MODIFIKASI STRUKTUR DAN PREDIKSI AKTIVITAS ANTIKANKER SENYAWA BARU TURUNAN ALILTIOUREA SECARA IN SILICO

Transkripsi

1 35 MODIFIKASI STRUKTUR DAN PREDIKSI AKTIVITAS ANTIKANKER SENYAWA BARU TURUNAN ALILTIOUREA SECARA IN SILICO *TRI WIDIANDANI, SISWANDONO Departemen Kimia Farmasi, Fakultas Farmasi Universitas Airlangga Jl. Dharmawangsa Dalam, Surabaya Indonesia * triwidiandani@yahoo.com ABSTRACT Modification of the structure in order to enhance the cytotoxic activity, carried out by the addition of benzoyl group at aliltiourea. In this study, two new compounds are made by reacting allylthiourea with benzoyl chloride and 4-cholorobenzoyl chloride which will form the compound N-(allylcarbamothioyl)benzamide and N- (allylcarbamothioyl)-4-chlolorobenzamide. To predict in silico anticancer activity of the compound to be synthesized performed docking using MVD v 5.5. The receptor is obtained from the PDB. From the results obtained docking scores rerank value of compound modified (BATU: and 4-Cl-BATU: ) is smaller than rerank score of hydroxyurea (HU: ) and allylthiourea (ATU: ). Thus it can be predicted modified compound has a higher biological activity in silico. The next stage is synthesized a new compound N-(allylcarbamothioyl)benzamide and N-(allylcarbamothioyl)-4-chlorobenzamide from nucleophilic substitution mechanism Schotten Baumann method using triethylamine base. Retrieved white crystalline solid and odorless with a presentation of the results for compound 1 by 45% and compound 2 by 47%. Tested the purity of the compounds synthesized by determining the melting range and thin layer chromatography (TLC). Confirmation of the structure of compounds made with the modified IR spectrophotometry and 1 H-NMR and 13 C- NMR spectroscopy. Keywords: allylthiourea, in silico, synthesis, N-(allylcarbamothioyl)benzamide and N-(allylcarbamothioyl)-4- chlorobenzamide PENDAHULUAN Kanker merupakan salah satu penyebab utama kematian di negara berkembang. Di Indonesia, kanker menjadi penyumbang kematian kelima terbesar setelah penyakit jantung, stroke, saluran pernafasan dan diare. Data dari Kementerian Kesehatan (Kemenkes) tahun 2012 menyebutkan, prevalensi kanker mencapai 4,3 banding orang. Bahkan Badan Kesehatan Dunia (WHO) dan Serikat Pengendalian Kanker Internasional (UICC) memprediksi, akan terjadi peningkatan lonjakan penderita kanker sebesar 300 persen di seluruh dunia pada tahun 2030 dan 70 persen dari jumlah tersebut terjadi di negara berkembang seperti Indonesia. Kenaikan prevalensi kanker di Indonesia menjadi masalah dalam pengobatan. Dalam bidang kesehatan dikenal beberapa cara pengobatan kanker yaitu: (1) operasi, (2) foto radiasi, (3) imunoterapi dan (4) kemoterapi (Rang, 2011). Beberapa penelitian telah dilakukan untuk pengembangan obat kanker baru. Pengembangan obat baru pada awalnya bersifat coba-coba (trial and error), sehingga memerlukan biaya yang besar. Dalam perkembangannya untuk mengurangi resiko tersebut, dilakukan suatu rancangan obat (Siswandono dan Soekardjo, 1998). Dalam upaya pengembangan obat antikanker khususnya untuk mendapatkan aktivitas