TESIS SINTESIS PORFIRIN PEMBAWA GUGUS KARBOKSILAT SEBAGAI LIGAN UNTUK KIT RADIOFARMAKA
OLEH:
HENNY SRI WAHYUNI NIM 087014016
PROGRAM STUDI MAGISTER DAN DOKTOR ILMU FARMASI FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS PORFIRIN PEMBAWA GUGUS KARBOKSILAT SEBAGAI LIGAN UNTUK KIT RADIOFARMAKA TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam Ilmu Farmasi Pada Fakultas Farmasi Universitas Sumatera Utara
OLEH:
HENNY SRI WAHYUNI NIM 087014016
PROGRAM STUDI MAGISTER DAN DOKTOR ILMU FARMASI FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN TESIS
Nama Mahasiswa No. Induk Mahasiswa Program Studi Judul Tesis
: Henny Sri Wahyuni : 087014016 : Magister Farmasi : Sintesis Porfirin Pembawa Gugus Karboksilat Sebagai Ligan Untuk Kit Radiofarmaka
Tempat dan Tanggal Ujian Lisan Tesis
: Medan, 4 Agustus 2011
Menyetujui: Komisi Pembimbing, Ketua,
Prof. Dr. rer. nat. Effendy De Lux Putra, SU., Apt NIP 195306191983031001
Ketua Program Studi,
Prof. Dr. Karsono, Apt. NIP 195409091982011001
Anggota,
Prof. Dr. Daryono Hadi Tjahjono, M.Sc. NIP 131994284
Dekan,
Prof. Dr. Sumadio Hadisahputra, Apt. NIP 195311281983031002
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS Nama Mahasiswa No. Induk Mahasiswa Program Studi Judul Tesis
: Henny Sri Wahyuni : 087014016 : Magister Farmasi : Sintesis Porfirin Pembawa Gugus Karboksilat Sebagai Ligan Untuk Kit Radiofarmaka
Telah diuji dan dinyatakan LULUS di depan Tim Penguji Tesis pada hari Kamis, tanggal 4, bulan Agustus, tahun 2011
Mengesahkan: Tim Penguji Tesis Ketua Tim Penguji
: Prof. Dr. rer. nat. Effendy De Lux Putra, SU., Apt.
Anggota Tim penguji : Prof. Dr. Daryono Hadi Tjahjono, M.Sc. Dr. M. Pandapotan NST,MPS., Apt. Dr. Ginda Haro, M.Sc., Apt.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Senyawa porfirin dan turunannya banyak dipelajari sebagai fotosensitizer dalam terapi fotodinamik sebagai salah satu metode pengobatan dan diagnosa kanker ataupun tumor. Porfirin dapat dimodifikasi strukturnya baik pada substituen meso atau pada pusat molekulnya melaui kompleksasi dengan ion logam sehingga mudah dilabel dengan radionuklida. Selain dapat meningkatkan kelarutan, modifikasi struktur molekul porfirin juga dapat diarahkan untuk mendesain senyawa ligan dalam pembuatan kit radiofarmaka untuk diagnosis dan terapi kanker. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis senyawa porfirin dengan substituen meso yang mengandung gugus yang dapat dilabel sebagai kandidat senyawa ligan yang akan dikembangkan menjadi kit radiofarmaka dalam diagnosis kanker. Sintesis senyawa porfirin menggunakan 3-hidroksi-4karboksimetilenoksibenzaldehid, pirol dan 4-piridinkarboksaldehid dalam asam propanoat dilakukan pada suhu 150oC-160oC selama 4 jam pada lingkungan atmosfer nitrogen. Karakterisasi senyawa porfirin yang dihasilkan berdasarkan titik leleh, spektrum sinar tampak, spektrum infra merah, dan spektrum 1H RMI. 5,10,15,20-tetrakis(piridil)porfirin (H 2 TPyP) dan 5,10-bis(piridil)-15,20bis[(3-hidroksi-4-karboksimetilenoksi)fenil]porfirin (H 