Pengembangan Pembelajaran Inkuiri Terbimbing di SMA/MA melalui
Penyusunan Modul Praktikum Isolasi dan Identifikasi Senyawa dalam
Daun Tanaman Mint (Mentha cordifolia opiz)
Kurniati* dan Deana WahyuningrumDiterima 8 Juni 2011, direvisi 9 Juli 2011, diterbitka 23 September 2011 Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang pengembangan pembelajaran inkuiri terbimbing melalui penyusunan modul praktikum dengan topik isolasi dan identifikasi minyak atsiri dari daun tanaman mint (Mentha cordifolia opiz). Dalam penyusunan modul praktikum dilakukan penentuan alat dan bahan kimia alternatif untuk pelaksanaan praktikum tersebut di laboratorium SMA/MA. Untuk alat isolasi minyak atsiri dari daun mint telah dimodifikasi alat distilasi uap sederhana. Hasil distilasi uap dari daun tanaman mint diperoleh distilat berupa minyak berwarna kekuningan, bau menyengat dengan rendemen 0,07%. Minyak atsiri mint hasil isolasi diidentifikasi dan dikarakterisasi menggunakan KLT, GC-MS, GC-FID, spektrofotometer UV, IR dan NMR dan berdasarkan hasil analisis data diperoleh komponen utama dari minyak atsiri mint adalah piperitenon oksida (m/z=166; persentase komposisi 74,66%), karvon (m/z=150; persentase komposisi 9,34%) dan germakren D (m/z=204; persentase komposisi 5,43%). Dalam penelitian ini dihasilkan modul praktikum tentang isolasi dan identifikasi minyak atsiri mint dari daun tanaman mint (Mentha sp) yang mempertimbangkan berbagai alat dan bahan kimia alternatif yang relatif mudah diperoleh, yaitu: penggunaan kertas saring sebagai pengganti pelat KLT aluminium berlapis silika gel; pipet tetes sebagai pengganti pipa kapiler untuk menotolkan sampel pada pelat/kertas untuk KLT; botol kaca bekas yang dipotong untuk wadah larutan pengembang (developing chamber); pelarut kloroform dan metanol sebagai pengganti etil asetat dan n-heksana sebagai fasa gerak pada KLT; dan penggunaan vanilin komersial menggantikan vanilin p.a. sebagai penampak noda hasil KLT dengan mengubah komposisi larutannya. Kata kunci: Inkuiri terbimbing, modul praktikum, distilasi uap, alat dan bahan kimia alternatif, Mentha cordifolia opiz
Pendahuluan
Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki letak geografis tepat di bawah garis khatulistiwa, oleh karena itu memiliki banyak sekali sumber daya alam. Sumber daya alam jenis tumbuhan tinggi yang terdapat di Indonesia beraneka ragam lebih kurang 30.000 spesies, yang merupakan negara kedua terbesar di dunia setelah Brazilia. Data terakhir menunjukkan baru 0,4% dari tumbuhan tersebut yang sudah diteliti dan dikembangkan [1]. Pendidikan merupakan salah satu media strategis yang dapat digunakan untuk mempercepat transfer ilmu untuk menghasilkan sumber daya manusia
yang terampil dalam menggali dan
menggembangkan sumber daya alam yang ada di sekitarnya. Pemanfaatan sumber daya alam sebagai bahan ajar dalam materi pembelajaran dengan pendekatan life skill banyak disarankan dalam proses pembelajaran; tujuannya adalah agar dapat meningkatkan ketertarikan peserta
didik untuk belajar sehingga proses
pembelajaran menjadi lebih bermakna.
Pemanfaatan sumber daya alam sebagai bahan ajar dalam materi pembelajaran ini memiliki keterkaitan yang erat dan bersesuaian dengan Standar Nasional Pendidikan [2].
