PENGEMBANGAN SINTESIS SENYAWA KHALKON MELALUI PENDEKATAN GREEN CHEMISTRY

Transkripsi

1 SEMINAR NASINAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA VIII dan Periset Sains Kimia di Era Program Studi Pendidikan FKIP UNS Surakarta, 14 Mei 2016 MAKALAH UTAMA UTAMA ISBN : PENGEMBANGAN SINTESIS SENYAWA KHALKN MELALUI PENDEKATAN GREEN CHEMISTRY Elfi Susanti VH 1* 1 Prodi Pendidikan Kimia, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret, Surakarta, Indonesia * Keperluan korespondensi, elsantivh@yahoo.com ABSTRAK Green chemistry merupakan suatu pendekatan dalam mengembangkan dan merancang proses kimia yang mengurangi atau menghilangkan penggunaan dan pembentukan zat yang berbahaya terhadap lingkungan. Prinsip green chemistry dalam proses sintesis adalah mengurangi penggunaan bahan yang tidak bisa terbarukan, menghilangkan limbah, mengurangi emisi dan meminimalkan penggunaan pelarut. Pelarut yang digunakan dalam sintesis sering beracun, mahal dan menimbulkan masalah lingkungan, oleh karena itu sintesis bebas pelarut sangat penting dilakukan. Sintesis senyawa khalkon tanpa pelarut dapat dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya teknik grinding. Proses grinding membuat molekul reaktan bertubrukan dan akan membentuk produk. Waktu reaksi pada teknik grinding ini lebih pendek karena terjadi banyak tubrukan dengan kecepatan yang lebih cepat antara molekul reaktan dan adanya sejumlah panas yang dihasilkan akibat pergesekan molekul reaktan. Kata kunci : green chemistry, sintesis, khalkon, grinding PENDAHULUAN Khalkon (1,3-difenil-2-propena-1- on) termasuk senyawa golongan flavonoid dengan rangka C6-C3-C6, di mana C6 adalah cincin aromatik yang dihubungkan oleh C3 yang merupakan sistem karbonil α,β-tak jenuh. Struktur umum khalkon disajikan pada Gambar 1. Nama khalkon diberikan oleh Kostanecki dan Tambor (Dhani et al., 2012). Khalkon memiliki ikatan rangkap terkonjugasi dan sistem elektron π terdelokalisasi pada kedua sistem cincin benzena. Molekul yang memiliki sistem tersebut memiliki kebolehjadian yang lebih besar mengalami reaksi transfer elektron (Patil et al., 2009). 3 3' 4 2 2' 4' A B 5 1' 5' 1 6 6' Gambar 1. Struktur umum khalkon Khalkon (1,3-difenil propenon) memiliki berbagai aktivitas farmakologi dan 9

2 merupakan prekursor utama dalam sintesis bermacam-macam senyawa flavonoid, dapat dilihat pada biosintesis flavonoid yang disajikan di Gambar 2. Aktivitas farmakologi senyawa khalkon diantaranya sebagai antikanker (Xia et al., 2000), antiproliferatif (Patil et al., 2009), antimikroba (Mandge et al., 2007 dan Prasad et al., 2008), insektisida (Nalwar et al., 2009) dan antioksidan (Belsare et al., 2011). Khalkon yang stabil dari tanaman tidak dapat dipisahkan karena adanya enzim chalcone sintetase (CSH) yang segera mengubah khalkon menjadi flavanon (Mandge et al., 2007), sehingga sintesis merupakan alternatif utama untuk mendapatkan khalkon. Sintesis merupakan suatu cara dalam menghasilkan suatu senyawa baru. Peluang sangat besar sekali untuk mendapatkan senyawa dengan berbagai variasi gugus melalui proses sintesis. Faktor penting dalam merancang rute sintesis adalah menentukan bahan dasar dan reagen serta pemilihan metode sintesis yang akan digunakan. Khalkon dapat disintesis dengan cara kondensasi Claisen-Schmidt, yaitu reaksi kondensasi antara aldehida aromatik dengan keton aromatik untuk membentuk keton α,β-tak jenuh. Penggunaan pelarut dalam reaksi kondensasi pada sintesis turunan khalkon berbahaya bagi kesehatan dan tidak ramah lingkungan. leh karena itu pengembangan strategi sintesis senyawa khalkon dan turunannya melalui pendekatan green chemistry sangat penting dilakukan Gambar 2. Biosintesis flavonoid 10

