1
SINTESIS FLAVON DARI FENOL DAN BENZOIL KLORIDA
LIA ANGGRAINI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
2
SINTESIS FLAVON DARI FENOL DAN BENZOIL KLORIDA
LIA ANGGRAINI
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
i
ABSTRAK LIA ANGGRAINI. Sintesis Flavon dari Fenol dan Benzoil Klorida. Dibimbing oleh BUDI ARIFIN dan SUMINAR S ACHMADI. Flavon merupakan golongan flavonoid yang banyak ditemukan dalam tumbuhan serta memiliki banyak aktivitas farmakologi. Salah satu rute sintesis flavon yang digunakan secara luas ialah siklisasi oksidatif berkataliskan-asam βdiketon yang diperoleh dengan penataan ulang Baker-Venkataraman (BV). Dalam penelitian ini, flavon taktersubstitusi telah disintesis melalui 5-tahap dari fenol dengan rendemen 22% dan berhasil meningkatkan rendemen dari penelitian sebelumnya pada tahap penataan-ulang Fries fenil asetat dan benzoilasi o-HAP. Fenol diasetilasi menghasilkan 93% fenil asetat. Penataan-ulang Fries berkataliskan-AlCl3 dengan waktu reaksi 1.5 jam dan suhu 120 °C mengubah fenil asetat menjadi o-hidroksiasetofenon (o-HAP) dengan rendemen 40%. Katalis AlCl3 memberikan produk o-HAP dengan rendemen lebih tinggi dan dapat-ulang daripada katalis BF3·Et2O dan ZnCl2. Benzoilasi o-HAP diikuti dengan penataanulang BV produk ester dengan KOH dalam piridina kering menghasilkan βdiketon 1-(2-hidroksifenil)-3-fenilpropana-1,3-dion. Rendemen ester dan βdiketon berturut-turut 71% dan 85%. Akhirnya, siklisasi oksidatif β-diketon dengan katalis asam sulfat menghasilkan 99% flavon. Produk flavon ini telah dicirikan secara spektroskopi dan juga dari titik lelehnya.
ABSTRACT LIA ANGGRAINI. Flavone Synthesis from Phenol and Benzoyl Chloride. Supervised by BUDI ARIFIN and SUMINAR S ACHMADI. Flavone is a class of flavonoid, commonly found in plants with wide bioactivity spectrum. A widely used flavone synthesis route is through acidcatalyzed oxidative cyclization of β-diketone. In this study, unsubstituted flavone had been synthesized via 5-step from phenol, with 22% yield and successfully increased the yield of previous study on Fries rearrangement of phenyl acetate and benzoylation of o-HAP steps. Phenol was acetylated resulting 93% phenyl acetate. AlCl3-catalyzed Fries rearrangement in 1.5 hour and at 120 °C converted phenyl acetate into o-hydroxyacetophenone (o-HAP) with 40% yield. AlCl3 as catalyst produced o-HAP with higher and reproducible yield compared with BF3·Et2O and ZnCl2. Benzoylation of o-HAP followed by Baker-Venkataraman rearrangement of the ester product using KOH in dried pyridine produced β-diketone 1-(2hydroxyphenyl)-3-phenylpropane-1,3-dione. The yield of ester and β-diketone were 71% and 85%, respectively. Finally, oxidative cyclization of β-diketone with sulphuric acid as catalyst produced 99% of flavone. The flavone product had been characterized spectroscopically and its melting point as well.
ii
SINTESIS FLAVON DARI FENOL DAN BENZOIL KLORIDA
LIA ANGGRAINI
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
iii
Judul Skripsi Nama NIM
: Sintesis Flavon dari Fenol dan Benzoil Klorida : Lia Anggraini : G44096031
Disetujui, Pembimbing I
Pembimbing II
Budi Arifin, SSi, MSi NIP 19830109 200604 1 004
Prof Dr Ir Suminar S Achmadi NIP 19480427 197412 2 001
Diketahui, Ketua Departemen Kimia
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus:
iv
PRAKATA Segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyusun dan menyelesaikan karya tulis ini. Karya tulis ini disusun berdasarkan kegiatan penelitian dengan judul Sintesis Flavon dari Fenol dan Benzoil Klorida yang dilaksanakan pada bulan Mei 2011 sampai dengan Mei 2012 di Laboratorium Kimia Organik, Departemen FMIPA IPB, Bogor. Karya tulis ini merupakan wujud penghargaan untuk orang tua dan keluarga yang telah memberikan motivasi, doa, serta kasih sayang selama menempuh studi, penelitian, dan penulisan karya tulis ini. Penulis juga memberikan apresiasi kepada Budi Arifin, SSi, MSi dan Prof Dr Ir Suminar S Achmadi selaku pembimbing yang telah banyak memberikan arahan serta masukan atas segala permasalahan dalam melaksanakan penelitian ini. Penulis berterima kasih kepada teman-teman dan para staf di laboratorium penelitian kimia organik (Dwi Artha Solovky, Indra Sugiarto, Wahyu Hendana, Livia Elsa, Bapak Sabur, dan Ibu Yenni) atas kerja sama, kebersamaan, masukan, dan semangatnya. Tidak lupa pula, kepada teman-teman Program S1 Penyelenggaraan Khusus Departemen Kimia angkatan 3, atas kebersamaan selama menempuh studi dan menyelesaikan karya tulis ini memberikan banyak pengaruh positif. Semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi ilmu pengetahuan.
Bogor, Juli 2012
Lia Anggraini
v
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 17 Desember 1988, merupakan anak ketiga dari empat bersaudara dari pasangan Tatang Kaswara dan Ida Sri Sulastri. Penulis menyelesaikan pendidikan di SMA Negeri 7 Bekasi pada tahun 2006 dan kemudian diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) pada Program Diploma Program Keahlian Analisis Kimia melalui jalur ujian mandiri. Pada bulan Maret–Mei 2009, penulis berkesempatan melaksanakan praktik kerja lapangan (PKL) di Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian dengan judul Laju Respirasi dan Sifat Fisiko-kimia Buah Manggis (Garcinia mangostana) dengan Pelapisan Lilin Lebah dan Asam Giberelat. Tahun 2009 penulis diterima di IPB pada Program S1 Penyelenggaraan Khusus Departemen Kimia.
