VOLUME 9 NO.1, FEBRUARI
rssN 1410-s71
2OO5
3
ffiNATUML \ry
JURNAL FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BRAWIJAYA
DAFTAR ISI I
.
Potensial Seleksi Strain Bact!ius litirlr;slcr-s;-s Iso!at Sumenep ) ang Paling .\lant:ati) L' tZ P Ganta. aeg'ptt .lecles \1amuk Lana Pengendali Agen sebagai Produk
2.
Reaksi Asiloksilasi Hidroksilasi terhadap Alfa-Pinena: Pemanfaatan
3.
Pembuatan Kristal Pemanfaatan Limbah Kalsium Hasil Pengolahan Nira untuk
12
4.
di BangkongPenentuan Struktur Zona Mineralisasi Emas dan/atau Pengikutnya (Sunaryo' Diri Potensial Gadjahrejo Gedangan Malang Berdasarkan Parameter
17
aureus dan Reaksinya sebagai Penghambat Pertumbuhan Bakteri Staphllococctts (il'lasruri, Srihardl'astuti) A. Escherichia coli
frrgg"f Kalsium Tartrat Tetrahidrat sebagai Bahan Dasar Alat Optik filutrofin, Darjito, M lv{ Khuw)
A.
(S'
Susilo, \fi. Djamil)
5.
(lstiroyah) Studi Sifat Listrik dan Sifat Optik Film Tipis GaN (Galium Nitrida)
23
6.
pengendalian Pemakaian Daya Pancar pada Sistem Komunikasi Bergerak dengan Implementasi Jaringan Syaraf Tiruan (.1. l{ustofa)
26
7.
pada Kekuatan Uji dari Statistik Uji Goldfeld & Quandt dan Korelasi Spearman (A'B' Astuti) Pengujian Kehomogenan Ragam Galat untuk l!{odel Regresi
JJ
8.
di Pengaruh Gangguan Pengukuran pada Estimasi Gelombang Pantul (1. Darti, Pengukuran '4' Titik Dua Hiirodinamiki Menggunakan
39
Laboratorium
Suryanto) 9.
10.
Estimasi Bangkitan Perialanan oleh Keluarsa-Keluarga di Kawasan Pemukiman: Studi Kasus Ka$asan Perumahan Sarvojajar N',lalang (1.\' Purwanlo, s. ,lbnsinL K. .4ndnsaningnus\
46
Aplikasi Basis Grobner pada \{ekanisme Reaksi Kimia (Trisilotvctti, ,4. .'lndari\
54
Alamat Redaksi
:
FMIPA Unibraw Jl. Mayjen Haryono 169 Malang 65145 Telp. (0341) ss l6l I s/d 551615 Pes. 217 dan (0341) 554403 Fax. (0341) 554403 E-mail : natural@brawij
aYa. ac.
id
REAKSI ASILOKSILASI-HIDROKSILASI TERI{ADAP ALFA-PINENA : PEMANFAATAI\ PRODTIK REAKSINYA SEBAGAI PENGHAMBAT PERTUMBUHAN BAIffERI ^Slaphylococcus aarezs DAN Escherichia coli Masruri dan A. Srihardyastuti Kimia, FMIPA, Universitas Brawijaya, Malang 65145 Masuk 3 Nopember 2004; diterima untuk diterbitkan l9 Januari 2005
Abstrak Ketersediaan bahan alam organik golongan monoterpena alfa-pinena di Indonesia sangat melimpah. Salah satunya dari tanaman pinus, namun masih sangat sedikit tingkat pemanfaatannya. Modifikasi struktur molekul yang diarahkan pada pemanfaatan sebagai batran dasar antibakteri dimungkinkan dari stnrktur alfa-pinena ini, salah satunya aAUan bintgk ester dan hidroksilnya. Penelitian ini bertujuan melakukan modifikasi struktur alfa-pinena meniaAi bentuk ester dan hidroksilny4 serta melakukan uji terhadap kemampuannya dalam menghambat pertumbuhan terhadap bakteri Staphylococcus aureus dan Escherichia coli sebagai bakteri uji. Metode yang digunakan dalam modifikasi struktur membentuk produk ester adalah reaksi asiloksilasi menggunakan asam asetat glasial dengan katalis asam sulfat pekat. Sedangkan metode untu! mendapatkan produk hidroksilnya dengan cara ieaksi hidroksilasi atau hidrolisis terhadap produk ester asetat yang diperoleh menggunakan larutan potasium hidroksida dalam pelanrt etanol-air. Metode ide,lrtifikasi terhadap produk yang diperoleh dilakukan dengan cara kromatografi gas, spektroskopi massa dan spektroskopi ultraviolet-visible. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produk reaLti-asitoksilasi aaitatr senyawa ester 2-(1,7,7-trimetil bisiklo l2.2.ll) heptil asetat dengan kemurnian iO,ZgN. Sedangkan produk hidroksilnya adalatr senyawa alkohol 1,7,7-trimetil bisiklo l2.2.ll-2-heptanol dengan kemurnian sebesar 89,57o/o. Kemampuan menghambat pertumbuhan bakteri S. aureus untuk produk ester rata-rata dibanding batran dasar alfa-pinena meningkat 9 kali dan meningkat 6 kali untuk bakteri E. colli. Sedangkan untuk produk alkohotnya meningkatkan rata-rata penghambatan pertumbuhan 3 kali lebih terhadap kedua bakteri uji.
