SINTESIS ANALOG KURKUMIN TURUNAN 1-BENZIL 4-PIPERIDINON MENGGUNAKAN KATALIS BASA DAN UJI AKTIVITAS SEBAGAI ANTIBAKTERI S. Wahyuni1, Y. Eryanti2, A. Zamri2, Jasril2 1 Mahasiswa Program Studi S1 Kimia 2 Bidang Kimia Organik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Kampus Binawidya, Pekanbaru, 28293, Indonesia
[email protected] ABSTRACT Curcumin is one of secondary metabolites with phenolic group which was known to have various biological activities such as antimicroba, anticancer, antioxidant, antitumor and anti-inflammatory activities. In this research, curcumin analog of 1-benzil-4piperidone derivative was synthesized using microwave irradiation with catalyst NaOH. The rendement (YN2) resulted 99.39%. All compounds were characterized using UV spectrophotometer, IR spectrophotometer,1H NMR, and 13C NMR spectrometers. The antibacterial activity was evaluated using the agar diffusion method. Antibacterial activity test was carried out at concentrations of 20, 30, 40, 50 , and 60 mg/disc against Gram positive bacteria (Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis) and Gram negative bacteria (Escherichia coli and Salmonella enteritidis). YN2 compounds obtained showed different antibacterial activity against different bacteria. Keywords : Antibacterial, curcumin, irradiation microwave ABSTRAK Kurkumin merupakan salah satu senyawa metabolit sekunder golongan fenolik yang dikenal memiliki aktivitas biologis yang penting, seperti antibakteri, antikanker, antioksidan, antidiabetes dan anti-inflamasi. Dalam penelitian ini, senyawa analog kurkumin turunan 1-benzil 4-piperidinon telah disintesis menggunakan metode iradiasi microwave dengan katalis NaOH. Rendemen yang diperoleh untuk analog kurkumin YN2 (54,51%). Identifikasi senyawa analog kurkumin dianalisis menggunakan spektrofotometer UV, spektrofotometer IR, spektrometer 1H NMR dan 13C-NMR. Aktivitas antibakteri dievaluasi dengan menggunakan metode difusi agar. Uji aktivitas antibakteri dilakukan pada konsentrasi 20, 30, 40, 50, dan 60 μg/disk terhadap bakteri Gram positif (Staphylococcus aureus dan Bacillus subtilis) dan dua bakteri Gram negatif (Escherichia coli dan Salmonella enteritidis). Senyawa YN2 menunjukkan aktivitas antibakteri yang berbeda-beda terhadap masing-masing bakteri. Kata kunci : Antibakteri, kurkumin, iradiasi mikrowave
1
PENDAHULUAN Kurkumin merupakan senyawa fenolik yang terdapat dalam rimpang kunyit (Curcuma longa L.) dengan aktivitas biologi sebagai antioksidan, antiinflamasi, kemopreventif dan kemoterapi. Kurkumin juga memiliki aktivitas sebagaiantikanker, antimutagenik, antikoagulan, antifertilitas, antidiabetes, antibakteri, antijamur, antiprotozoa, antivirus, dan antifibrosis (Chattopadhyay et al., 2004). Di India, Cina, dan negara-negara Asia Tenggara seperti Indonesia,zat warna kuning dari kurkuma dimanfaatkan sebagai bahan tambahan makanan, bumbu, maupun obat-obatan, yang tidak bersifat toksik. Kurkumin ditemukan pada berbagai genus Curcuma dan merupakan pigmen kuning pada tanaman Curcuma longa L. Di alam, kurkumin selalu terdapat bersama-sama dengan dua senyawa turunan lainnya yaitu demetoksi kurkumin dan bis-demetoksi kurkumin, yang dikenal dengan nama kurkuminoid (Badreldin et al., 2006). Kurkumin(1,7-bis(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1,6-heptadiena-3,5-dion) berdasarkan analisis struktur kurkumin diketahui memiliki aktivitas farmakologi, berhubungan dengan gugus-gugus fungsionalnya seperti ikatan rangkap pada rantai tengah, gugus -diketon, dan gugus hidroksi fenolik(Aggarwaletal., 2006). Kurkumin dalam penggunaanya sebagai obat tradisional seringkali masih disertai senyawasenyawa lain sehingga menyulitkan untuk dipisahkan. Selain itu kurkumin di alam terdapat dalam jumlah yang sedikit yaitu sekitar 3-4%, isolasi senyawa kurkumin memerlukan biaya yang mahal dan waktu yang lama. Hal tersebut memacu gagasan untuk mensintesis senyawa kurkumin dan melakukan modifikasi serta variasi gugusgugus fungsionalnya untuk mendapatkan senyawa analog kurkumin dengan berbagai aktivitas (Selvakumar.B dan Venkataraman. R, 2002). Modifikasi senyawa kurkumin pada cincin aromatis dapat menghasilkan senyawa analog kurkumin yang memiliki aktivitas biologis yang lebih baik dibandingkan senyawa kurkumin. Sintesis kurkumin dapat dilakukan dengan reaksi kondensasi aldol. Sintesis dapat dilakukan dalam suasana asam (Selvakumar. B dan Venkataraman. R, 2002) maupun dalam suasana basa. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan sintesis tiga analog kurkumin turunan 1-benzil-4-piperidinon dengan aldehid aromatik 3-hidroksibenzaldehid. Senyawa analog kurkumin yang dihasilkan dikarakterisasi dengan spektroskopi UV, IR, 1H-NMR dan MS. Selanjutnya senyawa murni yang didapat akan diuji toksisitasnya. METODE PENELITIAN 1. Alat dan bahan yang digunakan Alat-alat yang digunakan adalah satu set alat Microwave, lampu UV (254 nm dan 366 nm),alat penentu titik leleh Fisher Johns, spektrofotometer inframerah (FTIR Shimadzu, IR Prestige-21), spektrometer NMR proton (agilent 500 MHz DD2), spektrometer massa (MS) (water LCT Premier XE Mode Positif), spektrofotometer UVVis, serta alat gelas yang umum digunakan di laboratorium kimia.Bahan-bahan yang digunakan adalah 1-benzil 4-piperidinone (Merck), 3-hidroksibenzaldehid (Merck), asam klorida (HCl) 3N, natrium hidroksida 20% (NaOH), plat KLT GF254, n-heksan teknis, metanol teknis, etil asetat, etanol (pa), aquadest, kain kassa, kertas saring,
2
benang, kapas, kertas indikator, kertas cakram, alkohol 70%, nutrient broth (Difco), nutrient agar (Merck), dan Cefadroxil. 2. Sintesis Kurkumin Sintesis senyawa YN2, kedalam erlenmeyer dimasukkan (5 mmol; 0,9510 g) 1benzil-4-piperidinon, ditambahkan 5 ml etanol absolute dan (10 mmol; 1,242 g) 3hidroksibenzaldehid kemudian ditambahkan 5 ml NaOH 20%,Campuran diirradiasi selama 5 menit dengan suhu 80ºC dan 300 Watt menggunakan microwave irradiation. Reaksi dibantu dengan dikontrol malalui KLT. Setelah reaksi selesai, crude product didinginkan dan dicuci dengan aquades dingin dan ditambahkan dengan HCl 3N hingga netral. Endapan coklat karamel yang terbentuk disaring menggunakan corong buchner dan dicuci dengan n-heksan dingin lalu dikeringkan. Crude product yang diperoleh diuji kemurnian dengan KLT, dan pengukuran titik leleh. 3. Uji Aktivitas antibakteri a. Peremajaan bakteri Peremajaan bakteri bertujuan untuk meremajakan kembali bakteri dari agar miring ke dalam larutan Nutrien Broth (NB). Media NB yang telah dibuat dimasukkan ke dalam tabung reaksi masing-masing 5 mL dan disterilisasi. Jarum ose yang disterilisasi dengan pembakaran digoreskan pada agar miring yang berisi biakan bakteri dan selanjutnya dicelupkan ke dalam tabung reaksi yang berisi media NB steril. Tabung ditutup dengan kapas kemudian diinkubasi dalam inkubator pada selama 24 jam pada suhu 37oC. Sebelum dilakukan pengujian bakteri terlebih dahulu diukur OD (optical density) yaitu pada absorbansi 0,1. b. Uji aktivitas antibakteri dengan metode difusi agar Masukkan 1 mL larutan NB yang berisi biakan bakteri kedalam cawan petri yang sudah disterilisasi, kemudian tambahkan 20 mL NA (Nutrient Agar) digoyang-goyang agar bakteri tersuspensi merata. Media NA dibiarkan memadat, kemudian diletakkan kertas cakram (diameter 6 mm) yang telah dicelupkan kedalam sampel yang akan diuji dengan konsentrasi sampel 20%, 30%, 40%, 50%, 60% (b/v) dengan pelarut metanol absolut. Sebanyak 10 µL dari masing-masing larutan dipipet menggunakan pipet mikro di atas masing-masing kertas cakram yang telah diletakkan di dalam cawan petri sehingga konsentrasi kurkumin pada masing-masing kertas cakram adalah 20-60 µg/disk. Cefadroxil digunakan sebagai kontrol positif dibuat dengan konsentrasi yang sama. Metanol absolut digunakan sebagai kontrol negatif. Cawan petri kemudian diinkubasi di dalam inkubator pada suhu 37oC dengan membalikkan cawan petri. Diameter daerah bening di sekitar kertas cakram diukur setelah diinkubasi selama 24 jam. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Hasil Sintesis Sintesis senyawa analog kurkumin menggunakan metode microwave dengan katalis NaOH 40% dan asam metanasulfonat dengan pelarut etanol pada suhu 300 watt. Skema reaksi sintesis senyawa analog kurkimin dapat dilihat pada Gambar 1.