vi
DAFTAR ISI Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii PENDAHULUAN ...................................................................................................1 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ...............................................................................................2 Langkah Kerja ................................................................................................2 Sintesis Fenil Asetat .......................................................................................2 Sintesis o-Hidroksiasetofenon ........................................................................2 Sintesis o-Benzoiloksiasetofenon ...................................................................4 Sintesis β-Diketon...........................................................................................4 Sintesis Flavon ................................................................................................4 HASIL Senyawa o-HAP .............................................................................................4 Senyawa o-BAP ..............................................................................................5 Senyawa β-Diketon.........................................................................................5 Senyawa Flavon ..............................................................................................6 PEMBAHASAN Sintesis o-HAP ...............................................................................................6 Sintesis o-BAP ................................................................................................8 Sintesis β-Diketon dan Flavon ........................................................................9 SIMPULAN ...........................................................................................................11 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................11 LAMPIRAN ...........................................................................................................13
vi
vii
DAFTAR TABEL Halaman 1 Hasil sintesis o-HAP dan p-HAP dengan ragam kondisi reaksi ........................5 2 Hasil sintesis o-BAP dari o-HAP .......................................................................5 3 Hasil sintesis β-diketon dari o-BAP ...................................................................6 4 Hasil sintesis flavon dari β-diketon....................................................................6 5 Posisi sinyal-sinyal NMR flavon .......................................................................6
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Retrosintesis flavon sederhana ...........................................................................1 2 Kromatogram lapis tipis fenil asetat, standar o-HAP, dan sampel o-HAP ........4 3 Penambahan FeCl3 1% ke o-HAP dan fenil asetat dengan kontrol negatif .......5 4 Kristal o-BAP dan kromatogram lapis tipis o-BAP ...........................................5 5 Padatan β-diketon dan kromatogram lapis tipis β-diketon. ...............................6 6 Padatan flavon dan kromatogram lapis tipis flavon ...........................................6 7 Reaksi penataan-ulang Fries fenil asetat ............................................................7 8 Kromatogram hasil reaksi dengan metode Perucchon (2004) ...........................8 9 Reaksi benzoilasi o-HAP ...................................................................................8 10 Reaksi penataan-ulang BV o-BAP menjadi β-diketon ......................................9 11 Siklisasi intramolekul -diketon membentuk flavon .........................................9 12 Struktur resonans flavon. .................................................................................10
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian ........................................................................................14 2 Rendemen o- dan p-HAP .................................................................................15 3 Elusidasi struktur flavon ..................................................................................16 4 Spektrum UV-Vis hasil penataan-ulang Fries dengan MW.............................19
vii
1
PENDAHULUAN Flavonoid merupakan senyawa metabolit sekunder yang terbentuk secara alami dalam tumbuhan, dengan kerangka karbon berupa 2 cincin fenil yang dihubungkan oleh rantai alifatik 3 karbon (C6−C3−C6). Flavonoid mempunyai banyak aktivitas farmakologi antara lain sebagai antioksidan (Zuhra et al. 2008), antibakteri (Sukadana 2009), antiradang (Kim et al. 2004), antiobesitas (Lee et al. 2010), antihipertensi, diuretik, analgesik, antialergi, dan antikarsinogenik (Aslam & Intekhab 2009). Terkait khasiatnya, flavonoid banyak dipelajari oleh para ilmuwan dan digunakan dalam industri obat dan makanan. Isolasi flavonoid secara langsung dari alam biasanya menghasilkan rendemen yang relatif rendah. Wang et al. (2008) dan Sukadana (2009) melaporkan rendemen flavonoid berturut-turut sebesar 2.78−4.10% dan 0.14%. Selain kandungan flavonoid yang terbatas dalam tumbuhan, proses isolasi umumnya cukup panjang sehingga rendemen flavonoid yang dapat diisolasi relatif rendah. Oleh sebab itu, perlu dikembangkan sintesis senyawa golongan flavonoid untuk mendapatkan rendemen yang lebih tinggi. Senyawa flavon merupakan salah satu golongan flavonoid yang terdapat dalam semua jenis tumbuhan dan tersebar luas dalam daun (Harborne 1987). Flavon dapat diperoleh dari hasil isolasi bahan alam atau hasil sintesis. Flavon lazim disintesis melalui beberapa tahap reaksi dari turunan asetofenon. Reaksi penataan-ulang Fries digunakan untuk menyintesis turunan asetofenon dari esternya, yang selanjutnya dibenzoilasi dan dilakukan penataan-ulang Baker-Venkataraman (BV) untuk menghasilkan β-diketon. Reaksi siklisasi intramolekul -diketon yang didapat dalam suasana asam akan menghasilkan senyawa flavon (Fougerousse et al. 2000). 1-(2-Hidroksifenil)-3-fenilpropana-1,3dion (β-diketon) sebagai prekursor flavon taktersubstitusi telah disintesis oleh Septiani (2011). Gambar 1 menunjukkan jalur retrosintesis yang dilakukan dalam penelitian tersebut. Sintesis diawali dengan pembentukan senyawa o-hidroksiasetofenon (o-HAP) (4), melalui proses penataan-ulang Fries terhadap ester fenil asetat (6) yang diperoleh dari asetilasi fenol (8). Fenil asetat diperoleh dengan rendemen 74–95%. Penataan-ulang Fries dengan katalis AlCl3 pada suhu 65 ke 170 °C menghasilkan campuran o-HAP dan isomer p-nya berturut-
turut sebesar 34 dan 27%. Benzoilasi o-HAP menghasilkan ester o-benzoiloksiasetofenon (o-BAP) (3) sebesar 27–44%. Penataan-ulang BV terhadap o-BAP menghasilkan β-diketon (2) sebesar 82–85%. Secara keseluruhan, Septiani (2011) memperoleh rendemen βdiketon dari bahan awal fenol sebesar 12%. O O
OH
O
O
O O
O
2
1
3
OH
Cl
Ph
+
OH + 8
O 7
5
O
O O
O
O
4
O 6
Gambar 1 Retrosintesis flavon sederhana. Penelitian ini bertujuan meningkatkan rendemen penataan-ulang Fries dan benzoilasi o-HAP dalam Septiani (2011). Katalis BF3 dan ZnCl2 diujikan untuk penataan-ulang Fries, dibandingkan dengan AlCl3. Atom boron memiliki jejari lebih kecil daripada aluminium sehingga lebih sulit terpolarisasi. Selain itu, atom fluorin lebih elektronegatif daripada klorin. Kedua faktor ini menjadikan BF3 asam lebih keras daripada AlCl3. Gugus karbonil pada fenil asetat tergolong basa keras, maka diperkirakan akan terjadi interaksi asam keras-basa keras yang disukai. Katalis ZnCl2 juga tergolong asam keras, namun tidak sekeras AlCl3 dan kadangkadang dikelompokkan sebagai asam keras borderline. Apabila BF3 dan AlCl3 merupakan asam Lewis netral, maka ZnCl2 tergolong asam Lewis kationik (Carey & Sundberg 2007). Kekerasan asam diharapkan berpengaruh pada kemudahan pembentukan kation asetilium yang akan berpengaruh pada rendemen dan regioselektivitas penataanulang Fries. Khanna et al. (1992) dan Perucchon (2004) melaporkan penggunaan katalis BF3 eterat untuk penataan-ulang Fries fenil asetat dan menghasilkan o-HAP berturut-turut sebesar 70 dan 92%. Sebelum itu, Hocking (1980) mengujikan berbagai katalis untuk penataan-ulang Fries dan melaporkan bahwa secara umum persen konversi dengan katalis BF3 dan AlCl3 lebih tinggi daripada dengan katalis ZnCl2. Regioselektivitas-orto dari
2
katalis AlCl3 dilaporkan lebih baik dan lebih dapat-ulang dibandingkan dengan katalis BF3. Selain jenis katalis, penelitian ini juga meragamkan suhu reaksi dan jumlah katalis AlCl3. Teknik mikrogelombang (MW) juga diujikan untuk membandingkan efektivitas katalitiknya dengan asam Lewis. Paul dan Gupta (2004) melaporkan penataan-ulang Fries fenil asetat dengan katalis Zn dalam N,N-dimetilformamida (DMF) dan secara spesifik menghasilkan produk o-HAP sebanyak 70%. Penelitian ini juga memodifikasi kondisi reaksi pada tahap benzoilasi o-HAP. Kondisi yang diragamkan meliputi jumlah pereaksi benzoil klorida, waktu reaksi, teknik pengadukan, dan jenis piridina yang digunakan. Modifikasi kedua tahapan reaksi tersebut dalam penelitian ini diharapkan akan menghasilkan senyawa flavon sintetik dengan rendemen yang tinggi.
Jakarta. Spektrum NMR diperoleh melalui spektrometer JEOL ECA 500 yang bekerja pada frekuensi 500 MHz (1H) dan 125 MHz (13C) di Pusat Penelitian Kimia LIPI, Puspiptek Serpong.
Langkah Kerja Tahapan penelitian (Lampiran 1) terdiri atas sintesis fenil asetat dari fenol dan anhidrida asetat, penataan-ulang Fries fenil asetat membentuk o-HAP, benzoilasi o-HAP dengan benzoil klorida, penataan-ulang BV ester o-BAP yang terbentuk menghasilkan diketon, dan siklisasi intramolekul -diketon dalam suasana asam menghasilkan flavon. Produk flavon dicirikan titik lelehnya serta spektrum UV-Vis, FTIR, dan NMR. Semua zat antara dalam proses sintesis flavon diidentifikasi dengan membandingkan nilai Rf, titik leleh, dan kenampakannya dengan produk sintesis Septiani (2011).
