Patiha., ALCHEMY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no. 2, hal.72-80

Transkripsi

1 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 INETIA REASI CH 3 COOH DENGAN Br SEBAGAI REASI YANG IRIP REASI ENZIATIS REACTIONS INETICS OF CH 3 COOH WITH Br AS A SIILIAR ENZYATIC REACTIONS Novika Tusta Felandi 1, Patiha 1*, Edi Pramono 1 Jurusan imia, Fakultas atematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universtas Sebelas aret, Jl. Ir Sutami No. 36 A, entingan Surakarta 5716 telp. (071) patiha31@yahoo.co.id Received 5 November 013, accepted 0 September 013, published 5 September 013 ABSTRA Tujuan penelitian adalah membuktikan bahwa pada kondisi tertentu reaksi antara CH 3 COOH dengan Br mirip reaksi enzimatis dan harga tetapan, dari persamaan Espenson berbeda dengan dengan harga yang diperoleh dari metode integral. Percobaan dilakukan dengan variasi konsentrasi CH 3 COOH. Reaksi dipelajari dengan metode spektroskopi dengan mencatat perubahan absorbansi Br pada panjang gelombang 400 nm (indeks absorbansi cm -1 ) tiap rentang waktu tetap. Data dianalisis dengan persamaan integral dan order reaksi ditentukan berdasarkan harga koefisien regresi, r yang mendekati 1 atau -1. Reaksi dikatakan mirip reaksi enzimatis jika order awal reaksi berbeda dengan akhir reaksi. Data juga dianalisis dengan menggunakan persamaan Espenson dan persamaan integral (sebagai pembanding). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada konsentrasi CH 3 COOH 0,00150 ; 0,00100 ; dan 0,00075 dan Br 0,00300 reaksi ini mirip reaksi enzimatis. Pada konsentrasi CH 3 COOH yang berbeda, harga yang diperoleh dari persamaan Espenson berbeda dengan harga yang dihitung dengan metode integral. ata kunci: reaksi enzimatis, order reaksi, v ABSTRACT The aims of the research are to prove that at certain conditions the reaction between Br with CH 3 COOH is similar to enzymatic reaction, and the value of calculated from the Espenson equation is different with value calculated by integral method. The experiments were performed at various concentrations of CH 3 COOH. The reaction studied by spectroscopic method by record the changes in absorbance of Br at 400 nm (the absorbance index is cm -1 ) in each definited time range. Data were analyzed with integral equations and the reaction order was determined base on the value of regression coefficient which must be close to 1 or -1. The reaction is said to be similar to the enzymatic reaction if the order of the reaction at initial is different with the order value at the end of reaction. Data were also analyzed using Espenson and integral equation (for comparison). The results showed that at concentrations of CH 3 COOH , , and and Br the reaction is similar to enzymatic reactions. eanwhile, at different concentrations of CH 3 COOH, the κ value obtained from Espenson equation is different with the value calculated by integral method. ey words: enzymatic reaction, order of reaction, v 7

