BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang dan Permasalahan
Flavon merupakan salah satu kelompok senyawa flavonoid dengan struktur dasar 2-fenil-1-benzopiran-4-on. Senyawa ini merupakan metabolit sekunder yang banyak ditemukan diantaranya pada buah-buahan, sayur-sayuran, minyak zaitun dan teh. Sintesis flavon dan turunannya banyak dilakukan karena kandungan flavon dalam tumbuhan sangat kecil dan dibutuhkan banyak tumbuhan untuk mendapatkan flavon dalam jumlah besar. Misalnya senyawa 5,7-dihidroksi-4-metoksi flavon dan 5,7,3'-trihidroksi-4'-metoksi flavon hasil isolasi dari daun
Premna odorata diperoleh dengan rendemen 0,001% dan 0,01% (Pinzon et al.,
2011). Senyawa pentahidroksi flavon diisolasi dari biji Mimusops elengi Linn memberikan rendemen 0,015% (Hazra et al., 2007), dan 5,7,3',4'-tetrahidroksi-3-rutinosil flavon dari Bauhinia monandra hanya menghasilkan rendemen 0,03% (Aderogba et al., 2006). Oleh karena itu sintesis merupakan alternatif yang terbaik untuk mendapatkan flavon dalam jumlah besar.
Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa flavon mempunyai aktivitas farmakologi yang luas, seperti antioksidan (Belsare et al., 2010), antikanker (Nijveldt et al., 2001), antiinflamasi (Theja et al., 2011), antimikroba (Venkatesan dan Maruthavanan, 2011), antivirus, antiproliferatif, dan antikardiovaskular (Middlelton et al., 2000), antibakteri dan antijamur (Murthy et al., 2010 dan Mostahar et al., 2007). Pada penelitian ini akan dipelajari aktivitas antioksidan dan antibakteri senyawa turunan flavon. Pengembangan strategi sintesis flavon menjadi sangat penting dilakukan guna pengembangan desain sintesis yang ramah lingkungan dan potensinya sebagai antioksidan dan antibakteri.
Antioksidan adalah senyawa yang dapat melindungi sel dari kerusakan yang disebabkan oleh radikal bebas. Ketidakseimbangan antara antioksidan dan radikal bebas menyebabkan kerusakan sel. Keberadaan radikal bebas ini di dalam tubuh dapat menyebabkan penyakit, antara lain kanker, penuaan, aterosklerosis, dan penyakit neurodegeneratif (parkinson dan alzheimer) serta gangguan
pendengaran (Warner et al., 2004).
Flavon telah terbukti dalam banyak penelitian berpotensi sebagai antioksidan. Beberapa flavon hasil sintesis yang dilaporkan sebagai antioksidan diantaranya adalah 3,5,7,3',4',5'-heksahidroksi flavon, 3,5,7,3',4'-pentahidroksi flavon, 3,5,7,4'-tetrahidroksi flavon, 3,5,7-trihidroksi flavon, Senyawa 3,3',4'-trihidroksi flavon dan 3,2',6'-3,3',4'-trihidroksi flavon (Furusawa et al., 2005).
Furusawa et al. (2005) menyatakan bahwa adanya hubungan struktur dengan aktivitas antioksidan dari senyawa hidroksiflavon. Jumlah gugus hidroksi sangat menentukan aktivitas antioksidan. Senyawa dengan jumlah gugus hidroksi lebih banyak biasanya mempunyai aktivitas antioksidan lebih kuat. Senyawa 3,5,7,3',4',5'-heksahidroksi flavon (IC50=1,6 μg/mL) mempunyai aktivitas antioksidan lebih kuat dibandingkan 3,5,7,3',4'-pentahidroksi flavon (IC50=2,2 μg/mL) dan 3,5,7,2',4'-pentahidroksi flavon (IC50=6,9 μg/mL). Aktivitas antioksidan senyawa 3,5,7,4'-tetrahidroksi flavon (IC50=7,1 μg/mL) lebih kuat dari pada 3,5,7-trihidroksi flavon (IC50=11,00 μg/mL) (Furusawa et al., 2005).
Posisi gugus hidroksi juga sangat mempengaruhi aktivitas antioksidan. Senyawa dengan jumlah gugus hidroksi yang sama, tetapi posisinya berbeda akan memiliki aktivitas antioksidan yang berbeda. Misalnya senyawa 3,5,7,3',4'-pentahidroksi flavon (IC50=2,2 μg/mL) memiliki aktivitas antioksidan lebih kuat dari pada 3,5,7,2',4'-pentahidroksi flavon (IC50=6,9 μg/mL). Senyawa 3,3',4'-trihidroksi flavon (IC50=2,1 μg/mL) memiliki aktivitas antioksidan lebih kuat dari pada 3,2',6'-trihidroksi flavon (IC50=9,50 μg/mL) dan 3,5,7-trihidroksi flavon (IC50=11,00 μg/mL). Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa gugus hidroksi pada C-3' dan C-4' pada flavon mengakibatkan aktivitas antioksidan yang kuat (Furusawa et al., 2005).