3 Green chemistry (kimia hijau) merupakan suatu pendekatan dalam mengembangkan dan merancang proses kimia yang mengurangi atau menghilangkan penggunaan dan pembentukan zat yang berbahaya terhadap lingkungan. Paul Anastas dan John Warner mengemukakan 12 prinsip kimia hijau, yaitu 1) Pencegahan. Pencegahan penghasilan limbah kimia lebih baik daripada mengatasi limbah yang telah dihasilkan. Prinsip ini terkait dengan kemampuan kimiawan untuk merancang ulang transformasi kimia yang meminimalkan produksi limbah. 2) Atom ekonomi. Metode sintesis harus didesain dengan memaksimalkan penggunaan seluruh bahan dalam prosesnya sampai kepada produk akhir. Atom ekonomi adalah suatu konsep yang dikembangkan untuk mengevaluasi efisiensi transformasi kimia. Mirip dengan perhitungan hasil, atom ekonomi merupakan rasio dari total massa atom dalam produk yang diinginkan dengan massa total atom pada reaktan. 3) Sintesis bahan kimia yang lebih tidak berbahaya. Metode sintesis harus menggunakan dan menghasilkan bahan kimia yang tidak membahayakan lingkungan dan kesehatan manusia. Metode sintesis didesain menggunakan dan menghasilkan zat yang memiliki kadar sekecil mungkin atau bahkan tidak beracun terhadap kesehatan manusia dan ling-kungan. Semaksimal mungkin diupa-yakan pula untuk tidak menggunakan zat tambahan (misalnya, pelarut dan agen pemisah). Penggunaan pelarut biasanya mengarah ke produksi limbah, oleh karena itu penurunan volume pelarut atau penghapusan pelarut secara menyeluruh akan lebih baik. 4) Desain bahan kimia yang aman. Produk kimia harus didesain sesuai dengan fungsi yang dinginkan dan mengurangi tingkat racun bahan kimia tersebut. Jika memungkinkan, metode sintesis dan pemurnian harus dirancang pada suhu dan tekanan ruang sehingga biaya energi yang berkaitan dengan suhu dan tekanan yang ekstrem dapat ditekan. 5) Penggunaan pelarut dan kondisi reaksi yang aman. Reagen seperti pelarut digunakan seperlunya. 6) Desain terhadap efisiensi energi. Proses reaksi disarankan menggunakan tekanan dan suhu yang standar dengan lingkungan. 7) Penggunaan bahan yang dapat diperbaharui. Penggunaan bahan mentah disarankan menggunakan bahan-bahan yang dapat diperbaharui daripada bahanbahan yang sekali pakai. 8) Pengurangan terhadap senyawa derivatif. Sintesis produk akhir menghindari derivatisasi senyawa seminimal mungkin. 9) Katalis. Penggunaan reagen katalis yang memiliki tingkat selektifitas tinggi daripada penggunaan bahan prekusor untuk reaksi stoikiometrinya. Katalis dengan selektivitas tinggi akan lebih unggul dalam reaksi. Katalis dapat memainkan beberapa peran dalam proses transformasi, antara lain dapat meningkatkan selektivitas reaksi, mengurangi suhu transformasi, meningkatkan tingkat konversi produk, dan mengurangi limbah. 10) Desain untuk penguraian. Produk bahan kimia didesain strukturnya yang dapat terurai secara alami dan tidak mencemari lingkungan. 11) Analisis secara langsung untuk pencegahan polusi. Metode analisis bahan secara kualitatif dan kuantitatif 11

