eksplorasi potensi (aktivitas dan bioaktivitas

Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016

A - 20

EKSPLORASI POTENSI (AKTIVITAS DAN BIOAKTIVITAS) SENYAWA ORGANIK BAHAN ALAM DENGAN PENDEKATAN

BERBASIS STRUKTUR dan IMPLIKASINYA PADA PEMBELAJARAN KIMIA ORGANIK di PERGURUAN TINGGI

Sutrisno

Kelompok Bidang Keilmuan Kimia Organik Bahan Alam, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Malang Jl. Semarang 5 Malang – Jawa Timur 65145

Korespondensi: [email protected]

ABSTRAK Sejak dikenalkannya ilmu kimia, sudah menjadi kesepakatan ilmiah bahwa kimia adalah ilmu natural (natural science) yang mengkaji tentang struktur, sifat, perubahan (rekasi kimia), dan energi yang menyertai reaksi tersebut. Berdasarkan konsep atau definisi ini, maka pemahaman tentang struktur memegang peranan penting untuk menentukan sifat suatu senyawa. Senyawa organik (dalam domain yang lebih terbatas dibanding dengan struktur senyawa kimia pada umumnya) merupakan penggolongan senyawa yang mempunyai keragaman struktur yang lebih bervariasi. Oleh karenanya, dalam senyawa organik dikenal dengan konsep isomer. Fakta menunjukkan bahwa senyawa organik dengan isomer yang berbeda menunjukkan sifat atau karakter yang berlainan dan tentunya dari aspek kemanfaatan dan kegunaan akan berbeda juga. Sejauh yang teridentifikasi selama ini riset manfaat, kegunaan, dan potensi berbasis pada pengalaman yang berkembang di masyarakat kemudian ditelaah secara molekular kimiawi seperti antikanker-antitumor-sitotoksik, antibakteri, antijamur, antioksidan, dan antimikroba lainnya. Makalah ini menyampaikan riset senyawa organik bahan alam yang berpotensi sebagai antioksidan, sunscreen, antikoagulan, sitotoksik, dan antimikroba dengan pendekatan struktur (yang diawali dengan pendekatan gugus fungsional) dari alga merah, biji alpukat, dan biji asam jawa di Kimia Organik Bahan Alam Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Malang melalui uji aktvitas dan/atau bioaktivitasnya. Kata kunci: senyawa organik bahan alam, aktivitas dan bioaktivitas, alga mereah,

biji alpukat, dan biji asam jawa.

PENDAHULUAN

Senyawa (organik) bahan

alam (English: natural product)

adalah suatu senyawa organik atau

zat-zat organik yang dibentuk atau

dihasilkan oleh organisme hidup.

Konsep senyawa organik bahan alam

pada awalnya hanya dikenal sebagai

senyawa bahan alam yang selaras


A - 21

dengan bahasa Inggrisnya, yakni

natural product. Pada awal

perkembangannya, kimia organik

diturunkan atau barasaI dari kajian

secara alami (naturally) terjadinya

zat-zat kimia, artinya zat-zat kimia

dihasilkan dari organisme hidup; dan

hal ini hingga kini tetapi sebagai

sumber informasi ilmiah dan

dinamika intelektual para ilmuwan

kimia. Dalam perkembangannya, kini,

dan diyakni di masa yang akan

datang, bahwa organisme (tumbuhan

tinggi ataupun mikroorganisme)

merupakan sumber utama zat-zat

kimia (yang unik dan menantang).

Zat-zat kimia yang dihasilkan secara

alamiah oleh organisme (hidup)

inilah yang selanjutnya dikenal

sebagai senyawa (organik) bahan

alam atau natural product compound.

Kimia yang mengkaji senyawa-

senyawa bahan alam dikenal sebagai

Kimia Bahan Alam (Natural Product

Chemistry). Dari sekelumit informasi

ini tampak bahwa pada awalnya,

kimia yang mempelajari senyawa

organik bahan alam dikenal sebagai

Kimia Bahan Alam, namun dalam

perkembangannya di Indonesia lebih

ditegaskan dengan Kimia Organik

Bahan Alam untuk Natural Product

Chemistry dan kelompok bidang

keimuannya dikenal sebagai Kimia

Organik Bahan Alam. (Osbourn &

Lanzetti, 2009 & Cooper & Nicola,

2015) ) Sejarah senyawa organik

bahan alam telah berkembang sangat

lama dan sejalan dengan

perkembangan kimia organik itu

sendiri. Senyawa organik bahan alam

dikaji karena kekhasannya dan begitu

ragamnya struktur yang ada.

Senyawa ini ditemukan dan

dieksplorasi karena mempunyai

aktivitas farmakologik dan biologik.

Keragaman dan keunikan struktur

senyawa organik bahan alam, banyak

memberikan inspirasi untuk

menemukan dan merancang obat-

obatan dan dilanjutkan dengan

sintesis senyawa organik secara total

atau parsial.

Senyawa bahan alam

merupakan senyawa kimia atau zat

yang dihasilkan oleh organisme

hidup, biasanya mempunyai aktivitas

farmakologi atau aktivitas biologi,

bermanfaat untuk penyelidikan atau

rancangan obat. Akhir-akhir ini,

bahan alam telah dapat diproduksi

melalui teknik sintesis total maupun

sintesis parsial. Senyawa bahan alam

jika dipandang sebagai bagian dari


A - 22

biomolekul secara keseluruhan maka

tergolong sebagai molekul kecil

(small molecule) jika dibanding

dengan protein, karbohidrat, asam

deoksiribo nukleat (DNA, deoxyribo

nucleic acid), dan sebagainya. Namun

demikian, molekul kecil ini

memberikan atau menyediakan

sumber inspirasi yang sangat

bermakna untuk penyelidikan obat.