2 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 PENDAHULUAN Enzim merupakan senyawa yang mengkatalisis proses kimia pada makhluk hidup. Ada beberapa jenis mekanisme reaksi enzimatis dan yang paling sederhana yaitu reaksi enzimatis ichaelis-enten (1913). enurut Briggs dan Haldane (195), persamaan hukum lajunya adalah sebagai berikut: kkat[ E] 0[ S] v [1] [ S] adalah tetapan ichaelis-enten. Persamaan [1] di atas belum mempunyai order reaksi yang pasti. Pada [S] yang cukup besar ( kecil), persamaan di atas akan berubah menjadi v kkat[e] 0 [] Pada kondisi ini, substrat bereaksi dengan semua enzim yang ada, sehingga v mencapai harga imum (disebut v ) dan reaksi menuruti mekanisme reaksi order kenol terhadap [S] atau v kkat[e] [3] Tetapi, pada konsentrasi substrat [S] yang cukup kecil ( besar), reaksi akan berlangsung menuruti mekanisme reaksi order ke-satu terhadap [S] dan persamaan [1] menjadi kkat[ E] 0[ S] v [4] Substitusi [3] ke [4] menghasilkan v v [5] [ S] Salah satu kendala dalam mempelajari kinetika reaksi enzimatis yaitu enzim harganya mahal dan mudah rusak sehingga sulit untuk melakukan percobaan. Oleh karena itu, perlu untuk mencari reaksi lain yang dapat mirip reaksi enzimatis dengan biaya yang lebih murah dan lebih mudah percobaannya. Berdasarkan penelitian sebelumnya, Patiha (009) menyatakan bahwa pada kondisi tertentu reaksi antara HCOOH dengan Br mirip reaksi enzimatis. Oleh karena itu, dilakukan penelitian reaksi antara CH 3 COOH dengan Br yang diharapkan pada kondisi tertentu pula dapat mirip reaksi enzimatis, sehingga reaksi ini dapat dijadikan sebagai model untuk mempelajari kinetika reaksi enzimatis. 73

3 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 enurut Camps, et al. (000) asam karboksilat (RCOOH) yang mempunyai atom karbon α primer, sekunder, atau tersier dapat mengalami reaksi bromodekarboksilasi menjadi RBr. Reaksi antara CH 3 COOH dengan Br merupakan reaksi dekarboksilasi dan reaksinya sebagai berikut: CH 3 COOH + Br CH 3Br + CO + H + + Br - [6] Asam asetat mirip dengan asam formiat tetapi gugus H-nya diganti dengan gugus CH 3 sehingga mekanisme yang diusulkan seperti Hodgson, et al (1998: ): CH 3 COOH k 1 k1 H + + CH 3 COO - [7] CH 3 COO - + Br k CH 3 Br + Br - + CO [8] Berdasarkan pendekatan keadaan mantap, akan diperoleh hukum laju: k1k[ CH v k [ H 1 3 COOH][ Br ] k [ Br ] ] Apabila percobaan dilakukan pada kondisi [Br ] 0 yang sedikit berlebihan terhadap [H + ] 0, karena reaksi [7] berlangsung cukup cepat (sehingga k 1 relatif besar) maka, pada awal-awal reaksi produksi [H + ] cukup cepat, dan reaksi order ke-satu terhadap [Br ]. Tetapi, reaksi [7] tersebut merupakan reaksi kesetimbangan dan pada saat mendekati kesetimbangan, [H + ] dapat dikatakan tetap sehingga k H ] menjadi tetap dan akhirnya relatif lebih kecil dari [Br ], maka reaksi order ke-nol terhadap [Br ]. Dengan demikian, kemungkinan reaksi ini mirip dengan reaksi enzimatis. Jika / [ k k H ] dianggap sebagai tetapan ( ) dan k 1[ CH 3COOH] dianggap 1 sebagai v maka persamaan [9] menjadi [ 1 [9] v[ Br ] v [ Br ] [10] Selanjutnya jika dianggap sebagai persamaan hukum laju reaksi enzimatis ichaelis-enten [1]. Harga, maka persamaan reaksi tersebut mirip dengan umumnya ditentukan dengan metode diferensial, tetapi Laidler (1987) menyatakan bahwa harga tetapan laju k yang tepat harus diperoleh dengan menggunakan metode integral. Telah diperkenalkan bentuk persamaan integral untuk reaksi enzimatis dan reaksi yang mirip dengannya yaitu persamaan Espenson (1995). [ A] t [ A] t [ A] t ln k [11] [ A] t 74

