SINTESIS FLAV-3-ENA DARI 2’,4’DIHIDROKSIASETOFENON DAN 3,4,5-TRIHIDROKSIBENZALDEHIDA
LUTHFAN IRFANA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis Flav-3-ena dari 2’,4’-Dihidroksiasetofenon dan 3,4,5-Trihidroksibenzaldehida adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Januari 2015 Luthfan Irfana NIM G451110171
RINGKASAN LUTHFAN IRFANA, Sintesis Flav-3-ena dari 2’,4’-Dihidroksiasetofenon dan 3,4,5-Trihidroksibenzaldehida. Dibimbing oleh SUMINAR SETIATI ACHMADI dan PURWANTININGSIH SUGITA. (-)-Robidanol, (+)-epirobidanol, dan 4’-dehidroksirobidanol dari kayu merbau (Intsia palembanica) bersama dengan 6 senyawa flavonoid lainnya teah diisolasi oleh Batubara et al.1. Isolat roidanol menunjukkan aktivitas penghambatan sintesis tirosinase dan melanin dalam sel B-16 yang nyata yang mengindikasikanrobidanol merupakan senyawa pemutih kulit yang potensial. Aktivitas ini perlu didalami lebih lanjut. Oleh karena itu, metode sintesis robidanol yang baik dibutuhkan terutama untuk mengatasi riap pertumbuhan kayu merbauyang rendah. Flavonoid biasanya dibuat dengan reaksi kondensasi antara asetofenon (C6C2) dan benzaldehida (C1-C6) untuk membentuk kalkon yang selanjutnya disiklisasi membentuk flavonoid target atau antara yang dapat diubah menjadi flavonoid lain. Tujuan penelitian ini adalah untuk menerapkan strategi tersebut guna menyediakan zat antara flav-3-ena dalam rangka membuka jalan menuju sintesis robidanol. 2’,4’-Dihidroksiasetofenon dan 3,4,5-trihidroksibenzaldehida masing-masing direaksikan dengan benzil bromida dengan katalis basa untuk melindungi gugus-gugus OH-nya sebagai gugus benzil eter. 4’-Benziloksi-2’hidroksiasetofenon dan 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida selanjutnya direaksikan secara kondensasi aldol menghasilkan 2’-hidroksikalkon. Produk sintesis 2’hidroksikalkon yang masih berupa campuran selanjutnya disiklisasi reduktif dengan bantuan NaBH4 dalam pelarut tetrahidrofuran-etanol menjadi flav-3-ena melalui cara yang dilaporkan oleh Zaveri2. Penelitian ini berhasil menyintesis 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon dan 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida murni meskipun rendemennya rendah (masingmasing 12% dan 48%). Langkah kondensasi 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon dan 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida murni menghasilkan suatu produk campuran berupa padatan kuning. Produk tersebut kemudian diisolasi fraksi dominannya (29%) menggunakan kromatografi lapis tipis preparatif. Spektrum resonans magnetik inti (NMR) isolat tersebut menunjukkan kontaminasi dari bahan awal, yaitu 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida dan tidak menunjukkan geseran kimia khas proton alkena pada sistem karbonil , -takjenuh. Langkah selanjutnya dilakukan pada produk kasar 2’-hidroksikalkon dan dimurnikan dengan kromatografi kolom elusi gradien menghasilkan padatan putih (53%). Spektrum NMR produk akhir menunjukkan kontaminasi berat pada daerah geseran kimia gugus-gugus alifatik. Dengan demikian, penelitian ini berhasil menyintesis molekul flav-3-ena target tetapi terkendala dalam proses pemurnian produk-produk sintesis. Untuk kajian selanjutnya, perlu dikaji ulang setiap tahap yang melibatkan optimalisasi kondisi reaksi dan proses pemurnian produk utama. Untuk efisiensi biaya pengadaan bahan kimia, dapat juga dilakukan sintesis 3,4,5tribenziloksibenzaldehida dari metil galat. Kata Kunci: flavonoid, Intsia palembanica, robidanol, sintesis, flav-3-ena 1 2
J Biol Sci. 11(8): 475-480 Org Lett. 3(6):843-846
SUMMARY LUTHFAN IRFANA, Flav-3-ene Synthesis from 2’,4’-Dihydroxyacetophenone and 3,4,5-Trihydroxybenzaldehyde. Supervised by SUMINAR SETIATI ACHMADI and PURWANTININGSIH SUGITA. (-)-Robidanol , (+)-epirobidanol , and 4’-dehydroxyrobidanol of merbau (Intsia palembanica) along with 6 other flavonoids have been isolated by Batubara et al.3. The robidanol isolates showed significant inhibitory activity in tyrosinase and melanin synthesis in cell B-16, indicating that robidanols are potential skin whitening agents. This activity needs to be explored further. Therefore, an appropriate good method of robidanol synthesis is needed especially to cope with low increment of merbau tree growth. Flavonoids are usually prepared by condensation reaction between acetophenone (C6-C2) and benzaldehyde (C1-C6) to form chalcon that is further cyclized to form the target or intermediates flavonoids that can be converted into other flavonoids. The purpose of this research is to implement these strategies in providing flav-3-ene as an intermediate in the route to robidanol synthesis. 2’,4’Dihydroxyacetophenone and 3,4,5-trihydroxybenzaldehyde were reacted separately with benzyl bromide aided by alkaline catalyst to protect the OH groups to be benzyl ether groups. 