BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Permasalahan yang ditimbulkan oleh limbah suatu industri salah satunya memiliki sifat toksik yang dapat merusak bahkan mematikan organisme hidup. Kandungan di dalam limbah umumnya berupa anion, di antaranya ion halida, dihidrogen fosfat, sianida, dan asetat (Kim dkk., 2009). Selama ini anion-anion tersebut dideteksi dengan menggunakan metode konvensional, antara lain potensiometri, kromatografi, dan analisis elektrokimia. Metode tersebut kurang praktis digunakan karena selain membutuhkan preparasi sampel juga memerlukan biaya yang cukup mahal (Pati, 2015). Oleh karena itu, diperlukan suatu metode analisis yang lebih praktis, cepat, dan tanpa memerlukan instrumen yang canggih dari metode tersebut. Kemosensor merupakan metode sederhana dan efisien yang dirancang untuk dapat mendeteksi perubahan yang terjadi akibat interaksi antara suatu molekul dengan molekul spesifik lainnya dan dapat diamati secara langsung. Interaksi antar reseptor dapat diamati salah satunya melalui fenomena perubahan warna (chromic) yang memungkinkan untuk diamati secara langsung oleh mata atau dengan bantuan alat (lampu UV). Fenomena perubahan warna yang terjadi dapat disebabkan oleh jenis pelarut (solvatochromic) dan spesies ion (kation dan anion) (ionochromic) (Bamfield dan Hutching, 2010). Suatu senyawa sensor terdiri dari dua bagian utama, yaitu sisi ikat (binding site) dan sisi sinyal (signaling part) yang terhubung secara kovalen (Xu dkk., 2009). Sisi ikat dalam kemosensor dapat berupa gugus -OH dan -NH yang berperan untuk berinteraksi atau berikatan dengan anion. Sementara itu sisi sinyal dapat berupa kromofor (chromogenic unit) dan atau fluorofor (fluorogenic unit). Gugus kromofor akan menghasilkan perubahan warna yang dapat diamati secara langsung, sedangkan gugus fluorofor menghasilkan perubahan warna berupa pendaran (fluoresen) yang dapat diamati di bawah lampu UV. 1
2 Beberapa tahun terakhir sintesis senyawa kemosensor lebih memanfaatkan bahan dasar yang terbatas dan cenderung mahal. Oleh karena itu, merupakan suatu tantangan untuk mendesain senyawa sensor anion yang memiliki selektivitas dan sensitivitas tinggi dengan bahan dasar yang melimpah dan jalur sintesis yang sederhana. Vanilin atau 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehida merupakan senyawa fenolat yang terdapat secara alami dalam tanaman vanilla planivolia yang banyak tersedia di Indonesia. Vanilin dapat dijadikan sebagai bahan dasar senyawa sensor karena memiliki gugus aktif pada gugus hidroksi (-OH) yang dapat berperan sebagai sisi ikat pada anion dan gugus kromofor melalui modifikasi pada gugus karbonil dari aril melalui reaksi kondensasi, sikloadisi, dan reaksi diazo kopling. Beberapa penelitian menunjukkan pemanfaatan vanilin sebagai bahan dasar dalam sintesis senyawa sensor anion. Fitriana dkk. (2016) telah mensintesis turunan senyawa khalkon (3-(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1-fenil-2-propen-1-on) (senyawa 4) melalui reaksi kondensasi Claisen-Schmidt sebagai sensor anion. Senyawa 4 (Gambar I.1.(A)) memberikan sensitivitas terhadap ion F -, CO 2-3, CN -, 2- dan SO 4 dengan menghasilkan perubahan warna dari kuning menjadi merah dalam pelarut DMSO. Penelitian lain oleh Utami (2015) yang mensintesis turunan senyawa stirena (2-(1-(4-hidroksi-3-metoksifenil)etilidin)malononitril) melalui reaksi kondensasi Knoevenagel. Senyawa 5A (Gambar I.1.(B) memberikan selektivitas terhadap ion CN - dengan menghasilkan perubahan warna dari kuning menjadi merah muda dalam pelarut DMSO. Nurohmah (2015) telah mensintesis turunan senyawa azo-vanilin (senyawa 6) melalui reaksi diazo kopling. Senyawa 6 (Gambar I.1.(C)) memberikan sensitivitas terhadap ion F -, AcO -, CN -, dan H 2 PO - 4 dalam pelarut DMSO yang memberikan perubahan warna dari coklat tua menjadi biru-ungu. Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan, di dalam penelitian ini akan disintesis turunan senyawa stirena (1 dan 3) dan triazol (2) dari vanilin, yaitu (E)-2-metoksi-4-(2-nitrovinil)fenol (1), 2-metoksi-4-(1,2,3-triazol-5-il)fenol (2), dan 2-metoksi-6-((E)-(4-nitrofenil)diazenil)-4-(E)-2-nitrovinil)fenol (3). Struktur senyawa target disajikan pada Gambar I.2.