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Pereaksi menggunakan bahan-bahan khusus untuk analisis (p.a) yang diproduksi oleh Merck, seperti AlCl3, ZnCl2, serbuk Zn, o-HAP, fenol, anhidrida asetat, DMF, benzoil klorida, piridina kering (<0.0075% H2O), piridina, pelet KOH 85%, asam asetat glasial 99.8%, H2SO4 95–97%, metanol, kloroform, HCl pekat, pelet NaOH, CH3COONa, NaHCO3, Na2SO4 anhidrat, silika gel 60 F254 untuk kromatografi lapis tipis (KLT), silika gel 60G dengan ukuran 45 µm untuk kromatografi cair vakum (KCV), dan silika gel 60 (0.2–0.5 mm) untuk impregnasi contoh KCV. Selain itu, digunakan pula BF3·Et2O p.a (Aldrich), metilena klorida (MTC) teknis yang didistilasi 2 kali, etil asetat, dan aseton. Semua bahan p.a digunakan langsung tanpa praperlakuan. Peralatan yang digunakan antara lain radas refluks, radas distilasi uap, radas penentuan titik leleh Mel-Temp Model 1202D Barnstead® (tanpa koreksi), dan oven mikrogelombang komersial Panasonic NNS215WF. Spektrum ultraviolet-tampak (UVVis) direkam oleh spektrometer Shimadzu UV-1601 di Laboratorium Bersama, Departemen Kimia IPB. Spektrum inframerah transformasi-Fourier (FTIR) diukur dengan spektrometer FTIR Perkin Elmer Spectrum One (resolusi 4 cm-1) di Laboratorium Bidang Pangan, Gedung Pusat Laboratorium Terpadu, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah
Sintesis Fenil Asetat (modifikasi Septiani 2011) Sebanyak 0.25 mol fenol dicampurkan dengan 0.375 mol anhidrida asetat dalam gelas piala. Campuran ini larut sempurna. Sebanyak 0.018 mol CuSO4 anhidrat ditambahkan, lalu campuran diaduk selama 3 jam. Selama pengadukan, warna katalis berangsur-angsur berubah dari putih menjadi biru. Setelah itu, campuran di-work-up dengan menambahkan 750 mL larutan NaHCO3 10%, dan produk fenil asetat diekstraksi menggunakan MTC. Proses ekstraksi dikendalikan menggunakan KLT dengan eluen MTC. Ekstrak MTC dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat, lalu dipekatkan, dan ditimbang.
Sintesis o-Hidroksiasetofenon Penataan-Ulang Fries Fenil Asetat (modifikasi Septiani 2011). Sepuluh mmol AlCl3 dimasukkan ke dalam labu leher dua yang telah dirangkai dengan pendingin refluks. Gas N2 dialirkan untuk mengusir udara dan uap air dari dalam radas, kemudian 10 mmol fenil asetat ditambahkan tetes demi tetes dengan bantuan syringe, sambil diaduk dengan pengaduk magnet pada suhu kamar. Campuran dipanaskan selama 1.5 jam dengan variasi suhu 90, 120, dan 130 °C sambil terus diaduk. Selain variasi suhu, dilakukan juga modifikasi nisbah reaktan dan katalis menjadi
3
1:1.5. Campuran didiamkan ke suhu kamar, lalu HCl dingin 1:1 ditambahkan sedikit demi sedikit hingga suhu tidak naik lagi. Hasil sintesis berupa pasta berwarna merah. Campuran isomer o- dan p-HAP dipisahkan melalui proses distilasi uap. o-HAP terdistilasi oleh uap, menyisakan p-HAP sebagai residu. Sisa fenil asetat, sedikit p-HAP, dan pengotor ikut terbawa bersama distilat. Fenil asetat memiliki Rf sama dengan o-HAP, maka harus dipisahkan melalui ekstraksi pengendalian pH. Distilat diekstraksi beberapa kali dengan MTC hingga semua komponen terekstraksi (dipantau dengan KLT). Fase MTC dikumpulkan, diuapkan hingga sepertiga bagian kemudian diekstraksi dengan NaOH 5%. Garam o-HAP akan terbawa ke fase NaOH 5%, sedangkan fenil asetat tertinggal di fase MTC. Fase NaOH 5% pada ekstraksi pertama berwarna kuning tua dan semakin memudar pada ekstraksi berikutnya. Akhir ekstraksi ditunjukkan oleh uji FeCl3 negatif pada fase MTC yang dipekatkan (tidak menghasilkan warna ungu). Fase NaOH 5% kemudian diasamkan dengan HCl 1:1 (pH diperiksa dengan indikator universal). Warna kuning akan memudar dan hilang kembali (seperti distilat awal). Setelah itu, diekstraksi beberapa kali dengan MTC sampai semua komponen terekstraksi (dipantau dengan KLT). Selain oHAP, sedikit p-HAP dan pengotor masih terbawa ke fase MTC. Pemurnian o-HAP untuk skala besar dilakukan dengan KCV, sedangkan untuk skala kecil digunakan KLT preparatif, keduanya dengan eluen MTC. Metode serupa juga dilakukan dengan katalis ZnCl2 dan BF3·Et2O. p-HAP takatsiri oleh uap dan tertinggal sebagai residu. Residu p-HAP direfluks dengan beberapa porsi air mendidih untuk memisahkan p-HAP dari tar. Ekstrak air didekantasi, dibiarkan mendingin ke suhu kamar, lalu didinginkan di lemari es semalaman untuk mengkristalkan p-HAP. Kristal p-HAP yang terbentuk disaring. Ekstrak air yang tersisa diekstraksi dengan MTC sampai seluruh p-HAP terambil (dipantau dengan KLT). Ekstrak MTC dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat dan dipekatkan. Seluruh kristal yang terbentuk digabung dan ditimbang. Asetilasi Fenol (Perruchon 2004). Sepuluh mmol fenol dalam 50 mmol (3.30 mL) asam asetat glasial dimasukkan ke dalam labu leher dua yang telah dirangkai dengan
pendingin refluks dan aliran gas N2. Campuran didiamkan dalam penangas es. Setelah suhu mencapai 0 °C, sebanyak 10 mmol (1.30 mL) BF3·Et2O sedikit demi sedikit dimasukkan ke dalam labu menggunakan syringe. Campuran lalu dipanaskan di atas penangas pasir pada suhu 90 °C selama 2 jam. Cairan minyak berwarna merah yang terbentuk ditambahkan 18 mL CH3COONa jenuh, lalu diekstraksi dengan MTC sampai semua komponen terambil (dipantau dengan KLT). Ekstrak MTC dicuci dengan 20 mL NaHCO3 10%, lalu dengan 30 mL air sebanyak 3 kali. Setelah itu, dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat, dipekatkan, dan komponennya dipisahkan menggunakan KLT preparatif dengan eluen MTC. Fenil asetat yang diduga terbentuk dipisahkan dengan ekstraksi pengendalian pH. Prosedur yang sama dilakukan dengan mengganti asam asetat glasial menjadi anhidrida asetat sebanyak 30 mmol (2.80 mL). Migrasi Gugus Asetil (modifikasi Khanna et al. 1992). Sepuluh mmol fenol dalam 20 mL kloroform dimasukkan ke dalam labu leher dua, kemudian ditambahkan 30 mmol fenil asetat. Labu dirangkai dengan pendingin refluks dan aliran gas N2, kemudian 10 tetes BF3·Et2O dimasukkan dengan menggunakan syringe. Campuran dipanaskan ke suhu 74 °C selama 3 jam di atas penangas pasir. Prosedur yang sama juga dilakukan dengan 1 ekuivalen BF3·Et2O. Terbentuk cairan minyak berwarna cokelat muda setelah kloroform diuapkan dengan penguap putar. Hasil KLT menunjukkan 3 noda yang lebih lanjut dipisahkan menggunakan KLT preparatif dengan eluen MTC. Sisa fenil asetat dalam campuran dipisahkan dengan ekstraksi pengendalian pH. Teknik Mikrogelombang (Paul & Gupta 2004) Lima mmol fenil asetat dimasukkan ke dalam labu 50 mL, lalu ditambahkan 2.5 mmol Zn dan 2.5 mmol (0.18 mL) DMF. Campuran diaduk dengan pengaduk kaca dan dimasukkan ke dalam oven mikrogelombang selama 3 menit. Campuran kemudian didinginkan ke suhu kamar, ditambahkan 5 mL DMF, dan disaring. Filtrat ditambahkan 100 mL air es, lalu diekstraksi dengan etil asetat. Ekstrak dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat, dipekatkan, dan ditimbang.