Ilmu kimia tumbuh dan berkembang
berdasarkan hasil-hasil eksperimen dengan demikian dapat dikatakan sebagai ilmu yang bersifat eksperimental. Metode eksperimen
dapat dilakukan dalam berbagai materi
pembelajaran terutama laboratorium kimia, dimana siswa dapat bekerja secara optimal dan mereka dapat menggunakan beberapa teknik laboratorium. Siswa dapat mengembangkan
kemampuannya dalam menggunakan ilmu
pengetahuan teoritis di laboratorium, sehingga mereka dapat mengintegralisasikan dari subjek teoritik dan pekerjan praktek [3]. Salah satu tujuan laboratorium adalah memberi kesempatan pada siswa untuk melakukan percobaan sebagai upaya untuk mendapatkan pengalaman lansung tentang konsep-konsep yang dipelajarinya.
Pelaksanaan praktikum di laboratorium
membutuhkan alat dan bahan yang relatif beragam dan rumit. Fakta di lapangan menunjukkan bahwa terdapat keterbatasan sarana dan prasarana laboratorium untuk praktikum di SMA/MA yang ada di Indonesia, khususnya di daerah-daerah yang bukan merupakan kota besar ataupun ibukota provinsi. Kendala inilah yang menyebabkan pelaksanaan praktikum sulit untuk dilakukan di SMA/MA. Oleh karena itu, agar tujuan dari pelaksanaan
praktikum dapat tercapai menuju sasaran yang diharapkan, maka penyediaan sarana dan prasarana yang memadai untuk praktikum merupakan hal yang penting. Untuk itu maka dilakukan penelitian untuk menentukan alat dan bahan praktikum alternatif untuk mengisolasi dan mengidentifikasi senyawa dalam tanaman mint (Mentha sp).
Metode Yang Digunakan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanaman mint (Mentha cordifolia opiz) yang diperoleh dari perkebunan desa Cijengkol,
Kabupaten Bandung. Bahan lain yang
digunakan adalah air suling, etil asetat, n-heksana, kloroform, metanol, kertas saring, etanol 95%, asam sulfat 2M, vanilin p.a dan vanilin komersial, kalium karbonat, kalium permanganat dan NaOH 5%.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat alat distilasi uap, seperangkat alat gelas, neraca, pelat aluminium berlapis silika gel untuk KLT (kromatografi lapis tipis), pipet tetes, wadah pengembang larutan pada KLT (developing chamber), lampu UV dengan panjang gelombang 254 nm untuk melihat penyebaran noda pada hasil KLT. GC-FID Hinotek 7900 untuk mengetahui komponen
senyawa dalam tanaman mint, GC-MS
Shimadzu QP 5050 A untuk mengetahui masa molekul senyawa, spektrometer Varian Cary UV-VIS, spektrofotometer IR Buck-IR M500 dan spektrofotometer JEOL AS 500 yang bekerja pada 500 MHz proton NMR untuk karakterisasi senyawa.
Modifikasi alat distilasi uap dilakukan
beberapa tahap, yaitu:
1. Isolasi minyak atsiri dari daun tanaman mint
menggunakan alat distilasi sederhana
dengan kapasitas wadah sampel sebanyak 50 g sampel daun mint.
2. Alat distilasi uap dimodifikasi dengan membuat wadah sampel lebih besar dengan kapasitas sampel 150 g dan pada rangkaian alat distilasi dilengkapi dengan alat pemisah distilat.
3. Alat distilasi uap dimodifikasi lagi dengan membuat wadah sampel lebih besar yaitu menggunakan dandang (penanak nasi) dengan kapasitas 2 kg sampel kering dan modifikasi rangkaian alat distilasi dimana wadah sampel dengan kondensor dibuat tidak terlalu jauh dan juga dilengkapi dengan alat pemisah distilat.
4. Modifikasi alat distilasi uap selanjutnya dengan membuat rangkaian alat pemisah sedemikian rupa sehingga minyak atsiri mint dapat diperoleh.
Identifikasi komponen senyawa dalam
minyak atsiri mint menggunakan kromatografi lapis tipis, GC-MS dan GC-FID. KLT menggunakan pelat aluminium berlapis silika gel sebagai fasa diam dan campuran pelarut etil
asetat:n-heksana dengan beberapa
perbandingan. Karakterisasi senyawa dari
minyak atsiri mint menggunakan
spektrofotometer UV, IR dan proton NMR. Alat dan bahan kimia alternatif yang
digunakan untuk praktikum isolasi dan
identifikasi minyak atsiri mint dari daun mint dilakukan melalui tahap-tahap sebagai berikut: 1. Mengidentifikasi alat dan bahan kimia yang
ada di laboratorium SMA/MA terhadap 24 orang guru kimia SMA/MA di berbagai daerah di Indonesia.