4 dikembangkan untuk analisis dan pemantauan dilakukan secara langsung untuk mengetahui kapan reaksi selesai atau mendeteksi munculnya produk samping yang tidak diinginkan dan untuk mencegah pembentukan bahan-bahan yang beracun. 12) Pembuatan bahan yang lebih aman dan mampu menimimalisirkan kecelakaan. Senyawa yang dipakai dalam proses reaksi kimia sebaiknya memilih bahan-bahan yang mengurangi faktor kecelakaan, misalnya: ledakan, kebakaran, pelepasan senyawa yang berbahaya (Anastas and Warner, 1998). Prinsip kimia hijau dalam proses sintesis adalah mengurangi penggunaan bahan yang tidak bisa terbarukan, menghilangkan limbah, mengurangi emisi dan meminimalkan penggunaan pelarut. Pelarut yang digunakan dalam reaksi organik sering beracun, mahal dan menimbulkan masalah lingkungan (Rateb and Zohdi, 2009). leh karena itu sintesis organik bebas pelarut menarik perhatian dan banyak dikembangkan akhir-akhir ini. Dalam reaksi organik konvensional, umumnya pelarut organik digunakan sebagai media reaksi dan agen transfer panas. Pelarut organik tetap digunakan selama proses ekstraksi dan pemurnian senyawa. Pelarut organik sangat berbahaya karena beracun, mudah menguap, dan sering menimbulkan masalah dalam penggunaan dan penghilangannya setelah reaksi. Disamping itu juga dapat mencemari udara, tanah dan air. leh karena itu penting sekali menemukan pelarut dan reagen yang ramah lingkungan, atau dapat mengeluarkan pelarut organik dari proses sintesis. Sintesis ramah lingkungan dapat dicapai dengan cara menggunakan media yang aman, misalnya air, C2 cair dan polietilen glikol. Beberapa pendekatan yang digunakan banyak ahli kimia hijau adalah menggunakan pelarut yang aman, sedikit pelarut organik atau atau tanpa pelarut sama sekali (Rateb and Zohdi, 2009). Beberapa keuntungan reaksi tanpa pelarut antara lain penggunaan energi rendah, tidak ada media reaksi yang harus dikumpulkan, dimurnikan dan kemudian digunakan kembali, rendemen tinggi dan waktu reaksi lebih pendek, lebih sederhana dan tidak membutuhkan peralatan yang khusus, kemurnian produk tinggi, tidak memerlukan gugus pelindung dan pelepasan gugus pelindung. Sintesis tanpa pelarut dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain dengan teknik grinding, microwave dan ultra sonic (Rateb and Zohdi, 2009). SINTESIS KHALKN DENGAN TEKNIK GRINDING Teknik grinding dalam sintesis khalkon merupakan suatu terobosan yang sangat strategis sekali karena mempertimbangkan prinsip green chemistry, yaitu mengurangi penggunaan pelarut dalam proses sintesis. Pelarut dalam sintesis senyawa banyak bersifat racun dan menimbulkan masalah lingkungan. leh karena itu pengembangan metode sintesis senyawa tanpa pelarut sangat penting dilakukan, salah satunya dengan teknik grinding. Semua reaktan dalam proses grinding digerus dalam suatu lumpang sehingga tumbukan antara reaktan terjadi dan menimbulkan energi 12

5 friksi dari panas lokal yang akan mempercepat reaksi terbentuknya khalkon. Susanti et al. (2014) telah mensintesis 4 turunan senyawa khalkon melalui reaksi kondensasi Claisen-Schmidt antara veratraldehida dan 4 turunan senyawa asetofenon (Gambar 3). Turunan asetofenon yang digunakan adalah 2- hidroksiasetofenon, 2,4-dihidroksiasetofenon, 2,5-dihidroksiasetofenon dan 2,6- dihidroksiasetofenon. Sintesis khalkon dilakukan dengan dua cara yaitu metode konvensional memakai pelarut etanol dan metoda green tanpa pelarut dengan teknik grinding. CH 3 CH 3 H CH 3 + R 1 H NaH R 1 H CH 3 R 3 R 3 Veratraldehida Hidroksi asetofenon Khalkon Khalkon 1 ; R 1 = =R 3 =H Khalkon 2 ; R 1 =H, =R 3 =H Khalkon 3 ; R 1 =R 3 =H, =H Khalkon 4 ; R 1 = =H, R 3 =H Gambar 3. Sintesis 4 turunan khalkon Khalkon 1 tidak dapat disintesis dengan teknik grinding karena bahan dasarnya yaitu 2-hidroksiasetofenon berwujud cair sehingga tidak dapat digerus dengan veratraldehida. Sintesis khalkon 2 dengan teknik grinding dilakukan dengan cara menghaluskan 2,4-dihidroksiasetofenon, veratraldehida dan NaH padat dalam lumpang. Proses grinding ini dilakukan pada suhu kamar selama 15 menit. Pada proses ini dihasilkan energi friksi dari panas lokal akibat tumbukan antara reaktan yang mempercepat reaksi terbentuknya produk. Hasil sintesis berupa padatan kuning oranye setelah dipisahkan dengan kromatografi kolom sebanyak 1,27 g (rendemen 84%) dengan titik leleh C. Khalkon 3 dan 4 disintesis dengan cara yang sama seperti pada sintesis khalkon 2 teknik grinding, tetapi dari bahan dasar asetofenon yang berbeda. Khalkon 3 menggunakan 2,5-dihidroksiasetofenon, sedangkan khalkon 4 dari bahan dasar 2,6-dihidroksiasetofenon. Produk sintesis khalkon 3 berupa padatan kuning kecoklatan sebanyak 1,10 g (rendemen 73%) dengan titik leleh C, sedangkan khalkon 4 berupa padatan kuning oranye sebanyak 1,05 g dengan rendemen 70% dan titik leleh C (Susanti et al., 2014) Ada beberapa perbedaan penting antara sintesis khalkon konvensional menggunakan pelarut dibandingkan dengan sintesis khalkon tanpa pelaruut menggunakan teknik grinding. Sintesis khalkon konvensional membutuhkan waktu reaksi selama 24 jam, sedangkan sintesis teknik grinding membutuhkan waktu reaksi yang lebih singkat yaitu selama 15 menit. Proses grinding membuat molekul reaktan 13

