BAB 4
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Falerin (4,5-dihidroksi-5’-metoksibenzofenon-3-O-glukosida) adalah isolat dari buah mahkota dewa berkerangka benzofenon yang mempunyai aktivitas antiinflamasi. Penelitian biodistribusi senyawa falerin pada hewan percobaan dapat dilakukan dengan metode perunut (tracer) radioaktif, yaitu memanfaatkan falerin bertanda atom radioaktif untuk mempelajari perilaku falerin di dalam tubuh hewan percobaan serta akumulasinya.
Falerin yang dilabel radionuklida Iodinium-131 (131I+) dapat disintesis melalui metode oksidasi kloramin-T. Sementara itu penambahan atau pengurangan atom pada struktur molekul dapat mengakibatkan terjadinya perubahan struktur dan sifat elektronik molekul, sehingga sifat fisiko-kimia yang berkaitan dengan interaksi biologi didalam tubuh akan berbeda antara falerin sebelum dan sesudah dilabel 131I+.
Kajian reaktifitas molekul falerin terhadap radionuklida 131I+ dan kemiripan struktur antara molekul falerin sebelum dan sesudah dilabel 131I+ dilakukan dengan menggunakan metode komputasi Austin Models 1 (AM1).
Tahap pertama penelitian ini adalah penentuan konformasi molekul yang mempunyai energi global minimum. Penentuan konformasi ini menjadi penting karena pada keadaan energi tersebut, konformasi molekul ada dalam jumlah paling banyak. Sehingga dapat mewakili kemiripan molekul falerin yang dilabel 131I+ dengan senyawa induk, yakni konformasi moleku falerin yang mempunyai energi global minimum.
meliputi reaktivitas molekul falerin pada keadaan energi global minimum. Reaktivitas molekul dianalisis menggunakan Teori Orbital Molekul Terdepan (Frontier Molecular Orbital Theory) dengan melihat parameter energi orbital molekul, muatan atom, kerapatan muatan total, dan potensial elektrostatiknya.
Dua molekul dianggap mirip jika mirip secara struktur (bentuk) atau sifat elektroniknya. Kajian kemiripan struktur yang dilakukan meliputi (1) kemiripan secara geometri dengan parameter akar kuadrat rata-rata panjang ikatan, sudut ikatan, dan torsi dan (2) kemiripan secara elektronik yang menentukan sifat fisiko-kimia senyawa dengan parameter kontur kerapatan muatan total.
4.1 Pembangunan Model dan Optimasi Molekul Falerin
Terhadap Struktur model molekul tiga dimensi falerin yang dibangun dengan menggunakan Drawing Tools dan Model Builder, dilakukan optimasi agar diperoleh konfigurasi molekul yang mempunyai energi minimum. Perhitungan energi optimasi geometri molekul falerin menghasilkan energi panas pembentukan (∆Hf)sebesar -380,067 kkal/mol.
4.2 Penentuan Energi Global Minimum Molekul Falerin
Molekul akan terus bergerak dengan mengubah konformasinya menuju konformasi molekul yang memiliki energi paling minimum. Energi global minimum adalah energi molekul yang menunjukkan kestabilan molekul dan batas pemutusan ikatan. Hasil perhitungan optimasi geometri dengan hyperchem tidak menjamin dapat menghasilkan konfigurasi molekul yang mempunyai energi global minimum.
digunakan dari -180° sampai +180° dengan perputaran torsi 10° disetiap perubahan variasi torsi.
Molekul falerin mempunyai sembilan pusat stereogenik, yaitu atom C-3, C-6, C-7, C-8, C-16, C-18, C-19, O-12, dan O-47 (Gambar 4.1). Pada kajian yang dilakukan ditentukan lima dari sembilan pusat stereogenik yang digunakan untuk analisis konformasi molekul, yaitu: C-7, C-8, C-18, C-19, dan O-12. Pusat stereogenik di atom O-47 dan C-16 tidak disertakan dalam analisis energi konformasi molekul karena pusat stereogenik tersebut adalah gugus metoksi yang pengaruhnya terhadap energi konformasi molekul dapat dianggap kecil. Hasil perhitungan dengan menggunakan program Hyperchem (versi 7.51), perhitungan semi-empirik, metode AM1, diketahui bahwa konformasi dengan energi paling minimum terdapat pada molekul dengan ΔHf -380,1216024 kkal/mol, T1a – (C-6,
C-7, C-8, C-13) = -150º dan T2b- (C-3, C-12, C-18, C-19) = -120º. Nilai ΔHf
global minimum dapat dikatakan sama dengan ΔHf minimum kelompok variasi torsi tetapi konformasinya berbeda. Hal ini dapat dijelaskan karena perputaran torsi 10° disetiap perubahan variasi torsi bisa jadi terlalu besar untuk molekul falerin, sehingga tidak terlihat jelas perbedaannya.