2. Mencari kemungkinan alat dan bahan
alternatif yang mudah ditemukan di
laboratorium SMA/MA untuk pengganti alat dan bahan kimia yang tidak ada di laboratorium SMA/MA.
3. Melakukan uji coba alat dan bahan kimia alternatif untuk isolasi dan identifikasi minyak atsiri mint dari daun mint.
Tahapan yang dilakukan dalam pembuatan modul praktikum isolasi dan identifikasi minyak atsiri mint adalah sebagai berikut:
1. Penyusunan draft modul praktikum
berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan.
2. Uji coba modul praktikum terhadap 3 orang siswa dan 3 orang guru kimia SMA/MA. 3. Penyempurnaan modul praktikum isolasi
dan identifikasi minyak atsiri mint dari daun mint (Mentha Sp) berdasarkan hasil evaluasi uji coba modul praktikum.
Hasil dan diskusi
Pengembangan metode pembelajaran
melalui praktikum dengan topik isolasi dan identifikasi minyak atsiri dari daun tanaman mint (Mentha cordifolia opiz) dilakukan melalui tahapan studi pendahuluan untuk meneliti metode isolasi dan identfikasi yang sesuai sehingga dapat diaplikasikan dalam bentuk praktikum tingkat SMA/MA. Selanjutnya dari hasil penelitian studi pendahuluan ini kemudian
disusun modul praktikum dengan
mempertimbangkan beberapa aspek yang
menunjang terlaksanya praktikum di
laboratorium tingkat SMA/MA. Tahap pertama
dari studi pendahuluan tersebut adalah
melakukan isolasi dan identifikasi senyawa-senyawa yang terkandung dalam minyak atsiri
dari daun tanaman mint (Mentha cordifolia opiz). Tahap ini penting untuk penentuan dan pemilihan metode isolasi dan identifikasi serta penggunaan alat dan bahan kimia yang sesuai untuk praktikum tingkat SMA/MA. Untuk mengisolasi minyak atsiri mint dari daun tanaman mint dilakukan dengan penyulingan uap (distilasi uap). Alat distilasi uap yang biasa digunakan di laboratorium tidak memadai untuk digunakan karena memiliki wadah sampel yang sangat kecil, oleh karena itu dilakukan modifikasi alat distilasi uap sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan minyak atsiri mint. Tahapan modifikasi alat distilasi uap dapat dilihat pada Gambar 1.
Alat distilasi uap
Alat distilasi uap modifikasi 2 Alat distilasi uap
modifikasi 3
Alat distilasi uap Modifikasi 1
Gambar 1. Tahapan modifikasi rangkaian alat distilasi uap untuk isolasi minyak atsiri dari daun mint (Mentha cordifolia opiz)
Minyak atsiri mint diidentifikasi
menggunakan kromatografi lapisan tipis (KLT) dengan pelat aluminium berlapis silika gel sebagai fasa diam dan campuran pelarut etil
asetat : n-heksana dengan beberapa
perbandingan. Hasil kromatografi divisualisasi menggunakan lampu UV dan larutan vanilin sebagai penampak noda. Hasil visualisasi dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Penampakan noda di bawah lampu UV dan setelah dicelupkan pada larutan vanilin dengan eluen n-heksana:etil asetat pada beberapa perbandingan komposisi
Berdasarkan hasil visualisasi menggunakan lampu UV dan penampakan noda oleh larutan vanilin terhadap pelat KLT diperoleh bahwa eluen yang paling sesuai digunakan untuk pemisahan komponen senyawa dalam isolat minyak atsiri adalah campuran pelarut etil asetat dan n-heksana 1:9. Identifikasi menggunakan GC-MS diperoleh data komposisi beberapa senyawa yang terkandung dalam minyak atsiri mint. Senyawa komponen utama dalam minyak atsiri mint adalah piperitenon oksida (waktu retensi (Rt) 9,360 menit dengan m/z=166 dan
persentase komposisi 74,66%); karvon (Rt 6,878
menit dengan m/z=150 dan persentase
komposisi 9,34%); serta germakren D (Rt 10,301
menit dengan m/z=204 dan persentase
komposisi 5,43%). Identifikasi menggunakan GC-FID terhadap minyak atsiri mint hasil pemisahan dengan KLT preparatif diperoleh 3 senyawa dengan waktu retensi (Rt) masing-masing pada 7,082 menit, 8,664 menit dan 9,076 menit, dengan persentase komposisi secara berturut-turut adalah 12%, 6,4% dan 81,4%. Berdasarkan perbandingan antara waktu retensi tiap puncak yang dihasilkan dari kromatogram menggunakan GC-MS dengan kromatogram
hasil pengukuran GC-FID, maka dapat
disimpulkan bahwa komponen utama dari minyak mint hasil pemisahan adalah piperitenon oksida dan karvon dengan persentase komposisi piperitenon oksida yang lebih dominan hingga 81,40%.