3
O
O O 2
N
NaOH H
-2H2O
N R1
R1
R1
Keterangan : (1) R1 = 3- OH Gambar 1. Skema reaksi sintesis analog kurkumin Tabel 1: Hasil sintesis senyawa kurkumin
Senyawa YN2
Rumus Molekul C26H24NO3
Berat Molekul 398,1756
Rendemen 99,39 %
Bentuk Serbuk
Warna Kuning kehijauan
Titik Leleh 196-1980C
Senyawa YN2 menghasilkan rendemen sebesar 99,39 %. Selanjutnya dilakukan uji kemurnian terhadap senyawa tersebut dengan menggunakan KLT dan titik leleh. Uji kemurnian dengan KLT diamati dengan bantuan lampu UV (λ 216 dan 336 nm) dan memberikan hasil satu noda pada plat KLT. Titik leleh senyawa YN2 dicapai pada suhu 196-198ºC. Adanya satu noda dari hasil KLT dan range titik leleh ≤ 2 membuktikan bahwa senyawa YN2 tersebut murni. Spektrum UV senyawa YN2 memperlihatkan adanya serapan maksimum pada λ 216 nm yang merupakan ikatan rangkap pada cincin benzen, 336 nm merupakan ikatan rangkap pada cincin aromatik A yang terkonjugasi dengan gugus karbonil. Spektrum FTIR senyawa YN2 memperlihatkan adanya pita pada bilangan gelombang 3057 cm-1 yang menunjukkan vibrasi dari ikatan C-H aromatik; 1666 cm-1 menunjukkan vibrasi dari ikatan C=O terkonjugasi dengan ikatan rangkap ,; 1610 cm-1 menunjukkan vibrasi ikatan C=C; 1238 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ikatan C-N; dan 1300 cm-1 menunjukkan vibrasiikatan C-O. PadaTabel 2 memperlihatkan interpretasi data spektrum 1H-NMR senyawaYN2 pada pergeseran kimia δ 7,62 ppm (2H β) menunjukkan proton beta dengan puncak singlet. Pergeseran kimia pada 6,93 ppm (2H) menunjukkan proton pada atom C-6’/C6’’ dengan puncak doublet. Pergeseran kimia pada 7,26 ppm (2H) menunjukkan adanya proton pada C-5’/C-5’’dengan puncak triplet. Pergeseran kimia pada 6,94 ppm (2H) menunjukkan proton pada atom C-2’/C-2’’ dengan puncak singlet. Pergeseran kimia pada 6,87 ppm (2H) menunjukkan proton pada atom C-4’/C-4’’ dengan puncak doublet of doublet. Pergeseran kimia pada 3,90 ppm (4H) menunjukkan sinyal proton pada atom C2/C6 yaitu cincin heterosiklik (–CH2-N-CH2-) dengan puncak doublet. Pergeseran kimia pada 3,78 ppm (2H) menunjukkan adanya proton yang terikat pada N heterosiklik (N-CH2-Ph) dengan puncak singlet. Pergeseran kimia pada 8,55 ppm (2H)
4
menunjukkan sinyal proton atom C-OHdengan puncak singlet. Pergeseran kimia pada 7,33 ppm (2H) menujukkan sinyal proton pada atom C2’’’/C6’’’ dengan puncak doublet. Pergeseran kimia pada 7,24 ppm (2H) menunjukkan sinyal proton pada atom C3’’’/C5’’’ dengan puncak doublet, dan pada pergeseran kimia 7,18 ppm (1H) menunjukkan sinyal proton pada atom C4’’’ dengan puncak triplate. Data ini telah mengkonfirmasi struktur yang diperoleh sesuai dengan struktur senyawa target. Spektrum 13C NMR senyawa (3E,5E)-3,5-bis(3-hidroksibenzilidin)-1 benzil 4piperidinon menunjukkan adanya pergeseran kimia pada 186,5 ppm mengindikasikan adanya gugus C=O karbonil, pada 135,0 ppm dan 138,0 ppm mengindikasikan adanya Cα dan Cβ.Pada 116,5-129,8 ppm merupakan pergeseran kimia untuk atom karbon R2C=CR2 aromatik. Pada 54,6 ppm merupakan pergeseran kimia ( R2C-N). Tabel 2 : Interpretasi data 1H NMR dan 13C NMR (Aseton) untuk senyawa YN2 Nomor atom
Senyawa YN2 H
(ppm), J (Hz)
Senyawa YN2 (ppm) 54,6