4’-Benzyloxy-2’-hydroxyacetophenone and 3,4,5-tribenzyloxybenzaldehyde were subsequently reacted through aldol condensation to produce 2’-hydroxychalcon. The product of 2’-hydroxychalcon that was still in a mixture was further reductively cyclized using NaBH4 in tetrahydrofuran-ethanol solvent system into flav-3-ene following Zaveri4 method. This study successfully synthesized pure 4’-benzyloxy-2’hydroxyacetophenone and 3,4,5-tribenzyloxybenzaldehyde despite the low yield (12% and 48%, respectively). The step of condensing pure 4’-benzyloxy-2’hydroxyacetophenone and 3,4,5- tribenzyloxybenzaldehyde gave a mixture in the form of a yellow solid. The products were then isolated for the major fraction (29%) using preparative thin layer chromatography. Nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) showed that product was contaminated by the starting materials, namely 3,4,5-tribenzyloxybenzaldehyde, and did not show the typical chemical shift in the alkene proton of , -unsaturated carbonyl system. The next step was performed on the crude product of the 2’-hydroxychalcon and was purified by gradient elution column chromatography giving a white solid (53%). The NMR spectrum of the final product showed severe contamination in the area of aliphatic group’s chemical shift. In conclusion, this study successfully synthesized flav-3-ene as a target molecule; however, there was constrain in purification process on the synthesized products. For further study, each stage of the synthesis should be reexamined and optimized in terms of reaction conditions and purification. For the cost-efficiency of procurement of chemicals, 3,4,5-tribenzyloxybenzaldehyde can also be synthesized from methyl gallate. Keywords: flavonoid, Intsia palembanica, robidanol, synthesis, flav-3-ene 3 4
J Biol Sci. 11(8): 475-480 Org Lett. 3(6):843-846.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SINTESIS FLAV-3-ENA DARI 2’,4’-DIHIDROKSIASETOFENON DAN 3,4,5-TRIHIDROKSIBENZALDEHIDA
LUTHFAN IRFANA Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains Pada Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
Penguji pada Ujian Tesis: Dr. Zainal Alim Masud, DEA
Judul Tesis Nama NIM
: Sintesis Flav-3-ena dari 2’,4’-Dihidroksiasetofenon dan 3,4,5Trihidroksibenzaldehida : Luthfan Irfana : G451110171 Disetujui oleh Komisi Pembimbing
Prof. Ir. Suminar S Achmadi, Ph.D Ketua
Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, MS Anggota
Diketahui oleh Ketua Program Studi Kimia
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Dyah Iswantini, MSc.Agr
Prof. Dr. Ir. Nahrowi, MSc
Tanggal Ujian: 27 Januari 2015
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dibahas dalam penelitian ini adalah Sintesis Flav-3-ena dari 2’,4’-Dihidroksiasetofenon dan 3,4,5-Trihidroksibenzaldehida. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Prof. Ir. Suminar Setiati Achmadi, PhD dan Ibu Prof. Dr. Dra. Purwantiningsih Sugita, MS selaku komisi pembimbing yang telah banyak memberi doa, motivasi, saran, dan arahan dengan sabar dan ikhlas selama penelitian hingga penyelesaian karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Abi, Umi, Dian, dan Alfan atas segala dukungan, doa, dan kasih sayangnya. Penghargaan juga penulis sampaikan kepada, Bapak Budi Arifin, M.Si, Bapak Sabur, Ibu Yeni Karmila, Ibu Kurniawanti, Andriawan Subekti, S.Si, Dhian Eka Wijaya, S.Si, Ichsan Irwanto, S.Si, Febrina Miharti, S.Si, Nisfiyah Maftuhah, S.Si, dan Rika Kurnia, S.Si yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan bermakna. Bogor, Januari 2015 Luthfan Irfana
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ......................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xi DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xi DAFTAR SINGKATAN ..................................................................................... xi 1 PENDAHULUAN ...............................................................................................1 Latar Belakang .............................................................................................1 Tujuan Penelitian..........................................................................................2 Manfaat Penelitian........................................................................................2 2 METODE PENELITIAN .....................................................................................2 Alat dan Bahan .............................................................................................2 Sintesis 4’-Benziloksi-2’-hidroksiasetofenon ..............................................3 Sintesis 3,4,5-Tribenziloksibenzaldehida .....................................................4 Sintesis 2’-Hidroksikalkon Terproteksi .......................................................4 Sintesis Flav-3-ena Terproteksi ....................................................................4 3 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................5 Produk Sintesis 4’-Benziloksi-2’-hidroksiasetofenon ..................................5 Produk Sintesis 3,4,5-Tribenziloksibenzaldehida ........................................7 Produk Sintesis 2’-Hidroksikalkon Terproteksi ...........................................8 Produk Sintesis Flav-3-ena Terproteksi .....................................................10 4 SIMPULAN DAN SARAN ...............................................................................10 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................11 LAMPIRAN ...........................................................................................................13
