kali ulangan.
5. Lakukan langkah 3 dan 4 tetapi dengan komposisi 1,0 mL Aseton 4 M, 1,0 mL HCl 1,000 M, 1,0 mL akuades, dan 1,0 mL larutan Br2 0,003 M. 6. Lakukan lagi langkah 3 dan 4 tetapi dengan komposisi 1,0 mL Aseton 4 M, 1,5 mL HCl 1,000 M, 0,5 mL akuades, dan 1,0 mL larutan Br2 0,003 M. 7. Gunakan 7 data pada awal reaksi dan 7 pada akhir reaksi (secara terpisah) pada masingmasing percobaan untuk menentukan hukum laju dengan menggunakan persamaan integral untuk kemungkinan order ke-nol, ke-satu, kedua, dan ke-tiga. Tentukan hukum laju berdasarkan harga koefisien regresi yang paling mendekati ±1,000. 8. Pilih percobaan yang mengikuti mekanisme reaksi enzimatis.
Tentukan vmaks dari
lereng kurva yang order ke-nol dan selanjutnya gunakan untuk menentukan
κM
berdasarkan harga lereng kurva order ke-satu. 9. Tentukan harga
κ
menggunakan persamaan-persamaan [ [14], dan [15].; Gunakan 7
data pada awal reaksi, 7 pada akhir reaksi, dan 7 data yang mencakupi kondisi pada awal dan akhir reaksi. 10. Tentukan juga
κ menggunakan persamaan Espenson [16].
11. Perbandingkan hasil yang diperoleh. Laporkan!
Tugas/Pertanyaan 1. Buktikan persamaan [2], [9], [14], [15], dan [16]. 2. Turunkan hukum laju reaksi dengan menggunakan Pendekatan Tahap Penentu Laju (anggap tahap 3 lambat dan 1 dan 2 cepat dan mendekati kesetimbangan. 3. Sebutkan kelebihan dan kekurangan persamaan [14], [15], [16], relatif terhadap persamaan integral. 4. Teknik mana yang memberikan harga tetapan κM yang paling mendekati kebenaran? Jelaskan alasan Anda. 5. Apa fungsi ion H+ berdasarkan mekanisme reaksi? Bisakah hal ini divalidasi dalam percobaan ini? 6. Bisakah persamaan [9] digunakan untuk menerangkan fakta yang diperoleh pada percobaan tentang reaksi brominasi aseton sebagai reaksi sederhana? 7. Bisakah persamaan [2] dibuktikan dengan metode laju awal?
Daftar Pustaka Eadie, E. A. 1942. J. Biol. Chem. 146. 85. Espenson, J. H. 1995. Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms, 2nd Ed. New York: McGraw-Hill, Inc. Hofstee, B. H. J. 1959. Nature, Lond. 184. 1926. Lineweaver, H. and D. Burk. 1934. J. Am. Chem. Sos. 56. 658. Patiha, 2011. Teknik dan Persamaan Baru yang Efektif untuk Penentuan Tetapan MichaelisMenten dan yang Mirip. Laporan penelitian Fundamental tak Terpublikasikan. Surakarta: FMIPA UNS.
