ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA FLAVONOIDA DARI DAUN PALA (Myristica fragrans Houtt) DAN UJI AKTIVITAS ANTIOKSIDAN DISERTASI Oleh BINAWATI GINTING 118103003/KIM PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA FLAVONOIDA DARI DAUN PALA (Myristica fragrans Houtt) DAN UJI AKTIVITAS ANTIOKSIDAN DISERTASI Untuk memperoleh Gelar Doktor dalam Ilmu Kimia pada Universitas Sumatera Utara dibawah pimpinan Pejabat Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Subhilhar, Ph.D untuk dipertahankan dihadapan Sidang Terbuka Promosi Doktor di Universitas Sumatera Utara, Medan Oleh Binawati Ginting 118103003/KIM PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Judul Disertasi : ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA FLAVONOIDA DARI DAUN PALA (Myristica fragrans Houtt) DAN UJI AKTIVITAS ANTIOKSIDAN Nama Mahasiswa : Binawati Ginting Nomor Pokok : 118103003/KIM Program Studi : S3 Ilmu Kimia Menyetujui : Komisi Pembimbing Prof. Dr. Tonel Barus Promotor Prof. (RIS). Dr. Partomuan Simanjuntak, M.Sc Lamek Marpaung, M.Phil, Ph.D Co-Promotor Co-Promotor Ketua Program Studi, Dekan, Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc Tanggal Lulus : 09 Juli 2015
PROMOTOR Prof. Dr. Tonel Barus Guru Besar Kimia Organik Bahan Alam Fakultas MIPA USU CO-PROMOTOR Prof. (RIS). Dr. Partomuan Simanjuntak, M.Sc Guru Besar Kimia Organik Bahan Alam Puslit Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI ) Cibinong CO-PROMOTOR Lamek Marpaung, M.Phil, Ph.D Lektor Kepala Bidang Kimia Organik Bahan Alam Fakultas MIPA USU
Panita Penguji: Ketua Komisi Penguji : Prof. Dr. Tonel Barus Guru Besar Kimia Organik Bahan Alam Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Anggota Ketua Komisi Penguji : 1. Prof. (RIS). Dr. Partomuan Simanjuntak, M.Sc Guru Besar Kimia Organik Bahan Alam Puslit Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI ) Cibinong 2. Lamek Marpaung, M.Phil, Ph.D Lektor Kepala Bidang Kimia Organik Bahan Alam Fakultas MIPA USU 3. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Guru Besar Bidang Kimia Polimer Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara 4. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc Lektor Kepala Bidang Kimia Anorganik Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara 5. Prof. Dr. Yunazar Manjang Guru Besar Bidang Kimia Organik Bahan Alam Fakultas MIPA Universitas Andalas
ISOLATION AND STRUCTURE ELUCIDATION OF FLAVONOID FROM LEAVES OF Myristica fragrans Houtt AND ANTIOXIDANT ACTIVITY ABSTRACT Research on plant leaves Myristica fragrans Houtt Pala was aimed to find a chemical compound and antioxidant activity with 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil (, -diphenyl- -picrylhidrazyl) atau DPPH radical-scavenging methods. Extraction have done by maceration using the methanol solvent, methanol extract was added ethylacetate solvent and filtered. Ethylacetate extract partioned with methanol : n-hexane (1:1) and then ethylacetate fractions were hydrolised with HCl 6%. The total flavonoid yielded was separated using column chromatography with silica gel 60 as stasionary phase and n-hexane : ethylacetate as mobile phase (gradient elution). After that coloumn chromatography find to three flavonoid compounds and then do identify with UV, FTIR, 1 H-NMR, 13 C-NMR, DEPT and NMR-2D (COSY, HMQC and HMBC). That compound called as 3,5,7,4 tetrahydroxy-dihydroflavonol or dihydrocaempferol; 3,5,7,4 -tetrahydroxy flavonol or Kaempferol and 3,5,7,3,4 -pentahydroxy flavonol or Quercetin with antioxidant activity 9,75; 6,85 and 4,85 ppm respectively. Keywords : Myristica fragrans Houtt., Myristicaceae, flavonoid, antioxidant
ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA FLAVONOIDA DARI DAUN PALA (Myristica fragrans Houtt) DAN UJI AKTIVITAS ANTIOKSIDAN ABSTRAK Penelitian terhadap daun Pala (Myristica fragrans Houtt) bertujuan untuk mengetahui senyawa kimia (struktur kimia) dan aktivitas antioksidan dengan menggunakan 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil (, -diphenyl- -picrylhidrazyl) atau DPPH radical-scavenging. Ekstraksi dilakukan dengan cara maserasi menggunakan pelarut metanol, ekstrak pekat metanol ditambahkan pelarut etilasetat dan disaring. Ekstrak etil asetat dipartisi dengan metanol : n-heksana (1:1), kemudian ekstrak pekat etil asetat dihidrolisis dengan HCl 6%. Total flavonoid yang diperoleh dipisahkan menggunakan kromatografi kolom dengan fasa diam silika gel 60 dan fasa gerak campuran n-heksana : etil asetat (elusi gradien). Hasil kromatografi kolom ditemukan tiga senyawa flavonoid yang dilanjutkan dengan identifikasi dengan analisis UV, FT- IR, 1 H-NMR, 13 C-NMR, DEPT dan NMR-2D (COSY, HMQC dan HMBC). Senyawa yang ditemukan tersebut dinyatakan sebagai 3,5,7,4 -tetrahidroksidihidroflavonol atau dihidrokaempferol; 3,5,7,4 -tetrahidroksi flavonol atau Kaempferol dan yaitu 3,5,7,3,4 -pentahidroksi flavonol atau Quercetin dengan aktivitas antioksidan berturut-turut 9,75; 6,85 dan 4,85 ppm. Kata kunci : Myristica fragrans Houtt., Myristicaceae, flavonoid, antioksidan
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya sehingga Penelitian dengan judul Isolasi Dan Elusidasi Struktur Kimia Flavonoida Dari Daun Pala (Myristica fragrans Houtt) dan Uji Aktivitas Antioksidan dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini penulis dengan tulus menyampaikan rasa hormat, terima kasih disertai penghargaan yang setinggi-tingginya kepada: 1. Prof. Subhilhar, Ph.D, selaku Pejabat Rektor Universitas Sumatera Utara atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan penulisan disertasi ini. 2. Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara yang juga telah memberi kesempatan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan penulisan disertasi ini. 3. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, selaku Ketua Program Pascasarjana Ilmu Kimia Universitas Sumatera Utara dan sebagai tim penguji, yang selama ini telah memberikan kesempatan, dorongan, saran serta perhatian sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan disertasi ini. 4. Prof. Dr. Tonel Barus, selaku promotor yang telah membimbing, memberikan saran dan arahan kepada penulis dalam melaksanakan penelitian dan penulisan disertasi ini. 5. Prof. (RIS). Dr. Partomuan Simanjuntak, M.Sc, selaku co. promotor, selama ini telah membimbing, memberi saran kepada penulis baik langsung atau jarak-jauh sehingga penulisan disertasi ini dapat terselesaikan. 6. Dr. Lamek Marpaung, M.Sc, selaku co. promotor, selama ini telah membimbing, arahan dan memberi saran kepada penulis sehingga penulisan disertasi ini dapat terselesaikan 7. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku Tim Penguji atas kesediaan beliau memberikan penilaian, saran, dan perbaikan dalam penulisan disertasi ini.