yang lebih baik, maka dilakukan modifiksi struktur pada obat kanker yang masih digunakan, mempunyai struktur sederhana dan secara kimia memungkinkan untuk dimodifikasi. Beberapa penelitian telah dilakukan oleh Soekardjo (1989), Siswandono (1999) dan Hardjono (2002) dan Widiandani (2013) yaitu memodifikasi struktur kimia pada senyawa: (1), benzoilurea, (2) N-benzoilsefaleksin dan (3) o- (benzoil)parasetamol. Ketiga senyawa yang dimodifikasi mempunyai gugus amin primer (- NH 2 ). Dengan mengacu pada ketiga penelitian di atas, untuk memodifikasi struktur obat antikanker, perlu dicari obat antikanker yang masih digunakan, strukturnya sederhana, dan mempunyai gugus amin primer (-NH 2 ). Turunan urea merupakan obat antikanker yang memenuhi kriteria tersebut. Dalam upaya meningkatkan aktivitas sitotoksik pada penelitian ini dilakukan penambahan gugus benzoil klorida dan 4-kloro benzoil klorida pada

2 36 aliltiourea yang akan menyebabkan sifat lipofilik, elektronik serta steriknya meningkat, sehingga diharapkan aktivitas juga meningkat. Untuk memprediksi aktivitas senyawa yang akan disintesis, dilakukan uji in silico antara aliltiourea dan turunannya dengan 2EUD sebagai gambaran enzim ribonukleotida reduktase, serta dibandingkan dengan hidroksiurea. Makin kecil harga energi ikatan menunjukkan bahwa ikatan yang dihasilkan semakin stabil, sehingga diharapkan aktivitasnya juga semakin besar. Penambahan gugus benzoil dan 4-kloro benzoil akan menyebabkan sifat lipofilik, elektronik serta steriknya meningkat, sehingga diharapkan aktivitras sitotoksiknya juga meningkat. Pada penelitian ini disintesis senyawa turunan aliltiourea dengan metode Schotten-Baumann. Substitusi benzoil klorida terhadap gugus amin akan menghasilkan senyawa baru dengan melepaskan asam klorida. Asam klorida yang dilepaskan akan ditangkap oleh basa trietilamin atau basa organik piridin (Clayden, 2012). Selanjutnya dilakukan uji kemurnian, identifikasi dan konfirmasi struktur senyawa turunan dengan spektrofotometer UV-Vis, spektrofotometer IR dan spektroskopi H 1 -NMR. METODE PENELITIAN Alat Penelitian Satu set peralatan sintesis; Mel Temp Electrothermal; Spektrofotometer Ultra Violet; Spektrometer Fourier Transform Inframerah (FT- IR); Spektrometer Resonansi Magnit Inti (RMI) Bahan Penelitian Aliltiourea p.s.; benzoil klorida p.s; 4 klorobenzoil klorida p.s; Tetrahidrofuran p.a; Etil asetat p.a.; Metanol p.a.; Etanol p.a; Aseton p.a.; Kloroform p.a. Rancangan Penelitian Penelitian yang dilakukan merupakan penelitian eksperimental terhadap senyawa turunan, yang terdiri dari: 1). uji in silico, 2) sintesis. Metode In Silico 1. Preparasi Reseptor diunduh reseptor ribonukleotida reduktase dengan kode 2EUD dari Protein Data Bank 2. Preparasi ligand uji Dibuat struktur 2-dimensi (2-D) 3-dan dimensi (3- D) aliltiourea dan senyawa turunan dengan menggunakan program ChemBioOffice Ultra 11.0 dan diminimalkan energinya dengan MMF94 3. Docking dan analisis asam amino: 1. Diunduh reseptor yang mengandung ligand standarnya yaitu : 2EUD 2. Dideteksi tempat obat terikat pada reseptor (cavities). 