4
Sintesis o-Benzoiloksiasetofenon (modifikasi Septiani 2011)
Sintesis Flavon (modifikasi Fougerousse et al. 2000)
Lima mmol o-HAP dimasukkan ke dalam gelas piala 50 mL, kemudian ditambahkan berturut-turut 2 mL piridina kering dan 10 mmol benzoil klorida tetes demi tetes. Reaksi berjalan eksoterm. Campuran didiamkan hingga tidak terbentuk kalor lagi, lalu ditambahkan 60 mL HCl 3% dan 20 g es batu secara bersamaan sambil diaduk kuat dengan batang pengaduk. Terbentuk lapisan minyak kental berwarna kuning yang dapat dipisahkan dengan mudah dari air. Lapisan minyak ditambah dengan beberapa porsi metanol hingga seluruh minyak membentuk kristal. Kristal murni o-BAP kemudian disaring. Filtrat metanol masih mengandung 3 komponen (hasil pemantauan KLT), termasuk sebagian o-BAP yang tidak ikut mengkristal. Metanol diuapkan, kemudian campuran produk didiamkan dalam suhu kamar untuk pembentukan kristal. Kristal o-BAP yang terbentuk masih mengandung pengotor, dan dicuci dengan 1.5 mL metanol dan 1 mL air dingin. Air yang dipisahkan dari lapisan minyak juga masih mengandung sedikit o-BAP dan didinginkan semalaman pada suhu 0 °C. Campuran beku kemudian dibiarkan mencair di suhu kamar, kristal yang terbentuk disaring dan dikering-udarakan. Seluruh kristal murni yang terbentuk digabungkan, ditimbang bobot totalnya, dan ditentukan titik lelehnya.
Sepuluh mmol β-diketon dimasukkan ke dalam labu bulat, kemudian ditambahkan 13 mL asam asetat glasial dan 0.5 mL H2SO4 97%. Campuran dikocok perlahan kemudian labu dirangkai dengan pendingin refluks dan dipanaskan dalam penangas air dengan suhu 90 °C selama 3 jam. Produk reaksi dituang panas-panas ke dalam ±72 g es batu sambil diaduk kuat dengan batang pengaduk kaca. Pengadukan dilakukan sampai es batu meleleh. Endapan putih keruh yang terbentuk disaring, kemudian dicuci dengan akuades hingga bebas-asam. Endapan dikeringkan di dalam oven pada suhu 55 °C, kemudian ditimbang bobotnya dan ditentukan titik lelehnya. Selain itu, dilakukan pengukuran spektroskopi UV-Vis, FTIR, dan NMR.
HASIL Senyawa o-HAP Fenil asetat yang digunakan sebagai salah satu bahan baku o-HAP disintesis dengan metode Septiani (2011) dengan rendemen 92.9%. Fenil asetat dan o-HAP memiliki Rf yang identik, yaitu 0.88 dengan eluen MTC (Gambar 2). Kedua senyawa dapat dipisahkan dengan ekstraksi pengendalian pH.
Sintesis β-Diketon (Septiani 2011) Lima mmol o-BAP dalam gelas piala 50 mL ditambahkan 5 mL piridina kering, lalu dipanaskan ke suhu 50 C dalam penangas air. Sementara itu, 7.5 mmol (1.5 ekuivalen) KOH 85% dihaluskan dengan alu dan lumpang yang telah dipanaskan dalam oven 100 C. Serbuk KOH ini segera ditambahkan ke dalam campuran di gelas piala dan diaduk selama 15 menit. Selama pengadukan, larutan akan mengental dan berubah menjadi pasta berwarna kuning-muda. Campuran dibiarkan mendingin ke suhu kamar, kemudian diasamkan dengan 7 mL asam asetat 10%. Endapan kuning-muda yang terbentuk disaring, dikeringkan di dalam oven pada suhu 60 °C. Setelah kering, endapan ditimbang dan ditentukan titik lelehnya.
Gambar 2
Kromatogram lapis tipis fenil asetat (kiri), standar o-HAP (tengah), dan sampel o-HAP (kanan) (eluen: MTC).
Senyawa o-HAP memberikan warna ungu, sedangkan fenil asetat tidak memberikan perubahan warna pada penambahan FeCl3 1% (Gambar 3). Tabel 1 menunjukkan rendemen o-HAP dan p-HAP yang diperoleh dengan beberapa ragam kondisi. Data selengkapnya ditunjukkan pada Lampiran 2.
5
Tabel 1 Hasil sintesis o-HAP dan p-HAP dengan ragam kondisi reaksi
1:1.25
90
BF3·Et2O
1:1
90
ZnCl2
1:1
90
BF3·Et2O (AcOH) BF3·Et2O (Ac2O) BF3·Et2O
1:1
90
o-HAP (%) a) 37.5 b) 27.4 a) 38.3 b) 40.9 a) 35.3 b) 36.1 a) 38.0 b) 27.4 a) 15.5 b) 18.6 a) 5.4 b) 3.1 12.5
1:1
90
*
1:10 tetes 1:1
74
Tidak bereaksi
1:1
-
Metode
Katalis
1
AlCl3
Nisbah reaktan 1:1
Suhu (°C) 90 120 130
2
3
4 Ket:
(a)
Serbuk Zn
74
a) 22.7 b) 24.6 -
p-HAP (%) a) 26.9 b) 42.6 a) 39.8 b) 38.7 a) 23.7 b) 42.9 a) 37.3 b) 26.3 a) 22.2 b) 15.1 a) 24.9 b) 28.7 28.2 *
a) 17.7 b) 19.5 -
1)
Penataan-ulang Fries; 2) Asetilasi fenol; 3) Migrasi asetil; 4) Mikrogelombang, dengan a) ulangan 1; b) ulangan 2; * tidak ditentukan
(b)
(c)
Gambar 3 Penambahan FeCl3 1% ke o-HAP (a) dan fenil asetat (b) dengan kontrol negatif (c).
Modifikasi sintesis o-BAP dilakukan dengan meragamkan jumlah pereaksi benzoil klorida, waktu reaksi, teknik pengadukan, dan jenis piridina. Rendemen o-BAP berkisar 44.9–73.4%. Rendemen tertinggi diperoleh dengan 2 ekuivalen benzoil klorida, dilakukan selama 15 menit dengan piridina kering (<0.0075% H2O) dan dengan pengadukan secara manual (Tabel 2).
Senyawa o-BAP Tabel 2 Hasil sintesis o-BAP dari o-HAP Senyawa o-BAP diperoleh dalam bentuk padatan berwarna putih dengan nilai Rf~0.76 dalam eluen MTC (Gambar 4). Titik leleh padatan o-BAP diperoleh 85–87 °C, hampir sama seperti yang dilaporkan Wheeler (1963), yaitu 87–88 °C.
Waktu RendeReaksi men (%) (menit) 1* 10.08 30 60 44.9 2* 5.08 15 60 46.0 3* 4.28 15 60 46.8 4# 5.04 10 60 46.9 5# 5.07 10 60 45.2 6** 33.19 66 15 69.5 7** 33.92 66 15 73.4 Ket: *(piridina berair & pengadukan magnet); #(piridina kering & pengadukan magnet); **(piridina kering & pengadukan manual) No
o-HAP (mmol)
BzCl (mmol)
Senyawa β-Diketon
Gambar 4
(a) (b) Kristal o-BAP (a) dan kromatogram lapis tipis o-BAP (eluen: MTC) (b).
Senyawa β-diketon diperoleh dalam bentuk padatan kuning-muda dengan nilai Rf~0.49 dalam eluen heksana-MTC (8:2) (Gambar 5). Rendemen β-diketon sebesar 84– 85% (Tabel 3) dengan titik leleh 115–118 °C.
6
Nilai tersebut juga mendekati yang dilaporkan Wheeler (1963), yaitu 117–120 °C.
(a) (b) Gambar 5 Padatan β-diketon (a) dan kromatogram lapis tipis β-diketon (eluen: heksana-MTC (8:2))(b).
(Su et al. 2009). Spektrum 1H dan 13C NMR flavon dirangkum pada Tabel 5. Spektrum 1H NMR (Lampiran 3c) menunjukkan sinyal proton khas vinilik di 6.83 ppm dan 6 sinyal aromatik di 7.41, 7.52, 7.56, 7.70, 7.93, dan 8.23 ppm. Sementara spektrum 13C NMR (Lampiran 3d) menunjukkan sinyal dari karbon keton di 178.64 ppm dan sinyal dari C-β pada sistem keton takjenuh-,β di 163.60 ppm, serta 3 sinyal C-kuaterner lainnya. Selain itu, terdapat 8 sinyal dari atom-atom karbon-sp2 cincin benzena. Tabel 5
Posisi sinyal-sinyal NMR flavon (CDCl3) 3'
Tabel 3 Hasil sintesis β-diketon dari o-BAP Ulangan 1 2
o-BAP (mmol) 5.02 29.30
β-Diketon (mmol) 4.25 25.08
8
Rendemen (%) 84.7 85.6
7 6
Senyawa flavon dihasilkan dalam bentuk padatan berwarna putih dengan nilai Rf ~0.45 dalam eluen MTC (Gambar 6). Senyawa flavon diperoleh sebesar 98% (Tabel 4) dengan titik leleh 95–97 °C. Nilai tersebut sama seperti yang dilaporkan Wheeler (1963), yaitu 95–97 °C.