8. Kedua orang tuaku ayahanda Ahmad Jabuai Ginting (Alm) dan Ibunda Asni Barus (Almh), bapak mertua Safii Saribun Bangun (Alm) dan ibu Hj. Fatimah Dose Barus, serta suami tercinta Janwar Devanan Bangun, ST yang kukasihi yang turut memotivasi penulis untuk segera menyelesaikan disertasi ini. 9. Kakakku, Ir. Maulidna Ginting, ST, M.Si, Malem Ukur Ginting, SE; dan Abangku Abdul Rain Ginting, S.Si serta Adikku Jailani Syafei Ginting, M.Si yang telah membantu secara moril serta turut memotivasi penulis untuk segera menyelesaikan disertasi ini. Semoga amal yang telah mereka berikan kepada penulis, mendapatkan berkah dari Allah SWT. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Medan, 9 Juli 2015 Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN PROMOTOR DAN CO-PRPOMOTOR PANITIA PENGUJI ABSTRACT ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN Halaman iii iv v vi vii viii x xii xv xvi BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 3 1.3 Tujuan Penelitian 3 1.4 Manfaat Penelitian 3 1.5 Urgensi Penelitian 4 BAB 2. TINJUAUAN PUSTAKA 2.1 Myristica fragrans 5 2.2 Senyawa Flavonoid 7 2.3 Senyawa Antioksidan 17 2.4 Senyawa Antimikroba 18 2.4.1 Escherrichia coli 18 2.4.2 Staphilococcus aureus 19 2.5 Senyawa Antifungi 20 2.6 Metode Pemisahan 22 2.6.1 Ekstraksi 22 2.6.2 Maserasi 22 2.7 Senyawa Metabolit Sekunder 23 2.7.1 Alkaloid 23 2.7.2 Flavonoid 23
2.7.3 Terpenoid 24 2.7.4 Saponin 24 2.8 Kromatografi 24 2.9 Metode Penentuan Struktur 25 BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 33 3.2 Bahan dan Peralatan 33 3.3 Sampel 34 3.4 Bioindikator 34 3.5 Prosedur Penelitian 34 3.5.1 Persiapan Sampel 34 3.5.2 Ekstraksi/Maserasi 34 3.5.3 Isolasi dan Pemurnian Senyawa 35 3.5.4 Identifikasi golongan senyawa kimia pada ekstrak 35 3.5.5 Uji Antioksidan 35 3.5.6 Uji Antimikroba 37 3.5.7 Penentuan Struktur Kimia 38 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian 42 4.1.1 Determinasi Tanaman 42 4.1.2 Hasil Isolasi dan Uji Aktivitas Antioksidan 42 4.1.2.1 Pembuatan Ekstrak 42 4.1.2.2 Uji aktivitas Antioksidan dan Antimikroba Terhadap Ekstrak 43 4.1.2.3 Uji Fitokimia terhadap Ekstrak 44 4.1.2.4 Pemurnian dengan Kromatografi Kolom 45 4.2 Pembahasan 49 4.2.1 Penentuan Struktur Kimia Senyawa MFDH 7.1.3.4 50 4.2.1.1 Analisis Spektrum Ultra Violet Senyawa MFDH 7.1.3.4 50
4.2.1.2 Analisis Spektrum FTIR Senyawa MFDH 7.1.3.4 50 4.2.1.3 Analisis NMR 1 Dimensi ( 1 H-NMR) Senyawa MFDH 7.1.3.4 51 4.2.1.4 Analisis Spektrum 13 C-NMR Senyawa MFDH 7.1.3.4 54 4.2.1.5 Analisis NMR 2 Dimensi (HMQC) Senyawa MFDH 7.1.3.4 56 4.2.1.6 Analisis NMR 2 Dimensi (COSY) Senyawa MFDH 7.1.3.4 58 4.2.1.7 Analisis NMR 2 Dimensi (HMBC) Senyawa MFDH 7.1.3.4 59 4.2.1.8 Analisis Spektrum Massa (MS) Senyawa MFDH 7.1.3.4 61 4.2.2 Penentuan Struktur Kimia Senyawa MFDH 7.1. 