3. Diletakkan struktur 3-D senyawa aliltiourea dan dua senyawa turunan ke dalam cavities yang terpilih. 4. Dilakukan docking senyawa terhadap reseptor 2EUD. Ditentukan parameter: MolDock Score, Rerank Score, HBond dan nilai RMSD. 5. Dilihat keadaan lingkungan senyawa turunan yaitu gambaran hidrofobik, elektronik dan ikatan H senyawa dan reseptor. 4. Prosedur sintesis Pada labu alas bulat 200 ml, 0,02 mol aliltiourea dicampur dengan 40 ml tetrahidrofuran dan 4 ml trietilamin. Ditambahkan larutan turunan benzoil klorida 0,01 mol dalam 20 ml tetrahidrofuran, sedikit-sedikit sambil diaduk. Campuran diaduk pada suhu kamar selama 1 jam. Campuran direfluks di atas penangas air selama 4 jam sambil diaduk secara mekanis. Kemudian tetrahidrofuran diuapkan pada rotavapor. Hasil reaksi kemudian ditambah larutan natrium bikarbonat jenuh sambil diaduk sehingga tidak keluar buih lagi. Hasil disaring dengan corong Buchner, dicuci dengan 50 ml air 2 kali. Rekristalisasi dilakukan dengan perbandingan etanol-air. Residu dipindahkan ke gelas beker yang diletakkan di atas pemanas, suhu diatur 70º 80ºC, sambil ditambahkan etanol sedikit demi sedikit sampai tepat larut. Larutan disaring dalam keadaan panas, filtrat dibiarkan dalam suhu kamar sampai dingin dan dibiarkan semalam. Kristal yang terbentuk disaring dengan corong Buchner. Kristal yang terbentuk dipindahkan ke gelas petri, yang sudah diketahui beratnya, dikeringkan dalam oven pada suhu tetap 50ºC, kemudian ditimbang untuk mengetahui beratnya.

3 37 HASIL DAN PEMBAHASAN Uji In Silico Hasil pembuatan struktur senyawa 2-Dimensi dan 3-Dimensi dengan menggunakan program ChemBioDraw Ultra 11.0 dan ChemBio3D Ultra 11.0 ditunjukkan pada gambar di bawah Berikut gambar ikatan hidrogen yang terlibat pada proses interaksi senyawa aliltiourea dan kedua senyawa turunannya dengan reseptor ribonukleotida reduktase. A Gambar 2. Tidak terbentuk Ikatan Hidrogen pada proses interaksi aliltiourea dengan reseptor 2EUD B C Gambar 1. Struktur 3D senyawa aliltiourea (ATU), N-(alilkarbamotioil)benzamida (BATU) dan N- (alilkarbamotioil)-4-klorobenzamida (4-Cl-BATU) yang telah diminimalkan energinya dengan MMF94 Gambar 3. Ikatan Hidrogen pada proses interaksi senyawa N-(alilkarbamotioil)benamida dengan reseptor 2EUD Hasil Doking Hasil doking dari hidroksiurea dan senyawa yang akan dimodifikasi dapat dilihat pada tabel 1 berikut: Tabel 1. Hasil Perolehan Doking Kode Senyawa Rerank Score HU ATU BATU Cl-BATU Dari hasil doking diperoleh nilai rerank score dari senyawa hasil modifikasi (BATU: dan 4-Cl-BATU: ) adalah lebih kecil dibanding rerank score hidroksiurea (HU: ) dan aliltiourea (ATU: ). Hal ini menunjukkan bahwa senyawa hasil modifikasi memiliki energi ikatan yang lebih kecil sehingga ikatan yang terjadi lebih stabil. Dengan demikian dapat diperkirakan senyawa hasil modifikasi memiliki aktivitas biologis yang lebih besar secara uji in silico. Gambar 4 Ikatan Hidrogen pada proses interaksi senyawa N-(alilkarbamotioil)-4- klorobenzamida dengan reseptor 2EUD Senyawa Hasil Sintesis Senyawa hasil sintesis yang dihasilkan melalui reaksi asilasi antara senyawa awal aliltiourea dengan pereaksi turunan benzoil klorida sebagai berikut: Sintesis senyawa aliltiourea dengan benzoil klorida didapatkan senyawa N-(alilkarbamotioil)benzamida (senyawa 1)