(a) (b) Padatan flavon (a) dan kromatogram lapis tipis flavon (eluen: MTC) (b).
Tabel 4 Hasil sintesis flavon dari β-diketon
1 2
β-diketon (mmol) 10.02 10.11
Flavon (mmol) 9.15 9.54
9
O
2
1'
5'
10 4
3
O
Senyawa Flavon
Ulangan
1
6' 5
Gambar 6
4'
2'
Rendemen (%) 98.7 98.5
Spektrum UV-Vis memiliki 2 puncak serapan di panjang gelombang 248.2 dan 293.6 nm (Lampiran 3a). Spektrum FTIR (Lampiran 3b) menunjukkan pita-pita serapan khas flavon dengan bilangan gelombang 1646.60, 1606.18, 1569.50, dan 1495.96 cm-1
Posisi 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’
H 500 MHz (ppm) (multiplisitas, J (Hz), H) – 6.83 (s, 1H) – 8.23 (d, J = 7.8, 1H ) 7.41(t, J = 7.8, 1H) 7.70 (td, J = 7.1, 1.3, 1H) 7.56 (d, J = 8.4, 1H) – – – 7.93 (m) 7.52 (m) 7.52 (m) 7.52 (m) 7.93 (m)
C 125 MHz (ppm) 163.60 107.79 178.64 125.41 125.89 133.95 118.26 156.46 124.16 131.78 126.48 129.22 131.98 129.22 126.48
PEMBAHASAN Sintesis o-HAP Sintesis o-HAP dengan penataan-ulang Fries dari fenil asetat (Gambar 7) dilakukan dengan katalis asam Lewis AlCl3, BF3·Et2O, dan ZnCl2 (modifikasi Septiani 2011 dan Hocking 1980), serta katalis Zn dengan mikrogelombang (Paul & Gupta 2004). Fenil asetat diperoleh dari esterifikasi fenol dengan anhidrida asetat (modifikasi Septiani 2011) dengan rendemen yang tinggi, yaitu 92.9%. Hasil ini hampir sama dengan yang dilaporkan Septiani (2011), yaitu 74.4 dan 95.2%, atau Heravi et al. (2006), yaitu 92%.
7
Gambar 7
Reaksi penataan-ulang fenil asetat.
Fries
Dengan asam Lewis, tahap awal penataanulang Fries diusulkan berupa pengompleksan logam dengan atom oksigen yang terikat pada cincin benzena. Tarikan elektron oleh asam Lewis ini memicu pelepasan kation asetilium yang kemudian dapat mengadisi cincin benzena di posisi orto atau para (Boyer et al. 2000). Persen konversi dan regioselektivitas asam Lewis AlCl3, BF3·Et2O, dan ZnCl2 dibandingkan untuk menentukan kondisi reaksi yang menghasilkan rendemen o-HAP paling tinggi. Tabel 1 menunjukkan bahwa metode modifikasi Hocking (1980) dengan AlCl3 menghasilkan rendemen o-HAP paling tinggi dengan kisaran 27.4–40.9%. AlCl3 merupakan asam Lewis keras berwujud padatan anhidrat, maka reaksi berlangsung dalam sistem heterogen (padat-cair) tanpa pelarut. AlCl3 digunakan dalam jumlah stoikiometrik tanpa diaktivasi terlebih dahulu. Beberapa penelitian sebelumnya melaporkan rendemen o-HAP yang tidak jauh berbeda dengan menggunakan AlCl3 pada berbagai kondisi reaksi. Mueller et al. (1985), misalnya, memperoleh 22–30% oHAP dengan AlCl3 pada 170 °C. Menaikkan suhu reaksi dari 90 ke 120 °C dengan nisbah fenil asetat-AlCl3 1:1 menaikkan rendemen isomer orto dari 32.5% menjadi 39.6%. Hasil ini sejalan dengan yang dilaporkan oleh Ralston et al. (1940). Dalam penelitian tersebut, penataan-ulang Fries fenil kaprilat dengan katalis AlCl3 pada suhu 70 oC menghasilkan isomer o-hidroksikaprilofenon sebesar 31.4% dan naik menjadi 38.1% pada 100 °C. Harjani et al. (2001) juga melakukan penataan-ulang fenil benzoat dengan AlCl3 pada suhu 120 °C dan menghasilkan produk 37% isomer orto dan 24% isomer para. Penggunaan suhu tinggi didasarkan dari sifat kinetika dan termodinamika dari reaksi penataan-ulang Fries. Secara kinetik, isomer p- lebih cepat terbentuk karena halangan sterik yang lebih kecil bagi masuknya kation asilium. Namun, secara termodinamik, isomer o- akan lebih stabil karena dapat membentuk ikatan hidrogen intramolekul. Oleh karena itu, pada suhu lebih tinggi, pembentukan isomer o- lebih disukai daripada isomer p-. Menaikkan suhu reaksi lebih lanjut dari 120
ke 130 oC didapati sedikit menurunkan rendemen menjadi 35.7%. Sementara meningkatkan jumlah katalis AlCl3 praktis tidak berpengaruh pada rendemen. Pada suhu 90 oC, nisbah fenil asetat-AlCl3 sebesar 1:1.25 memberikan rendemen 32.7%. Oleh karena itu, kondisi optimum sintesis o-HAP dengan katalis AlCl3 dalam penelitian ini ialah 120 oC dengan 1 ekuivalen katalis. Ketika metode modifikasi Septiani (2011) dan Hocking (1980) digunakan pada suhu 90 o C dengan katalis asam Lewis yang lebih keras, yaitu BF3Et2O, maupun yang lebih lunak, yaitu ZnCl2, persen konversi fenil asetat membentuk HAP turun menjadi kirakira setengahnya. Regioselektivitas juga menurun. Katalis BF3Et2O menghasilkan 17.1% o-HAP dan katalis ZnCl2 hanya 4.3% o-HAP. Prakash et al. (2007) melaporkan hasil penataan-ulang Fries fenil benzoat dengan katalis BF3·H2O. Suhu 50 dan 75 °C menghasilkan konversi sebesar 100%, namun lebih dari 90% produk merupakan phidroksibenzofenon dan praktis tidak diperoleh isomer o-. Persen konversi yang lebih tinggi dengan katalis AlCl3 menunjukkan bahwa tarikan elektron atom Al ke atom O paling baik dalam melemahkan ikatan dengan atom C karbonil untuk membentuk kation asetilium. Secara teoretis, BF3Et2O yang lebih keras daripada AlCl3 akan lebih mudah atau setidaknya sama mudahnya membentuk kation tersebut, sementara ZnCl2 yang lebih lunak akan lebih sulit membentuknya. Hasil penelitian ini sesuai untuk ZnCl2, tetapi berkebalikan untuk BF3Et2O. Belum dipahami dengan baik mengapa perbedaan hasil ini dapat terjadi. Metode 2 (asetilasi fenol) dalam penelitian ini hanya menghasilkan 12.5% o-HAP, lebih sedikit daripada isomer p- yang mencapai 28.2%. Hasil ini tidak jauh berbeda dengan hasil metode modifikasi Hocking (1980), yaitu 17.1% o-HAP dan 18.7% p-HAP. Akan tetapi, hasil ini jauh lebih rendah daripada yang dilaporkan oleh metode aslinya (Perruchon 2004) bahwa asetilasi fenol dengan asam asetat glasial dan katalis BF3Et2O menghasilkan o-HAP dengan rendemen 92%. Mengganti asam asetat glasial dengan anhidrida asetat untuk meningkatkan kereaktifan reagen asetilasi justru menghasilkan 3 noda KLT dengan eluen MTC (Gambar 8). Noda dengan Rf~0.79 merupakan campuran o-HAP dengan fenil asetat, Rf~0.58 diduga asetilasetofenon (AAP), dan Rf~0.44 adalah fenol. Menurut Konzhevnikova et al. (2003),
8
dalam penataan-ulang Fries fenil asetat dengan katalis asam heteropoli (heteropoly acid) pada suhu 150 oC, fenol dapat terbentuk dari dekomposisi atau hidrolisis fenil asetat atau merupakan sisa fenol yang tidak bereaksi, sedangkan p-AAP dihasilkan dari asetilasi fenil asetat.