4 dan 7.2.1 63 4.2.2.1 Analisis Spektrum UV Senyawa MFDH 7.1.4 dan 7.2.1 63 4.2.2.2 Analisis Spektrum FTIR Senyawa MFDH 7.1.4 dan 7.2.1 64 4.2.2.3 Analisis NMR 1 Dimensi ( 1 H-NMR) MFDH 7.1. 4 dan 7.2.1 67 4.2.2.4 Analisis Spektrum ( 13 C-NMR dan DEPT) MFDH 7.1.4 dan 7.2.1 72 4.2.2.5 Analisis NMR 2 Dimensi (HMQC) Senyawa MFDH 7.1.4 dan 7.2.1 77 4.2.2.6 Analisis NMR 2 Dimensi (COSY) Senyawa MFDH 7.1.4 dan 7.2.1 80 4.2.2.7 Analisis NMR 2 Dimensi (HMBC) Senyawa MFDH 7.1.4 dan 7.2.1 83 4.2.2.8 Analisis NMR 2 Dimensi (MS) Senyawa MFDH 7.1.4 dan 7.2.1 88 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 94 5.2 Saran 95 DAFTAR PUSTAKA 96 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Anatomi Tumbuhan Pala 5 Gambar 2.2. Komponen senyawa pada Pala 6 Gambar 2.3 Struktur flavonoid 7 Gambar 2.4 Kerangka 2-fenilkroman 8 Gambar 2.5 Jenis flavonoid beserta struktur dasarnya 9 Gambar 2.6 Pola oksigenasi Cincin A pada kedudukan 2,4,6 dari struktur Calkon 10 Gambar 2.7 Reaksi biosintesis flavonoid 14 Gambar 2.8 Hubungan biogenetik berbagai jenis flavonoid 15 Gambar 2.9 Reaksi biosintesis flavonoid menggunakan senyawa bertanda 16 Gambar 2.10 Struktur a. DPPH (radikal bebas) dan b. DPPH tereduksi 17 Gambar 2.11 Escherichia coli 19 Gambar 2.12 Staphylococcus aureus 20 Gambar 2.13 Morfologi Candida albicans 21 Gambar 4.1 Kromatogram KLT hasil kromatografi kolom total flavonoid 45 Gambar 4.2 Kromatogram KLT kromatografi kolom senyawa MFDH 7 47 Gambar 4.3 Spektrum UV senyawa MFDH 7.1.3.4 50 Gambar 4.4 Spektrum FTIR senyawa MFDH 7.1.3.4 51 Gambar 4.5 Spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.1.3.4 52 Gambar 4.6 Perbesaran spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.1.3.4 ( H 5,92-7,42 ppm) 53 Gambar 4.7 Spektrum 13 C-NMR senyawa MFDH 7.1.3.4 54 Gambar 4.8 Spektrum DEPT senyawa MFDH 7.1.3.4 55 Gambar 4.9 Spektrum HMQCenyawa MFDH 7.1.3.4 57 Gambar 4.10 Spektrum 1 H- 1 H COSY senyawa MFDH 7.1.3.4 58 Gambar 4.11 Struktur COSY senyawa MFDH 7.1.3.4 59 Gambar 4.12 Spektrum HMBC senyawa MFDH 7.1.3.4 60
Gambar 4.13 Struktur kimia senyawa MFDH 7.1.3.4 hasil analisis HMBC 61 Gambar 4.14 Pergeseran kimia proton dan karbon senyawa MFDH 7.1.3.4 61 Gambar 4.15 Spektrum massa senyawa MFDH 7.1.3.4 62 Gambar 4.16 Pola fragmentasi senyawa MFDH 7.1.3.4 63 Gambar 4.17 Spektrum UV senyawa 7.1.4 64 Gambar 4.18 Spektrum UV senyawa 7.2.1 64 Gambar 4.19 Spektrum FT-IR senyawa MFDH 7.1.4 65 Gambar 4.20 Spektrum FT-IR senyawa MFDH 7.2.1 66 Gambar 4.21 Spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.1.4 ( H 3,8-12.1 ppm) 67 Gambar 4.22 Perbesaran spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.1.4 ( H 6,9-8,1 ppm) 68 Gambar 4.23 Perbesaran spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.1.4 ( H 6,2-6,5 ppm) 69 Gambar 4.24 Spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.2.1 ( H 6,2-6,5 ppm) 70 Gambar 4.25 Perbesaran spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.2.1 ( H 6,2-6,5 ppm) 71 Gambar 4.26 Perbesaran spektrum 1 H-NMR senyawa MFDH 7.1.4 ( H 6,9-7,8 ppm) 72 Gambar 4.27 Spektrum 13 C-NMR senyawa MFDH 7.1.4 73 Gambar 4.28 Spektrum DEPT senyawa MFDH 7.1.4 74 Gambar 4.29 Spektrum 13 C-NMR senyawa MFDH 7.2.1 75 Gambar 4.30 Spektrum DEPT senyawa MFDH 7.2.1 76 Gambar 4.31 Spektrum HMQC senyawa MFDH 7.1.4 78 Gambar 4.32 Spektrum HMQC senyawa MFDH 7.2.1 79 Gambar 4.33 Spektrum 1 H- 1 H COSY senyawa MFDH 7.1.4 80 Gambar 4.34 Spektrum COSY senyawa MFDH 7.1.4 81 Gambar 4.35 Spektrum 1 H- 1 H COSY senyawa MFDH 7.2.1 82 Gambar 4.36 Spektrum COSY senyawa MFDH 7.2.1 82 Gambar 4.37 Spektrum HMBC senyawa MFDH 7.1.4 84
Gambar 4.38 Struktur kimia senyawa MFDH 7.1.4 hasil analisis HMBC 85 Gambar 4.39 Pergeseran kimia proton dan karbon senyawa MFDH 7.1.4 85 Gambar 4.40 Spektrum HMBC senyawa MFDH 7.2.1 86 Gambar 4.41 Struktur kimia senyawa MFDH 7.2.1 hasil analisis HMBC 87 Gambar 4.42 Pergeseran kimia proton dan karbon senyawa MFDH 7.2.1 87 Gambar 4.43 Spektrum massa senyawa MFDH 7.1.4 88 Gambar 4.44 Pola fragmentasi senyawa MFDH 7.1.4 89 Gambar 4.45 Spektrum massa senyawa MFDH 7.2.1 91 Gambar 4.46 Pola fragmentasi senyawa MFDH 7.2.1 92 Gambar 5.1 Struktur senyawa MFDH 7.1.3.4; 7.1.4 dan 7.2.1 94
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil ekstraksi daun Pala 42 Tabel 4.2 Hasil uji aktivitas antioksidan ekstrak daun Pala 43 Tabel 4.3 Diameter daya hambat (cm) ekstrak metanol daun pala 43 Tabel 4.4 Uji fitokimia ekstrak daun Pala 44 Tabel 4.5 Hasil kromatografi kolom (eluen n-heksana dan etil asetat 4:1) 46 Tabel 4.6 Hasil uji aktivitas antioksidan fraksi total flavonoid daun Pala 46 Tabel 4.7 Hasil fraksinasi kromatografi kolom untuk fraksi MFDH 7 48 Tabel 4.8 Hasil fraksinasi kromatografi kolom untuk fraksi MFDH 7.1 48 Tabel 4.9 Hasil uji aktivitas antioksidan senyawa MFDH 7.1.3.4; 7.1.4 & 7.2.1 49 Tabel 4.10 Korelasi pergeseran kimia 1 H-NMR dan 13 C-NMR senyawa MFDH 7.1.3.4 56 Tabel 4.11 Korelasi pergeseran kimia 1 H-NMR dan 13 C-NMR senyawa MFDH 7.2.1 dan MFDH 7.1.4 77 Tabel 4.12 Perbandingan Pergeseran kimia ( 1 H- 13 C-NMR) senyawa 7.1.4 dengan Markam and Thomas, 1970; Harborne and Marbry, 1982 90 Tabel 4.13 Perbandingan Pergeseran kimia ( 1 H- 13 C-NMR) senyawa 7.2.1 dengan Markam and Thomas, 1970; Harborne and Marbry, 1982 93
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Hasil determinasi tumbuhan Pala 100 Lampiran 2 Perhitungan Rendemen Ekstrak 101 Lampiran 3. Perhitungan nilai IC 50 ekstrak daun Pala 102 Lampiran 4. Perhitungan nilai IC 50 MFDH 1 s/d MFDH 10 daun Pala 104 Lampiran 5. Perhitungan nilai IC 50 MFDH 7.1.3.4; 7.14 dan 7.2.1 107 Lampiran 6. Spektrum NMR lengkap dan MS senyawa 7.1.3.4 Lampiran 7. Spektrum NMR lengkap dan MS senyawa 7.1.4 Lampiran 8. Spektrum NMR lengkap dan MS senyawa 7.2.1