4 38 Sintesis senyawa aliltiourea dengan 4-klorobenzoil kalorida didapatkan senyawa N-(alilkarbamotioil)-4- klorobenzamida (Senyawa 2) Tabel 2. Berat senyawa hasil sintesis Senyawa Berat hasil sintesis Berat teoritis % Hasil Sintesis Senyawa g 5.5 g 45 Senyawa g 6.4 g 47 Uji Kemurnian Senyawa Hasil Sintesis Senyawa Hasil Sintesis Senyawa hasil sintesis diuji kemurnian yang dapat dilihat pada Tabel 3. dinyatakan bahwa senyawa hasil sintesis adalah murni secara KLT Penentuan Jarak Lebur Pada uji kemurnian dengan penentuan jarak lebur digunakan alat Fisher-John melting point apparatus dengan tiga kali replikasi. Hasil yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 4 sebagai berikut: Tabel 4. Penentuan jarak lebur Tabel 3 Tabel uji kemurnian KLT Senyawa Jarak Noda Rf (cm) ATU BATU Cl-BATU Fase diam = Silika gel 60 GF254 Penampak noda = Lampu UV 254 nm Pelarut = Aseton Uji kemurnian senyawa hasil sintesis secara KLT dilakukan dengan menggunakan fase diam kieselgel 60F 254 dan penampak noda UV 254 nm. Digunakan fase gerak heksan : aseton berdasarkan hasil optimasi: = 3 : 2. Dari eluen tersebut, dihitung nilai Rf noda aliltiourea dan senyawa hasil modifikasi dengan jarak tempuh eluen 4.0 cm. Berdasarkan Tabel 3, senyawa hasil sintesis memiliki nilai Rf yang lebih besar dibanding aliltiourea. Hal ini menunjukkan bahwa senyawa hasil sintesis memiliki lipofilitas yang lebih besar dibanding aliltiourea. Perbedaan nilai Rf tersebut juga menunjukkan bahwa senyawa hasil sintesis berbeda dengan aliltiourea. Sehingga dapat Hasil di atas menunjukkan bahwa jarak lebur yang dari kedua senyawa hasil modifikasi memiliki jarak lebur yang pendek (<2 0 C,) yang menandakan bahwa kedua senyawa telah murni secara penentuan jarak lebur (Pavia, 2009). Konfirmasi Struktur Senyawa Hasil Sintesis Konfirmasi struktur senyawa hasil sintesis dilakukan dengan spektrofotometer IR dan spektrometer 1 H-NMR dan 13 C-NMR.

5 39 Hasil Uji IR Dari hasil konfirmasi struktur secara spektrofotometri inframerah di atas menunjukkan adanya perubahan struktur pada senyawa hasil sintesis yaitu ditandai dengan munculnya bilangan gelombang 1670 cm -1 pada modifikasi 1 dan 1666 cm -1 pada modifikasi 2. Hal tersebut menunjukkan terdapatnya gugus C=O karbonil pada senyawa hasil modifikasi yang tidak dimiliki oleh senyawa awal. Selain itu pada spektra kedua senyawa hasil modifikasi ditandai pula dengan hilangnya gugus R-NH 2 amin primer milik senyawa awal aliltiourea Hasil Uji 1 H-NMR Dari hasil konfirmasi struktur diketahui senyawa modifikasi 1 memiliki 12 atom H dan senyawa modifikasi 2 memiliki 11 atom H. Hal ini jelas membedakan dari senyawa awal yaitu aliltiourea yang hanya memiliki 8 atom H. Sehingga senyawa hasil sintesis bukan merupakan senyawa awal ailtiourea. Dari spektrum kedua senyawa hasil sintesis terdapat pergeseran diantara ppm, yang menunjukkan adanya cincin benzena, pada senyawa modifikasi 1 