6 bertubrukan dan akan membentuk produk. Waktu reaksi pada teknik grinding ini lebih pendek karena terjadi banyak tubrukan dengan kecepatan yang lebih cepat antara molekul reaktan dan adanya sejumlah panas yang dihasilkan akibat pergesekan molekul reaktan selama proses grinding. Kelebihan lain adalah reaksi terjadi pada suhu kamar (Zangade et al., 2011). Rendemen produk sintesis khalkon memberikan hasil yang berbeda, dimana sintesis dengan teknik grinding memberikan rendemen hasil lebih besar (70-84%) dibandingkan dengan sintesis khalkon konvensional (45-75%) (Tabel 1) (Susanti et al., 2014). Sintesis khalkon dengan teknik grinding ini memiliki beberapa persyaratan, antara lain reaktan yang digunakan berwujud padat, proses grinding dilakukan berkesinambungan tanpa henti sampai diperoleh produk yang diinginkan, dan proses reaksi dimonitor dengan KLT. Tabel 1. Rendemen hasil sintesis khalkon Metode Senyawa Konvensional, rendemen (%) Grinding, rendemen (%) Khalkon Khalkon Khalkon Khalkon Hasil penelitian ini sesuai dengan yang telah didapatkan Kumar et al. (2008), Rateb and Zohdi (2009) dan Zangade et al. (2011). Kumar et al. (2008) mensintesis beberapa senyawa khalkon dengan beberapa metode, yaitu sintesis dengan refluks, irradiasi ultrasonik dan teknik grinding. Reaksi sintesis disajikan pada Gambar 4. intesis dengan teknik grinding memberikan hasil yang lebih baik daripada menggunakan irradiasi ultrasonik dan refluks, masing-masing dengan rendemen 83-92%, 5-80% dan 24-89% (Tabel 2). [9] mensintesis beberapa turunan khalkon dengan teknik grinding menggunakan katalis NaH, dengan hasil baik (rendemen 71-95%). [16]juga telah mensintesis turunan 2-hidroksi khalkon dengan teknik grinding menggunakan katalis KH, dengan rendemen yang cukup tinggi yaitu sebesar 85-94%. Tabel 2. Perbandingan hasil sintesis dengan beberapa teknik sintesis No Katalis Waktu reaksi Suhu reaksi Rendemen (%) 1 Ba(H)2/etanol 4 jam Refluks Ba(H)2/etanol 24 jam Irradiasi ultrasonik Ba(H)2 grinding 2-5 menit Suhu kamar

7 R 1 R 1 R R 6 R R 6 + Ba(H) 2 R 3 CH 3 H R 5 t kamar, 2-5 menit R 3 R 5 R 4 R 4 R R1 R2 R3 R4 R5 R6 1 H H H H H H H 2 H H H H H H CH 3 3 H H Br H H H CH 3 4 H N 2 Br H H H CH 3 5 H H Br H H H N 2 6 H H H H H H CH 3 7 H H H H H H Cl 8 H H H H H H H 9 H H H H H H Cl 10 H H H H H H CH 3 11 H H H H H H CH 3 12 H H H H H H N 2 13 H H H H CH 3 H CH 3 14 H H CH 3 H H H CH 3 15 H H CH 3 H CH 3 H CH 3 Gambar 4. Sintesis khalkon dengan teknik grinding (Kumar et al., 2008) SINTESIS DENGAN IRRADIASI MICRWAVE prosedur sintesis yang ramah lingkungan. Sarda et al. (2009) telah mensintesis Penggunaan microwave (MW) beberapa khalkon menggunakan MW dalam proses sintesis senyawa mulai dengan katalis alumina (Gambar 5). banyak dikembangkan, sebagai alternatif H R H R + Al 2 3, NaH CH 3 H MW A. R = Cl B. R = CH 3 C. R = CH 3 D. R = H E. R = N 2 Gambar 5. Sintesis khalkon menggunakan MW (Sarda et al., 2009) Edmont V dalam Patil et al. (2009) telah mensintesis 4 senyawa turunan 2-hidroksi khalkon dengan bantuan MW (Gambar 6). H CH 3 R 1 R 3 H R1 + KH, etanol H MW, C R3 Gambar 6. Sintesis khalkon menggunakan MW (Patil et al., 2009) 15