C
C2/C6
3.90 (4H,s)
C3/C5
-
136,5
C4
-
186,5
C1’/C1’’
-
138,0
C2’/C2’’
6,94 (2H, s)
116,8
C3’/C3’’
-
157,5
C4’/C4’’
6,87 (2H, dd, 7,2)
116,2
C5’/C5’’
7,26 (2H, t, 8)
129,6
C6’/C6’’
6,93 (2H, d, 7,5)
121,7
C7’/C7’’
7,62 (2H, s)
135,0
C-OH
8,55 (2H, s)
-
N-CH2-Ph C1’’’
3,78 (2H,s) -
61,3 133,9
C2’’’/C6’’’
7,33 (2H, d, 7,5)
128,9
C3’’’/C5’’’
7,24 (2H, d, 8)
128,1
C4’’’
7,18 (1H, t, 7)
127,1
b. Uji Antibakteri Diameter zona bening yang dihasilkan senyawa YN2 pada bakteri uji yaitu antara 8 mm hingga 11,5 mm. Bakteri uji yang digunakan ada empat bakteri yaitu dua bakteri Gram positif (B. subtilis dan S. aureus) dan dua bakteri Gram negatif (E. coli danS. enteritidis).
5
Tabel 3: Hasil uji aktivitas antibakteri senyawa YN2
Bakteri Uji
Senyawa
E. coli S.enteritidis S. aureus B. subtilis
YN2 YN2 YN2 YN2
Diameter Daya Hambat (DDH) dalam mm Konsentrasi Sampel (µg/disk) 20 30 40 50 60 6,5 7 7 7,25 8 8,5 -
Konsentrasi Cefadroxil (µg/disk) 14 10,5 12 19
Dari hasil penelitian yang diperoleh, daya hambat yang dihasilkan kedua senyawa terhadap bakteri Gram positif secara umum lebih besar dari pada daya hambat yang dihasilkan terhadap bakteri Gram negatif.Hal ini disebabkan tidak adanya outer membrane pada dinding sel bakteri Gram positif, menyebabkan terjadinya interaksi langsung antara senyawa dan peptidoglikan sehingga menghambat sintesis dinding sel bakteri Gram positif. Sedangkan pada bakteri Gram negatif, adanya porin pada outer membrane yang terdapat pada dinding sel bakterinya menyebabkan interaksi terhalangi dan menghambat masuknya senyawa uji ke dalam lapisan peptidoglikan pada dinding sel bakteri Gram negatif. Daya hambat senyawa YN2masih lebih kecil jika dibandingkan dengan daya hambat antibiotik Cefadroxil pada konsentrasi larutan uji yang sama (10 μg/disk). KESIMPULAN DAN SARAN Senyawa analog kurkumin diperoleh melalui reaksi kondensasi Claisen-Schimdt menggunakan katalis basa natrium hidroksida (NaOH) untuk senyawa YN2 dengan metode irradiasi microwave pada 300 watt dengan waktu 5 menit. Rendemen yang dihasilkan yaitu 99,39%. Untuk senyawa ini memiliki aktivitas yg lemah dalam menghambat aktivitas bakteri. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Universitas Riau melalui Lembaga Penelitian yang telah membantu penulis dalam penelitian ini melalui Dana Hibah Bersaing atas nama Dra. Yum Eryanti, MS, selaku pembimbing Prof. Dr. Adel Zamri, MS, DEA dan Prof. Dr. Jasril, MS yang telah sabar dan banyak memberikan saran dan masukan demi kesempurnaan penulisan karya ilmiah ini.
6
DAFTAR PUSTAKA Aggarwal, B., Sundaram, C., Malani, N., dan Ichikawa, H. 2006. Curcumin: The Indian Solid Gold. Biomedical and Life Sciences (595): 1-75. Badreldin, H.A., Marrif, H., Salwa, A,N., dan Amel, O.B. 2006. Some Biological Properties Of Curcumin. Natural Product Communication. 1 (6): 509-521 Chattopdhyay, I., Biswas, K., Bandyopdhyay, U., dan Banerje, K.R. 2004. Turmeric and Curcumin: Biological Actions And Medicinal Applications. Current Science 87(1): 44-53 Selvakumar. B dan Venkataraman. R. (2002). Synthesis and Biological Evaluation of Some Curcumin Analogs and Their Derivatives. Journal Chemical. 3(2) : 260-265
7
