PENGEMBANGAN PANGKALAN DATA STRUKTUR KIMIA DI LIPI BERBASIS DATA RESONANSI MAGNETIK INTI *)

Transkripsi

1 PENGEMBANGAN PANGKALAN DATA STRUKTUR KIMIA DI LIPI BERBASIS DATA RESNANSI MAGNETIK INTI *) L. Broto Sugeng Kardono 1, Ahmad Darmawan 1, M. anafi 1 dan Umar Anggara Jenie 2 1 Pusat Penelitian Kimia, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Kawasan PUSPIPTEK, Serpong. 2 Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Widya Sarwono, Jl. Gatot Subroto 10, Jakarta. ABSTRAK Penentuan struktur kimia biasanya didasarkan pada sifat fisika dan kimia dari senyawa tersebut. Dari sifat-sifat tersebut, data spektroskopi sangat berperan penting. Data Resonansi Magnetik Inti (RMI) merupakan data spektroskopi utama untuk tujuan tersebut. Untuk membantu elusidasi struktur senyawa-senyawa kimia telah dikembangkan program Chemical Structure Information Bank di Puslit Kimia-LIPI. Program ini merupakan program untuk membantu elusidasi struktur kimia didasarkan informasi teoritik RMI dan Data Tabel dari Pustaka. Pendekatan seperti ini mengalami banyak kesulitan karena sangat banyak variasi struktur kimia yang ada, yang memerlukan pendalaman lebih jauh dan konsultasi dengan pakar di bidangnya. Untuk memudahkan elusidasi struktur kimia bagi para peneliti namun kurang pakar dalam bidang tersebut telah dikembangkan pangkalan data struktur kimia berbasis data resonansi magnetik ini di Pusat Penelitian Kimia-LIPI. Pangkalan data tersebut merupakan kumpulan ribuan struktur kimia beserta data RMI yang terkait. Pangkalan data ini dikembangkan dari program Chemffice yang penggambaran struktur kimia mempunyai kinerja sangat bagus dan sudah dikenal dan diterima secara internasional. Pengelolaan data RMI pada pangkalan data tersebut dikelompokkan berdasarkan kelas struktur kimia, kajian biogenetik dan sumber struktur tersebut diperoleh. Data RMI diperoleh dari data pustaka, terutama dari senyawasenyawa hasil penelitian para peneliti di seluruh LIPI. ard copy sebagian dari data RMI dari pangkalan data tersebut sedang disiapkan. PENDAULUAN Ada beberapa instrumen analisa selain NMR yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi jenis senyawa atau struktur molekul suatu sampel, baik dalam suatu campuran atau senyawa murni, seperti Spektrometr Massa (C-MS) yang digabung dengan Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 1

2 Bandung, Juli 2003 system kromatografi (kromatografi gas dan cair), spektrophotometer Infra merah (IR), Kromatografi gas (KG/GC) dan kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT/PLC). Namun demikian satu sama lain punya fungsi yang berbeda dan masing-masing mempunyai kelebihan atau kekurangan, tergantung dari tujuan atau jenis sampelnya. Identifikasi secara kromatografi (Identifikasi dengan menggukan spektropotometer IR hanya memberikan informasi mengenai jenis gugus fungsi, al yang penting dalam mengidentifikasi atau elusidasi struktur molekul suatu senyawa organik adalah asal usul senyawa sedapat mungkin diketahui, apakah dari biota darat atau laut spesiesnya atau digunakan untuk apa zat tersebut. al ini sangat membantu dalam menentukan jenis atau golongan senyawanya, misalnya flavonoid, xanton, kumarin, olean atau steroid. Dengan demikian akan sangat membantu dalam menentukan struktur molekul. Pengukuran spektrum NMR satu Dimensi bisa digunakan menentukan struktur molekul untuk senyawa-senyawa sederhana dan merupakan senyawa yang sudah diketahui (known compound). Banyak informasi yang dapat diambil dari hasil pengukuran spektrum NMR 1 Dimensi ( 1 dan 13 C-NMR), seperti adanya gugus-gugus fungsi yang dinyatakan dalam bentuk khas seperti jumlah, jenis dan posisi gugus fungsi, jumlah proton dan karbon serta dapat menentukan bentuk konformasinya atau struktur ruangnya seperti cis atau trans, aksial atau equatorial. Dengan telah diketahuinya gugus-gugus fungsi berdasarkan pengukuran spektrum 1 dan 13 C NMR, maka untuk merangkai gugus-gugus tersebut menjadi suatu struktur molekul secara lengkap dan benar perlu dilakukan pengukuran spektrum NMR 2 Dimensi. Namun untuk melakukan intrepetasi data spektrum data 2D NMR seperti MQC, MBC dan NE memerlukan waktu yang cukup lama mengingat diperlukan kompetensi dan pengalaman yang cukup lama. Disamping itu mengingat struktur molekul sangat beragam dari sederhana sampai sangat komplek. Untuk membantu peneliti bidang lain seperti farmasi, biologi, dokter dalam bidang elusidasi struktur maka Pusat Penelitian Kimia LIPI sedang membuat suatu program data base yang berisikan nilai pergeseran kimia 1 dan 13 C-NMR suatu senyawa tertentu baik itu hasil penelitian sendiri maupun orang lain (luar negeri). Dengan menggunakan data base yang sudah ada yaitu ChemFinder dapat dimanfaatkan untuk penyimpanan data pergeseran kimia yang selanjutnya digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa. Selain data pergeseran kimia juga dapat dimasukkan data 2 Pemaparan asil Litbang 2003