Di samping itu, senyawa bahan alam

memegang peran penting dalam

mempertahankan kondisi dan

keberlangsungan kehidupan

organisme, khususnya akibat tekanan

lingkungan, mempertahankan diri

dari serangan penyakit, dan

sebagainya.

Secara alamiah terbentuknya

senyawa organik bahan alam

dihasilkan dari tiga kategori.

Pertama, senyawa-senyawa yang

terbentuk dalam semua sel dan

berperan sebagai pusat pengatur

(central role) atau pengendali dalam

metabolisme dan reproduksi sel

tersebut. Senyawa yang tergolong

dalam kategori ini adalah asam

nukleat, berbagai asam-asam amino,

dan gula atau sakarida, dan dikenal

sebagai metabolit primer. Kedua,

material organik yang mempunyai

bobot molekul tinggi dan bersifat

polimerik, seperti selulosa, lignin, dan

protein. Zat-zat ini sebagai

pembangun seluler. Ketiga, senyawa-

senyawa “kecil” (small molecule) yang

khas dan dalam jumlah terbatas

dalam setiap spesies organisme.

Golongan senyawa dalam kategori ini

dikenal sebagai senyawa-senyawa

metabolit sekunder. Golongan

senyawa metabolit sekunder inilah

yang mempunyai efek biologik

terhadap sel atau organisme dan

bertanggung jawab untuk

produksinya. Metabolit sekunder ini

memang tidak secara langsung

terlibat dalam pertumbuhan yang

normal dari organisme,

pengembangan, atau reproduksi

organisme. Namun demikian, tidak

seperti pada metabolit primer,

ketidaktersedian metabolit sekunder

dalam organisme tidak

mengakibatkan kematian segera,

tetapi lebih mengakibatkan

kerusakan jangka panjang seperti

menyangkut kelangsungan hidup,

kesuburan, atau estetika, atau

barangkali tidak ada perubahan

penting sama sekali pada organisme

tersebut.


A - 23

Di samping itu, senyawa-

senyawa metabolit sekunder juga

mempunyai karakter menyerang

yang disebabkan oleh pengaruh

biologiknya terhadap organisme lain.

Dalam perkembangannya, Kimia

Organik Bahan Alam memperluas

bidang kajiannya meliputi obat-

obatan, sifat racun, feromon dan

atraktan, warna, rasa, bau, dan

penyakit pada tanaman. Semua kajian

ini dilandasi oleh perkembangan

kimia organik pada umumnya.

Kesemuanya ini diperankan oleh

senyawa organik bahan alam

golongan senyawa metabolit

sekunder. Sampai saat ini terdapat

tidak kurang dari 40% obat atau

bahan obat-obatan dihasilkan dari

senyawa organik bahan alam.

Berbagai ragam program penapisan

(screening program) senyawa-

senyawa bioaktif saat ini mengarah

pada obat baru dan digunakan untuk

pengobatan berbagai jenis kanker. Di

samping itu, senyawa organik bahan

juga mempunyai peran dalam

mengatur interaksi antara tanaman,

mikroorganisme, insekta, dan

binatang. Perkembangan terkini,

senyawa organik bahan alam juga

berperan dalam mengembangkan

taksonomi tumbuhan yang dikenal

dengan kemotaksonomi

(chemotaxonomy). Kemotaksonomi

melibatkan penggunaan senyawa

organik bahan alam untuk

mengklasifikasi spesies, sedang

senyawa organik bahan alam yang

dihasilkan atau diproduksi oleh

tumbuhan dikenal juga dengan

senyawa fitokimia (phytochemistry

compound). Melalui survey fitokimia

telah dikembangkan senyawa organik

bahan alam sebagai “marker”

hubungan antara sifat botanik

tumbuhan dan evolusinya. Jadi,

manusia mengeksploitasi bahan alam

sebagai sumber obat/bahan obat-

obatan, agen pengharum dan

pewangi, perasa, dan masih banyak

lagi manfaat yang sangat luas untuk

aplikasi-aplikasi lainnya. Kemajuan

pesat telah dicapai dalam satu sampai

dekade terakhir yang berkaitan

dengan sintesis bahan alam, regulasi

dan fungsi, serta evolusi diversitas

metabolit. Kondisi ini juga telah

membawa informasi secara bersama

untuk kemajuan di bidang kimia,

biologi tumbuhan, ekologi, agronomi,

dan kesehatan yang menyediakan

guide komprehensif terhadap kimia

bahan alam yang diturunkan dari


A - 24

tumbuhan (plant-derived natural

product).