4 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 Berdasarkan persamaan [11], adalah, k adalah v, sedangkan adalah rentang waktu tetap. Harga adalah negatif dari harga slop kurva linear A ] [ A ] lawan ln{[ A ] [ A ]}. t t [ t t Berdasarkan uraian di atas, ada dua hal yang perlu dibahas lebih lanjut. Pertama yaitu harga k diperoleh dari substitusi v ke persamaan [5], padahal besarnya v dipengaruhi oleh banyaknya konsentrasi enzim karena reaksi order ke-satu terhadap enzim (persamaan [3]). Penelitian sebelumnya umumnya tidak memperhatikan hal ini. edua yaitu persamaan Espenson merupakan model persamaan linier tetapi dalam penggunaannya tidak mempersyaratkan uji linieritas. Tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu untuk membuktikan bahwa reaksi antara CH 3 COOH dengan Br dapat mirip dengan reaksi enzimatis dan harga yang diperoleh dari persamaan Espenson berbeda dengan persamaan integral. ETODE PENELITIAN etode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen yang dilakukan di laboratorium. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan CH 3 COOH (100 %) p.a.(erck), larutan Br (99,5 %) p.a.(erck), dan akuades. Data absorbansi Br diperoleh secara spektroskopi. Larutan blanko terdiri dari 1,5 ml larutan CH 3 COOH 3x10 - dan 1,5 ml akuades. Larutan sampel terdiri dari 1,5 ml larutan CH 3 COOH 3x10 - kemudian ditambahkan 1,5 ml Br 3x10-3 serentak dengan dihidupkan stopwatch. Larutan tersebut selanjutnya dianalisa menggunakan spektrofotometer UV-VIS SHIADZU UV mini-140 pada λ = 400 nm dan absorbansi dicatat setiap 4 menit. Percobaan tersebut diulang kali dan dilakukan percobaan untuk variasi konsentrasi larutan CH 3 COOH (x10 - ; 1,5x10-3 ; 1x10-3 ; 7,5x10-4 ; 3x10-4 ; x10-4 ). HASIL DAN PEBAHASAN Reaksi antara CH 3 COOH dengan Br dilakukan pada berbagai konsentrasi CH 3 COOH dan konsentrasi awal Br sama. Pada penelitian ini, CH 3 COOH diasumsikan bertindak sebagai enzim dan Br sebagai substrat. Laju reaksi diamati berdasarkan berkurangnya konsentrasi Br. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan alat spektrofotometer UV-VIS pada λ 400 nm dan didapatkan data absorbansi Br. Penentuan order reaksi dengan metode integral dan diperoleh harga koefisien regreasi (r) yang 75

5 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 dirangkum di Tabel 1 untuk reaksi order 0, order 1, order 1,5 dan order. Harga r yang mendekati 1 atau -1 adalah order reaksi yang sesungguhnya. Tabel 1. oefisien regresi (r) persamaan integral reaksi CH 3 COOH dengan Br pada berbagai konsentrasi CH 3 COOH dengan Br 3x10-3. No. [CH 3 COOH] / r integral () Order 0 Order 1 Order 1,5 Order 1 0,03000 Awal reaksi 0,0000 Awal reaksi 3 0,00150 Awal reaksi 4 0,00100 Awal reaksi 5 0,00075 Awal reaksi 6 0,00030 Awal reaksi 7 0,0000 Awal reaksi -0,9994-0,9990-0,9995-0,9996-0,9804-0,9934-0,9976-0,9997-0,9998-0,9995-0,9993-0,9997-0,9998-0,9868-0,999-0,9960-0,9893-0,9988-0,9987-0,999-0,9983-0,9995-0,9994 0,9998 0,9989 0,9996 