Karakterisasi senyawa dalam minyak atsiri mint menggunakan spektrofotometer ultraviolet dalam pelarut metanol diperoleh panjang gelombang maksimum 259 nm. Berdasarkan literatur [4] diketahui bahwa panjang gelombang
maksimum pada daerah 200-400 nm
menyatakan adanya sistem ikatan rangkap (phi)
terkonjugasi. Dengan demikian dapat
disimpulkan bahwa minyak atsiri hasil isolasi dari daun tanaman mint (Mentha cordifolia opiz) memiliki senyawa yang mempunyai ikatan rangkap terkonjugasi.
Karakterisasi senyawa hasil isolasi tanaman mint menggunakan spektrofotometri inframerah menunjukkan adanya serapan-serapan gugus fungsi senyawa dalam minyak mint pada bilangan gelombang 1675,1 cm-1 , 1602,2 cm-1
1643,8 cm-1 yang menunjukan ikatan rangkap
terkonjugasi, serta pada bilangan gelombang 1227 cm-1, 838,4 cm-1 dan 765,5 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus epoksida.
Analisis senyawa hasil isolasi dari daun
tanaman mint setelah proses pemisahan
selanjutnya dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer proton NMR. Pada spektrum proton NMR memperlihatkan adanya sinyal-sinyal gugus alkil yang khas untuk kelompok
senyawa terpen ataupun terpenoid pada geseran kimia sebagai berikut: δ 1,447 ppm (s, 2,951), δ 1,8186 ppm (s, 3); δ 2,07 ppm (m,
2,871) yang menunjukkan proton metil (-CH3-); δ
2,42 ppm (m, 2,021) yang menunjukkan proton metilen (-CH2-); serta δ 3,158 ppm (s, 0,988)
yang menunjukkan proton metilen yang
berikatan dengan gugus penarik elektron yaitu gugus karbonil. Perbandingan antara data spektrum proton NMR minyak atsiri hasil isolasi dari daun mint setelah pemisahan dengan data geseran kimia senyawa piperitenon oksida hasil penelitian sebelumnya [8] ditampilkan pada Tabel 2. Kedua spektrum proton NMR menunjukkan adanya kemiripan dalam geseran
kimia untuk sinyal-sinyal yang khas.
Berdasarkan perbandingan kedua data spektrum proton NMR tersebut maka dapat disimpulkan bahwa komponen utama yang terkandung dalam minyak hasil isolasi dari daun mint adalah piperitenon oksida.