Kata kunci: Alfa-pinena; Esteri/ilcasi; Hidrolisis; Anti bakteri Abstract The source of organic monoterpene alpha-pinene natural products in Indonesia is abundan! especially found in pine. However, it is not well utilised. Structural modification of alpha-pinene becomes ester and its hydroxilated structures are promising due to their functions as antibacterial substances. The research was aimed to modiff alphapinene to produce ester and its hydroxilated structures, as well as to study their capabilities on inhibiting 'staphylocoitut orreut and Escherichia coli growths. The method used in the alpha-pinene structural modification to yieta ester was acyloxylation reaction using glacial acetic acid with saturated sulphuric acid as the catalyst. Meanwhile, the hydroxilated stmcture of alpha-pinene was carried out by means of hydrolysis toward the ester product in previous step using potassium hydroxide solution in ethanoVwater. Product identifications were carried but using fas chromatography, mass and ultraviolet-visible spectoscopies. The results showed that 70.29o/o of 2' (1,7,7-trimithyl bicyclo l2.2.lD heptyl acetic was formed at acyloxylation reaction step. The hydroxylated 1,7,7' trimethyl bicyclo l2.2.ll hept-2-ol was produced with 89.57% degree of purities. The bacterial growth inhibition capability increased more 9 folds for the ester product toward S. aureus and 6 folds towad E. colli than alphapinene, iespectively. Meanwhile, the hydroxylated products were increased 3 times in both S. aureus and E colli than alpha-pinene.
Keywords : Atpha-pinene; Esterilication (acybrylation); Hydrolysis (hydroxylation); Antibacterial
Masntri dan A. Srihardyastuti I
l.
amatm
banyak dikAemukan pada
tenrrrr4 Indmie Eruha dei tanarnan pinus dcngp k dr So{/trya Satroamidjojo [], Masruri
dr Rtua e- [3] rneagidcntifikasi s€nyawa ii &h du dm hmgu Elaman Cosmos caudatus, ew* fu Pokia speciosa dengan e** & Sc0mgkm Vudar-Unlu l4I 'l0}L scn)xawa ini dari teneman Tlrytrts t Ldi-fnrlei Fbch d€ngm kadr seldtar 37o. Senyawa W t tcrdft nm-polar (hidrofobik) dan secara umum EEn &s atom hidrogen dan karbon dengan irhh ffi karbon l0 buah [5]. Ihi hasil uji pendahuluan diketatrui bahwa slD*a alfa-pinena ini ternyata aktif menghambat t2L
pcrm+unan bakteri uji Staphylococcus aureu f6l. IIn1a saja tingkat penghambatannya relatif rendatr. ffrcmtrut Sikkema dkk. Ul golongan senyawa hkhokarbon yang hidrofobik mekanisme anti-
l*
baltcrinya terpusat pada akumulasi senyawa pada mernbran sel yang tersusun atas lipida bilayer, sehingga menghalangi mekanisme transportasi ion
dari luar dan dalam sel, dan juga
menurunkan
kesatuan struktur membran. Sehingga mekanisme transport sel kacau dan membran sel akan rusak. Sedangkan menurut Ultee dkk. [8] adanya gugus kaya elektron seperti ester ataupuri hidroksil pada senyawa hidrokarbon siklik, bisiklik' analog dengan fenol ataupun ester fenol meningkatkan aktivitas anti-