Gambar 8
Kromatogram hasil reaksi dengan metode Perucchon (2004) menggunakan anhidrida asetat (eluen: MTC).
Produk dengan Rf~0.58 diduga AAP pertama-tama karena memberi hasil negatif ketika diuji dengan FeCl3, yang menunjukkan tidak adanya gugus –OH fenolik. Posisi Rf di antara Rf o- dan p-HAP memperkuat dugaan tersebut. Gugus –OH fenolik p-HAP dapat berinteraksi kuat dengan gugus –OH pada fase diam silika gel, maka p-HAP tertahan lebih lama di fase diam (Rf~0.26; eluen MTC). Pada o-HAP, gugus –OH fenolik tidak bebas karena berikatan hidrogen intramolekul, maka o-HAP mudah terbawa oleh fase gerak dan selisih Rf-nya dengan p-HAP sangat besar. Pada AAP, tidak ada –OH fenolik dan karena itu, tidak ada ikatan hidrogen intramolekul, maka Rf AAP diperkirakan ada di antara odan p-HAP. Wujud campuran produk mirip pHAP (merah kecokelatan), tetapi Gambar 8 tidak menampakkan noda p-HAP, maka produk tersebut diduga p-AAP, namun hal ini masih perlu dibuktikan lebih lanjut. Hasil sintesis metode 3 (Tabel 1) didapati lebih regioselektif-orto dibandingkan dengan metode lain yang menggunakan katalis BF3Et2O dalam penelitian ini, namun persen konversi keseluruhan tetap rendah. Dihasilkan 23.7% o-HAP dan 18.6% p-HAP dengan 1 ekuivalen katalis. Akan tetapi, hasil ini jauh lebih rendah daripada yang dilaporkan oleh Khanna et al. (1992): migrasi gugus asetil dari fenil asetat ke fenol dalam kondisi refluks dengan pelarut benzena (td 80.1 °C) menghasilkan 70% o-HAP. Dalam penelitian ini digunakan pelarut kloroform (td 61.2 °C) menggantikan benzena yang karsinogen. Alasan penggunaan pelarut benzena diduga ialah titik didihnya yang mendekati titik didih BF3, yaitu sekitar 90 oC (Hocking
1980). Karena itu, pelarut kloroform dipilih sebagai pengganti. Kloroform merupakan pelarut aprotik dengan titik didih yang tidak berbeda jauh dari benzena dan mudah dijumpai di laboratorium. Secara keseluruhan, penelitian ini mendapati bahwa BF3Et2O bukan katalis yang baik untuk sintesis o-HAP. Penataan-ulang Fries dengan AlCl3 memberikan hasil yang jauh lebih baik. Selain dengan asam Lewis, metode MW yang lebih ramah lingkungan juga diujikan. Sebagai katalis digunakan serbuk Zn dengan pelarut DMF (Paul & Gupta 2004). Produk reaksi memberikan warna ungu dengan FeCl3 1%. Spektrum UV-Vis hanya menunjukkan efek batokromik pada penambahan pereaksi geser NaOH, dan tidak memperlihatkan hal tersebut ketika ditambahkan pereaksi geser AlCl3 (Lampiran 4). Berdasarkan hasil ini, disimpulkan bahwa tidak terjadi penataanulang Fries fenil asetat menjadi HAP. Fenil asetat justru terhidrolisis oleh MW menghasilkan fenol.
Sintesis o-BAP Senyawa o-BAP dihasilkan melalui tahap benzoilasi o-HAP dengan benzoil klorida. Hidrogen fenolik bersifat lebih asam dibandingkan dengan hidrogen . Karena itu, saat proses benzoilasi, benzoil klorida akan lebih dominan mengesterifikasi fenol dibandingkan dengan mengadisi karbon (Gambar 9). Pada tahap ini dilakukan modifikasi kondisi reaksi dari yang dilaporkan Septiani (2011), meliputi jumlah pereaksi (benzoil klorida), waktu reaksi, teknik pengadukan, dan jenis piridina yang digunakan. Nisbah antara o-HAP dan benzoil klorida didapati tidak berpengaruh nyata pada rendemen o-BAP. Nisbah 1:3 dalam piridina berair menghasilkan o-BAP sebesar 45.9% (Tabel 2 ulangan 1–3). Septiani (2011) sebelumnya melaporkan rendemen 43.5% untuk nisbah 2:3 dalam piridina berair.
Gambar 9 Reaksi benzoilasi o-HAP Wheeler (1963) menggunakan piridina yang dihilangkan airnya terlebih dulu dengan penambahan NaOH dan selanjutnya
9
didistilasi. Dalam penelitian ini, penghilangan air tidak dilakukan dan digunakan piridina kering (<0.0075% H2O) untuk dibandingkan hasilnya dengan piridina p.a. Dengan menggunakan piridina kering, nisbah o-HAPbenzoil klorida 1:2 menghasilkan o-BAP sebesar 46.1% (Tabel 2 ulangan 4–5). Berdasarkan hasil ini, kadar air piridina dapat memengaruhi jumlah benzoil klorida yang ditambahkan. Benzoil klorida lebih mudah terhidrolisis oleh komponen air dalam campuran reaksi dan membentuk asam benzoat. Reaksi ini tidak diharapkan dan akan memperbanyak kebutuhan pereaksi benzoil klorida. Reaksi dengan nisbah o-HAP-benzoil klorida 1:2 dalam piridina kering kemudian dibuat dalam skala besar antara 33 mmol oHAP dan 66 mmol benzoil klorida. Pengadukan dengan pengaduk magnet diganti dengan batang pengaduk kaca dan dihasilkan rendemen o-BAP sebesar 71.5% (Tabel 2 ulangan 6–7). Reaksi hanya memerlukan waktu 15 menit atau sampai tidak terbentuk kalor, dengan pengadukan yang kuat. Fougerousse et al. (2000) menyintesis o-BAP dengan 60.2 mmol o-HAP dan 75.9 mmol benzoil klorida dan menghasilkan rendemen sebesar 95%. Reaksi dengan jumlah reaktan yang besar diperkirakan dapat meminimumkan kristal murni yang terbuang saat pencucian dan penyaringan. Sementara pengadukan secara manual memungkinkan interaksi tumbukan antarmolekul reaktan lebih optimum sehingga waktu reaksi lebih cepat. Pemantauan dengan KLT menunjukkan bahwa sedikit produk o-BAP, sisa o-HAP, dan pengotor masih tersisa dalam fraksi air dan juga terbawa ke dalam pelarut metanol yang digunakan dalam proses pencucian. Pemisahan o-BAP dari dalam campuran tersebut dilakukan dengan cara kristalisasi. Kristalisasi o-BAP dari fraksi air dilakukan pada suhu dingin (lemari es) sebagaimana lazimnya. Tidak demikian halnya dengan filtrat metanol, kristal yang terbentuk pada suhu dingin meleleh kembali di suhu kamar. Kristalisasi o-BAP dari filtrat metanol justru berlangsung efektif pada suhu kamar. o-BAP didapati sedikit larut dalam metanol dingin dan air, sedangkan sisa o-HAP dan pengotor sangat larut. Karena itu, pencucian produk o-BAP dilakukan dengan kedua pelarut tersebut. Titik leleh padatan oBAP murni diperoleh sebesar 85–87 °C. Nilai tersebut hampir sama seperti yang dilaporkan Wheeler (1963), yaitu 87–88 °C.
Sintesis β-Diketon dan Flavon Flavon dihasilkan melalui reaksi siklisasi intramolekul senyawa -diketon dengan katalis asam. -Diketon dihasilkan dari penataan-ulang BV senyawa o-BAP (Gambar 10). Penambahan basa kuat menyebabkan deprotonasi karbon-α pada senyawa o-BAP. Anion enolat yang terbentuk memicu terjadinya penataan-ulang ester melalui kondensasi Claisen intramolekul. Pengasaman ion fenoksida yang terbentuk akan menghasilkan -diketon.
Gambar 10
Reaksi penataan-ulang BV oBAP menjadi β-diketon.