3 nama senyawa, rumus molekul, berat molekul dan sifat fisikanya seperti titik leleh. Dengan memasukkan data yang kita miliki maka akan dapat dilakukan konfirmasi apakah senyawa yang kita perkirakan sesuai atau tidak. METDLGI Untuk dapat mebuat data base yang diinginkan maka bahan-bahan yang diperlukan dipersiapkan dengan langkah-langkah sebagai beriukut : 1. Membuat format data base yang diperlukan 2. Studi pustaka : text book, jurnal, internet 3. Pengisian data 4. Uji coba Pembuatan format pelu dilakukan untuk membuat atau menentukan kolom data yang diinginkan seperti kolom struktur molekul, nama senyawa, rumus molekul, pergeseran kimia proton dan karbon ( 1 dan 13 C), sumber, aktivitas dan sumber pustakanya. Penelusuran pustaka diperlukan untuk membuat klasifikasi pengelompokkan senyawa dan data yang diperlukan untuk mengisi kolom tersebut. Selanjutnya perlu dilakukan pengisian data sesuai dengan kolom dan uji coba serrching data untuk mendapatkan kemungkinan struktur, konfirmasi data dan sebagainya. Data base tersebut juga dapat ditampilkan dalam bentuk table seperi dibawah ini. Dalam tersebut dicontohkan kelompok senyawa turunan xanthone yang banyak diisolasi dari tanaman kelompok manggis yang dikenal dengan nama Garcinia sp. Tabel 1. Kelompok Senyawa Turunan Xanthone No Struktur Molekul Nama Rumus Molekul Berat Molekul 1 -NMR () Me 1 Dulxanthone F C Me Me Me 2 Dulxanthone G C Me Me Me 5.57 (3, d, 10.0), 6.71 (4, d, 10.0), 6.39 (8, s), 6.36 (12, s), 1.52 (2- Me, s), 13.64(13-, s), 4.01 (10- Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 3

4 Bandung, Juli 2003 Me Me, s), 3.91 (12- Me, s) 3 Dulxanthone C Me Me Me 4 Dulxanthone I C Me Me 5 Dulxanthone J C Me Me ASIL DAN DISKUSI Untuk melakukan elusidasi struktur molekul suatu senyawa bioaktif memang bukanlah hal yang cukup mudah karena memang diperlukan beberapa data dari beberapa instrument analisa dimana data tersebut untuk saling mendukung sehingga dugaan tersebut dapat dipastikan. Untuk interpretasi data spektrometri massa (MS) baru dapat memberikan informasi berat molekul dan pola fragmentasi. al ini cukup mudah dan dapat digunakan untuk identifikasi bila senyawa tersebut berasal dari tanaman yang kandungan senyawa kimianya telah banyak diketahui sehingga dengan informasi data berat molekul dapat diperkirakan nama senyawa tersebut, namun bila ada berat molekul yang tidak sesuai dengan yang kita perkirakan maka sulit untuk memprediksi senyawa tersebut, karena masih banyak kemungkinan Demikian juga bila telah diketahui rumus molekul juga masih banyak kemungkinan struktur molekulnya. Dengan bantuan spektrum 1 dan 13 C NMR dapat lebih mempermudah dalam menentukan struktur molekul mana yang lebih sesuai. Mengingat bahwa bentuk signal suatu senyawa dalam spektrum 1 -NMR adalah sangat spesifik dan banyak informasi yang dapat diterjemahkan. Bentuk (singlet, doublet dan triplet) dan posisi (nilai pergeseran kimia) suatu signal dapat memberikan informasi yang sangat penting, missal bentuk signal singlet artinya bahwa disebelah signal proton () tersebut atom karbonya tidak mempunyai atom proton. Bila bentuknya doublet dan triplet maka disebelah atom tersebut maka masing-masing pada atom karbon yang mempunyai 4 Pemaparan asil Litbang 2003