Riset senyawa-senyawa bahan

alam yang dilakukan oleh para

natural product organic chemist yang

paling sering dilakukan adalah

melakukan ekstraksi yang diikuti

dengan penapisan (screening)

aktivitas dan/atau bioaktivitasnya,

seperti sitotoksik, anti tumor,

antimikroba (bakteri, jamur, dan

sebaginya), dan antioksidan yang

dilanjutkan dengan pemisahan-

pemurnian untuk ditetapkan struktur

senyawa yang bersangkutan. Sebagai

guide untuk memperoleh “informasi”

tentang keberadaan senyawa dan

aktivitasnya, hal ini sudah menjadi

kelaziman dan dibenarkan. Namun

demikian, kurang memberikan alur

yang lebih sistematik yang selaras

dengan karakteristik senyawa bahan

alam tersebut. Sebagaimana telah

dideskripsikan sebelumnya, senyawa

bahan alam merupakan senyawa

organik. Karakteristik senyawa

organik adalah gugus fungsional,

dimana karakter ini berbeda dengan

bukan senyawa organik. Gugus

fungsional senyawa organik

merupakan penentu golongan, pusat

kereaktifan, dan penciri lain sifat-sifat

materi lainnya (sifat fisik, kimia, dan

biologiknya). Pada tulisan ini

dipaparkan eksplorasi senyawa

organik bahan alam berdasarkan

pendekatan gugus fungsional dan

implikasinya dalam pembelajaran

kimia orgnik, baik di jenjang

pendidikan menengah maupun

pendidikan tinggi.

PEMBAHASAN

1. Struktur Senyawa Organik

sebagai Basis Penentu

(Bio)Aktivitasnya

Mengkaji senyawa organik tidak

dilepaskan dengan karakkteristik

senyawa ini, yakni rumus empirik

(formula empirik), rumus molekul

(formula molekular), dan struktur

(rumus struktur atau formula

struktur). Ketiga karakter inilah yang

membedakannya dengan senyawa

anorganik. Sejak dikenalkan atau

dipelajarinya senyawa organik atau

Kimia Organik dalam level makro,

mempelajari apa yang dikenal dengan

isomer merupakan keniscayaan.

Kajian senyawa organik sangat sarat

dengan ragam struktur walaupun

mempunyai rumus molekul yang

sama, dan disinilah konsep tentang

isomer mulai dikenalkan dan dikaji


A - 25

dengan tingkat kajian sesuai dengan

tingkat kematangan peserta didik dan

jenjang pendidikannya. Keisomeran

(isomeri) yang menghadirkan isomer

dengan berbagai ragamnya, pada

dasarnya disebabkan oleh perbedaan

strukturnya, baik dari sisi susunan

atom dalam setiap molekul maupun

bentuk molekul secara keseluruhan.

Secara umum kajian struktur

senyawa organik didasarkan atas dua

kategori utama, yakni gugus

fungsional senyawa organik dan

bentuk keseluruhan molekul secara

keseluruhan. Gugus fungsional

senyawa organik menggambarkan

kelompok atau golongan suatu

senyawa organik, menjadi penciri

senyawa, menjadi pusat kereaktifan

dan pusat aktivitasnya. Sebagai

contoh tentang hal ini dapat

dideskripsikan sebagai berikut.

Ikatan rangkap karbon-karbon

mencirikan sebagai alkena, alkuna,

alkadiena, alkapoliena, dan

sejenisnya. Ikatan rangkap ini

menjadi pusat kereaktifan dan pusat

keaktifannya. Terdapatnya gugus

hidroksil (-OH), karbonil (C=O), dan

karboksil (COO), mencirikannya

sebagai golongan alkohol, aldehida

dan keton, dan asam karboksilat atau

turunannya. Demikian juga dengan

adanya kromofor aromatik (benzena

dan turunannya) mencirikan

karakteristik sebagai senyawa

aromatik dengan kekhasannya.

Selanjutnya, geometri molekul seperti

kemeruahan molekul, kiralitas atom

dalam molekul dan kiralitas molekul

menentukan bentuk dan ukuran

molekul secara keseluruhan yang

mempengaruhi mekanisme kerja

molekul tersebut, khususnya kerja

terhadap sel.

Ilmu kimia merupakan ilmu yang

mempelajari struktur, sifat,

perubahan (reaksi kimia), dan energi

yang menyertai perubahan.

Berdasarkan batasan yang sederhana

ini maka dengan diketahui struktur

molekul baik secara keseluruhan

maupun parsialnya dapat digunakan

untuk memprediksi atau menentukan

sifat senyawa yang bersangkutan.

Demikian juga dengan sifat yang

ditunjukkan oleh senyawa tersebut

dapat digunakan sebagai pengarah

atau indikasi diperolehnya struktur

molekul senyawa tersebut. Sebagai

ilustrasi tentang bagaimana suatu

sifat (kereaktifan) dapat digunakan

untuk menentukan (perubahan)

struktur molekul tersebut


A - 26

O

OH

HO

OH

OH

O

ditunjukkan oleh perubahan pH pada

pelargonidin (1), suatu senyawa yang

diperoleh dari kelopak merah bunga

lavender (Gambar 1) (Ratcliff, et al.,

2004). Terdapatnya ion hidrogen

atau hidroksida dapat mengubah

strukturnya yang menghasilkan

perubahan warnanya. Ion hidrogen

menyebabkan pelargonidin menjadi

bentuk kationnya (2), dan ion

hidroksida menjadikan pelargonidin

dalam bentuk anionnya (3). Ilustrasi

lain adalah fenomena perubahan

warna fenolftalein (yang lebih sering

dikenal dengan pp) sebagai indikator

dalam titrasi asam-basa (Gambar 2).

Pada pH kurang dari 8,2, struktur

molekul tiga cincin benzena yang

terpisah, masing-masing dengan

elektron terdelokalisasinya pada

suatu bidang datar yang berbeda

dengan dua lainnya. Dalam larutan

basa terjadi perubahan struktur:

terbentuk ion planar dengan elektron

terdelokalisasi memperpanjang pada

hampir seluruh struktur. Sistem

elektron terdelokalisasi ini mejadi

lebih diperpanjang dan

mengakibatkan cahaya dalam

spektrum terlihat, sehingga

larutannya menjadi berwarna merah

muda (Ratcliff, et al., 2004).