DAFTAR GAMBAR 1 Flavonoid yang diisolasi dari kayu merbau. ....................................................... 1 2 Skema retrosintesis (-)-robidanol dari 2,4-dihidroksiasetofenon (1) dan 3,4,5-trihidroksibenzaldehida (2) terproteksi...................................................... 2 3 Skema reaksi sintesis flav-3-ena (4) dari 2’,4’-dihidroksiasetofenon dan 3,4,5-trihidroksibenzaldehida. ............................................................................ 3 4 Pola noda KLT campuran reaksi sintesis 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon dengan eluen CH2Cl2 (a); Spektrum UV-Vis larutan metanol noda Rf 0.88 dan pengaruh pereaksi geser (b).................................................... 5 5 Rekristalisasi produk kasar sintesis 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon dari pelarut heksana (a); Kristal murni 4’-benziloksi-2’-hidroksi-asetofenon (b). .... 6 6 Pola noda KLT produk kasar (eluen: heksana-etil asetat [6:2]) (a), dan kristal murni 3,4,5-Tribenziloksibenzaldehida (b). ............................................ 7 7 Pola noda KLT campuran reaksi 2’-hidroksikalkon (eluen: CH2Cl2). ............... 8 8 Campuran reaksi pembuatan kalkon setelah 24 jam (a); padatan kuning dari fraksi yang diduga kalkon setelah KLTP (eluen heksana-etil asetat [6:4]) (b). ....................................................................................................................... 9 9 Pola KLT fraksi pengotor dan fraksi yang diduga flav-3-ena (a); Kristal putih yang diduga flav-3-ena (b). ..................................................................... 10
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Spektrum UV-vis produk-produk proteksi 2’,4’-dihidroksiasetofenon ........... 13 Spektrum 1H NMR 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon ............................... 14 Spektrum 13C NMR 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon.............................. 15 Spektrum 1H NMR 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida ...................................... 16 Spektrum 13C NMR 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida ..................................... 17 Spektrum 1H NMR 2’-hidroksikalkon terproteksi .......................................... 18 Spektrum 13C NMR 2’-hidroksikalkon terproteksi ........................................ 19 Spektrum 1H NMR flav-3-ena terproteksi ...................................................... 20 Spektrum 13C NMR flav-3-ena terproteksi..................................................... 21
DAFTAR SINGKATAN BnBr DMF DMSO EtOH HMPA IC50 KLT KLTP NMR Rf THF TL UV-vis
= = = = = = = = = = = = =
benzil bromida dimetil formamida dimetilsulfoksida etanol heksametil fosrforamida 50% inhibition concentration kromatografi lapis tipis kromatografi lapis tipis preparatif resonans magnetik inti retardation factor tetrahidofuran titik leleh ultraviolet-tampak
1
1 PENDAHULUAN Latar Belakang Flavonoid merupakan salah satu senyawa metabolit sekunder yang banyak ditemukan pada tumbuhan dan banyak menunjukkan aktivitas hayati yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Dari kayu merbau (Intsnia palembanica), Batubara et al. (2011) telah mengisolasi (-)-robidanol, (+)-epirobidanol, dan 4’dehidroksirobidanol bersama 6 senyawa flavonoid lainnya. Dari uji aktivitas penghambatan tirosinase dan sintesis melanin dalam sel B-16, (-)-robidanol (Gambar 1) dilaporkan sebagai senyawa teraktif yang berpotensi sebagai pemutih kulit (IC50 monofenolase 8.7 M, difenolase 26.6 M, dan menghambat 46% sintesis melanin). Kayu merbau hanya memiliki tingkat ketahanan hidup 48% dan riap pertumbuhan yang rendah (Batubara et al. 2011). Oleh karena itu, untuk menunjang penelitian lebih lanjut terhadap potensi aktivitas (-)-robidanol tanpa mengancam populasi tumbuhan spesies kayu tersebut, penelitian mengenai sintesis (-)-robidanol perlu dilaksanakan.
Gambar 1 Flavonoid yang diisolasi dari kayu merbau (Batubara et al. 2011). Gambar 2 merangkum skema retrosintesis yang diusulkan dalam penelitian ini. (-)-Robidanol dapat diperoleh dari (-)-robidanol terproteksi melalui hidrogenasi dengan katalis Pd tertaut karbon. (-)-Robidanol dan (-)-robidanol terproteksi memiliki konfigurasi cis pada atom nomor 2 dan 3-nya. Molekul tersebut dapat diperoleh dengan mengubah konfigurasi trans pada atom nomor 2 dan 3 (+)-epirobidanol terproteksi. Hal ini dapat dicapai dengan menerapkan strategi sintesis asimetrik yang dilaporkan oleh Tuckmantel et al. (1999) dan telah diulangi oleh penelitian yang lebih mutakhir (Khandelwall et al. 2013, Anderson et al. 2014) yang memanfaatkan oksidasi selektif gugus 3-OH dengan Periodinan Dess-Martin yang dilanjutkan oleh reduksi selektif produknya dengan litium trisec-butil(hidrido)borat (L-selectride). Sementara itu, (+)-epirobidanol terproteksi dapat diperoleh dari hidroborasi-oksidasi zat antara flav-3-ena terproteksi (Gambar 2–4). Flav-3-ena merupakan zat antara yang penting dalam sintesis asimetrik flavonoid karena lewat senyawa tersebut isomer-isomer geometri (cis/trans) di atom nomor 2,3 dan/atau 3,4 dapat terbentuk (Marais et al. 2007). Zat antara tersebut dapat dihasilkan secara langsung dari siklisasi-reduktif 2’hidroksikalkon terproteksi (Gambar 2–3) seperti yang telah dilakukan oleh Zaveri (2001). 2’-Hidroksikalkon terproteksi merupakan hasil kondensasi aldol antara 4’-
2
benziloksi-2’-hidroksiasetofenon (Gambar 2–1) dan 3,4,5tribenziloksibenzaldehida (Gambar 2–2). Kedua bahan tersebut dapat diperoleh dengan mengubah gugus OH 2’,4’-dihidroksiasetofenon dan 3,4,5trihidroksibenzaldehida menjadi gugus benzil eter (OBn) melalui reaksi substitusi nukleofilik bimolekular (SN2) dengan BnBr. Konversi tersebut dilakukan agar gugus-gugus OH tidak ikut bereaksi karena telah diubah menjadi gugus yang lebih lembam secara kimiawi.
Gambar 2
Skema retrosintesis (-)-robidanol dari 2,4-dihidroksiasetofenon (1) dan 3,4,5-trihidroksibenzaldehida (2) terproteksi. Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk menyintesis zat antara flav-3-ena terproteksi (Gambar 2 - 4) dari 2’,4’-dihidroksiasetofenon dan 3,4,5-trihidroksibenzaldehida . Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini dapat membuka jalan menuju sintesis (-)-robidanol dan (+)-epidrobidanol.