8 PENUTUP Pengembangan strategi sintesis senyawa khalkon melalui pendekatan green sangat penting dilakukan sebagai upaya mengurangi atau menghilangkan penggunaan dan pembentukan zat yang berbahaya terhadap lingkungan. Beberapa penelitian telah membuktikan bahwa sintesis senyawa khalkon dan turunannya dengan teknik grinding memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan metode lain yang memakai pelarut. REFERENSI [1] Anatas, P.T., dan Warner, J. C., 1998, Green Chemistry: Theory and Practice, xford University Press, New York [2] Belsare, D.P., Pal, S.C., Kazi, A.A., Kankate, R.S., and Vanjari, S.S., 2010, Evaluation of Antioxidant Activity of Chalcones and Flavonoids, Int. J. Chem. Tech. Res., 2(2), [3] Dhani R., Kumar, P.S., Abhilash, C.A., and Jahnavi, C.H., 2012, Synthesis and Characterization of Some Novel Substituted Chalcone Derivatives, Inter. J. Applied Bio and Pharm. Tech., 3(4), [4] Kumar, S., Lamba, M.S., and Makrandi, J.K., 2008, An Efficient Green Procedure for the Synthesis of Chalcones Using C-200 as Solid Support Under Grinding Conditions, Green Chem. Lett. and Rev., 1(2), [5] Mandge, S., Singh, H.P., Gupta D., and Moorthy H.R., 2007, Synthesis and Characterization of Some Chalcone Derivatives, Trend Applied Sci. Res., 2, [6] Nalwar, Y.S., Sayyed, M. A., Mokle, S.S., Zanwar, P.R., and Vibhute, Y. B., 2009, Synthesis and Insect Antifeedan Activity of Some New Chalcones Against Phenacocus solanopsis, World J. Chem., 4(2), [7] Patil, C.B., Mahajan S.K., and Katti, S.A., 2009, Chalcone: A Versatile Molecule, J. Pharm. Sci. & Res., 1(3), [8] Prasad, Y. R., Lakshmana, A. R., and Rambabu, R., 2008, Synthesis and Antimicrobial Activity of Some Chalcone Derivatives, E-J. Chem., 5(3), [9] Rateb, N.M. and Zohdi, H.F., 2009, Atom-Effecient, Solvent Free, Green Syntesis of Chalcone by grinding, Synthesic Communications, 39, [10] Sarda, S.R., Jadhav, W.N., and Pawar, R.P., 2009, I2-Al23: A Suitable Heterogeneous Catalyst for the Synthesis of Flavones Under Microwave Irradiation, Int. J. Chem. Tech. Res., 1(3), [11] Susanti, E.V.H., Matsjeh, S., Wahyuningsih, T.D., Mustofa, and Redjeki, T., 2014, Improved Synthesis f 2',6'-Dihydroxy-3,4-Dimethoxy Chalcone By Grinding Technique To Synthesize 5-Hydroxy-3',4'-Dimethoxy Flavone, Indo. J. Chem., 4 (2), [12] Susanti, E.V.H., Matsjeh, S., Wahyuningsih, T.D., Mustofa, and Redjeki, T., 2014, Syntheses And Antioxidant Activities f Some Hydroxy 16

9 Dimethoxy Chalcone Derivatives, Indonesian J. Pharm [13] Xia, Y., Yang, Z.Y., Xia, P., Bastow, K. F., Nakanishi, Y., and Lee, K.H., 2000, Antitumor Agents. Part 202: Novel 2 - Amino Khalkons: Design, Synthesis and Biological Evaluation, Bioorg. and Med. Chem. Lett., 10, [14] Zangade, S., Mokle, S., Vibhute, A., and Vibhute, Y., 2011, an Efficient and perationally Simple Synthesis of Some New Chalcones by Using Grinding Technique, Chem. Sci. J., 13,