Gambar 3. Struktur senyawa piperitenon oksida
Tabel 2. Perbandingan antara data 1H NMR
piperitenon oksida [8] dengan data 1H NMR
minyak atsiri hasil isolasi dari daun tanaman mint
Nomor Atom C δH, ppm senyawa piperitenon oksida [8] δH, ppm (multiplisitas, integrasi) sampel 1 2 4/5 8 9 10 – 3,32 2,42 2,13 1,86 1,52 – 3,15 (s, 1) 2,42 (m, 4) 2,07 (s, 3) 1,82 (s, 3) 1,44 (s, 3)
Dalam penyusunan modul praktikum
berdasarkan hasil penelitian di atas, dilakukan penentuan alat dan bahan kimia alternatif yang lebih mudah diperoleh di laboratorium SMA/MA. Berdasarkan hasil penelitian ini diperoleh beberapa fakta sebagai berikut: untuk identifikasi senyawa dalam minyak atsiri mint diperlukan alat dan bahan kimia seperti pelat aluminium berlapis
silika gel, kapiler, wadah pengembang
(developing chamber), pelarut n-heksana dan etil asetat serta lampu UV untuk melihat penyebaran
noda. Untuk mengetahui distribusi keberadaan alat dan bahan kimia tersebut di laboratorium SMA/MA, maka dilakukan penelusuran informasi melalui kuesioner terhadap 24 orang guru kimia SMA/MA dari berbagai daerah di Indonesia. Berdasarkan hasil kuesioner diperoleh data bahwa alat dan bahan kimia yang tersedia di laboratorium SMA/MA untuk praktikum isolasi dan identifikasi senyawa dalam tanaman mint adalah sebagai berikut: 52% tidak memadai, 40% kurang memadai dan hanya 8% yang cukup memadai. Oleh karena itu, berdasarkan data tersebut dilakukan penentuan alat dan bahan kimia alternatif untuk pelaksanaan
praktikum tentang isolasi dan identifikasi
senyawa dalam tanaman mint. Hasilnya adalah bahwa kertas saring dapat digunakan sebagai alternatif pengganti aluminium berlapis silika gel sebagai fasa diam pada KLT. Untuk fasa geraknya dapat digunakan campuran pelarut kloroform dan metanol yang relatif mudah diperoleh di laboratorium SMA/MA sebagai pengganti campuran pelarut etil asetat dan n-heksana. Untuk alat penotol sampel pada pelat atu kertas KLT yang umumnya digunakan adalah pipa kapiler, akan tetapi alat ini jarang ditemukan di laboratorium SMA/MA, sehingga alat alternatif untuk penotol sampel adalah pipet tetes. Sebagai alternatif wadah larutan pengembang untuk KLT (developing chamber) yang tidak tersedia di laboratorium SMA/MA dapat digunakan botol bekas yang dipotong bagian atasnya dan ditutup dengan lempengan kaca atau tutup lainnya.
Alat untuk melihat adanya penyebaran noda
pada pelat atau kertas KLT biasanya
menggunakan lampu UV. Lampu ini juga tidak tersedia di laboratorium SMA/MA, sehingga sebagai alternatif digunakan larutan penampak noda. Larutan penampak noda yang disarankan adalah larutan vanilin. Larutan vanilin yang lazim digunakan sebagai penampak noda memiliki komposisi sebagai berikut: 3 g vanilin, 50 mL etanol 95% dan 15 mL asam sulfat 2M. Vanilin murni tidak ada di laboratorium SMA/MA, namun dapat diganti dengan vanilin komersial yang biasa digunakan sebagai perisa kue atau bumbu masak. Pembuatan larutan vanilin menggunakan vanilin komersial dapat dilakukan
dengan mengubah komposisinya menjadi
sebagai berikut 5 g vanilin, 15 mL etanol 95% dan 4,5 mL asam sulfat 2M.
Penyusunan modul praktikum tentang isolasi dan identifikasi minyak atsiri mint diawali dengan penyusunan draft modul praktikum berdasarkan
hasil penelitian yang telah dilakukan.
Selanjutnya draft modul praktikum diujicobakan terhadap 3 orang guru kimia SMA/MA dan 3 orang siswa SLTA. Berdasarkan hasil uji coba
draft modul praktikum tersebut dan mempertimbangkan masukan dari para relawan
praktikan tersebut, maka dlakukan
penyempurnaan modul praktikum isolasi dan identifikasi minyak atsiri mint. Berdasarkan hasil uji coba modul praktikum juga diperoleh masukan bahwa modul praktikum isolasi dan identifikasi minyak atsiri mint relatif mudah dilakukan, dapat menarik perhatian siswa untuk melakukan praktikum secara mandiri dan terbimbing, serta mudah diaplikalisikan di sekolah setingkat SMA/MA.