Gambar 1. Pengaruh ion hidrogen dan hidroksida pada pelargonidin

H+ OH-

kation pelargonidin molekul pelargonidin anion pelargonidin (merah) (ungu) (biru)


A - 27

Gambar 2. Pengaruh kondisi keasaman (pH) pada fenolftalein

2. Riset Eksplorasi Senyawa

Organik Bahan Alam dengan

Pendekatan Struktur

Beberapa riset (eksplorasi) tentang

aktivitas dan/atau bioaktivitas dari

bahan alam telah dilakukan. Pakirizin

(pachyrrizin), suatu zat padat

berwarna kuning cerah dari golongan

flavonoid terdapat di dalam biji

bengkuang (Pahyrrhizus erosus

Urban) bersifat racun. Untuk

mengetahui bagaimana karakter sifat

racun ini dilakukan transformasi

dengan berbagai perlakuan, yakni

reduksi hidrogenasi katalitik dengan

katalis Pd/C, hidrolisis dengan

larutan natrium hidroksida yang

dilanjutkan dengan metilasi dengan

dimetil sulfat, dan alkoholisis dengan

larutan kalium hidroksida metanolik

yang dilanjutkan dengan

pengasaman. Dari ketiga perlakukan

ini dihasilkan tiga senyawa turunan

pakirizin, yakni dihidropakirizin

(turunan pakirizin_1), metil hidroksi

pakirizin (turunan pakirizin_2), dan

metil metoksi pakirizin (turunan

pakirizin_3). Selanjutnya dilakukan

skrining sitotoksiknya dengan sel

leukemia L1210 secara in-vitro.

Perubahan struktur ini terbukti

menyebabkan perubahan sifat

sitotoksinya (lihat Gambar 3).


A - 28

Gambar 3. Sifat sitotoksik pakirizin dan turunannya (Sutrisno, 2000)

Riset lain uji bioaktivtas yang

didasarkan atas kemiripan struktur

ditinjau dari kerangka dasar dan

gugus samping dilakukan terhadap

karagenan (Sutrisno, et al., 2013).

Karagenan, suatu polisakarida

tersubstitusi sulfat diuji aktivitasnya

sebagai antikoagulan yang

didasarkan atas kemiripan

strukturnya dengan heparin. Heparin,

suatu poligalaktan sulfat telah

dikenali sebagai antikoagulan alami

yang bekerja dalam jaringan tubuh

sehingga darah dalam kondisi

berwujud cair dan dapat diedarkan

ke seluruh tubuh organ makhluk

hidup (Gambar 4). Zat ini terdapat

dalam hati (hepar).

Gambar 4. Struktur heparin, suatu antikoagulan alami


A - 29

Gambar 5. Struktur karagenan dan variasinya

Berdasarkan sifat antikoagulan dari

heparin ini, karagenan yang

mempunyai kerangka dasar

poligalaktan sulfat (Gambar 5)

diyakini mempunyai aktivitas

antikoagulan sebagaimana yang

dimilki oleh heparin. Riset uji

aktivitas antikoagulan karagenan

dengan sitrat (antikoagulan ekstra

seluler) sebagai pembanding

menunjukkan bahwa karagenan

mempunyai aktivitas sebagai

antikoagulan walaupun aktivitasnya

lebih lemah dibanding sitrat. Uji

a(bio)aktivitas sebagai antikoagulan

dilakukan berdasarkan

mekanismeprolongasi terhadap APTT

(Activated Partial Thromboplastine

Time) dan PT (Prothrombine Time).

Karagenan dihasilkan dari rumput

laut kelompok alga merah.

3. Orientasi Uji (Bio)Aktivitas

KBK Kimia Organik Bahan Alam

di Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Negeri Malang

Eksplorasi senyawa organik bahan

alam Kelompok Bidang Keilmuan

Kimia Organik Bahan Alam di Jurusan

Kimia FMIPA Universitas Negeri

Malang saat diarahkan pada

(bio)aktivitasnya sebagai

antioksidan, sunscreen (tabir surya),

antibakteri, antimikroba, dan

n

CH2OH

OH

OH

O

O

O

O-O3SOCH2

(OSO3-) OH

OSO3-

OO

O

O

OOSO3-

OH

CH2OH

OSO3-n

nOH

CH2OH

OH

OSO3-

OO

O

O

O

OSO3-

OH

OSO3--O3SOCH2

O

O

O

O

OH

OH

CH2OH

n

OSO3-

OH

-O3SOCH2

O

O

O

O OH

CH2OH

n

Struktur ideal -karagenan

Struktur ideal -karagenan

-

-

-

-

-carrageenan

k- carrageenan

l- carrageenan

i-carrageenan


A - 30

sitotoksik. Khusus untuk bioaktovitas

yang tiga terakhir bekerja sama

dengan laboratorium di luar Jurusan

Kimia FMIPA UM. Landasan

eksplorasi dan pengembangannya

berdasarkan ketersediaan fasilitas

pendukung.

Senyawa-senyawa antioksidan, baik

yang sintetik maupun alami didasari

pemahaman bahwa zat ini bertindak

melindungi zat lain untuk dioksidasi.