0,9997 0,9889 0,9978 0,9970 0,998 0,9991 0,9976 0,9987 0,9967 0,9993 0,9989 0,9994 0,9981 0,9995 0,9996 0,9904 0,9959 0,9979 0,9967 0,999 0,996 0,9980 0,9946 0,9989 0, Reaksi enzimatis ichaelis-enten mengikuti order reaksi yang berbeda pada awal dan akhir reaksi yaitu order ke-nol dan order ke-satu. Berdasarkan data Tabel 1, pada konsentrasi awal CH 3 COOH 0,03000 dan 0,0000 diperoleh order yang sama terhadap Br yaitu order ke-satu pada awal dan akhir reaksi, sedangkan pada konsentrasi awal CH 3 COOH 0,00030 dan 0,0000 diperoleh reaksi order ke-nol terhadap Br pada awal dan akhir reaksi. Hal ini sesuai dengan teori yaitu pada data 1 dan konsentrasi CH 3 COOH jauh lebih besar dari konsentrasi Br maka [ Br ] relatif lebih kecil terhadap k H ] sehingga reaksi order ke-satu terhadap [Br ], sedangkan pada data 6 dan 7 [ 1 konsentrasi CH 3 COOH jauh lebih kecil daripada konsentrasi Br maka Br relatif lebih besar terhadap k H ] sehingga reaksi order ke-nol terhadap Br. Oleh karena itu, pada [ 1 kondisi tersebut reaksi antara CH 3 COOH dengan Br tidak mirip reaksi enzimatis. Pada konsentrasi CH 3 COOH 0,00150 ; 0,00100 dan 0,00075 diperoleh reaksi order ke-dua pada awal dan order ke-nol pada akhir reaksi. Berdasarkan penjelasan sebelumnya bahwa reaksi antara CH 3 COOH dengan Br berlangsung dua tahap seperti pada persamaan [10] dan [11] dan mempunyai hukum laju seperti pada persamaan [1]. Apabila percobaan dilakukan pada kondisi [Br ] 0 yang sedikit berlebihan terhadap [H + ] 0, maka reaksi tahap pertama berlangsung cukup cepat sehingga k 1 relatif besar dan pada

6 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 awal reaksi produksi [H + ] cukup cepat, maka reaksi order satu terhadap [Br ]. Tetapi, reaksi tersebut merupakan reaksi kesetimbangan dan saat mendekati kesetimbangan, [H + ] dapat dikatakan tetap sehingga k H ] menjadi tetap dan akhirnya relatif lebih kecil dari [ 1 [Br ], maka reaksi order nol terhadap [Br ]. Hasil penelitian diperoleh order dua pada awal reaksi yang disebabkan karena reaksinya hanya melibatkan dua pereaksi dan konsentrasinya tidak jauh berbeda maka reaksi berlangsung secara stoikiometris. Berdasarkan metode stoikiometris, reaksi melibatkan dua pereaksi tetapi seolah-olah hanya melibatkan satu pereaksi, jadi order reaksi yang teramati adalah order semu. Pada penelitian ini, order ke-dua yang diud sebenarnya adalah order ke-satu terhadap Br dan order satu terhadap CH 3 COOH. Pada kondisi ini reaksi mengikuti order reaksi yang berbeda pada awal dan akhir reaksi sehingga dapat dikatakan reaksi antara CH 3 COOH dengan Br mirip reaksi enzimatis ichaelis-enten. Sesungguhnya, jika data pada Tabel 1. dicermati dengan lebih teliti, maka bila percobaan dilakukan dengan lebih baik, maka pada konsentrasi HCl yang lebih kecil dari 0,00075 tetapi lebih besar dari 0,00030, adalah mungkin bahwa reaksi berlangsung order ke-satu pada awal dan order ke-nol menjelang akhir reaksi. Tabel. Harga v dan persamaan integral reaksi CH 3 COOH dengan Br pada 0,0015; 0,001; dan 0,00075 CH 3 COOH dengan 0,003 Br. No [CH 3 COOH]/ 10 4 v / s Slop order ke-satu 10 4 κ/ 1. 1,50 5,57-10,40 3,35. 