bakterialnya. Mekanisme aksinya
adalatr mendestabili-sasi membran sitoplasma dan sebagai
proton exchang-er, sehingga menurunkan secara bergradien pH membran sitoplasma dan akibatnya gaya gerak proton melemah. Dengan merujuk metode
Sikkema-Ultee
Asiloksilasi-Hidrolsilasi
,l
Pendehuluu Scnyara
Reaksi
t7-81 dimungkinkan
untuk
meningkatkan aktivitas anti bakterial dari senyawa alfa-pinena dengan mengubah strukturnya menjadi senyawa hidroksi dan ester bisiklik. Reaksi organik yang mentransformasi gugus fungsi hidrokarbon takjenuh, terutama struktur seperti alfapinena menjadi struktur ester, dapat dilakukan dengan reaksi asiloksilasi menggunakan asam asetat, sedang-kan untuk mendapatkan struktur alfa-pinena hidroksil melalui hidrolisis terhadap ester hasil reaksi
asiloksilasi t9]. Para peneliti melakukan reaksi ini
aa
Metode Penelitian
2.1
Pros
edur Reaksi
...
As ilol<silas i
20 ml (0,1I mol; 14,58 g) alfa-pinena dimasukkan ke dalam labu leher tiga yang telatr dilengkapi dengan
kondensor bola, pengaduk magnet dan corong penetes yang telah diisi 16,39 ml (25,73 g; 0,44 mol) asam asetat glasial. Pengaduk magnet dihidupkan dan 'asam asetat diteteskan dari corong penetes dengan kecepatan 6 tetes per menit. Setelatr semua Ersam asetat dihmbattkan, dilakukan refluks selama 6 jam di atas penangas minyak. Selanjutnya setelatr 6 jam produk dicuci dengan larutan NaHCO3 jenuh sampai pH netral, kemudian dieksfaksi dengan 30 ml dietil eter sebanyak 3 kali. Lapisan dietil eter dikumpulkan dan dikeringkan dengan NazSOl anhidrat. Larutan
dietil eter dipisatrkan dengan penyaringan
dan
selanjutnya dipekatkan dengan evaporator Buchii. Ekstak pekat didistitasi fraksionasi dan distilat sebagai ester dari alfa-pinena. Selanjutrya dianalisis dengan metode kromatografi gas-spekfios-kopi massa (GC-MS merk Shimadzu QP-5000, kolom CBP-5 fussed silica, panjang 50m, electrone inpact EI 70 eV) dan spektroskopi ultraviolet-visible (UV-Vis).
2.2
Prosedur Reaksi Hidroluilasi
Larutan KOH dibuat dengan melarutkan
l0
g
potasium hidroksida ke dalam t0 ml aquades dan l0 ml etanol dan dimasukkan dalam labu reaksi yang dileng-kapi pengaduk magnet dan kondensor bola I U. Pengaduk magnet dihidupkan, ester produk
reaksi asi-loksilasi sebanyak l7 g (0,09 mol) diambahkan pada lanrtan KOH. Reaksi dilakukan pada suhu kamar selarna 2 jam. Selanjutnya ditambahkan larutan HzSOI ke dalam labu sampai terbentuk dua lapisan sempurna dan dilakukan ekstraksi 3 kali dengan 30 ml dietil eter. Lapisan dietil eter dikumpulkan dan dikeringkan dengan NazSOr anhidrat. Lanrtan dietil eter dipisahkan dengan penyaringan kemudian dipekatkan dengan eva-porator Buchii. Residu dianalisis dengan GC-MS dan spektrometer UV-Vis.
terhadap norbor-nena dengan asam karboksilat
diperoleh produk ester norbornil karboksilat dengan hasil 98%, serta hidrolisis dari produk ini dengan snsana basa dihasilkan produk alkohol atau hidroksil norbornena
[0].