2 METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Alat-alat analitis yang digunakan dalam penelitian ini adalah radas titik leleh Mel-Temp Model 1202D Barnstead, spektrofotometer UV/VIS Pharmaspec 1700 Shimadzu, dan spektrometer resonans magnet inti (NMR) JEOL ECA 500 pada frekuensi 500 MHz untuk 1H NMR dan 125 MHz untuk 13C NMR.
3
Bahan-bahan kimia utama, 2,4-dihidroksiasetofenon (Merck), 3,4,5trihidroksi-benzaldehida (Sigma), benzil bromida (Sigma), K2CO3 (Merck), Cs2CO3 (Sigma), NaBH4 (Sigma), EtOH (Merck), DMF (Merck), dan THF (Sigma), digunakan langsung tanpa pemurnian. Pelarut-pelarut lain merupakan pelarut teknis yang didistilasi bertingkat sebanyak 2× sebelum digunakan. Pelat kromatografi lapis tipis (KLT) yang digunakan adalah Silica Gel GF 254 dari Merck. Error! Reference source not found. menunjukkan rute sintesis yang igunakan dalam penelitian ini. .
Gambar 3
Skema reaksi sintesis flav-3-ena (4) dari 2’,4’-dihidroksiasetofenon (A) dan 3,4,5-trihidroksibenzaldehida (B): 1 ek. BnBr, K2CO3, dalam DMF, suhu kamar, 5 j (i); 3 ek. BnBr, Cs2CO3, DMF, 80 °C, 17 j (ii); KOH 60% berlebih, dalam EtOH, 0 °C 30 m, suhu kamar 24 j, HCl (iii); NaBH4 dalam THF-EtOH (2:1), refluks (65–70°C), 16 j (vi). Sintesis 4’-Benziloksi-2’-hidroksiasetofenon (Modifikasi Gonzales et al. 2009)
Sebanyak 1,5 g 2’,4’-dihidroksiasetofenon (Gambar 3-A) dilarutkan dengan 18 mL DMF dalam labu bulat berleher dua ukuran 50 mL. Ke dalam larutan tersebut kemudian ditambahkan 4.05 g K2CO3. Labu dirangkai dengan kondensor, balon N2, dan pengaduk magnetik di dalam lemari asam. Udara dalam rangkaian dibilas dengan sedikit gas N2 lalu sebanyak 1.07 mL BnBr ditambahkan secara perlahan sambil terus diaduk di suhu kamar selama 5 jam. Sisa K2CO3 disaring dan filtrat langsung dialirkan ke dalam air. Campuran tersebut kemudian difraksinasi dengan etil asetat. Fase organik selanjutnya dibilas berturut-turut dengan larutan NaHCO3 jenuh, HCl 1N, dan NaCl jenuh. Fase organik diekstraksi berulang-ulang menggunakan larutan NaOH 1 N hingga tidak mengandung produk lagi. Fase NaOH lalu diasamkan dengan HCl 1N dan didinginkan hingga
4
produk mengendap sempurna. Produk disaring, dikeringkan, dan direkristalisasi dengan heksana menghasilkan 4-benziloksi-2-hidroksiasetofenon (Gambar 3-1) yang berupa kristal putih berbentuk jarum. Sintesis 3,4,5-Tribenziloksibenzaldehida (Modifikasi Mills et al. 2008) Sebanyak 0.25 g (1.45 mmol) 3,4,5-trihidroksibenzaldehida (Gambar 3-B) dan 2.8391 g (8.71 mmol) Cs2CO3 ditimbang lalu dimasukan ke dalam sebuah labu berleher dua. Campuran tersebut kemudian ditambahkan 9 mL DMF. Labu segera dirangkaikan pada kondensor tegak (refluks), penangas minyak, dan balon N2 di dalam lemari asam. Gas N2 dialirkan dengan salah satu mulut labu dalam posisi terbuka untuk mengusir sebagian besar udara yang mengandung uap air. Campuran kemudian mulai diaduk menggunakan pengaduk magnetik. Aliran gas dari balon diperkecil, mulut labu ditutup dengan septum, dan sebanyak 1 mL BnBr ditambahkan menggunakan jarum suntik. Pelat pemanas kemudian diaktifkan pada laju pemanasan sedang. Kondisi pemanas dijaga agar suhu penangas minyak kurang lebih 80 °C selama 17 jam. Pemanasan dihentikan dan campuran dibiarkan mendingin ke suhu kamar. Kelebihan Cs2CO3 disaring dengan kertas saring Whatman 41 dan dibilas dengan aseton. Filtrat yang didapat dilarutkan dalam CH2Cl2 kemudian dibilas dengan akuades menggunakan corong pemisah. Fase organiknya dibilas kembali menggunakan larutan NH4Cl jenuh lalu dipekatkan menggunakan penguap putar. Minyak berwarna cokelat tua yang dihasilkan dicampur dengan heksana (4 kali volume minyak), dipanaskan dan diaduk hingga larut sempurna, lalu didinginkan perlahan hingga menghasilkan 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida (Gambar 3-2) yang berwujud kristal jarum berwarna putih yang sangat halus dan ringan (48.11%). Sintesis 2’-Hidroksikalkon Terproteksi Sebanyak masing-masing 1 ekuivalen 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon (Gambar 3-1) dan 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida (Gambar 3-2) dilarutkan dalam etanol secukupnya di dalam sebuah gelas piala. Campuran tersebut didinginkan pada penangas-es hingga mencapai suhu 0 5°C lalu ditambahkan larutan KOH 60% berlebih perlahan sambil terus diaduk. Campuran kemudian diangkat dari penangas es dan diaduk kembali pada suhu kamar selama 24 jam. Campuran berubah menjadi kuning. Campuran kemudian dituang ke dalam akuades yang mengandung es. Endapan kuning terbentuk lalu dipisahkan dengan penyaringan, dibilas dengan HCl encer, kemudian akuades dingin, dan dikeringudarakan. Pemurnian untuk pemeriksaan spektrum dilakukan dengan rekristalisasi dari etanol dilanjutkan dengan KLT preparatif dengan eluen heksana:etil asetat (6:4) (padatan kuning 29.13%). Berhubung produk kalkon kurang stabil, penyiapan kalkon untuk langkah berikutnya tidak melalui proses pemurnian terlebih dahulu. Sintesis Flav-3-ena Terproteksi (Zaveri 2001) Produk kalkon (1.33 mmol) dari tahap sebelumnya dilarutkan dalam pelarut campuran THF-EtOH (2:1) pada suhu kamar, lalu ditambahkan NaBH4 (51 mg,
5
1.33 mmol). Larutan kemudian dipanaskan hingga merefluks lembut (65–70 °C) selama 16 jam. Campuran reaksi kemudian didinginkan lalu diuapkan hingga kering dan dilarutkan dalam CH2Cl2. Larutan ini kemudian dibilas dengan air dan air garam, dikeringkan (MgSO4), dan diuapkan menghasilkan padatan kuning (crude). Kristal ini dimurnikan via kromatografi kolom dengan gradien elusi 45% sampai 20% heksana dalam CH2Cl2 menghasilkan padatan putih.