2 BPyCP). H 2 TPyP berupa serbuk ungu yang meleleh pada suhu di atas 300oC. Panjang gelombang absorpsi maksimum (λ max /nm) pada spektrum sinar tampak adalah 416, 512, 545, 587, dan 642. Spektrum infra merah (cm-1) menunjukkan adanya pita =NH pada 3367,1 dan C=C pada 1457,9. Pergeseran kimia (δ/ppm) H 2 TPyP dengan 1H RMI (500 MHz, CDCl 3 , TMS) adalah –2,93 (s, 2H, inner N-H), 7,12 (s, 8H, pirol β-H), 8,16-8,17 (d, 8H, piridin 2-H dan 4-H), 9,07-9,08 (d, 8H, piridin 1-H dan 5-H). H 2 TPyP dapat disintesis dengan rendemen sebesar 10,4% (51 mg). H 2 BPyCP berupa serbuk hijau kecoklatan yang meleleh pada suhu 192oC-195oC. Panjang gelombang absorpsi maksimum (λ max /nm) pada spektrum sinar tampak adalah 415, 511, 546, 588, dan 644. Spektrum infra merah (cm-1) menunjukkan adanya gugus OH dari COOH pada 3428,8, C=O pada 1558,2 dan CO pada 1415,49. Pergeeseran kimia (δ/ppm) 1H-RMI (500 Hz, D 2 O/DMSO, TMS) menunjukkan sinyal geseran kimia proton pada –3,09 (s, 2H, inner N-H), 4,62 (s, 4H, CH 2 pada benzen karboksilat), 7,02-7,03 (d, 2H, benzen karboksilat 1’-H), 7,33 (s, 2H, benzen karboksilat 4’-H), 7,45-7,46 (d, 2H, benzen karboksilat 2’-H), 7,727,73 (d, 4H, piridin 2-H dan 4-H), 8,45 (s, 4H, pirol β-H), 8,59-8,61 (d, 4H, piridin 1-H dan 5-H), 9,69 (s, 4H, pirol β-H). Senyawa H 2 BPyCP dapat disintesis dengan rendemen sebesar 33,42% (213 mg). Kata kunci: porfirin, piridin, sintesis, karakterisasi, fotosensitizer
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Porphyrin and its derivatives are widely investigated as photosensitizers for photodynamic therapy in diagnoses and treatment of cancer or tumor. Structure of the porphyrin can be modified either at the meso position or in the center of the molecule with metal ions thus it is easily labeled with small radionuclides. Beside to improve its solubility, modification of the molecular structure of porphyrin can also be used to design ligand for radiopharmaceutical kit for the diagnosis and therapy of cancer. The purposes of this research was to synthesize porphyrin with mesosubstituent which bearing function group for labelling with radionuclide as ligand candidate to be developed as a radiopharmaceutical kits for cancer diagnosis. Synthesis of porphyrin was performed using 4caboxymethylenoxybenzaldehyde, pyrrole and 4-pyridinecarboxaldehyde in propionic acid and was conducted at temperature of 150oC-160oC for 4 hours in nitrogen atmosphere. Reaction produced 5,10,15,20-tetrakis(pyridyl)porphyrin (H 2 TPyP) and 5,10-bis(pyridyl)-15,20-bis[(3-hydroxy-4Caracterizations of carboxymetilenoxy)phenyl]porphyrin (H 2 BPyCP). synthesized porphyrins were based on melting point, visible absorption spectrum, infra-red spectrum and the 1H-NMR spectrum. H 2 TPyP is purple solid (51 mg, 10.35% yield) with melting point of above 300oC. It has maximum absorption at wavelengths (λ max /nm) of 416, 512, 545, 587, and 642. Infra-red spectrum (cm-1) showed a band of =NH at 3367.1 and C=C at 1457.92. Chemical shifts (δ/ppm) of H 2 TPyP (1H-NMR, 500 