3 (A) (B) (C) Gambar I.1 Struktur turunan senyawa (A) khalkon (Fitriana, dkk., 2016); (B) stirena (Utami, 2015); dan (C) azo-vanilin (Nurohmah, 2015) (A) (B) (C) Gambar I.2. Struktur senyawa target turunan stirena (A dan C) dan triazol (B) Gambar I.1(B) (senyawa 5A) dan I.2(A) (senyawa 1) menunjukkan perbedaan pada subtituen yang terikat gugus stirena (-C=C-). Pada senyawa 1 gugus stirena mengikat gugus nitro (-NO 2 ), sedangkan senyawa 5A subtituen yang terikat adalah gugus siano (-C N-). Sintesis turunan senyawa triazol dari vanilin sebagai sensor anion belum banyak dilakukan karena gugus triazol tidak termasuk dalam golongan senyawa warna (azo). Dalam penelitian ini akan disintesis turunan senyawa triazol berbahan dasar vanilin melalui modifikasi gugus nitro-stirena pada senyawa 1. Nurohmah (2015) telah mensintesis senyawa azo-vanilin (Gambar I.1(C)) sebagai sensor anion. Dalam penelitian ini akan disintesis turunan senyawa stirena (3) dengan memodifikasi gugus aldehida pada senyawa azo-vanilin menjadi nitro-stirena.
4 Sintesis turunan senyawa stirena (1 dan 3) dan triazol (2) diperoleh melalui jalur sintesis yang tidak rumit. Adanya gugus penarik elektron, yaitu nitro (NO 2 ) yang terikat gugus stirena (C=C) pada senyawa 1 dapat meningkatkan keasaman atom hidrogen (H) yang terikat pada gugus stirena, sehingga memiliki kemampuan sebagai sisi ikat seperti gugus hidroksi (-OH). Adanya senyawa heterosiklik, yaitu turunan triazol (senyawa 2) dapat dimanfaatkan sebagai sisi sinyal (-N=N-N-) dan sisi ikat, yaitu atom hidrogen yang terikat pada gugus -NH. Dalam penelitian ini pengaruh penambahan gugus kromofor azo pada senyawa 3 diharapkan mampu memberikan perubahan warna yang signifikan karena adanya delokalisasi elektron π yang lebih panjang pada proses deteksi anion, sehingga memberikan intensitas warna yang kuat dan memiliki sensitivitas serta selektivitas yang tinggi. Senyawa hasil sintesis selanjutnya diuji sebagai sensor anion dalam pelarut DMSO, metanol, aseton, dan sistem pelarut biner (DMSO:H 2 O) terhadap ion F -, Cl -, Br -, I -, CO 2-3, SO 2-4, H 2 PO - 4, CN -, dan AcO -. I.2 Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan tersebut, maka tujuan penelitian ini adalah: 1. Mensintesis turunan senyawa stirena (1 dan 3) dan triazol (2) dari vanilin sebagai senyawa sensor. 2. Membandingkan pengaruh pelarut (solvatochromic) dan spesies anion (ionochromic) terhadap perubahan warna larutan senyawa turunan stirena (1 dan 3) dan triazol (2). 3. Menentukan nilai limit deteksi senyawa 1, 2, dan 3 terhadap spesies anion yang selektif. I.3 Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dalam bidang sintesis senyawa organik, khususnya pemilihan jalur untuk sintesis senyawa turunan stirena dan triazol berbahan dasar vanilin. Selain itu senyawa dari hasil penelitian ini diharapkan
5 dapat dipublikasikan sebagai senyawa sensor anion yang dapat digunakan untuk mendeteksi adanya anion-anion yang berbahaya di lingkungan.