5 1 dan 2 atom, dan seterusnya mengikuti aturan Pascal s Triangle. Tabel 2. Bentuk Splitting Berdasarkan Aturan Pascal s Triangle Coupled nuclei Intensities / Peak ratio Pattern 0 (A) 1 Singlet (s) 1 (AB 1 ) 1 1 Doublet (d) 2 (AB 2 ) Triplet (t) 3 (AB 3 ) Quartet (q) 4 (AB 4 ) Pentet (p) 5 (AB 5 ) extet 6 (AB 6 ) eptet Diagram 1. Daerah Nilai Pergeseran Kimia dan C-NMR Suatu Gugus Fungsi Nilai pergeseran kimia juga menentukan jenis gugus fungsi seperti terlihat pada Diagram 1 dan 2. Adanya ikatam atom ksigen () dengan karbon C akan mempengaruhi nilai pergeseran kimia -NMR dan muncul pada daerah downfield (medan rendah) artinya akan Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 5

6 Bandung, Juli 2003 mempunyai nilai pergeseran kimia makin besar. Untuk nilai pergeseran kimia dari gugus metal (-C 3 ) dan metoksi (-C 3 ) akan sangat berbeda, dimana C 3 akan muncul pada daerah nilai pergeseran kimia () sekitar 1 sedangkan metoksi sekitar 4. al tersebut juga berlakuk untuk nilai pergeseran kimia C-NMR, dimana gugus C 3 akan muncul didaerah 10-15, sedangkan gugus metoksi didaerah (lihat Diagram 1). Teori dasar interpretasi spektrum NMR 1 Dimensi perlu difahami, karena tidaklah terlalu sulit dan mudah diingat. Bila teori dasar tersebut bida dimengerti maka akan sangat membantu dalam menentukan kemungkinan struktur molekul yang ditampilkan dalam data base tersebut. Gambar 1. Nilai Konstanta J kapling suatu Signal Proton lefinik dan Aromatik 7.5 z 0.8 z 1.5 z Signal dalam spektrum 1 NMR juga memperlihatkan nilai konstanta J kapling, dimana untuk ikatan olefinik bilai mempunyai nilai antara z maka kedua proton tersebut berada dalam posisi trans, sedangkan untuk suatu gugus aromatic bila nilai J konstannta kecil, missal < 1 ppm (0.8 z) maka kedua proton tersebut berada dalam posisi para. Informasi ini juga santa penting dalam menentukan pilihan senyawa mana yang paling mendekati diantara pilihan senyawa dengan data yang dimiliki hasil pengukuran spektrum -NMR. Untuk merangkaikan gugus fungsi yang telah diidentifikasi berdasarkan hasil pengukuran 6 Pemaparan asil Litbang 2003

7 spektrum dan C-NMR maka perlu diperkirakan struktur molekulnya secara utuh biasanya diperlukan pengukuran spektrum NMR 2 dimensi yang interpretasinya jauh lebih sulit. Untuk membantu hal tersebut maka PP Kimia LIPI mencoba membuat suatu data base yang berisikan informasi tentang struktur molekul, nama, rumus molekul (formula), berat molekul (Mol. Weight), titik leleh (TL), Bioaktivitasnya, sumber tanaman, nilai pergeseran kimia dan C-NMR serta sumber pustakanya. Data base ini juga dilengkapi dengan software untuk menggambar struktur molekul yang sudah standard. Disamping itu juga dapat menentukan rumus molekul dan berat molekul secara otomatis bila struktur molekulnya sudah digambar. Dengan memasukkan informasi yang sudah dimiliki, missal rumus molel atau berat molekul maka akan muncul jawaban yang kemungkinan bias lebih dari jawaban. Maka untuk itu perlu dilakukan seleksi senyawa dengan membandingkan data yang dimiliki. Bila data yang dimili mempunyai berat molekul 414 dan diperkirakan senyawa xanthone maka perlu dipilih data base yang berisikan senyawa turunan xanthone, dan bila jawabannya ada dua kemungkinan struktur seperti di bawah ini. Untuk itu perlu dibandingkan data lainnya seperti data nilai pergeseran kimia, J kapling dan titik leleh. Bila ternyata kurang atau tidak sesuai dengan data yang dimiliki bukan berarti senyawa tersebut merupakan senyawa baru, hal ini karena data dalam data base jumlah masih terbatas, untuk itu perlu di up date setiap hari sampai selengkap mungkin. KESIMPULAN Dengan menggunakan data base sangatlah membantu dalam melakukan elusidasi struktur molekul suatu senyawa bioaktif yang berasal dari tumbuhan obat, bila tidak ada jawabannya maka perlu dilakukan penelusuran pustaka lainya seperti data base Chemical Abstract atau SciFinder. Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 7