MHz, CDCl 3 , TMS) were –2.93 (s, 2H, inner N-H), 7.12 (s, 8H, pyrrol β-H), 8.16-8.17 (d, 8H, pyridine 2-H dan 4-H), 9.07-9.08 (d, 8H, pyridine 1-H and 5-H). H 2 BPyCP was brownish green solid (213 mg, 33.42% yield) with melting point of 192oC-195oC. Maximum absorption wavelengths (λ max /nm) of H 2 BPyCP were 415, 511, 546, 588, and 644. Infra-red spectrum (cm-1) showed a band of OH group of –COOH at 3428.81, C=O at 1558.2 and CO at 1415.49. Chemical shifts (δ/ppm) of H 2 BPyCP (1H-NMR, 500 Hz, D 2 O/DMSO, TMS) were –3.09 (s, 2H, inner N-H), 4.62 (s, 4H, CH 2 of benzene), 7.02-7.03 (d, 2H, benzene 1’-H), 7.33 (s, 2H, benzene 4’-H), 7.45-7.46 (d, 2H, benzene 2’-H), 7.72-7.73 (d, 4H, pyridine 2-H dan 4-H), 8.45 (s, 4H, pyrrol β-H), 8.59-8.61 (d, 4H, pyridine 1-H and 5-H), 9.69 (s, 4H, pyrrol β-H). Key word: porphyirin, pyridine, synthesis, caracterization, photosensitizer
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul “Sintesis Porfirin Pembawa Gugus Karboksilat Sebagai Ligan Untuk Kit Radiofarmaka” sebagai
salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Farmasi pada Fakultas Farmasi Universitas Sumatera Utara. Selama menyelesaikan penelitian dan tesis ini penulis telah banyak mendapatkan bantuan dan dorongan dari berbagai pihak, baik moril maupun materil. Untuk itu penulis ingin menghaturkan penghargaan dan terima kasih yang tiada terhingga kepada : 1. Prof. Dr. rer. nat. Effendy De Lux Putra, SU., Apt dan Prof. Dr. Daryono
Hadi Tjahjono, M.Sc. sebagai pembimbing, atas segala saran, bimbingan, dan nasehatnya selama penelitian berlangsung dan selama penulisan tesis ini. 2. Dekan Fakultas Farmasi Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr.
Sumadio Hadisahputra, Apt., yang telah menyediakan fasilitas dan kesempatan bagi penulis menjadi mahasiswa Program Studi Magister Farmasi Fakultas Farmasi. 3. Dekan Sekolah Farmasi Institut Teknologi Bandung, Bapak Prof. Dr.
Daryono Hadi Tjahjono, M.Sc. dan Bapak Prof. Dr. Slamet Ibrahim Surantaatmadja (KK Farmakokimia-Fakultas Farmasi ITB) atas kesediaannya memberikan izin penggunaan fasilitas laboratorium Farmakokimia ITB selama penelitian demi menyelesaikan tesis ini.
Universitas Sumatera Utara
4. Ibu Sofa Fajriani atas bantuannya dalam pengukuran spektrum RMI di LIPI
Serpong. 5. Orangtua, keluarga tercinta, Bapak Fauzan Zein, Ibu Asmiyenti Djaliasrin,
dan teman-teman seperjuangan di Pascasarjana Sekolah Farmasi ITB dan USU yang telah bersedia membantu, memberikan doa dan dukungan moral selama penulis menyelesaikan tesis ini. 6. Staf dan karyawan Sekolah Farmasi ITB dan USU yang telah banyak
membantu selama penulis menyelesaikan tesis ini. Serta buat semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah banyak membantu dalam penelitian tesis ini. Kiranya Allah SWT memberikan balasan yang berlipat ganda atas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan kepada penulis. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Semoga tesis ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya bidang farmasi.