3 HASIL DAN PEMBAHASAN Produk Sintesis 4’-Benziloksi-2’-hidroksiasetofenon Kromatografi lapis tipis campuran reaksi dengan eluen CH2Cl2 menunjukkan 3 noda dengan nilai Rf 0.88, 0.78, dan 0.38 yang berpendar pada panjang gelombang 254 nm (Gambar 4a). Dua noda teratas memiliki tingkat kepekatan yang sebanding. Bila salah satu dari kedua noda tersebut adalah produk utama maka ini dapat menunjukkan bahwa produk samping (misal 2’,4’dibenziloksiasetofenon) masih banyak terbentuk atau reaksi belum optimal. Spektrum UV-Vis larutan noda Rf 0.88 dalam metanol memiliki dua puncak serapan di 273 dan 311 nm (Gambar 4b). Pada spektrum UV-vis larutan noda Rf 0.78, puncak serapan timbul di 268 dan 303 nm (Lampiran 1). Sementara itu, spektrum UV-Vis 2’-hidroksiasetofenon memiliki dua puncak serapan di 248 dan 325 nm (Ngoy et al. 2012). Dari 2 noda terpekat (Rf 0.88 dan 0.78), hanya noda di Rf 0.88 yang spektrumnya mengalami pergeseran batokromik baik setelah ditambahkan larutan NaOH maupun AlCl3 (Gambar 4b dan Lampiran 1).
273
297
311
348 353
a Gambar 4
b Pola noda KLT campuran reaksi sintesis 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon dengan eluen CH2Cl2 (a); Spektrum UV-Vis larutan metanol: (––) noda Rf 0.88, (––) noda Rf 0.88 + NaOH, (––) noda Rf 0.88 + AlCl3, dan (––) noda Rf 0.88 + AlCl3 + HCl (b).
6
Penambahan larutan NaOH menggeser puncak serapan di 311 nm ke 348 nm. Sementara penambahan AlCl3 menggeser puncak serapan di 273 dan 311 nm berturut-turut ke 297 dan 353 nm secara takdapat balik (Gambar 4b). Pengamatan ini sejalan dengan spektrum asam dan basa konjugat 2’-hidroksiasetofenon yang dilaporkan dalam Ngoy et al. (2012). Berdasarkan pengamatan tersebut serta panduan uji pereaksi geser dalam Markham (1982), noda di Rf 0.88 disimpulkan memiliki gugus fenol yang berposisi ortho terhadap gugus karbonil. Rekristalisasi produk kasar dari pelarut heksana menghasilkan kristal jarum berwarna putih (rendemen 12.82%, TL 100-102 °C, Gambar 5) yang setelah diuji KLT menunjukkan noda tunggal di Rf 0.88.
a Gambar 5
b
Rekristalisasi produk kasar sintesis 4’-Benziloksi-2’hidroksiasetofenon dari pelarut heksana (a); Kristal murni 4’Benziloksi-2’-hidroksi-asetofenon (b).