Tabel 4.1 Gambar Grafik ∆Hf Terhadap Variasi Torsi No. Grafik ∆Hf Terhadap
Variasi Torsi
No. Grafik ∆Hf Terhadap Variasi Torsi
1 4
2 5
3 6
Tabel 4.2 Energi Panas Pembentukan (ΔHf) Minimum Molekul Falerin pada Kelompok Variasi Torsi
Kelompok Torsi T1a T1b T2a T2b T2c (kkal/mol) ΔHf 1 30 º 140 º -380,052 2 30 º -120 º -380,093 3 30 º 80 º -380,043 4 -150 º 140 º -380,082 5 -150 º -120 º -380,122 6 -150 º 80 º -380,106 7 -150,68 º 31,92 º 129,57 º -139,09 º 87,8 º -380,066 Keterangan: T1a – (C-6, C-7, C-8, C-13); T2a – (C-1, C-3, C-12, C-18); T1b – (C-5, C-6, C-7, C-8); T2b – (C-3,
C-12, C1-8, C19) ; T2c – (C-12, C-18, C-19, C-24); ΔHf adalah Energi panas pembentukan;
4.3 Penentuan Reaktivitas Molekul Falerin
Reaktivitas molekul dapat dianalisis menggunakan teori orbital molekul terdepan (Frontier Molecular Orbital Theory) dengan parameter energi orbital molekul, muatan atom, kerapatan muaatan total, dan potensial elektrostatik.
4.3.1 Muatan atom dan kerapatan muatan total
Kerapatan muatan total menggambarkan distribusi muatan elektron pada molekul, sedangkan distribusi muatan elektron dinyatakan sebagai muatan atom. Kerapatan muatan elektron yang tinggi menunjukkan bahwa lokasi tersebut rentan terhadap serangan elektrofilik.
Hasil perhitungan menunjukkan muatan atom C-17 (-0,219) paling negatif di antara atom C yang lain (Tabel 4.3) dan muatan atom O-27 (-0,338) paling negatif di antara atom O yang lain (Tabel 4.4).
Pada Gambar 4.3. terlihat bahwa kontur kerapatan muatan total paling tinggi ada pada atom O-27 dan O-9 yang digambarkan dengan kerapatan kontur tinggi. Atom O-9 mempunyai kontur kerapatan muatan total tinggi karena atom O-9 adalah penarik elektron dan juga adanya migrasi elektron dari sistem resonansi yang mengikat metoksi, menyebabkan di atom O-9 terdistribusi lebih banyak elektron yang dinyatakan dengan muatan atom yang lebih negatif. Dari keterangan gambar dapat dikatakan bahwa daerah atom O-27 dan O-9 lebih rentan terhadap serangan elektrofilik. Akan tetapi tidak akan terbentuk ikatan antara radionuklida 131I+ dengan atom O karena ikatan yang terbentuk terlalu lemah.
elektrofilik di atom C-8 tidak dimungkinkan karena adanya sistem resonansi yang stabil sehingga tidak dimungkinkan terjadi pemutusan ikatan pada atom C-8.
Tabel 4.3 Muatan Atom C Paling Negatif Molekul Falerin
Muatan Atom C Falerin Konformasi Molekul
C-4 C-5 C-8 C-15 C-17 Setelah Global minimum -0,149 -0,118 -0,187 -0,171 -0,219 Tabel 4.4 Muatan Atom O Molekul Falerin
Muatan Atom O Falerin Konformasi
Molekul O-9 O-10 O-11 O-20 O-27 O-47
Setelah Global
minimum -0,296 -0,227 -0,222 -0,272 -0,338 -0,206 Kontur Kerapatan Muatan Total Muatan Atom
Gambar 4.2 Kerapatan Muatan Total dan Muatan Atom Molekul Falerin setelah Global Minimum
4.3.2 Potensial elektrostatik
elektron. Berdasarkan hal tersebut maka dimungkinkan radionuklida 131I+ akan tertarik pada daerah tersebut, tetapi karena ikatan radionuklida 131I+ dengan oksigen sangat lemah maka kemungkinan masuk radionuklida pada atom O tidak mungkin terjadi.