Penelitian ini menggunakan basa KOH 85% dan menghasilkan rendemen -diketon sebesar 85.2%. Hasil ini hampir sama dengan yang dilaporkan oleh Septiani (2011), yaitu 82–85% maupun Wheeler (1963), yaitu 79– 83%. Titik leleh β-diketon diperoleh sebesar 115–118 °C, mendekati yang dilaporkan oleh Wheeler (1963), yaitu 117–120 °C. Siklisasi intramolekul senyawa -diketon menjadi flavon dilakukan dengan penambahan asam sulfat dalam asetat glasial (Gambar 11). Reaksi dilakukan selama 3 jam menghasilkan rendemen flavon sebesar 98.6%. Wheeler (1963) melaporkan sintesis flavon dengan metode yang sama selama 1 jam menghasilkan flavon sebanyak 94–97%. Hasil pemantauan KLT ketika sintesis telah berlangsung 1 jam menunjukkan masih adanya noda -diketon.
OH
O
O
CH3COOH H2SO4
O A
C
O
Gambar 11
B
Siklisasi intramolekul diketon membentuk flavon.
10
Padatan flavon hasil sintesis ditentukan titik lelehnya dan diperoleh sebesar 95–97 °C. Nilai tersebut sama seperti yang dilaporkan Wheeler (1963) untuk flavon kasar, yaitu 95– 97 °C. Selain itu, bukti-bukti spektroskopi sebagaimana akan dijelaskan di bawah ini memastikan produk yang diperoleh adalah flavon. Spektrum UV-Vis (Lampiran 3a) menunjukkan 2 puncak serapan khas pada panjang gelombang 248.2 dan 293.6 nm. Puncak serapan di 248.2 nm dihasilkan dari transisi elektronik pada struktur benzoil, sedangkan di 293.6 nm dihasilkan dari transisi elektronik struktur sinamoil pada kerangka flavon (Gambar 12).
benzoil +
O
B
A
Osinamoil
O A
+ B
O
B
A
O-
O
Gambar 12 Struktur resonans flavon. Sinamoil memunculkan puncak serapan pada panjang gelombang yang lebih besar karena sistem terkonjugasinya lebih panjang dibandingkan dengan benzoil. Spektrum FTIR (Lampiran 3b) menunjukkan pita-pita serapan khas flavon dengan bilangan gelombang 1646.60, 1606.18, 1569.50, dan 1495.96 cm-1 (Su et al. 2009). Pita serapan kuat di 1646.60 cm-1 dihasilkan oleh gugus keton yang terkonjugasi dengan gugus alkena dan benzena. Bilangan gelombang 1606.18, 1569.50, dan 1495.96 cm-1 berasal dari vibrasi ulur C=C aromatik. Spektrum 1H dan 13C NMR flavon dirangkum pada Tabel 5. Spektrum 1H NMR flavon (Lampiran 3c) menunjukkan sinyal proton vinilik di 6.83 ppm. Sinyal ini lebih ke medan bawah dibandingkan dengan sinyal proton vinilik pada umumnya, yaitu di 5.0–6.0 ppm. Hal ini diakibatkan adanya tarikan elektron dari gugus-gugus di sekitarnya. Selain itu, terdapat 6 sinyal proton aromatik. Proton aromatik pada cincin A flavon berposisi orto atau para terhadap gugus karbonil atau atom oksigen eter. Kedua substituen tersebut memberikan pengaruh
berbeda. Dua sinyal di medan atas berasal dari atom hidrogen yang orto (7.56 ppm) dan para (7.41 ppm) terhadap substituen oksigen eter penyumbang-elektron. Dua sinyal di medan bawah berasal dari atom hidrogen yang orto (8.23 ppm) dan para (7.70 ppm) terhadap substituen karbonil penarik-elektron. Proton aromatik pada cincin B flavon menghasilkan sinyal di 7.93 dan 7.52 ppm. Dua proton di posisi orto merasakan tarikan elektron dari sistem keton takjenuh-,β sehingga sinyalnya lebih ke medan bawah (7.93 ppm). Sementara sinyal dengan integrasi 2.97 di 7.52 ppm merupakan tumpang-tindih sinyal yang berasal dari 3 proton di posisi meta dan para. Spektrum 13C NMR flavon (Lampiran 3d) menunjukkan 5 sinyal karbon kuaterner dengan intensitas sinyal yang rendah, serta 9 sinyal dari atom-atom karbon-sp2 cincin benzena. Korelasi antara sinyal proton dan karbon diperlukan untuk memastikan identitas sinyal yang dihasilkan. Moon et al. (2005) telah melakukan pengujian spektroskopi korelasi 2-dimensi COSY dan HMBC terhadap sinyal 1H dan 13C NMR senyawa flavon, dan hasilnya dimanfaatkan untuk elusidasi struktur flavon dalam penelitian ini. Satu sinyal C-kuaterner berasal dari karbon keton di 178.64 ppm. Sinyal di 163.60 ppm berasal dari C-β pada sistem keton takjenuh-,β. Resonans pada sistem enon menggeser sinyal karbon tersebut lebih ke medan bawah. Sinyal lainnya di 156.46 ppm berasal dari C-kuaterner yang mengikat substituen oksigen. Tarikan kuat oleh oksigen menyebabkan sinyal lebih ke medan bawah. Sinyal di 124.16 ppm berasal dari C-kuaterner yang mengikat substituen karbonil yang juga membentuk sistem keton takjenuh-,β, dan sinyal di 131.78 ppm berasal dari C-kuaterner cincin benzena monosubstitusi. Sinyal di 107.79 ppm dihasilkan dari C-α pada sistem keton takjenuh-,β. Sinyal di 129.22 dan 126.48 ppm memiliki intensitas 2 kali lebih tinggi, menunjukkan bahwa masingmasing berasal dari 2 C-metina yang ekuivalen pada cincin B. Efek pemerisaian akan semakin besar seiring dengan semakin jauhnya posisi suatu atom dari gugus penarik elektron. Berdasarkan fakta tersebut, sinyal di 129.22 ppm berasal dari karbon orto dan sinyal di 126.48 ppm dari karbon meta. Sinyal di 131.98 ppm berasal dari karbon para. Atom-atom karbon-sp2 cincin benzena pada cincin A flavon ditunjukkan oleh 4 sinyal lainnya. Dua sinyal di medan atas berasal dari atom karbon yang orto (118.26 ppm) dan para (125.89 ppm) terhadap
11
substituen oksigen eter pendorong-elektron. Dua sinyal di medan bawah berasal dari atom karbon yang orto (125.41 ppm) dan para (133.95 ppm) terhadap substituen karbonil penarik-elektron.
SIMPULAN Senyawa flavon telah disintesis melalui 5 tahap dari bahan awal fenol dan berhasil meningkatkan rendemen pada tahap penataanulang Fries fenil asetat dan benzoilasi o-HAP dari hasil penelitian Septiani (2011). Asetilasi fenol menghasilkan fenil asetat sebesar 93%. Penataan-ulang Fries fenil asetat memberikan rendemen terbaik dengan katalis AlCl3 pada suhu 120 oC dengan 1 ekuivalen katalis. Rendemen o-HAP diperoleh sebesar 40%, lebih tinggi dibandingkan dengan Septiani (2011), yaitu 34% o-HAP. Kondisi terbaik benzoilasi o-HAP diperoleh dengan mereaksikan 33 mmol oHAP dan 66 mmol benzoil klorida dalam piridina kering, diaduk dengan pengaduk kaca selama 15 menit. Rendemen yang diperoleh sebesar 71%, hampir 2 kali lebih tinggi dibandingkan dengan Septiani (2011), yaitu 27–44%. Penataan-ulang BV produk ester membentuk β-diketon dilanjutkan dengan siklisasi intramolekul β-diketon menghasilkan flavon. Rendemen kedua tahap tersebut masing-masing 85 dan 99%. Secara keseluruhan, rendemen 5 tahap reaksi ini ialah 22%.