Spektrum NMR 1H kristal produk utama murni (Lampiran 2) sesuai dengan spektrum NMR 1H 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon yang dilaporkan oleh Gonzales et al (2009). Geseran kimia pada 5.09 dan 12.73 ppm berturut-turut dimiliki oleh 2 proton benzilik (–O–CH2–Ph) dan 1 proton fenol (HO-Ph). Data ini menunjukkan bahwa salah satu gugus OH pada 2’,4’-dihidroksiasetofenon telah terkonversi menjadi gugus benzil eter. Jika data 1H NMR ini dihubungkan dengan data uji pereaksi geser pada spektrum UV-vis noda Rf 0.88 (Gambar 4b), maka gugus OH yang terkonversi tersebut adalah OH no. 4’. Sejalan dengan spektrum protonnya, spektrum 13C NMR produk utama murni (Lampiran 3) menunjukkan kecocokan yang tinggi dengan hasil prediksi perangkat lunak ChemDraw Ultra 12.0. Percobaan awal proteksi 2’,4’-dihidroksiasetofenon mengadaptasi prosedur dari Tsukayama et al. (1989) kurang berhasil pada tahap kristalisasi produk utamanya. Tahap tersebut, yang merupakan hidrolisis pelarut HMPA dalam suasana asam, tidak dapat membebaskan produk 4’-benziloksi-2’hidroksiasetofenon dengan maksimal sehingga rendemen yang didapatkan selalu kurang dari 5%. Tsukayama et al. (1989) menggunakan prosedur tersebut untuk menyintesis 2’,4’-dibenziloksi-6’-hidroksiasetofenon. Perbedaan profil kelarutan produk utama dalam air dan dosis bahan awal yang lebih rendah dapat menjadi penyebab utama perbedaan rendemen yang didapat oleh peneliti ini, yaitu 80%. Perbaikan prosedur adalah dengan mengadaptasi percobaan Gonzales et al. (2009). Meskipun rendemen masih rendah (12.82%), prosedur ini lebih mudah dan sederhana. Gonzales et al. (2009) hanya melaporkan tahap pemurnian produk dengan partisi antara H2O dan etil asetat (rendemen 81%, minyak jernih). Dalam percobaan ini, tahap tersebut tidak dapat memisahkan produk utama dan samping.
7
Oleh karena itu, tahap ekstraksi asam-basa dilakukan pada fraksi etil asetat. Larutan NaOH encer sebagai pengekstrak awalnya diharapkan dapat melarutkan seluruh produk utama yang masih mengandung gugus OH aromatik di C-2’, yang bersifat asam lemah, sementara produk samping (2’,4’-dibenziloksiasetofenon) yang tidak memiliki gugus OH aromatik tetap terlarut dalam etil asetat. Akan tetapi, tahap ekstraksi asam-basa tersebut masih menyisakan sedikit produk samping sehingga dilakukan langkah rekristalisasi produk dari pelarut heksana seperti yang dilakukan oleh Clemens et al. (1996) ketika menyintesis 4’benziloksi-2’-hidroksi-asetofenon melalui refluks dalam 2-butanon-DMSO (4:1) selama 15 jam. Clemens et al. (1996) melaporkan hasil berupa padatan putih kecokelatan sebanyak 55.7% (TL 143–144.5°C). Rendemen dapat ditingkatkan dengan langsung merekristalisasi minyak jernih yang didapat dari akhir reaksi utama dengan pelarut heksana. Faktor lain yang dapat meningkatkan rendemen adalah dengan memperbanyak dosis bahan dan reaktan yang digunakan sesuai dengan prosedur rujukan. Produk Sintesis 3,4,5-Tribenziloksibenzaldehida KLT campuran reaksi dengan eluen heksana-etil asetat (6:2) menunjukkan sebuah noda mayor di Rf 0.6 dan beberapa noda minor yang berpendar di 254 dan 366 nm (Gambar 6). Rekristalisasi produk kasar dengan heksana menghasilkan kristal putih berbentuk jarum halus (rendemen 48%) dengan noda KLT tunggal di Rf 0.6 (Gambar 6b). Spektrum NMR 1H dan 13C kristal murni tersebut (Lampiran 4 dan 5) cocok dengan spektrum NMR 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida yang dilaporkan oleh Mills et al. (2008).
a Gambar 6
b
Pola noda KLT produk kasar (eluen: heksana-etil asetat [6:2]) (a), dan kristal murni 3,4,5-Tribenziloksibenzaldehida (b).
Keberhasilan proteksi ketiga gugus OH 3,4,5-trihidroksibenzaldehida ditunjukkan dengan geseran proton di 5.16 ppm yang diakibatkan oleh 6 buah proton benzilik (3× –O–CH2–Ph). Geseran kimia proton benzilik tersebut lebih ke medan bawah daripada geseran proton benzilik biasa (2.3–2.7 ppm menurut Pavia et al. 2001) karena pengaruh tarikan elektron dari atom oksigen yang menyebabkan efek deshielding pada proton-proton tersebut. Dua multiplet di daerah aromatik (7.25–7.43 ppm) dihasilkan oleh 15 proton aromatik dari gugus proteksi. Gugus aldehida dipastikan keberadaannya oleh sinyal di 9.80 ppm (s)
8
khas proton aldehida yang melekat pada karbon karbonil 191.0 ppm. Kearomatikan benzaldehida dikonfirmasi oleh sinyal singlet di 7.18 ppm yang menunjukkan proton gugus fenil dari benzaldehida yang simetris. Penggunaan K2CO3 sebagai basa untuk tahap ini tidak memuaskan (rendemen <5%) sedangkan Cs2CO3 menghasilkan rendemen yang lebih baik. Hal ini dapat diakibatkan oleh (1) kelarutan K2CO3 dalam pelarut DMF (0.075g/10mL) yang lebih rendah dibandingkan Cs2CO3 (1.195g/10mL), dan (2) sifat unik ion Cs+ yang memiliki jari-jari ionik besar, densitas muatan rendah, dan polarisabilitas tinggi yang menyebabkan ion ini memiliki derajat solvasi dan ionpairing yang paling rendah dibandingkan logam alkali lainnya. Oleh karena itu, dalam pelarut aprotik seperti DMF, ion-ion garam Cs2CO3 lebih “telanjang” daripada ion-ion K2CO3 sehingga lebih efektif dalam reaksi substitusi nukleofili seperti yang terjadi pada tahap ini. Rendemen yang dihasilkan oleh percobaan ini jauh dari rendemen yang dilaporkan oleh Mills et al. (2008) (87%), yang menerapkan metode kromatografi kilas (flash) dengan eluen CH2Cl2 dalam pemurnian produk. Tampaknya langkah rekristalisasi dalam penelitian ini dengan jumlah reaktan terbatas, khususnya 3,4,5-trihidroksibenzaldehida, menjadi kurang tepat. Produk Sintesis 2’-Hidroksikalkon Terproteksi Berdasarkan pengamatan pada panjang gelombang 254 nm, campuran reaksi tahap ini menunjukkan noda pekat di Rf 0.79 yang diimpit oleh dua noda di Rf 0.87 dan 0.64 (Gambar 7-a) pada kromatogram KLT dengan eluen CH2Cl2. Satu noda yang cukup pekat (Rf 0.68) tampak merapat dengan noda di Rf 0.79 di bawah cahaya dengan panjang gelombang 366 nm. Noda terbawah hilang setelah workup. Noda 2’-hidroksikalkon merupakan noda paling pekat dan hanya berpendar di 254 nm (Gambar 7-a). Noda yang diduga produk utama memiliki Rf yang sangat dekat dengan Rf reaktan utama, yang mengindikasikan ketakmurnian yang tinggi (Tabel 1).