Dalam beberapa penelitian dinyatakan bahwa flavon telah terbukti berpotensi sebagai antibakteri. Antibakteri merupakan zat yang dapat menghambat pertumbuhan atau mematikan bakteri. Pengendalian bakteri ini sangat esensial dan penting dilakukan terutama di dalam industri pangan, obat-obatan dan kosmetika. Pengendalian ini bertujuan untuk mencegah penyebaran penyakit dan infeksi, membasmi bakteri pada inang yang terinfeksi, dan
mencegah pembusukan dan perusakan bahan oleh bakteri.
Permasalahan yang kemudian muncul dalam pengendalian bakteri adalah terjadinya resistensi bakteri terhadap antibiotik yang digunakan. Resistensi ini dapat terjadi karena beberapa hal, antara lain perubahan reseptor site pada bakteri yang menyebabkan pengikatan obat ke sasaran berkurang atau hilang, adanya mikroorganisme yang menghasilkan enzim yang dapat merusak aktivitas obat, adanya perubahan permeabilitas dari mikroorganisme, terjadi mutasi dan transfer genetik (Elliott et al., 2009). Dari 2 juta penduduk yang mengalami infeksi bakteri di rumah sakit USA setiap tahun, 70% kasus melibatkan strain yang resisten. Di Inggris muncul masalah MRSA (Methicillin Resistant Staphylococcus aureus). Modifikasi struktur obat antibakteri yang resisten terus dikembangkan untuk mengatasi masalah ini. Salah satu strategi untuk pengembangan antibakteri adalah menemukan senyawa baru yang berpotensi sebagai antibakteri, yaitu senyawa flavon. Flavon yang telah dilaporkan berpotensi sebagai antibakteri diantaranya 5,5'-dihidroksi-8,2',4'-trimetoksi flavon, 5-hidroksi-7,4'-dimetoksi flavon dan 5,7,4-trihidroksi-3',5'-dimetoksi flavon (Cushnie and Lamb, 2005).
Pada penelitian ini akan dirancang sintesis turunan senyawa 2'-hidroksi khalkon dan senyawa flavon dari bahan baku vanilin, target senyawa sintesis disajikan pada Gambar I.1. Vanilin (4-hidroksi-3-metoksibenzaldehida) merupakan komponen utama tanaman vanili. Tanaman vanili merupakan salah satu sumber daya alam Indonesia yang banyak tersedia dan sangat berpotensi dikembangkan sebagai sumber bahan kimia. Penggunaan vanilin sebagai bahan baku dalam sintesis flavon sangat dimungkinkan karena vanilin dapat dijadikan sebagai bahan dasar untuk pembuatan senyawa turunan khalkon, suatu senyawa intermediet dalam sintesis flavon. Oleh karena itu pengembangan strategi sintesis turunan khalkon melalui dari bahan dasar vanilin menjadi sangat penting dilakukan.
Vanilin dikonversi menjadi veratraldehida (3,4-dimetoksi benzaldehida) sebagai bahan dasar pada kondensasi Claisen-Schmidt untuk membentuk turunan 2'-hidroksi khalkon. Variasi senyawa hidroksi asetofenon yang dikondensasikan dengan veratraldehida untuk menghasilkan bermacam-macam senyawa hidroksi
khalkon. Dalam penelitian ini turunan 2'-hidroksi khalkon akan disintesis dengan 2 cara, konvensional (memakai pelarut) dan tanpa pelarut menggunakan teknik
grinding. Teknik grinding merupakan pendekatan sintesis hijau karena proses
sintesis tanpa pelarut organik. Reaksi terjadi melalui panas lokal yang dihasilkan dari gesekan kristal reagen oleh lumpang dan alu. Teknik ini sederhana, mengurangi polusi dan cara kerjanya lebih mudah, sehingga lebih ekonomis dan ramah lingkungan. Cara ini telah berhasil mensintesis beberapa khalkon baru dari 2-asetil-1-naftol dan benzaldehida tersubstitusi dengan hasil yang tinggi (84-95%) dan dalam waktu reaksi yang singkat (4-8 menit) (Zangade et al., 2011). Pengembangan strategi sintesis turunan khalkon melalui pendekatan green
synthesis dalam penelitin ini menjadi sangat penting dilakukan.