2.3
Prosedur Uji Anti Bakteri
Bakteri yang digunakan untuk uji adalah ^S. qureus dan E coli. Medium lempeng dari nutrient agar diolesi biakan murni bakteri dengan cotton bud secara merata. Paper drhlr (diameter 6mm) yang telatr
direndam dalam senyawa produk reaksi asiloksilasi dan hidroksilasi, serta alfa-pinena diletakkan pada
media biakan bakteri dan diinkubasi pada
30oC
24 jam. Setelatr itu diukur diameter
zona
selama
Naural
( 1),
9
Februari 2005
hambatan yang terbentuk. Dia-meter hambatan ini merupakan daerah yang tidak ditumbuhi bakteri disekitar paper dlslc. Besarnya zona penghambatan
produk ieaksi asilosilasi dan hidroksilasi ini
Produk ester
aiUandingtan dengan alfa-pinena sebagai batran dasar u2-131.
3.
cG c
o
Hasil dan Pembahasan
CL
.E o,
Y
persentase beberapa produk reaksi asiloksilasi alfa-pinena dengan asam asetat hasil
Data
20
analisis dengan GCA'IS, yaitu senyawa dengan waktu retensi 19,225 menit (18,337o), waktu retensi 19,758 menit (11,38%), serta pada waktu retensi 20,408 menit (70,29%) (Tabel
22
(Menit)
l).
Gambar
1
Kromatogram GCA{S Produk
reaksi asiloksilasi.
Tabel
I Tabulasi
persentase
produk
reaksi
Pencacahan spekra massa (scanning of mass spectra) dari senyawa pada waktu retensi 20,408
asiloksilasi hasil analisis GC/MS. tx
Produk
(menit) 19,225 19,758
20,408
Persentase
Luas area
menit (kadar 70,29%) dihasilkan data spektra massa (Gambar 2). Pola kesamaan spektra massa dari senyawa ini dengan spektra massa library standart il/,Sf (National Indq of Standard and Technologt)
(satu
s0970890
18,33
195439898
70,29
31636508
11,38
mempunyai indeks kerniripan (similarity indu) sebeJar 96Vo dengan senyaw a
2'(1,7,7-trimetil bisiklo
t2.2.lD heptil asetat dengan berat molekul
Dari kromatogram (Gambar l) dapat dikatakan bahwa minimal ada} produk samping selain produk
(Gambar 3).
utama ester (ditunjukkan dengan jumlah puncak kroma-togram).
tFcttrr '&*rwr o.t t i^8ilIl .Dol trt. Tln s 20.{0C IretP.rtlt6 I l6t0 !.o.tcmlttl'U tcn, ln2m) i
c 6
.C
I
t?l b:tt rio
.E
a Y
rle
(mlzl
Gambar 2 Spekfia
massa produk ester alfa-pinena
rO
t5o
196
Masruri dan A. Srihardyastuti I Real<si Asiloluilasi-Hidroksilasi ...
9
Tabel2 Tabulasi luas srea dan persentase dari puncak-puncak kromatogram senyawa hasil hidrolisis. rr Produk (menit) 16,952 18,542
G* 3 ffir molekul ester 2-(1,7,7ffibitro t22.lD heptil asetat. hI aalisis spekbometri UV-Vis (spekrum Fdr Gmbil 4) juga mendukung kebera-daan ryrya
cstcr ini. Hal ini ditunjukkan adanya serapan
pda pmjang
gelombang 195,5 nm karena adanya
&ri el&on ikatan n+n* pada gugus karbonil
dm scrapan pada panjang gelombang}4l,S nm untuk
cksitasi
n+r*
dari non-bonding electrone
atom
olsigco ke orbital anti-ikatan n.
Luas area (satuan
luas)
44972234 386158753
Persentase
(%) 10,43
89.57
Proses reaksi hidroksilasi dilakukan dengan cara melakukan reaksi hidrolisis terhadap produk ester 2(1,7,7-trimetil bisiklo l2.2.lD heptil asetat dengan larutan potasium hidroksida dalam pelarut campuran
etanol-air. Hasil analisis produk hidrolisis dengan GC/MS diperoleh data berupa kromatogram (Gambar
5) dan spekta massa. Senyawa produk reaksi hidrolisis, yaitu senyawa dengan waktu retensi 16,952 menit (10A3%) dan senyawa pada waktu retensi 18,542 menit (89,57o/o) (Tabel2).