Medan, September 2011 Penulis, Henny Sri Wahyuni
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman JUDUL ......................................................................................................... i HALAMAN JUDUL .................................................................................... ii PERSETUJUAN TESIS ............................................................................... iii PENGESAHAN TESIS ............................................................................... iv ABSTRAK ................................................................................................... v ABSTRACT ................................................................................................. vi KATA PENGANTAR .................................................................................. vii DAFTAR ISI ................................................................................................ ix DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ............................................... xii DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiii DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1 1.2 Kerangka Pikir Penelitian ................................................................ 4 1.3 Perumusan masalah .......................................................................... 4 1.4 Hipotesis ........................................................................................... 5 1.5 Tujuan Penelitian ............................................................................. 5 1.6 Manfaat Penelitian ........................................................................... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 6 2.1 Porfirin ............................................................................................. 6
Universitas Sumatera Utara
2.1.1 Sintesis Porfirin ...................................................................... 7 2.1.2 Aksi Fotodinamik ................................................................... 8 2.2 Modifikasi Molekul .......................................................................... 9 2.3 Radiofarmasi ..................................................................................... 10 2.4 Kromatografi .................................................................................... 11 2.4.1 Kromatografi Lapis Tipis ........................................................ 11 2.4.2 Kromatografi Kolom................................................................ 12 2.4.3 Kromatografi Pertukaran Ion ................................................... 13 2.5 Spektrofotometri Ultra Violet dan Tampak ..................................... 13 2.6 Spektrofotometri Infra Merah ........................................................... 15 2.7 Spektrometri Resonansi Magnet Inti (RMI) ..................................... 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 19 3.1 Desain Penelitian .............................................................................. 19 3.2 Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 19 3.3 Alat-alat............................................................................................. 19 3.4 Bahan-bahan...................................................................................... 20 3.5 Pelaksanaan Penelitian ..................................................................... 20 3.5.1 Sintesis Senyawa Benzaldehid Karboksilat ............................ 20 3.5.2 Analisis Hasil Sintesis Senyawa Benzaldehid Karboksilat ..... 21 3.5.2.1 Identifikasi dan Uji Kemurnian Zat Hasil Sintesis Senyawa Benzaldehid Karboksilat ................. 21 3.5.2.2 Karakterisasi Zat Hasil Sintesis Senyawa Benzaldehid Karboksilat ............................................. 21 3.5.2.2.1 Analisis Spektrum Infra Merah.................... 21
Universitas Sumatera Utara
3.5.2.2.2 Analisis Spektrum 1H-RMI dan 13C-RMI ....
22
3.5.3 Sintesis Senyawa Porfirin .......................................................
22
3.5.4 Analisis Hasil Sintesis Senyawa Porfirin ................................
22
3.5.4.1 Pemisahan Zat Hasil Sintesis Senyawa Porfirin ..........
22
3.5.4.2 Pemisahan Pita 4 Hasil Kromatografi Kolom..............
23
3.5.4.3 Pemurnian Pita-Pita Hasil Kromatografi Kolom .........
23
3.5.4.3.1 Pemurnian Pita 4 dengan Kromatografi Kolom Resin Ion Exchange
.......................
23
3.5.4.3.2 Rekristalisasi Pita 1 dan Pita 4 .......................
23
3.5.4.4 Identifikasi dan Uji Kemurnian Pita-Pita Hasil Kromatografi Kolom......................................................
24
3.5.4.4.1 Identifikasi dan Uji Kemurnian Pita 1 ............
24
3.5.4.4.2 Identifikasi dan Uji Kemurnian Pita 4 ............
24
3.5.4.4.3 Penentuan Titik Lebur.....................................
25
3.5.4.5 Karakterisasi Pita-Pita Hasil Kromatografi Kolom..........
25
3.5.4.5.1 Analisis Spektrum Serapan UV-Vis .................
25
3.5.4.5.2 Analisis Spektrum Infra Merah.........................
25
3.5.4.5.3 Analisis Spektrum 1H-RMI............ ...................
25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................
26
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ............................................................
53
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................
54
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
Singkatan
Nama
Pemakaian pertama kali pada halaman
RMI
Resonansi Magnetik Inti
v
H 2 TPyP
5,10,15,20-tetrakis(piridil)porfirin
v
H 2 BPyCP
5,10-bis(piridil)-15,20-bis[(3-hidroksi-4-
v
karboksimetilenoksi)fenil]porfirin
v
UV
Ultraviolet
xi
Vis
Visible
xi
PDT
Photo Dynamic Therapy
1
DNA
Deoxyribonuclei acid
2
KLT
Kromatografi Lapis Tipis
4
Rf
Retardation factor
4
IR
Infra Red
4
KLTKT
Kromatografi Lapis Tipis Kinerja Tinggi
11
NMR
Nuclear Magnetic Resonance
20
2D
Dua dimensi
53
LAMBANG λ maks
Panjang gelombang maksimum
v
δ
Pergeseran kimia
v
ε
Absorptivitas molar
8
A
Absorbansi
15
l
Tebal larutan/tebal kuvet
15
c
Konsentrasi larutan
15
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Nilai Rf 3-hidroksi-4-karboksimetilenoksibenzaldehid Pada Berbagai Komposisi Pengembang .............................................
28
Tabel 4.2 Bilangan Gelombang dan Gugus Fungsi 3-hidroksi-4-karboksimetilenoksibenzaldehid............................