Siklisasi terhadap turunan 2'-hidroksi khalkon hasil sintesis akan dilakukan menggunakan katalis I2 dalam DMSO untuk membentuk 4 turunan flavon. Kemudian dilakukan demetilasi terhadap flavon hasil sintesis untuk mendapatkan senyawa hidroksiflavon. Penentuan aktivitas antioksidan dan antibakteri akan dilakukan terhadap khalkon dan flavon hasil sintesis, diharapkan akan memberikan gambaran karakteristik struktur khalkon dan flavon yang memberikan aktivitas antioksidan dan antibakteri terbaik.
Gambar 1.1 Target senyawa sintesis
I.2 Perumusan Masalah
Permasalahan umum yang timbul dalam penelitian ini adalah bagaimana senyawa-senyawa turunan flavon dapat disintesis dari bahan dasar vanilin melalui
O OCH3 OCH3 R1 O R3 R2 Khalkon Khalkon 1 ; R1=R2=R3=H Khalkon 2 ; R1=OH, R2=R3=H Khalkon 3 ; R1=R3=H, R2=OH Khalkon 4 ; R1=R2=H, R3=OH Flavon Flavon 1 ; R1=R2=R3=H Flavon 2 ; R1=OH, R2=R3=H Flavon 3 ; R1=R3=H, R2=OH Flavon 4 ; R1=R2=H, R3=OH O OCH3 OCH3 R1 R3 OH R2 Hidroksi flavon Flavon 5 ; R1=R2=R3=H Flavon 6 ; R1=OH, R2=R3=H Flavon 7 ; R1=R3=H, R2=OH Flavon 8 ; R1=R2=H, R3=OH O OH OH R1 O R3 R2
pembentukan senyawa khalkon dan bagaimana kemampuan masing-masing senyawa flavon sebagai antioksidan dan antibakteri. Berdasarkan atas uraian tersebut, maka rumusan masalah khusus dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Apakah senyawa khalkon dapat disintesis dari vanilin melalui pembentukan veratraldehida ?
2. Bagaimana mensintesis senyawa khalkon melalui kondensasi Claisen-Schmidt tanpa menggunakan pelarut menggunakan teknik grinding ?
3. Bagaimana perbedaan antara sintesis senyawa hidroksi khalkon melalui kondensasi Claisen-Schmidt menggunakan pelarut dan tanpa pelarut menggunakan teknik grinding ?
4. Bagaimana mensintesis turunan metoksi flavon dari turunan 2'-hidroksi khalkon ?
5. Bagaimana mensintesis senyawa hidroksi flavon melalui demetilasi senyawa metoksi flavon ?
6. Apakah senyawa khalkon dan flavon hasil sintesis memiliki aktivitas antioksidan dan antibakteri ?
I.3 Keaslian dan Kedalaman Penelitian
Berdasarkan bahan dasarnya, sintesis senyawa flavon dari bahan dasar vanilin belum banyak dilakukan. Penelitian ini merupakan terobosan yang strategis apabila dari bahan baku lokal yang tersedia melimpah di Indonesia dapat disintesis senyawa flavon. Vanilin terlebih dahulu dikonversi menjadi veratraldehida. Konversi vanilin menjadi veratraldehida telah dipublikasikan oleh Wahyuningsih (2012), akan tetapi penggunaan veratraldehida sebagai bahan dasar dalam sintesis senyawa hidroksi khalkon, suatu senyawa antara dalam pembentukan flavon belum banyak dipublikasikan. Sejauh penelusuran penulis, 3 senyawa flavon target sintesis dalam penelitian ini merupakan senyawa-senyawa baru dan belum pernah dilaporkan oleh peneliti sebelumnya.
Salah satu prinsip kimia hijau adalah menghilangkan pelarut dalam proses sintesis. Penggunaan pelarut dalam reaksi kondensasi pada sintesis turunan
khalkon berbahaya bagi kesehatan dan tidak ramah lingkungan. Sintesis tanpa pelarut dapat dilakukan dengan teknik grinding, dimana reaktan akan digerus menggunakan suatu alu dan lumpang. Modifikasi sintesis khalkon dengan teknik
grinding pernah dilakukan untuk sintesis senyawa khalkon dari 2-asetil-1-naphtol
dan benzaldehida (Zangade et al., 2011). Sintesis dengan teknik ini berjalan tanpa pelarut, waktu reaksi singkat (4-8 menit) dan rendemen yang tinggi (84-95%). Teknik grinding juga pernah digunakan untuk sintesis khalkon dari sikloheksanon dan benzaldehida, memberikan rendemen 96-98% (Rahman et al., 2012). Namun, teknik grinding belum pernah digunakan untuk sintesis senyawa turunan 2'-hidroksi khalkon dari veratraldehida dan turunan 2'-hidroksi asetofenon.