Pencacahan spektra massa diperoleh bahwa senyawa dengan waktu retensi 18,542 menit (89,57%) adalah bentuk hidroksi dari alfa-pinena (Gambar 6). Analisis pola kesamaan spektra senyawa
pada waktu retcnsi 18,542 menit dengan spektra senyawa standart dari llbrary stqndart NIST mempunyai nilai indeks kemiripan (similarity index)
sebesar
97% dengan senyawa
1,7,7-trimetil
bisiklo[2.2.1J 2-heptanol dengan berat molekul 154 (Gambar 7). Spektra serapan UV-Vis (Gambar 8) juga menegaskan keberadaan jenis eksitasi untuk struktur
[r,0ill.
molekul
Gambar
4
Spektrum
UV produk ester
Pinena
alfa-
ini.
Adanya serapan pada
panjang
gelombang 195,5 nm yang dihasilkan karena ada serapan energi untuk eksitasi elektron dari n+o* (non-bonding electrone ke orbital anti-ikatan o).
Uji kemampuan menghambat pertum-buhan bakteri S. aureus dan E colli dart produk reaksi esterifikasi (1,7,7-rimetil bisiklo[2.2. l] heptil asetat) dengan kemurnian 70,29oh serta produk reaksi hidroksi lasi ( 1,7, 7-timeti I bisiklo 12.2. t1:2-yreptanol) dengan ke-murnian 89,57o/o (Tabel 3). Uji juga c Eo o o
dilaktrkan terhadap sampel alfa-pinena sebagai batran dasar dengan kemur-nian di atas 99%.
Modifikasi stuktur alfa-pinena menjadi struktur
E o Y
ester asetat meningkatkan kemampuan penghambatan pertumbuhan terhadap bakteri S. aureus sekitar 9 kali
dengan rata-rata kemampuan penghambatan sebesar 9,93 mm.
(menit)
Gambar
5
Kromatogram
Uji hasil
analisis
dengan GCA,IS produk reaksi hidrosilasi.
pada bakteri
E
colli produk
ester asetat
meningkatkan penghambatan pertumbuhan sekitar 6 kali, dengan tingkat penghambatan rata-rata sebesar 11,03 mm. Pada produk alkohol meningkatkan kemampuan penghambatan pertumbuhan 3 kali, baik terhadap bakteri S. aureus maupun E. colli dengan tingkat penghambatan rata-rata sebesar 3,10 dan 3,45 mm (Tabel 3).
l0
Natural
t{*rlr
9
( I ),
Febntari
200 5
lpactn
Drtr r ttiltta.00l mn.tl!fl t t. Iln r tt,l{l tcr!, : ll(6 !.0.3crr1r tlll tx. Prri r 9.10
Gambar 6 Spekha massa produk hidroksil alfa-pinena.
0, [04
{
0.
100
/div)
Gambar 7 Struktur molekul borneol atau 1,7,7-trimetil bisiklo 12.2.11-2-
I}.00A I
heptanol.
Gambar
8
Spektrum UV produk hidroksilasi
alfa-pinena
Tabol3 Tabutasi data kernampuan penghambatan pertumbuhan bakteri uji oleh produk reaksi dan bahan dasar serta pembanding.
Diameter hambatan pertumbuhen (mm) Sampel
uji
Alfa-pinara Produk ester Produk hidroksil
E colli
S. arteus
I,l0 I,l0 l,l0 9,80 10,5 10,5 g,g0 3,10 3,20 3,20 2,gO
l,l0
2,20 2,00
g,g3
I1,4 I1,4 3,90 3,90
3,10
1,00
2,40
1,90
10,4
10,9
I 1,03
2,90
3,10
3,45 ,,ffi
ri
Masruri dan A. srihardyastuti / Realcsi Asilol<silasi-Hidroluilasi ...