30
Tabel 4.3 Nilai Rf Senyawa Pita 1 Pada Berbagai Komposisi Pengembang ................................................................................
39
Tabel 4.4 Nilai Rf Senyawa Pita 4 Pada Berbagai Komposisi Pengembang ................................................................................
41
Tabel 4.5 Bilangan Gelombang Dan Gugus Fungsi Senyawa Porfirin Pita 1 ..............................................................................
45
Tabel 4.6 Bilangan Gelombang Dan Guus Fungsi Senyawa Porfirin Pita 4 ..............................................................................
46
Tabel 4.7 Interpretasi Pergeseran Kimia Dengan Struktur Yang Beresonansi Pada Senyawa Pita 1...............................................
48
Tabel 4.8 Interpretasi Pergeseran Kimia Dengan Struktur Yang Beresonansi Pada Senyawa Pita 4...............................................
50
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1.1 Struktur Kimia Senyawa Kationik Porfirin dengan meso-substituen ...........................................................
2
Gambar 1.2 Modifikasi Struktur Senyawa Kationik Porfirin dengan meso-substituen piridin dan karboksilat.....................................
3
Gambar 2.1 Cincin Tetrapirol Porfirin..........................................................
6
Gambar 2.2 Spektrum Sinar Tampak Senyawa Porfirin...............................
7
Gambar 2.3 Energi Transisi Elektronik ........................................................
14
Gambar 4.1 Skema Reaksi Sintesis 3-hidroksi-4-karboksimetilenoksibenzaldehid........................
27
Gambar 4.2 Kromatogram KLT Identifikasi Hasil Sintesis Senyawa Benzaldehid Karboksilat dengan Pendeteksi UV 254 nm .....
28
Gambar 4.3 Kromatogram KLT Uji Kemurnian Hasil Sintesis Senyawa Benzaldehid Karboksilat dengan Pendeteksi UV 254 nm ......
29
Gambar 4.4 Spektrum Infra Merah 3-hidroksi-4-karboksimetilenoksibenzaldehid.......................
30
Gambar 4.5 Spektrum 1H-RMI 3-hidroksi-4-karboksimetilenoksibenzaldehid dalam Pelarut D 2 O .................................................................
31
Gambar 4.6 Spektrum 13C-RMI 3-hidroksi-4-karboksimetilenoksibenzaldehid Dalam Pelarut D 2 O .................................................................
32
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7 Reaksi Sintesis Porfirin .............................................................
35
Gambar 4.8 Kromatogram KLT Pemisahan Pita 4 Dengan Fase Diam Silika gel F 254 dan Pengembang Etil Asetat-Metanol (1:2) ....
37
Gambar 4.9 Kromatogram KLT Identifikasi Pita 1 Dengan Pendeteksi UV 254 nm .............................................................................
38
Gambar 4.10 Kromatogram KLT Uji Kemurnian Senyawa Porfirin Pita 1 dengan Pendeteksi UV 254 nm...................................
39
Gambar 4.11 Kromatogram KLT Identifikasi Pita 4 dengan Pendeteksi UV 254 nm............................................................................
40
Gambar 4.12 Kromatogram KLT Uji Kemurnian Seyawa Porfirin Pita 4 dengan Pendeteksi UV 254 nm...................................
42
Gambar 4.13 Spektrum Serapan Sinar Tampak Senyawa Porfirin Pita 1.....
43
Gambar 4.14 Spektrum Serapan Sinar Tampak Senyawa Porfirin Pita 4.....
43
Gambar 4.15 Spektrum Infra Merah Senyawa Porfirin Pita 1 ......................
45
Gambar 4.16 Spektrum Infra Merah Senyawa Porfirin Pita 4 ......................
46
Gambar 4.17 Spektrum 1H-RMI Senyawa Porfirin Pita 1 ............................
47
Gambar 4.18 Spektrum 1H-RMI Senyawa Porfirin Pita 4 ............................
49
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran1. Perbandingan Spektrum Infra Merah Senyawa Pita1 (dengan keempat substituen piridin) dengan Bahan baku tetra metil piridil porfirin para toluensulfonat .......
57
Lampiran 2. Spektrum 1H-RMI bahan baku tetra metil piridil porfirin para toluensulfonat...........................
58
Universitas Sumatera Utara