Antioksidan bertindak sebagai

pelindung zat untuk dioksidasi

karena zat ini yang dioksidasi,

sehingga kemudahan untuk

dioksidasi lebih mudah terjadi pada

antioksidan dibanding zat yang

dilindungi. Antioksidan adalah

molekul yang menghambat oksidasi

molekul lain. Oksidasi adalah reaksi

kimia yang melibatkan hilangnya

elektron yang dapat menghasilkan

radikal bebas. Pada gilirannya,

radikal ini dapat memulai reaksi

berantai. Ketika reaksi berantai

terjadi dalam sel, dapat menyebabkan

kerusakan atau kematian sel.

Antioksidan menghentikan reaksi

berantai ini dengan menghapus

intermediet radikal bebas, dan

menghambat reaksi oksidasi lainnya.

Mereka melakukan ini dengan

menjadi teroksidasi sendiri, sehingga

antioksidan bertindak sebagai agen

pereduksi (reduktor). Antioksidan

yang selama ini telah dikenal dengan

baik adalah tiol, asam askorbat

(vitamin C), dan polifenol (Wikipedia

Ensiklopedia). Senyawa-senyawa

organik yang mengandung ikatan

ganda C=C merupakan senyawa yang

relatif paling mudah menjalani

oksidasi. Mekanisme oksidasi

terhadap senyawa dengan ikatan

ganda ini seperti tercantum pada

Gambar 6.


A - 31

Gambar 6. Mekanisme reaksi oksidasi

Berdasarkan mekanisme reaksi

oksidasi seperti yang tercantum pada

Gambar 6, maka senyawa-senyawa

organik dengan gugus-gugus –OH dan

adanya ikatan ganda C=C atau ikatan

rangkap tiga karbon-karbon relatif

dapat dioksidasi. Karenanya,

senyawa-senyawa yang demikian

dengan sendirinya berpotensi sebagai

antioksidan. Untuk mendeteksi dini

apakah suatu zat organik bahan alam

bersifat sebagai antioksidan cukup

dilakukan uji keberadaan ikatan

rangkap karbon-karbon dengan

brom, sedang untuk adanya gugus

hidroksil melalui uji fenolik dengan

besi(III) klorida dan/atau uji

alkoholik dengan pereaksi Lucas

(ZnCl2/HCl). Secara garis besar,

senyawa-senyawa antioksidan dapat

dikelompokkan ke dalam enam

kategori, yakni vitamin, ko-faktor

vitamin dan mineral, hormon,

terpenoid–karotenoid, fenol alamiah:

flavonoid, asam fenolat dan esternya,

dan fenolat non-flavonoid (seperti

poliketida), dan antioksidan organik

lainnya. Beberapa zat organik sebagai

antioksidan alami dan sintetik

tercantum dalam Gambar 7.


A - 32

Gambar 7. Beberapa antioksidan alami dan sintetik

Bagaimana dengan aktivitasnya

sebagai sunscreen? Senyawa yang

aktif sebagai sunscreen adalah

senyawa yang dapat menyerap

radiasi cahaya UV (utraviolet).

Sunscreen juga dikeal sebagai sun

screen, sunblock, suntan lotion,

sunburn cream, sun cream, dan block

out adalah suatu produk kosmetika

berwujud lotion (cairan kental),

spray, gel, atau bentuk lainnya yang

mengabsorpsi sebagian cahaya UV

matahari dan membantu

memproteksi “pembakaran kulit”

(sunburn) (Wikipedia Ensiklopedia).

Zat-zat kimia sunscreen

dikelompokkan menjadi tiga

golongan, yakni: (1) senyawa organik

yang mengabsorpsi cahaya UV, (2)

partikulat anorganik yang bekerja

merefleksikan, menghamburkan,

dan/atau mengabsorpsi cahaya UV,

dan (3) partikulat organik yang

bekerja secara identik dengan

partikulat anorganik. Gambar 8

mencantumkan beberapa senyawa

organik sebagai sunscreen.

Radiasi UV bekerja pada panjang

gelombang 200–400 nm, dan dari

daerah ini berdasarkan efek yang

ditimbulkan jika meradiasi kulit

dikelompokkan menjadi UV-A (400–

315 nm), UV-B (315–290 nm), dan

UV-C (290 – 200 nm). Bergantung

pada panjang-gelombang (UV-B, UV-

A, and UV-C) kerusakan yang terjadi

melalui mekanisme yang berbeda.

UV-A dapat menghasilkan spesies

oksigen reaktif (ROS) dan redikal

bebas melalui interaksi secara

fotosensitizer yang dapat

menyebabkan kerusakan DNA,

protein, khususnya jaringan kulit dan

lipid membran.


A - 33

Gambar 8. Beberapa senyawa organik sebagai sunscreen Untuk menentukan potensi zat

organik bahan alam sebagai

sunscreen dilakukan analisis secara

spektroskopi UV. Senyawa organik

yang aktif menyerap radiasi UV

adalah senyawa yang dapat menjalani

transisi → * dari ikatan ganda C=C

terkonjugasi dan/atau menjalani

transisi n → * seperti gugus karbonil

(C=O), nitril (CN), dan tio-karbonil

(C=S). Munculnya spektrum pada

daerah 200–400 nm dari suatu zat

organik bahan alam mengindikasikan

berpotensi sebagai sunscreen dan

selanjutnya dianalisis hubungan

antara panjang gelombang dengan

absorbansinya untuk menentukan

potensi efektivitasnya sebagai

sunscreen.