a
1
Gambar 7
2 3 4
b
1
2
3 4
Pola noda campuran reaksi 2’-hidroksikalkon filtrat berair (1), kristal kuning (2), 4’-benziloksi-2’-hidroksiasetofenon (3), dan 3’,4’,5’tribenziloksibenzal-dehida (4) (eluen: CH2Cl2) dilihat pada 254 (a) dan 366 nm (b).
9
Tabel 1 Daftar Rf dan ciri noda KLT campuran reaksi sintesis kalkon Noda 1 2 3 4 5
Rf 0,87 0,79 0,68 0,64 0,26
Ciri kuning; pendar di 254 nm kuning; pendar kuat di 254 nm tanwarna; pendar kuat di 366 nm tanwarna; pendar di 254 nm tanwarna; pendar lemah di 254 nm
Pengasaman filtrat saringan pertama mengendapkan kembali sisa 4’benziloksi-2’-hidroksiasetofenon sementara sisa 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida dan noda lainnya diharapkan dapat disingkirkan dengan rekristalisasi. Campuran produk sangat larut dalam heksana. Rekristalisasi dari etanol tidak dapat memisahkan noda yang diduga 2’-hidroksikalkon (Rf 0.79) dan dua noda lainnya (Rf 0.87 dan 0.68) yang mengapit noda tersebut. Pemurnian untuk keperluan NMR dilakukan via KLTP dengan eluen heksana-etil asetat (6:4). Fraksi yang diperkirakan 2’-hidroksikalkon murni merupakan padatan berwarna kuning pucat (29,13%) (Gambar 8). Spektrum 1H dan 13C NMR padatan kuning tersebut disajikan dalam Lampiran 6 dan 7. Sinyal singlet di 5.15 ppm berasal dari 8 proton benzilik (4×–O–CH2–Ph) gugus-gugus proteksi asetofenon dan benzaldehida. Gugus 2’-hidroksi dari residu asetofenon terdeteksi di geseran 5.27 ppm. Sinyal aromatik yang terdeteksi hanya 4 jenis (7.31–7.44, 7.25, 7.24, dan 7.18 ppm) dari 6 jenis yang seharusnya ada. Spektrum NMR proton produk utama tahap ini tidak menunjukkan sinyal 2 proton alkena kalkon yang umumnya muncul sebagai 2 buah doblet di 6.7–7.4 ppm dan 7.3–7.7 ppm dangan tetapan kopling (J) sebesar 17 Hz (Mabry et al. 1970). Spektrum ini menunjukkan sinyal proton aldehida di 9.79 ppm. Spektrum NMR karbon dari produk ini menunjukkan satu sinyal karbon alkena di 143.7 dengan intensitas rendah dan sinyal karbon aldehida di 191 ppm dengan intensitas yang lebih kuat. Hal ini diakibatkan oleh kontaminasi sisa benzaldehida pada kristal kalkon akibat proses pemurnian yang kurang baik.
a
Gambar 8
b
Campuran reaksi pembuatan 2’-hidroksikalkon terproteksi setelah 24 jam (a); kristal kuning dari fraksi yang diduga 2’-hidroksikalkon terproteksi setelah KLTP dengan eluen heksana-etil asetat (6:4) (b).
Zaveri (2001) telah menyintesis senyawa 2’hidroksikalkon (2′-hidroksi4′,6′,3,4,5-pentabenziloksikalkon) yang mirip denga molekul target tahap ini. Bila
10
dibandingkan dengan data tersebut (Lampiran 6), analisis spektrum dari produk ini belum memuaskan. Tetapi dari bentuk fisik kristal kuning, terbentuknya sistem karbonil , -takjenuh yang memperpanjang delokalisasi elektron aromatik dapat dikatakan bahwa produk target telah terbentuk. Tahap selanjutnya adalah siklisasi reduktif tanpa proses pemurnian 2’-hidroksikalkon terlebih dahulu. Produk Sintesis Flav-3-ena Terproteksi Campuran reaksi berwarna kuning dan menunjukkan 5 noda pada plat KLT yang dikembangkan dengan eluen CH2Cl2. Tiga noda teratas telah teramati pada campuran reaksi kalkon. Satu noda baru yang lebih polar merupakan produk utama siklisasi reduktif. Noda tersebut mengekor ketika dikembangkan dengan eluen CH2Cl2 (Gambar 9a). Kromatografi kolom dengan fase diam silika gel dan elusi gradien 45–0% heksana dalam CH2Cl2 dan pemekatan dengan penguap putar memisahkan noda tersebut sebagai kristal putih (53.42%, TL 98-100°C) (Gambar 9b).
a
Gambar 9
b
Pola KLT fraksi pengotor dan fraksi yang diduga flav-3-ena terproteksi (a), dan kristal putih yang diduga flav-3-ena (b).