Siklisasi senyawa 2'-hidroksi khalkon dapat dilakukan menggunakan katalis asam lewis. Sashidhara et al. (2012) telah mengevaluasi penggunaan beberapa katalis asam Lewis (BF3.OEt2, SnCl2, Bi(NO2)3, AlCl3, SnCl4, HgCl2, dan iodin) untuk siklisasi 2-hidroksi khalkon. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa iodin memberikan hasil terbaik (rendemen 74%) dengan waktu reaksi terpendek (1,5 jam). Katalis lainnya memberikan rendemen 5-54% dengan waktu reaksi 2-3 jam. Molekul iodin (I2) merupakan katalis yang tidak toksik dan tidak mahal serta berperan pada reaksi siklisasi. Penggunaan iodin dalam DMSO pada siklodehidrogenasi 2'-hidroksi khalkon memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan penggunaan DDQ (2,3-dikloro-5,6-disiano-p-benzoquion) dalam dioksan (Mphahlele, 2009). Aplikasi I2-DMSO pada sintesis flavon ini juga telah bekerja baik untuk sintesis 2'-hidroksi flavon (Doshi et al., 1986), 2',4',6'-trioksigenasi flavon (Alam dan Mostahar, 2005), dan sintesis 2'-oksigenasi flavon (Mostahar et al., 2006). Kebaruan penelitian ini terletak pada penggunaan katalis I2-DMSO untuk siklisasi turunan hidroksi-3,4-dimetoksi khalkon membentuk senyawa turunan flavon baru.
Penggunaan khalkon dan flavon sebagai antioksidan dan antibakteri telah banyak dilaporkan. Kemampuan senyawa tersebut untuk melindungi sel melawan efek kerusakan spesi oksigen reaktif dan menstabilkan radikal reaktif dengan cara bereaksi dengan radikal, sehingga radikal menjadi tidak aktif. (Narayana et al., 2001). Flavon juga memiliki kemampuan menghambat pertumbuhan atau
mematikan bakteri. Kebaruan penelitian ini adalah menentukan potensi senyawa khalkon dan flavon hasil sintesis sebagai antioksidan dan antibakteri.
I.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan perumusan masalah di atas, maka tujuan utama penelitian ini adalah melakukan sintesis senyawa flavon dari bahan dasar vanilin dan menentukan aktivitas antioksidan dan antibakteri dari senyawa flavon hasil sintesis. Tujuan penelitian ini secara terperinci adalah :
1. Mensintesis senyawa turunan 2'-hidroksi khalkon dari bahan dasar vanilin melalui pembentukan veratraldehida.
2. Membandingkan sintesis turunan 2'-hidroksi khalkon melalui kondensasi Claisen-Schmidt memakai pelarut dan tanpa pelarut dengan teknik grinding. 3. Mensintesis turunan metoksi flavon dari senyawa 2'-hidroksi khalkon.
4. Mensintesis turunan hidroksi flavon melalui proses demetilasi senyawa metoksi flavon.
5. Menguji aktivitas antioksidan dan antibakteri senyawa khalkon dan flavon hasil sintesis.
I.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat bagi ilmu pengetahuan, masyarakat dan pemerintah. Pengembangan metode sintesis senyawa flavon baru dan turunannya akan memberikan konstribusi pada ilmu pengetahuan khususnya pada sintesis senyawa organik dan dapat dijadikan sebagai landasan ilmiah pengembangan flavon sebagai antioksidan dan antibakteri serta aplikasinya di bidang kedokteran.
Indonesia pernah menjadi produsen vanili terbesar di dunia tahun 2007, namun harga yang tidak pasti dan kualitas vanili yang tidak seragam membuat posisi itu kini tergeser. Budidaya vanili memang sulit, karena tanaman yang sensitif ini butuh penanganan ekstra dan campur tangan manusia. Pemanfaatan vanilin sebagai bahan dasar sintesis flavon akan meningkatkan nilai ekonomi ekstrak vanili. Kebutuhan akan tanaman vanili akan semakin besar dan akhirnya akan meningkatkan pendapatan masyarakat, khususnya petani vanili.
antibakteri akan membantu pemerintah dalam hal mengurangi impor bahan dasar farmasi yang harganya relatif mahal sebagai upaya untuk mewujudkan kemandirian bangsa dalam penyediaan suplemen antioksidan dan obat antibakteri yang terjangkau oleh seluruh lapisan masyarakat.