4. Riset Eksplorasi Senyawa

Organik Bahan KBK Kimia

Organik Bahan Alam di Jurusan

Kimia FMIPA Universitas Negeri

Malang

Selama satu dekade terakhir hingga

saat ini, telah dilakukan penelitian

untuk mengeksplorasi potensi

(bio)aktivitas senyawa organik bahan

alam yang berbasis pada biji-bijian.

Eksplorasi telah dilakukan terhadap

biji alpukat/avokad (Persea

americana Mill) dan asam jawa

(Tamarindus indica Linn), lihat

Gambar 9. Penelitian difokuskan

untuk mengeksplorasi/melacak


A - 34

kandungan senyawa dan

karakteistiknya dalam biji kedua

tumbuhan ini melalui pemisahan dan

pemurnian (ekstraksi, isolasi –

kromatografi , dan metode klasik

lainnya) untuk memperoleh

“Senyawa Murni”. Selajutnya

mengkarakterisasi (sifat fisik dan

kimia) dan identifikasi kromofor

(spektroskopi UV) dan gugus

fungsional (spektroskopi IR) dan uji

aktivitas ANTIOKSIDAN (metode

DPPH) dan SUNSCREEN.

Adapun tujuannya adalah:

1. Menggali potensi bahan-bahan

lokal (melimpah terdapat di

alam) produk hayati,

khususnya yang selama ini

tergolong sebagai bahan

buangan (misalnya: biji

alpukat);

2. Memperoleh hubungan atau

kajian ilmiah antara

kandungan metabolit

sekunder suatu organisme dan

sifat bioaktivitasnya;

3. Memberdayakan hasil

samping produk-produk

hayati untuk dijadikan sebagai

sumber-sumber bahan kimia

yang lebih bermanfaat;

4. Dapat dihasilkan scientific

relationship antara satu bagian

dengan bagian lain dalam

suatu organisme atau antara

satu tanaman dengan tanaman

lainnya.

Gambar 9.Fokus riset untuk mengeksplorasi senyawa (bio)aktif

Objek Riset: Senyawa dan Aktivitasnya


A - 35

Karakterisasi dan identifikasi ekstrak

dan/atau komponen (senyawa)

1. Karakterisasi fisik: wujud,

warna, titik lebur (untuk solid)

atau titik didih (untuk liquid),

indeks bias (liquid), kelarutan,

dan rotasi optik

2. Karakterisasi kimiawi melalui

reaksi/uji fotokimia: ketidak-

jenuhan, alkoholik, fenolik,

flavonoid.

3. Identifikasi: UV, IR, NMR (1H–

and/or 13C –NMR), & MS

4. Aktivitas dan Bioaktivitas:

antioksidan, sunscreen, dan

(sito)toksisitas (BSLT, P-388)

Hasil yang telah dicapai tercantum

dalam Tabel 1 dan Tabel 2.

Tabel 1. Senyawa-senyawa hasil eksplorasi dari biji P. americana Mill

Jenis Senyawa Karakteristik, Identitas, dan Aktivitas-Bioaktivitas

Senyawa-1 Zat padat putih kekuningan, t.l 63-65oC, larut dlm CHCl3, MeOH, dan EtOAc, tdk larut C6H14, memiliki gugus-gugus C=C, O-H. Suatu alkohol tidak jenuh dan rantai panjang.

Antioksidan: +++ (KP50 1271 mg.L-1), Sunscereen: NA, Sitotoksisitas: ++ (P-388), ++ (E coli)

Senyawa-2 Zat padat kuning, t.t 53-55˚C, larut dlm EtOAc, CHCl3, C6H14 (<<), tdk larut dlm MeOH dan air, lmaks 241 & 418 nm (a 10,48 & 3,65 cm2.mg-1), memiliki gugus –OH, C=O aldehida, -C≡CH, dan C-O fenol. Diduga: flavonoid.

Antioksidan:++++ (KP50 995 mg.L-1), Sunscereen: ++ (SPF 5,337), Sitotoksisitas: NA

Senyawa-3 Zat padat lembek, kuning kecoklatan, t.l 37-38 oC, tidak optik aktif, larut dlm MeOH, EtOAc, & CHCl3, C6H14 (<<), dan tdk larut dlm air. (MeOH λmaks 214 & 268 nm (a 8,60 & 2,627 cm2 mg-1). Gugus O–H sekunder, C–H sp3, –CH2– dan metil (–CH3)Diduga: terpenoid dengan ikatan rangkap terkonjugasi pendek,

Antioksidan: +++ (KP50 9578 mg.L-1), Sunscreen: + (SPF 1,116), Sitotoksisitas: NA

Senyawa-4 Zat padat lembek, coklat, t.l 63-65oC, tidak optik aktif, larut dlm CHCl3, EtOAc, MeOH, sukar larut dlm air, dan tidak larut dlm dalam n-heksana. Dalam MeOH λmaks 209 nm (a 3,8080 cm2.mg-1). Memiliki C=C terkonjugasi, gugus -CH2-, gugus O-H. Diduga terpenoid.

Antioksidan: + (KP50 4454,92 mg.L-1), Sunscreen: + (SPF 1,5838), Sitotoksisitas: NA


A - 36

Senyawa-5 Senyawa-4

Zat padat lembek, kuning pucat, t.l 45-46 oC, tidak optik aktif, larut dalam CHCl3, EtOAc, MeOH, larut sebagian dalam n-heksana dan air. Dalam MeOH (200 mg.L-1) λmaks 210 & 266 nm (a 4,63 & 0,295 mL.cm-1.mg-1). Memilik C=C terkonjugasi, gugus O-H, C-H aromatik, dan -CH2-. Diduga terpenoid.