Kesimpulan
Isolasi minyak atsiri dari daun tanaman mint dapat dilakukan menggunakan alat distilasi uap
termodifikasi dengan rendemen sebanyak
0,07%. Hasil identifikasi dan karakterisasi senyawa menggunakan KLT, GC-MS, GC-FID, spektrofotometer UV, IR dan proton NMR diperoleh bahwa minyak atsiri mint (Mentha cordifolia opiz) mengandung beberapa senyawa, dengan komponen utamanya adalah senyawa piperitenon oksida, karvon dan germakren D. Modul praktikum inkuiri terbimbing dengan topik isolasi dan identifikasi minyak atsiri dalam daun tanaman mint (Mentha sp) telah berhasil dikembangkan dengan mempertimbangkan alat dan bahan yang relatif lebih mudah diperoleh di laboratorium SMA/MA yaitu: penggunaan kertas saring sebagai pengganti pelat KLT aluminium berlapis silika gel; pipet tetes sebagai pengganti pipa kapiler untuk menotolkan sampel pada pelat/kertas untuk KLT; botol kaca bekas yang dipotong untuk wadah larutan pengembang (developing chamber); pelarut kloroform dan metanol sebagai pengganti etil asetat dan n-heksana sebagai fasa gerak pada KLT; dan penggunaan vanilin komersial menggantikan vanilin p.a. sebagai penampak noda hasil KLT dengan mengubah komposisi larutannya.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Departemen Agama Republik Indonesia atas Program Beasiswa Peningkatan Mutu Guru di
lingkungan Departemen Agama Republik
indonesia. Terima kasih disampaikan dengan hormat kepada Bapak Mudi Rahmat S untuk modifikasi alat distilasi uap sederhana; Ibu Surani untuk pengukuran GC-MS di FPMIPA UPI Bandung; Bapak Lanang untuk pengukuran spektrofotometer UV di Laboratorium Kimia Analitik FMIPA – ITB; Bapak Dr.Yessi Permana untuk pengukuran GC-FID di Laboratorium Kimia Anorganik FMIPA – ITB; dan Ibu Sofa Fajriah untuk pengukuran proton NMR di Pusat Penelitian Kimia, Puspiptek LIPI, Serpong.
Referensi
[1] Baker J.T., R.P. Borris, B. Carte, G.A. Cordell, G.M. Cragg, M.P. Gupta, M.M. Iwu, D.R. Madulid dan V.E. Tyler, 1995. Natural Product Drug Discovery and Development:
New Perspectives on International
Collabotation, J. Nat. Prod., 58 (9) 1325-1357
[2] Depdiknas, 2006. Lampiran Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 22 Tahun 2006: Standar Isi untuk Satuan Pendidikan Dasar dan Menengah, Jakarta, BNSP
[3] Goedhard M., Keulen H, dan Mouder T,1998. Teaching Distillation Knowledge, J.Chem Educ, ,75, 378
[4] Supratman, 2010. Elusidasi struktur
senyawa organik, Metode spektroskopi untuk penentuan struktur senyawa organik, Widya Padjadjaran, Bandung, 10
[5] Dee Pooter, Lourent dan de Buyck, 1986. The Volatile of Calamintha nepeta sub sp Glandulosa, PhytoChemistry, (25), 3, 691-694
[6] Ikan R, 1995. Natural Products: A Laboratory Guide, 2nd edition, Academic Press, San Diego, 184-185
[7] Buttery, Flath.R, Mon.T dan Ling.L, 1986. Identification of Germacrene D in Walnut and Fig Lleaf vVolatile, J.Agric.Food Chem,
34, 820-822.
[8] Tripathi A, Prajapathi.V, Ahmad A, Kishan,
Aggarwal, dan Khanuja S, 2004.
Piperitenone Oxide as Toxic, Repellent and Reproduction Retardant toward Malarial
Vector Anopheles stephensi
(Diptera:Anophelinea), Journal of Medical Entomologi, 41 (4), 691-698
Kurniati*
Madrasah Aliyah Negeri 2 Bukittinggi kurniati@s.itb.ac.id
Deana Wahyuningrum
KK Kimia Organik, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10 Bandung 40132
deana@chem.itb.ac.id