1,00 3,85-6,56 3, ,75,9-7,05,59 Berdasarkan Patiha (011), perhitungan harga dilakukan dengan menggunakan persamaan integral dengan cara mensubstitusikan v yang diperoleh dari slop order kenol ke dalam persamaan order ke-satu, sehingga harga dapat diperoleh hanya jika reaksi mengikuti order reaksi yang berbeda pada awal dan akhir reaksi yaitu order ke-nol dan order ke-satu. Apabila reaksi selalu mengikuti order ke-nol maka hanya diperoleh v dan tidak diperoleh harga, sedangkan apabila reaksi hanya mengikuti order ke-satu juga tidak didapatkan harga karena tidak diperoleh v. Saat reaksi order ke-nol terhadap Br reaksi hanya dipengaruhi oleh konsentrasi CH 3 COOH dan faktanya berdasarkan Tabel diperoleh harga v yang berbeda untuk konsentrasi CH 3 COOH yang berbeda. Perbedaan harga v sebanding dengan perbedaan konsentrasi CH 3 COOH, misalnya pada 77

7 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 data 1 dan 3 dimana konsentrasi CH 3 COOH berbanding setengah kalinya maka harga v juga berbanding setengah kalinya. Selanjutnya, dengan membagi v dengan slop order ke-satu akan diperoleh harga. Berdasarkan data Tabel, didapatkan harga slop order kesatu yang berbeda untuk konsentrasi CH 3 COOH yang berbeda dan perbandingannya tidak sama dengan perbandingan perbedaan konsentrasi CH 3 COOH. Hal ini mengakibatkan harga yang diperoleh berbeda-beda. Dalam Tabel bisa dilihat bahwa harga κ yang diperoleh berbeda-beda pada konsentrasi CH 3 COOH. Persamaan [5] menunjukkan bahwa harga slop berbanding langsung dengan v. arena harga v. berbanding langsung dengan konsenrasi enzim, maka harga slop seharusnya juga berbanding lurus dengan konsentrasi enzim. Tetapi hasil percobaan eksperimental memberikan hasil yang berbeda. Tabel menunjukkan bahwa harga v pada konsentrasi CH3COOH 1,5x10-3 adalah duakali lebih besar dari harga v pada konsentrasi CH3COOH 0,75x10-3. Akan tetapi harga slopnya hampir sama yaitu 3,35 dan,59. Hal ini mungkin dapat terjadi karena harga slop dihitung dengan asumsi bahwa reaksi berlangsung pada order ke-satu. Tabel 3. Harga persamaan Espenson pada reaksi CH 3 COOH dengan Br pada berbagai konsentrasi CH 3 COOH dengan 0,00300 Br. No. 10 [CH 3 COOH] / 10 4 κ / 1 3,000 4,78,000 7,10 3 0,150 6,41 4 0,100 5,56 5 0,075 1,79 6 0,030 1,79 7 0,00 7,06 Berdasarkan data di Tabel 3, dengan persamaan Espenson diperoleh harga untuk semua data, baik yang memenuhi ataupun tidak memenuhi reaksi enzimatis. Hal ini berarti bahwa perhitungan dengan persamaan Espenson bisa digunakan pada sembarang data. Selain itu, harga yang didapatkan berbeda-beda pada konsentrasi CH3COOH yang berbeda (pada hal seharusnya sama) Berdasarkan data tersebut harga yang lebih tepat tentunya pada konsentrasi awal CH 3 COOH 0,0015 ; 0,001 ; dan 0,00075 karena pada kondisi ini reaksi memenuhi reaksi enzimatis, tetapi dari ketiga data tersebut belum diketahui harga yang paling tepat. Dikatakan bahwa persamaan Espenson adalah model linear tetapi dalam pemakaiannya tidak memperhatikan nilai koefisien regresinya, sehingga dengan persamaan ini tidak dapat ditentukan harga yang paling tepat. 78