Antioksidan: ++ (KP50 3026 mg.L-1), Sunscreen: – (SPF 0,1398), Sitotoksisitas: NA

Senyawa-6 Zat padat dengan tekstur lembek berwarna warna coklat, larut dalam n-heksana, CHCl3, EtOAc, & MeOH. Dlm MeOH λmaks1 207, 276, 324, & 347 nm (a 19,34; 3,4; 2,24; & 1,06 cm2.mg-1). Identifikasi dengan IR: gugus C≡C, C-H sp2, C-H sp3, C=O ester, dan C-O ester. Diduga golongan terpenoid.

Antioksidan: + (KP50 2154,74 mg.L-1), Sunscreen: ++ (SPF 1,7669), Sitotoksisitas: NA

Tabel 2. Senyawa-senyawa hasil eksplorasi dari biji T. indicus Linn)

Jenis Senyawa Karakteristik, Identitas, dan Aktivitas-Bioaktivitas

Senyawa-1 Zat cair, berwarna hijau, indeks bias 1,478 (25ºC), massa jenis

0,920 g.mL-1

, viskositas 195,20 cSt, sebagai trigliserida (minyak), mengandung C=C, bil. asam 0,126, bil. penyabunan 0,089, dan bil. iod 0,025. Asam lemak penyusun: oktanoat (0,87%), dekanoat (1,68%), dodekanoat (25,18%), tetradekanoat (7,93%), heksadekanoat (16,06%), 9,12-oktadekadienoat (21,91%), 9-oktadekenoat (17,76%), oktadekanoat (3,82%), eikosanoat (0,39%), 11-eikosaenoat (1,03%), dokosanoat (1,00%), dan tetrakosanoat (1,92%).

Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus)

Senyawa-2 Zat cair, berwarna kuning, indeks bias 1,472 (25°C), massa jenis

0,84 g.mL-1

, viskositas 62,32 cSt, sebagai trigliserida (minyak), mengandung C=C, bil. asam 1,68, bil. penyabunan 392, dan bil. iod 54,61. Asam lemak penyusun: dodekanoat (12,66%), tetradekanoat (5,17%), heksadekanoat (9,90%), 9,12-oktadekadienoat (38,68%), 11-oktadekenoat (19,93%), oktadekanoat (4,80%), 11-eikosenoat (0,76%), eikosanoat (1,55%), dokosanoat (2,01%), dan tetrakosanoat (4,54%).

Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus)

Senyawa-3 Zat padat, putih, t.l 69-71 oC. Larut dlm CHCl

3, n-heksana, dan tidak

larut dalam EtOAc, MeOH, dan air. λmaks

250, 298, dan 309 nm (a


A - 37

11,05; 13,4; dan 13,6 cm2.mg

-1). Spektrum IR: ikatan C=C

(terkonjugasi), C=C aromatik, gugus metilen C-H sp3, gugus O-H,

C=O ester, dan C-O. Diduga sebagai fenolik bergugus karbonil (ester fenolik).

Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus), Sunscreen: + (SPF = 1,47).

Senyawa-4 Zat padat lunak, kuning muda, t.l 45-47oC. Larut dlm n-heksana &

CHCl3, sedikit larut dlm EtOAc, tidak larut dlm MeOH dan air. λ

max

242, 266, dan 320 nm (a16,46; 16,36; dan 1,6 cm2.mg

-1) masing-

masing menindikasikan pp* terkonjugasi, pp

* benzenoid, dan

np*. Spektrum IR: gugus OH, gugus C=O, –C=C- terkonjugasi, dan

–C=C- aromatik.

Antioksidan: in-progress, Antibakterial: negatip (E. coli maupun S. aureus), Sunscreen: + (SPF 1,493)

5. Implikasi Riset Pada

Pembelajaran Kimia Organik

Berdasarkan riset yang dilaksanakan

dan dikembangkan di KBK Kimia

Organik Bahan Alam tersebut,

berimplikasi pada pembelajaran

terhadap matakuliah-matakuliah

yang bersinggungan atau dalam

lingkup Kimia Organik, khususnya

matakuliah Penentuan Struktur

(Senyawa) Organik, Sintesis Organik,

Kimia Organik Bahan Alam, dan

Pemisahan. Dengan mengacu pada

tradisi riset yang dilandasi penemuan

solusi terhadap masalah yang timbul

kemudian dilakukan analisis

rancangan pemecahannya. Dalam

konteks inilah, maka pemerolehan

konsep (sebagai konsep baru) bagi

peserta didik maka pembelajaran

yang lebih sesuai adalah pembelajar

secara inkuiri atau pembelajaran

berbasis inkuiri (inquiry-based

learning) dengan dipandu model

multiple representation, khususnya

triple representation. Triple

representation yang dimaksud adalah

sebagaimana yang tercantum pada

Gambar 10.


A - 38

Gambar 10. Triple respresentation dalam pembelajaran

BAGAIMANA IMPLEMENTASI

RIILNYA DI KELAS? Secara garis

besar disarankan sebagai berikut:

1. Setiap pembelajaran Kimia

(Organik) hendaknya mampu

menghubungkan antara fakta,

fenomena, model (domain

makroskopik), konsepualisasi

(domain mikroskopik/sub-

mikroskopik/nanoskopik),

dan simboliknya (struktur,

formula, dsj.)