pada pergeseran tersebut memiliki intensitas relatif 5 yang menunjukkan hanya ada satu atom C yang tidak memiliki atom H atau berikatan dengan gugus lain. Sedangkan pada senyawa modifikasi 2 terdapat intensitas relatif 4 (double doublet) yang menunjukkan ada 2 atom C yang tidak berikatan dengan atom H atau berikatan denga gugus lain yaitu pada posisi para Hasil Uji 13 C-NMR Dari hasil konfirmasi struktur 13 C-NMR diketahui senyawa modifikasi 1 memiliki 11 atom C dengan 9 macam tipe dan senyawa modifikasi 2 memiliki 10 atom C dengan 8 macam tipe. Hal ini jelas membedakan dari senyawa awal yaitu aliltiourea yang hanya memiliki 4 atom C. Sehingga senyawa hasil sintesis bukan merupakan senyawa awal ailtiourea. Dari spektrum kedua senyawa hasil sintesis terdapat pergeseran diantara ppm yang menunjukkan adanya dugaan atom C dari cincin benzena. Dengan demikian, berdasarkan hasil konfirmasi struktur dengan spektro inframarah, spektroskopi 1 H-NMR dan 13 C-NMR dapat disimpulkan bahwa senyawa modifikasi 1 adalah N- (alilkarbamotioil)benzamida dan senyawa hasil modifikasi 2 adalah N-(alilkarbamotioil)-4- klorobenzamida. KESIMPULAN Pada penelitian ini kesimpulan yang dapat dilaporkan adalah: 1. Secara in silico senyawa baru N- (alilkarbamotioil)benzamida dan N- (alilkarbamotioil)-4-klorobenzamida memikili aktivitas yang lebih besar dibanding hidroksiurea. 2. Dapat disintesis senyawa baru N- (alilkarbamotioil)benzamida dan N- (alilkarbamotioil)-4-klorobenzamida melalui reaksi asilasi dengan metode Schoten Baumann. DAFTAR PUSTAKA Andre S.K., Adrianan C.G., Plinio C.C., Patricia D.L., Marcelo O.B., Lusania M., Greggi A., Rommel R.B., 2004, Genetics and Molecular Biology, Vol 27, no 1, Sau Paulo Cambridgesoft, 2008, CamBioDraw Ultra 11 for Tutorial, All Right Reserved. Clayden, Greeves, Warren & Wothers, 2012, Organic Chemistry, 2 nd ed., Oxford University Press, New York. pp: CLCbio, 2012, Molegro Virtual Docker User Manual, MVD for Windows, Linux, and Mac OS X, Molegro A CLC bio company. Hardjono, S., 2002, Sintesis Senyawa Baru Turunan Benzoil-N-Sefaleksin untuk Meningkatkan Aktivitas Antibakteri Terhadap Pseudomopnas Aeruginosa, Laporan Penelitian RUT VIII, Kementerian Ristek RI, LIPI Manjula S.N., Noolvi N.M., Parihar K.V., Reddy S.A.M., Ramani V., 2009, Synthesis and antitumor activity of optically active thiourea and their 2- aminobenzothiazole derivatives: a novel class of anticancer agents., European Journal of Medicinal Chemistry (2009) Volume: 44, Issue: 7: Pavia D. L., Lampman, G. M., Kriz., G. S., Vyvyan, J. R., Introduction to Spectroscopy, fourth edition, Brooks/Cole Cengagar Learning, Belmont, USA, pp:70-71; 125; 178 Rang H. P., Dale M. M., & Ritter J. M., 2011, Pharmocology. 7th edition. Churchill Livingstone, USA, pp:

6 40 Siswandono, 1999, Modifikasi Struktur dan Hubungan Struktur Aktivitas Senyawasenyawa Baru Turunan Benzoilurea, Desertasi Universitas Airlangga, Surabaya. Siswandono dan Soekardjo B., 1998, Prinsipprinsip Rancangan Obat, Airlangga University Press. pp: World Health Organization, Cancer. Diakses dari pada 13 Nopember 2014 pukul WIB