8 Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 Tabel 4. Harga persamaan Espenson dan integral reaksi CH 3 COOH dengan Br pada 0,0015 ; 0,001 ; dan 0,00075 CH 3 COOH dengan 0,003 Br. No [CH 3 COOH] / 10 4 κ Espenson / 10 4 κ Integra / 1 1,50 6,41 3,35 1,00 5,56 3,67 3 0,75 1,79,59 Apabila hasil perhitungan harga dari persamaan Espenson dibandingkan dengan integral (ditunjukkan pada Tabel 4). Pada konsentrasi CH 3 COOH 0,0015 ; 0,0010 dan 0,00075 diperoleh bahwa harga Espenson masing-masing konsentrasi sangat berbeda dari integral. Persamaan Espenson juga merupakan persamaan berbasis metode integral, seharusnya memberikan harga yang sama. Faktanya dengan menggunakan data yang sama, dari dua persamaan diperoleh harga yang berbeda. Harga yang lebih tepat tentunya yang diperoleh dari persamaan integral karena persamaan ini mempersyaratkan uji linearitas, sehingga berdasarkan nilai koefisien regresi dapat ditentukan harga yang paling tepat. Perbedaan harga κ yang diperoleh dari persamaan Espenson disebabkan oleh paradigma yang digunakan yaitu bahwa harga v tidak berubah dengan berubahnya konsentrasi enzim. arena rentang waktu, σ, juga dibuat tetap maka, tidak mungkin diperoleh harga κ yang sama karena harga κ yang sama hanya dapat diperoleh jika kurva persamaan garisnya sejajar, sehingga nilai slopnya tetap. Sedangkan pada persamaan yang dikembangkan oleh Patiha (011) slop yang digunakan berasal dari persamaan garis yang berbeda (order ke-satu). Harga masing-masing slop tergantung pada konsentrasi enzimnya dan selalu sebanding dengannya. ESIPULAN Hasil penelitian menunjukkan bawa reaksi CH 3 COOH dengan Br mirip reaksi enzimatis pada kondisi konsentrasi awal CH 3 COOH 0,00150 ; 0,00100 ; dan 0,00075 dengan konsentrasi Br 0, Banyaknya konsentrasi CH 3 COOH yang digunakan mempengaruhi besarnya v Harga reaksi CH 3 COOH dengan Br dari persamaan Espenson berbeda dengan persamaan integral. Penentuan harga lebih tepat menggunakan persamaan integral sebab persamaan ini mempersyaratkan uji linearitas. 79

9 DAFTAR PUSTAA Patiha., ALCHEY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no., hal.7-80 Briggs, G. E. and J. B. S. Haldane A Note on the inetics of Enzyme Action. Biochem. Vol Camps, P., A. E. Lukach, X. Pujol, S. Vasquez Hunsdiecker-Type Bromodekarboxylation of Carboxylic Acids with Iodosobenzene Diacetate-Bromine. Tetrahedron. Vol Daniels, F., J. W. Williams, P. Bender, R. A. Alberty, C. D. Cornwell, and J. E. Harriman Experimental Physical Chemistry, 7 th Ed. Tokyo: ogakusha Company. Espenson, J. H Chemical inetics and Reaction echanisms, nd Ed. New York: cgraw-hill, Inc. Hodgson, S.C., L. N. Ngeh, J. D. Orbell, and S. W. Bigger A Student Experiment in Non-Isotermal Chemical inetics. JChemEd. Vol. 75 No Laidler,. J Chemical inetics, 3 rd Ed. New York: Harper Collins Publisher, Inc. ichaelis, L.; enten,.l. 1913, "Die inetik der Invertinwirkung", Biochem Z 49: Patiha Persamaan inetika imia Terpadu untuk Reaksi Enzimatis ichaelis- entenis dan yang irip. Laporan Penelitian Fundamental Tak-dipublikasikan. Surakarta: FIPA UNS. Patiha, 011. Teknik dan Persamaan Baru yang Efektif untuk Penentuan Tetapan ichaelis-enten dan yang irip. Laporan Penelitian Fundamental Takdipublikasikan. Surakarta: FIPA UNS. 80