2. Pada Pebelajar KIMIA

PEMULA, alur di atas akan

lebih sesuai jika dimulai atau

diawali dari DOMAIN

MAKROSKOPIK berbasis

EKSPERIMEN/FENOMENA/M

ODEL dan berakhir pada

SIMBOLIK, sedang untuk

Pebelajar BUKAN PEMULA

(KIMIA LANJUT), maka dengan

MERANCANG REKAYASA

MOLEKULER pada “SIMBOL”

yang telah diperoleh untuk

DIPERLAKUKAN rancangan

rekayasa molekuler tersebut

menumbuhkan karakter

KREATIF-INOVATIF-SMART

dalam belajar ILMU KIMIA

3. Pendekatan, Model, Strategi,

Metode, dan/atau Teknik

dalam

PENGAJARAN/PEMBELAJARA

N, maka pembelajaran harus

berorientasi pada “BELAJAR

KIMIA (SAINS) SEBAGAIMANA

PARA KIMIAWAN (SAINTIS)

Micros-copic /

Nanoscopic/Konseptu

alisasi

Symbolic

Macroscopic/Eksperi

men


A - 39

MENEMUKAN/MEMPEROLEH

ILMU/TEORI/KONSEP KIMIA

(SAINS)”

PENUTUP

Pendekatan struktur atau bagian dari

struktur untuk memperoleh senyawa

organik bahan alam yang berpotensi

sebagai antioksidan dan sunscreen

telah dilakukan, dan dirasa lebih

sistematik walaupun lebih sederhana.

Pemerolehan informasi yang relatif

masih permulaan, seperti ada-

tidaknya ikatan ganda C=C, gugus

karbonil, dan gugus hidroksi dapat

digunakan sebagai guide untuk studi

ilmu kimia lebih lanjut, khususnya

senyawa-senyawa kimia kelompok

metabolit sekunder. Biji alpukat

(Persea americana Mill) dan biji asam

jawa (Tamarindus indica Linn) telah

dicoba digunakan sebagai pemandu

studi ilmu kimia senyawa organik

bahan dengan potensi

(bio)aktivitasnya.

REFERENSI Anne E. Osbourn, A.E. & Lanzotti, V.

(eds). 2009. Plant-derived Natural Products: Synthesis, Function, and Application.

London & New York: Springer Science+Business Media.

Bhat, S.V., Nagasampagi, B.A., & Sivakumar, M. 2005. Chemistry of Natural Product. New Delhi: Narosa Publishing House.

Cooper, R. & Nicola, G. 2015. Natural Products Chemistry: Sources, Separations, and Structures. Boca Raton: Taylor & Francis Group, LLC.

Dutra, E.A., Gonçalves, D.A., da Costa e Oliveira, Hackmann, E.R.M.K., & Santoro, M.I.R.M. 2004. Determination of sun protection factor (SPF) of sunscreens by ultraviolet Spectrophotometry. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 40. 382-385.

Einbonda, L.S., Reynertsona, K.A., Xiao-DongLuo, Basileb, M.J., Kennellya, E.J. 2004. Rapid communication: Anthocyanin antioxidants from edible fruits. Food Chemistry 84. 23–28.

Müller, H.F., Champ, S., Kandzia, C., Jung, K., Seifert, M., T. Herrling, T. 2008. Strategy for Efficient Prevention from Photo-Ageing. SOWF Journal. 8. 23-32

Ratcliff, B., Eccles, H., Raffan, J., Nicholson, J., Johnson, D., Acaster, D., Matthews, P., & Newman, J. 2004. Chemistry: AS Level and A Level. Cambridge: Cambridge University Press.

Shivraj H. Nile, S.H. & Khobragade, C.N. 2010. Antioxidant activity and flavonoid derivatives of Plumbago zeylanica. Journal of Natural Products. 3.130-133

Sutrisno. 2000. Aktivitas sitotoksik pakirizin dan turunannya


A - 40

terhadap sel leukemia L1210. Disertasi tidak diterbitkan. Bandung: Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung.

Sutrisno, Parlan, Al-Fath, H.N. 2013. Isolation Of Sulphate Polygalactan From Eucheum Alvarezii Doty And Its Anticoagulant Activity. Indonesian J. Pharm. 24/2 :86–92.

Sutrisno, Oktaviana, L., Marufu’ah. 2013. Eksplorasi Senyawa Bioaktif Metabolit Sekunder Dari Biji Alpukat (Persea americana Mill). Laporan Penelitian tidak Diterbitkan. Malang: Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Universitas Negeri Malang.

----------. 2016. Antioxidant Chemicals. Wikipedia: Ensiklopedia Umum

----------. 2016. Sunscreen and Chemicals Sunscreen. Wikipedia: Ensiklopedia Umum

----------. 2009. A review of the scientific literature on the safety of nanoparticulate titanium dioxide or zinc oxide in sunscreens Australian Government, Department of Health and Ageing. OTC Medicines Section Therapeutic Goods Administration

Mohamad, H., Abasa, F., Permanaa, D., Lajisa, N.H, Alib, A.M., Sukaric, M.A., Hinc, T.Y.Y., Kikuzakid, H., & Nakatanid, N. 2004. DPPH Free Radical Scavenger Components from the Fruits of Alpinia rafflesiana Wall. ex. Bak. (Zingiberaceae). Verlag der Zeitschrift für Naturforschung. 811-815

eksplorasi potensi (aktivitas dan bioaktivitas

Documents