8 Bandung, Juli 2003 Diagram 2. Tampilan Data base Dalam Bentuk Skema 8 Pemaparan asil Litbang 2003

9 Diagram 3. Tampilan Data Base Dalam Bentuk Tabel Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 9

10 Bandung, Juli 2003 DAFTAR PUSTAKA Sanders, J. K. M. and B. K. unter. (1993), Modern NMR Spectroscopy, xford University Press,. Derome, A. E. (1995), Breitmaier, E. Structure Elucidation by NMR in rganic Chemistry, John Wiley&Sons, (1993). Modern NMR Techniques for Chemistry Research Pergamon,. Friebolin,. (1993), L. D. Field and S. Steruhell. Analytical NMR. JWS. (1989), Basic ne and Two Dimensional NMR Spectroscopy. 2 nd ed. VC Pretsch Clerc Seibl Simon. (1989), Table of Spectral Data for Structure Determination of rganic Compounds. 2 nd ed. Springer-Verlag Berlin.. Kosela, S., Li-ong u, Tiah rahmatia, Muhammad hanafi, and Keng-Yeow Sim. (2000), Dulxanthones F-, Three New Pyranoxanthones from Garcinia dulcis. J. nat. 63, hal Xu, Y. J., S. C. Yip, S. Kosela, E. Fitri, M. anafi, S.. Goh and K. Y. Sim. (2000), Novel Cytotoxic, Polyprenylated eptacyclic Xanthonoids from Indonesian Garcinia gaudichaudiii (Guttiferae). rg. Lett., 2(24), hal anafi, M., Tia Rahmatiah, Soleh Kosela, and Roger Mulder,. Dulxanthone I. (2001), A Novel Pyranoxanthone from Methanol Extract f Garcinia dulcis Kurz Leaves. Proceeding : International Seminar on rganic Chemistry, The Role of rg. Chem. In the Development for Facing the Free Trade Era, UGM, Yogyakarta, Indonesia, Sept. 8. anafi, M., L. B. and S. Kardono. (2001), Isolation and Structure Elucidation, Dulxanthone G and J from n-exane Extract of Garcinia nervosa Bark. Prosiding Seminar Nasional XI, Kimia dalam Industri dan Lingkungan, Yogyakarta, 6-7 Nov. Iinuma, M.,. Tosa, T. Tanaka, F. Asai, and R. Shimano. (1995), Two Xanthones with A 1,1-Dimethylallyl Group in Root Bark of Garcinia subelliptica, Phytochemistry., 39(4), hal Ito., C., Y. Miyamoto, M. Nakayama, Y. Kawai, K. S. Rao, and. Furukawa. (1997), A 10 Pemaparan asil Litbang 2003

11 Novel Depsidone and Some New Xanthones from Garcinia species, Chem. Pharm. Bull., 45(9), hal Iinuma, M.,. Tosa, T. tanaka, F. Asai, Y. Kobayashi, R. Shimano, and K. Miyauchi. (1996), Antibacterial Activity of Xanthones from Guttiferaeous Plants against Methicilinresistant Staphylococcus aureus. J. Pharm. Pharmacol., 48, hal Asano, J., K. Chba, M. Tada, and T. Yoshi. (1996), Cytotoxic Xanthones from Garcinia anburyi, Phytochemistry., 41(3), hal Bennet, G. J. and.. Lee. (1989), Xanthones from Guttiferae (Review article number 43), Phytochemistry., 28(4), hal anafi, M. (2002), Penggunaan ChemDraw/Chemffice dalam Membantu Elusidasi Struktur Molekul, Laporan Kursus Teknik Isolasi dan Elusidasi Struktur Senyawa rganik, Pusat Penelitian Kimia - LIPI, Serpong, Juni 2002 anafi, M. (2002), Teori dasar dan Interpretasi Spektrum NMR 1 Dimensi, Laporan Kursus Teknik Isolasi dan Elusidasi Struktur Senyawa rganik, Pusat Penelitian Kimia - LIPI, Serpong, Juni 2002 Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 11