4. Kerimprlu
t3l
Dengan mcn{u& terhadap data serta pembahasan
basil pcaclitim di aas dapat disimpulkan batrwa eoLqi esiloL:ihsi tcrhadap alfa-pinena dengan asam ssctr tertalbis oleh asam sulfat dapat dihasilkan 2(1,7,7-uimil bisiklo [2.2.1])-heptil asetat dengan kcrnrnizr 70)9/o, sedangkan reaksi hidroksilasi dFrotdr produk 1,7,7-trimetil bisiklo ll.2.ll-Zhpool dengan tingkat kemurnian 89,57yo. Hasil uji E h.d+ kernampuan menghambat pertumbuhan
b&cri S. anreus dan E colli menunjukkan bahwa poerk ester dan hidroksilasi mempunyai
dibanding dengan alfa-pinena sebagai bahan
dasamya. Produk ester meningkatkan kemam-puan penghunbatan pertumbuhan 9 kali terhadap bakteri ^S. aureus dan 6 kali terhadap bakteri E. colli,sedangkan produk hidroksilasi meningkatkan kemam-puan menghambat pertumbuhan terhadap kedua bakteri naik sekitar 3 kalinya.
M.F. Rahman, Z.P. Gama, dan E.D. Iftitah, (2003), Pemanfuatan Senyawo Volatil Hasil Isolasi dari Tumbuhan Gulma Sebagai Pengendali Hama Tanaman Budidaya Secara
Hayati, Laporan LitMud, Fakultas MIPA, Universitas Brawij aya, Malang. t4I
G. Vardar-Unlu, F. Candan, A. Sokmen, D. Dafera, M. Polissiou dan M. Sokmen, (2003), Journal of Agriculture and Food Cheruistry Sl:
tsl
S.H. Pine, J.B. Hendriekson, D.J. Cram, dan G.S. Hammond, (1980), Kimia Organik,Jilid 2,
63.
Terjemah: Roehyati dan Sasanti, Penerbit ITB, Bandung.
kcmampuan penghambatan pertumbuhan lebih besar
jilo
1l
t6l
N. Luluk dan
Masruri, (2003), Uji Akti/itas
Antib akteri S enyaw a alfa- P inena ( 1, 7, 7 +rimet
bisiklo
il
[3.1.1]-2-heptena
terhadap Staphylococcus aureus, Laporan Penelitian Laboratorium Kimia Organik., Universitas Brawijaya.
UI
J. Sikkema, J.A. de Bont dan B.
Poolman,
(1995), Miuobiologlt Review 59: I9.
Ucapan Terima Kasih
Terimakasih banyak atas fasilitasi pendanaan
penelitian
t8I
A.
teI
(1992), Microbiololog 68: 1 56 1 . T.W.G. Solomons, (1986), Fundamental
Organic Chemistry.
ini
kepada P3M FMIPA dari dana DPP/SPP Universitas Brawijaya, serta Laboratorium Kimia Organik dan Biokimia Jurusan Kimia yang
untuk proses sintesis dan
uji antibakteri. Tak
juga terimakasih kepada Laboratorium
Organik Universitas Gadjah Mada dalam analisis
2d edition,
Chapman
of &
Hall Ltd., New York.
tl0I D.C. Kleinfelter, dan R.S. Paulvon,
(1973),
Organic Syntesis: Collective Volume 5, John
lupa
Kimia
Ultee, M.H.J. Bennik dan R. Moezelaar,
ll
ll
Wiley & Sons Inc., New York. M.F. Rahman, (2001), Sintesis 1,3-Dimetil-6,7-
Dimetolrsi-1,2,3-Tetrahidroisoquinolina dari
kromatografi gas dan spektra massa (GC/I,IS).
Metileugenol melalui Reaksi
Ritter, Siklodehidrasi dan Reduksi, Thesis 52, Jurusan Kimia Universitas Gadjatr Mada, yogyakarta.
Daftar Pustaka
u2l
tll H.
Van den Berghe dan Vlientick, (1991), t l3l Screening Methods for Antimicrobial and Antiviral Agents from higher plants, In
Sastrohamidjojo, (1981), A Study of Indonesian Essential O/s, Disertasi, Jurusan
t?l
Kimia, Universitas Gadjah Mada, yogyakarta. Masruli, (2001), A Study Reaction alfa-pinene and Aquaregia, Thesis 52, Jurusan Kimia" Universitas Gadjah Mada, yogyakarta.
Bailey dan Scot! (1974), Diagnostic Microbiologt, The C.V, Mosby Co., London, UK.
Methods in Plant Biochemistry,yol.6., Assay for Bioactivity, Academic press, London, United Kingdom.