Kontur Potensial Elektrostatik Potensial Elektrostatik Tiga Dimensi
Potensial elektrostatik negatif: kontur violet
Potensial elektrostatik positif : kontur hijau Potensial elektrostatik negatif: violet Potensial elektrostatik positif : hijau Gambar 4.3 Potensial Elektrostatik Molekul Falerin
4.3.3 Orbital molekul
Orbital molekul berhubungan dengan distribusi elektron dan menunjukkan probabilitas untuk menemukan elektron. Tiap orbital molekul mempunyai energi yang khas. Energi tersebut digambarkan sebagai nilai orbital molekul. Nilai energi orbital molekul besar menunjukkan kerentanannya terhadap serangan elektrofilik. Sementara serangan elektrofilik berhubungan dengan atom yang mempunyai orbital HOMO berkerapatan tinggi karena distribusi terbanyak elektron ditunjukkan oleh orbital HOMO.
Dari hasil perhitungan energi orbital atom molekul falerin (Tabel 4.5) menunjukkan perbedaan energi orbital yang hampir sama pada atom sejenis. Sementara itu energi orbital atom O sedikit lebih besar dibandingkan dengan energi orbital atom C.
elektrofilik, dibandingkan atom C. Akan tetapi ikatan antara 131I+ dan atom oksigen adalah ikatan kovalen koordinasi yang lemah sehingga tidak akan terbentuk molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom O. Sehingga serangan elektrofilik paling mungkin terjadi di atom C-4, C-15, dan C-17. Berdasarkan pada parameter nilai energi orbital atom yang tidak dapat dibedakan antar ketiga atom C tersebut, maka reaktivitas senyawa falerin terhadap 131I+ hanya berdasarkan muatan atom.
Tabel 4.5 Energi Orbital Atom C dan Atom O Molekul Falerin Energi Orbital Atom C Falerin Molekul C-4 C-14 C-17 S 1,219 1,217 1,216 Px 1,02 0,945 1,092 Py 0,937 0,934 0,949 Pz 0,973 0,966 0,961
Energi Orbital Atom O Falerin Molekul
O-9 O-10 O-11
S 1,913 1,864 1,862
Px 1,387 1,645 1,538
Py 1,692 1,23 1,399
Pz 1,305 1,488 1,424
Kontur Dua Dimensi Orbital HOMO Tiga Dimensi Orbital HOMO
Orbital HOMO: kontur violet
4.4 Penentuan Kemiripan Molekul Falerin yang dilabel Radionuklida 131I+ terhadap Molekul Induk
Dua molekul dianggap mirip jika mirip secara bentuk atau sifat elektroniknya. Jika tidak, maka dua molekul dianggap mirip jika mempunyai farmakofor pada posisi yang sama. Sedangkan dalam kimia molekul dikatakan mirip jika mempunyai sifat yang sama dan merupakan dasar hubungan empiris antara struktur dan aktivitas.
4.4.1 Kemiripan struktur
Tabel 4.6 Nilai RMS Fit dan Gambar Overlay Molekul Falerin dengan Falerin Yang Dilabel 131I+
Overlay Gambar overlay
Molekul induk dan molekul falerin yang dilabel 131I+ pada atom C-4
RMS: 2,899 A°
Molekul induk dan molekul falerin yang dilabel 131I+ pada atom C-15
RMS: 2,027 A°
Molekul induk dan molekul falerin yang dilabel 131I+
pada atom C-17 RMS: 0,745
Molekul induk dan molekul falerin yang dilabel 131I+ pada atom C-15 dan C-17 RMS: 2,099 A°
Molekul induk dan molekul falerin yang dilabel 131I+ pada atom C-4 dan C-15 RMS: 3,681 A°
Molekul induk dan molekul falerin yang dilabel 131I+ pada atom C-4, C-15, dan C-17
RMS: 3.655 A°
Dari hasil tersebut dilanjutkan dengan perhitungan akar kuadrat rata-rata dari panjang ikatan, sudut ikatan, dan torsi molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom C-15, C-17, dan (C-17; C-15), yang dilakukan untuk memastikan kemiripan secara struktur. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa senyawa falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom C-17 paling mirip dibandingkan molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom C-4, C-15, dan (C-17; C-15) dengan nilai akar kuadrat rata-rata panjang ikatan (0,0021), sudut ikatan (0,4185), dan torsi (2,9074) (Tabel 4.7).
Tabel 4.7 Kemiripan Molekul Falerin yang Dilabel 131I+ terhadap Senyawa Induk Falerin yang Dilabel dengan 131I+ pada Atom C Akar Kuadrat Rata-rata C-4 C-15 C-17 C-15 dan C-17 Panjang ikatan 0,0029 А° 0,0018° 0,0021° 0,0029° Sudut ikatan 1,1605 А° 0,2837° 0,4185° 6,2563° Torsi 68,727 А° 13,5338° 2,9074° 29,5207° 4.4.2 Kemiripan elektronik
digambarkan dengan kontur kerapatan muatan yang hampir merata di kerangka benzofenon.