Flav-3-ena target belum dapat dimurnikan dengan baik melalui proses pemisahan yang telah dilakukan. Lampiran 8 dan 9 menunjukkan spektrum NMR proton dan karbon dari kristal tersebut. Selain puncak-puncak khas benzilik dan aromatik, puncak-puncak proton di daerah < 2 ppm juga terdeteksi dan terlihat dominan. Hal ini menyarankan proses pemisahan produk yang dilakukan belum berjalan secara optimum. Kemunculan dan besarnya kurva integrasi sinyal-sinyal proton < 2 ppm tersebut, yang lebih dari 10 proton, tidak dapat dijelaskan dengan prediksi spektrum 1H NMR ChemDraw Ultra 12.0.
4 SIMPULAN DAN SARAN Penelitian ini berhasil menyintesis molekul flav-3-ena target tetapi terkendala dalam proses pemurnian produk-produk sintesis. Untuk kajian selanjutnya, perlu dikaji ulang setiap tahap yang melibatkan optimalisasi kondisi reaksi dan proses pemurnian produk utama. Untuk efisiensi biaya pengadaan bahan kimia, dapat juga dilakukan sintesis 3,4,5-tribenziloksibenzaldehida dari metil galat.
11
DAFTAR PUSTAKA Anderson JC, Grounds H, Reeves S, Taylor PW. 2014. Improved synthesis of structural analogues of (-)-epicatechin gallate for modulation of staphylococcal B-lactam resistance. Tetrahedron. 70: 3485–3490. doi:10.1016/j.tet.2014.03.052. Batubara I, Darusman LK, Mitsunaga T, Aoki H, Rahminiwati M, Djauhari E, Yamauchi K. 2011. Flavonoid from Intsia palembanica as skin whitening agent. J Biol Sci 11(8): 475-480. doi:10.3923/jbs.2011.475.480. Clemens JA, Sofia MJ, Stephenson DT. 1996. Phospholipase A.sub.2 inhibitors. US Patent No: 5563164. Gonzalez J, Jewell TM, Li H, Linton A, Tatlock JH. 2009. Inhibitors of hepatitis C virus RNA-dependent RNA polymerase, and compositions and treatments using the same. US Patent No: 7622605. Khandelwall A, Hall J, Blagg BSJ. 2013. Synthesis and structure-activity relationships of ECGC analogues, a recently identified Hsp90 inhibitor. J Org Chem 78(16):7859-7884. doi: 10.1021/jo401027r. Mabry TJ, Markham KR, Thomas MB. 1970. The Systematic Identification of Flavonoids. New York (US): Springer-Verlag. Marais JPJ, Deavours B, Dixon RA, Ferreira D. 2007. The stereochemistry of flavonoids. Di dalam: Grotewold E, editor. The Science of Flavonoids. Ohio (US): Springer. Markham KR. 1982. Techniques of Flavonoid Identification. New York (US): Academic Press. Mills SJ, Vandeput F, Truselle MN, Safrany ST, Erneux C, Potter BVL. 2009. Benzene polyphosphates as tools for cell signalling: Inhibition of inositol 1,4,5-trisphosphate 5-phosphatase and interaction with the PH domain of protein kinase B . Chembiochem. 9(11): 1757–1766. doi: 10.1002/cbic.200800104. Nay B, Arnaudinaud V, Vercauteren J. 2001. Gram-scale production and application of optically pure 13C-labelled (+)-catechin and (-)epicatechin. Eur J Org Chem 2379-2384. doi:14342193X/01/061222379. Ngoy BP, Sebej P, Solomek T, Lim BH, Pastierik T, Park BS, Givens RS, Heger D, Klan P. 2012. 2-Hydroxyphenacyl ester: a new photoremovable protecting group. Photochem Photobiol Sci. 11(9):1465-75. doi: 10.1039/c2pp25133g. Tsukayama M, Kawamura Y, Tamaki H, Kubo T, Horie T. 1989. Synthesis of pyranoisoflavones from pyronochalcones: Synthesis of elongatin and its angular isomer. Bull Chem Soc Jpn. 62: 826–832. Tuckmantel W, Kozikowski AP, Romanczyk Jr LJ. 1999. Studies in polyphenol chemistry and bioactivity. 1. Preparation of building blocks from (+)catechin. Procyanidin Formation. Synthesis of the cancer cell growth inhibitor, 3-O-galloyl-(2R,3R)-epicatechin-4β,8-[3-O-galloyl-(2R,3R)-
12
epicatechin]. J Am doi:10.1021/ja993020d.
Chem.
Soc.
121:
12073-12081.
Zaveri NT. 2001. Synthesis of a 3,4,5-trimethoxybenzoyl ester analogue of epigallocatechin-3-gallat (EGCG): A potential route to the natural product green tea catechin, EGCG. Org Lett. 3(6):843-846. doi:10.1021/ol007000o
13
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sukabumi pada tanggal 5 Agustus 1987 sebagai anak tunggal dari pasangan R. Muhtar Sjahroni dan Sayu Wianti. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB, lulus pada tahun 2010. Pada tahun 2011, penulis diterima di Program Studi Kimia pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada 2015. Ketika menjalani program magister sains, penulis mendapatkan Beasiswa Unggulan (on going) dari Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi pada tahun 2012. Penulis bekerja sebagai Dosen di Departemen Kimia FMIPA IPB sejak tahun 2010. Bidang penelitian yang diminati penulis adalah sintesis bahan alam dan kimia organik komputasional khususnya yang berkaitan dengan telaah kestabilan dan reaksi kimia molekul organik.