DAFTAR PUSTAKA
Harborne JB. 1987. Metode Fitokimia. Padmawinata K, penerjemah. Bandung: ITB. Terjemahan dari: Phytochemical Methods. Harjani JR, Nara SJ, Salunkhe MM. 2001. Fries rearrangement in ionic melts. Tetrahedron Lett 42:1979-1981. Heravi M, Behbahani FK, Zadsirjan F, Oskooie H. 2006. Copper(II) sulfate pentahydrate (CuSO4·5H2O) a green catalyst for solventless acetylation of alcohols and phenols with acetic anhydride. J Braz Chem Soc 17:10451047. Hocking MB. 1980. 2-Hydroxyacetophenone via Fries rearrangement and related reactions: A comparative applied study. J Chem Tech Biotechnol 30:626-641. Khanna RN, Singh KP, Sharma J. 1992. Study in crossover Fries migration. Org Prep Proc Int 24:687-690. Kim HP, Son KH, Chang HW, Kang SS. 2004. Anti-inflammatory plant flavonoids and cellular action mechanisms. J Pharmacol Sci 96:229-245. Kozhevnikova EF, Quartararo J, Kozhevnikov IV. 2003. Fries rearrangement of aryl esters catalysed by heteropoly acid. Appl Catal A: General 245:69-78. Lee EM et al.. 2010. Pancreatic lipase inhibition by C-glycosidic flavones isolated from Eremochloa ophiuroides. Molecules 15:8251-8259.
Aslam M, Intekhab J. 2009. Isolation of a flavonoid from the roots of Citrus sinensis. Mal J Pharmaceut Sci 7:1-8.
Moon BH, Lee Y, Shin C, Lim Y. 2005. Complete assignments of the 1H and 13C NMR data of flavone derivatives. Bull Korean Chem Soc 26:603-608.
Boyer JL, Krum JE, Myers MC, Fazal AN, Wigal CT. 2000. Synthetic utility and mechanistic implications of the Fries rearrangement of hydroquinone diesters in boron trifluoride complexes. J Org Chem 65:4712-4714.
Mueller J et al., penemu; United States Patent and Trademark Office. 2 Apr 1985. Preparation of o-acylphenols and pacylphenols. US patent 4 508 924.
Carey FA, Sundberg RJ. 2007. Advanced Organic Chemistry. Part A: Structure and Mechanisms. Ed ke-5. New York: Springer. Fougerousse A, Gonzalez E, Brouillard R. 2000. A convenient method for synthesizing 2-aryl-3-hydroxy-4-oxo-4H1-benzopyrans or flavonols. J Org Chem 65:583-586.
Paul S, Gupta M. 2004. Selective Fries rearrangement catalyzed by zinc powder. Synthesis 11:1789-1792. Perruchon S. 2004. Synthese und strukturaktivitats-beziehungen von flavonoiden [disertasi]. Darmstadts: L’Universite de Rennes. Prakash GKS, Panja C, Mathew T, Olah GA. BF3·H2O catalyzed Fries 2007. rearrangement of phenolic esters. Catal Lett 114:24-29.
12
Ralston AW, McCorkle MR, Bauer ST. 1940. Orientation in the acylation of phenol and in the rearrangement of phenolic esters. Res Lab Armour Company 645-659.
Sukadana IM. 2009. Senyawa antibakteri golongan flavonoid dari buah belimbing manis (Averrhoa carambola Linn.). J Kim 3:109-116.
Septiani D. 2011. Sintesis 1-(2-hidroksifenil)3-fenilpropana-1,3-dion dari ohidroksiasetofenon dan benzoil klorida [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Wang J, Wu FA, Zhao H, Liu L, Wu SQ. 2008. Isolation of flavonoids from mulberry (Morus alba L.). Afr J Biotechnol 7:2147-2155.
Su WK, Zhu XY, Li ZH. 2009. First Vilsmeier-Haack synthesis of flavones using bis-(trichloromethyl) carbonate/ dimethylformamide. Org Prep Proc Int 41:69-75.
Wheeler TS. 1963. Flavone. Org Synth Coll 4:478-480. Zuhra CF, Tarigan JBr, Sihotang H. 2008. Aktivitas antioksidan senyawa flavonoid dari daun katuk (Sauropus androgunus (L) Merr.). J Biol Sumatera 3:7-10.
13
LAMPIRAN
14
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Asetilasi fenol menjadi fenil asetat (Septiani 2011)
Penataan-ulang fenil asetat menjadi o-HAP (modifikasi Septiani 2011; Perruchon 2004; modifikasi Khanna 1992; Paul & Gupta 2004)
Benzoilasi o-HAP menjadi o-BAP (modifikasi Septiani 2011)
Penataan-ulang Baker-Venkataraman menjadi -diketon (Septiani 2011)
Siklisasi intramolekul -diketon menjadi flavon (modifikasi Fougerousse et al. 2000) )2000)
Pencirian titik leleh dan spektroskopi produk flavon
15
Lampiran 2 Rendemen o- dan p-HAP Metode
Katalis
1
AlCl3
2
3
4
Nisbah reaktan 1:1
Suhu (°C) 90
1:1
120
1:1
130
1:1.25
90
BF3·Et2O
1:1
90
ZnCl2
1:1
90
BF3·Et2O (AcOH) BF3·Et2O ((Ac)2O) BF3·Et2O
1:1
90
1:1
90
-
1:10 tetes 1:1
74
30.11
74
1:1
-
a) 15.05 b) 14.86 5.09
Serbuk Zn
PhOAc (mmol) a) 9.9 b) 5.0 a) 9.9 b) 10.1 a) 9.9 b) 10.2 a) 13.5 b) 4.8 a) 10.0 b) 10.1 a) 9.7 b) 10.0 -
Katalis (mmol) a) 9.9 b) 5.1 a) 10.2 b) 9.9 a) 10.0 b) 10.2 a) 13.5 b) 6.3 a) 10.0 b) 10.0 a) 10.1 b) 10.4 -
Fenol (mmol) 10.3
o-HAP (mmol) a) 3.7 b) 1.4 a) 3.8 b) 4.1 a) 3.5 b) 3.7 a) 3.8 b) 1.3 a) 1.6 b) 1.9 a) 0.5 b) 0.3 -
-
25.7
-
-
10.3
a) 5.00 b) 5.00 2.63
a) 5.22 b) 5.06 -
p-HAP (mmol) a) 2.7 b) 2.1 a) 3.9 b) 3.9 a) 2.3 b) 4.4 a) 3.8 b) 1.3 a) 2.2 b) 1.5 a) 2.4 b) 2.9 2.9 -
Rendemen o-HAP (%) a) 37.5 b) 27.4 a) 38.3 b) 40.9 a) 35.3 b) 36.1 a) 38.0 b) 27.4 a) 15.5 b) 18.6 a) 5.4 b) 3.1 12.5
Rendemen p-HAP (%) a) 26.9 b) 42.6 a) 39.8 b) 38.7 a) 23.7 b) 42.9 a) 37.3 b) 26.3 a) 22.2 b) 15.1 a) 24.9 b) 28.7 28.2
-
-
Tidak bereaksi a) 1.18 b) 1.24 -
a) 0.93 b) 0.99 -
a) 22.7 b) 24.6 -
a) 17.74 b) 19.53 -
Ket: 1) Penataan ulang-Fries; 2) Asetilasi fenol; 3) Migrasi asetil; 4) Mikrogelombang, dengan a) ulangan 1; b) ulangan 2
15
16
Lampiran 3 Elusidasi struktur flavon
(a) Spektrum UV-Vis senyawa flavon.
Laboratory Test Result
2 9.8
25 456.92
20
500.55 649.87 925.28 1101.03 868.03 1079.08 1010.92 1311.61 1043.85 1260.66 851.16 1029.30 1226.13 781.41
15 %T 10 3752.25 3736.64
529.76
605.87
1495.96 3071.71
906.82 1569.50
5 3650.19
1129.52
1449.71
756.52
1466.23 1606.18 1376.49 1646.60
0
687.54 673.05
768.89
-4.0 4 00 0.0
3 00 0
2 00 0
1 50 0 cm-1
(b) Spektrum FTIR flavon hasil sintesis.
1 00 0
4 00 .0
17
7.52 7.52
7.93 7.56 7.70
O
7.52 7.93 6.83
7.41 8.23
O
(c) Spektrum 1H NMR flavon (500 MHz, CDCl3).
18
129.22 126.48 118.26
156.46
133.95
O
131.78 163.60
125.89
178.64
131.98 129.22 126.48
107.79
124.16 125.41
O
(d) Spektrum 13C NMR flavon (125 MHz, CDCl3).
19
Lampiran 4 Spektrum UV-Vis hasil penataan-ulang Fries dengan MW
2 1
a) Sebelum (1) dan sesudah (2) penambahan NaOH 5%.
1 2
b) Sebelum (1) dan sesudah (2) penambahan penambahan AlCl3.