Kontur kerapatan muatan total falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom C-17 menunjukkan kerapatan muatan total yang tinggi di atom 9, 12, 20, dan O-47 dan atom lainnya kontur kerapatan muatan totalnya merata. Sedangkan kontur kerapatan muatan total molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom C-4 menunjukkan kontur kerapatan muatan total yang tinggi di atom 10, 11, O-20, dan O-26, sedangkan atom lainnya kontur kerapatan muatan totalnya merata.
Kontur kerapatan muatan total falerin yang dilabel radionuklida 131I+ dia atom C-15 menunjukkan kontur kerapatan muatan total yang tinggi di atom 9, 11, O-25, dan O-27, sedangkan atom lainnya digambarkan dengan kontur rendah. Sementara itu kontur kerapatan muatan total falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom (C-15 dan C-17) menunjukkan kerapatan yang tinggi di atom O-27, sedangkan atom lainnya kontur kerapatan muatan totalnya merata.
Perbedaan kontur kerapatan pada masing-masing molekul falerin sebelum dan sesudah dilabel 131I+ dikarenakan perubahan konformasi molekul yang diakibatan perbedaan posisi subtitusi 131I+. Dari ke empat molekul falerin yang dilabel 131I+ dapat dikatakan bahwa kontur kerapatan muatan total molekul falerin yang dilabel 131I+ pada atom C-4 lebih berbeda dibandingkan terhadap molekul induk.
Molekul Falerin yang Dilabel 131I+ di C-4
Molekul Falerin yang Dilabel 131I+ di C-15 Dan C-17
Molekul Falerin yang Dilabel 131I+ di C-15
Gambar 4.5 Kontur Kerapatan Muatan Total Molekul Falerin dan Molekul Falerin yang Dilabel 131I+
4.4.3 Stabilitas molekul falerin yang dilabel
Senyawa falerin yang diinginkan tidak hanya mirip tetapi juga stabil secara termodinamik sehingga tidak akan terjadi penguraian senyawa. Hasil perhitungan ∆Hf molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ pada atom C yang berbeda menunjukkan bahwa molekul falerin yang dilabel sekaligus dengan dua radionuklida 131I+ pada atom (C-15 dan C17) menunjukkan kestabilan yang kurang baik dibandingkan dengan molekul falerin yang dilabel hanya dengan satu radionuklida 131I+ pada masing-masing atom C-4, C-15, dan C-17 dengan ∆Hf
-337,224 kkal/mol.
Tabel 4.7 Energi Panas Pembentukan Rata-rata (∆Hf) Molekul Falerin yang Dilabel 131I+
Falerin yang dilabel 131I+ pada atom C
Energi panas pembentukan rata-rata (kkal/mol)
4 -357,973
15 dan 17 -337,224
4.5 Penentuan Sifat Fisiko-Kimia
Sifat elektronik molekul adalah faktor penentu sifat fisiko-kimianya. Pada hasil perhitungan analisis sifat fisiko-kimia antara molekul induk dengan molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom C-4, C-15, dan C-17 menunjukkan peningkatan nilai polarisabilitas molekul dan refraktivitas molar. Sementara itu nilai log P menunjukkan sedikit penurunan yang menunjukkan molekul lebih lipofil.
Surface area yaitu luas permukaan molekul yang kontak dengan pelarut, menunjukkan peningkatan pada molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ pada atom C-4, C-15, dan C-17 terhadap molekul induk karena adanya subtitusi atom hidrogen dengan radionuklida 131I+ yang mempunyai ukuran atom lebih besar dan menyebabkan perubahan konformasi molekul.
Sifat fisikokimia molekul falerin yang dilabel radionuklida 131I+ di atom (C-15 dan C17) menunjukkan perbedaan terhadap molekul induk dan molekul falerin yang dilabel 131I+ di atom C-4, C-15, dan C-17 dengan nilai polarisabilitas, refraktivitas molar, dan surface area lebih besar dan log P yang lebih kecil.
Nilai log P yang lebih kecil akan tampak jelas pengaruhnya terhadap biodistribusi falerin, yaitu molekul falerin yang dilabel 131I+ akan terdistribusi lebih cepat ke organ atau jaringan dimana membran atau barier yang dilewati bersifat lipofil. Tabel 4.8 Parameter Fisiko-Kimia Senyawa Falerin Dan Falerin Yang Dilabel
131I+
Molekul Falerin yang Dilabel 131I+
