BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Limbah merupakan zat atau bahan buangan yang dihasilkan dari kegiatan manusia. Bahan buangan yang dihasilkan dari kegiatan laboratorium kimia merupakan zat yang telah tercampur dengan zat kimia berbahaya. Kandungan zat kimia (anion) yang ada di dalam limbah umumnya berupa halida, sianida, asetat dan dihidrogenfosfat. Mengingat tingginya bahaya zat kimia jika masuk ke dalam organ manusia, maka mendorong ahli kimia untuk mengembangkan suatu senyawa yang dapat mendeteksi anion yang terkandung di dalam limbah. Suatu bahan atau alat yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisik atau kimia disebut sensor. Oleh karena itu, pengembangan sensor sangat penting. Banyak upaya telah dilakukan untuk penelitian lebih lanjut dalam bidang ini, baik untuk mendeteksi anion, kation atau bahkan molekul netral. Kemosensor merupakan senyawa kimia yang mengalami perubahan energi karena berbagai macam keadaan, antara lain disebabkan oleh cahaya (photochromism), temperatur (thermochromism), ph (halochromism), listrik (electrochromism), ion (ionochromism) dan pelarut (solvatochromism) (Bamfield, 2001). Sensor harus dapat memberikan sinyal ketika berinteraksi dengan analit. Sinyal yang dihasilkan dari interaksi sensor analit berupa energi yang terukur disebut transduksi sinyal. Pada penelitian ini akan dibahas metode pendeteksian anion yang sederhana dan dapat dilakukan dengan memanfaatkan senyawa sensor kolorimetri (Rezaeian dan Khanmohammadi, 2014). Sensor anion mempunyai dua bagian utama, yaitu sisi interaksi/ikat dan sisi sinyal seperti yang terlihat pada Gambar I.1. Sisi interaksi/ikat melibatkan sisi pengikat yang akan berinteraksi dengan anion baik secara elektrostatis maupun ikatan hidrogen. Sisi sinyal merupakan bagian-bagian sinyal yang terhubung ke sisi interaksi baik secara langsung maupun dengan intramolekular terkait. Contoh gugus fungsi yang dapat digunakan sebagai sisi sinyal adalah gugus kromofor dan aromatik. Kromofor tersebut menunjukkan terjadinya perubahan warna dalam 1
2 proses interaksi dengan anion, sedangkan gugus fungsi yang dapat digunakan sebagai sisi interaksi/ikat pada sensor anion yaitu imina, urea, tiourea, amida, pirol, imidaolium, hidrazon dan hidroksil. Gugus fungsi tersebut dapat melakukan donor hidrogen sehingga proses interaksi dengan anion dapat terjadi. senyawa sensor anion interaksi senyawa sensor-anion Gambar I.1 Interaksi antara senyawa sensor anion dengan anion (Martinez- Manez, 2003) Interaksi ini dapat terjadi jika pada senyawa sensor terdapat sisi ikat yang berperan sebagai gugus pendonor ikatan hidrogen seperti OH atau NH dan anion yang bersifat basa sebagai gugus penerima ikatan hidrogen (Reena dkk., 2013). Interaksi antara sensor dengan anion juga dapat terjadi melalui deprotonasi sisi ikat oleh anion (Pandurangan dkk., 2013). Perubahan warna yang kuat akan dihasilkan oleh sensor kimia apabila sistem delokalisasi elektron semakin panjang sehingga menyebabkan perubahan spektra UV-vis dengan pergeseran batokromik (Purwono dan Mahardiani, 2009). Selain melalui interaksi ikatan hidrogen dan deprotonasi, senyawa sensor juga dapat mengalami reaksi adisi nukleofilik terhadap gugus ikat oleh anion menghasilkan fenomena chemodosimeter. Perubahan warna yang terjadi disebabkan oleh terhentinya delokalisasi elektron sehingga perubahan spektra UVvis berupa pergeseran hipsokromik. Benzaldehida merupakan salah satu senyawa yang potensial untuk dikembangkan sebagai senyawa sensor karena strukturnya yang memiliki gugus karbonil (C=O) serta cincin benzena yang dapat dimodifikasi sebagai sisi sinyal yang kuat. Selain itu cincin benzena tidak memiliki gugus lain yang membuat cincin tersebut susah untuk tersubstitusi. Benzaldehida sendiri bukan merupakan senyawa kemosensor karena tidak memiliki gugus ikat dan gugus sinyal kolorimetri. Desain senyawa sensor dapat dilakukan dengan mengubah gugus (C=O) pada benzaldehida menjadi gugus disianovinil (-C=C-(CN)2) seperti yang dapat dilihat pada
3 Gambar I.2. Gugus disianovinil memiliki gugus ikat yang dapat berpengaruh dalam pendeteksian anion melalui fenomena chemodosimeter yaitu interaksi adisi nukleofilik oleh anion (Yang dkk., 2013) dan dapat menghasilkan perubahan warna yang teramati langsung dengan mata. Gambar I.2 Reaksi pembentukan senyawa target (1) Desain senyawa sensor juga dapat dilakukan dengan mereaksikan turunan disianovinil (senyawa target 1) dengan natrium azida yang akan membentuk cincin 1H-tetrazol (Tisseh dkk., 2012) (Gambar I.3). Cincin 1H-tetrazol juga dapat berperan sebagai senyawa sensor anion kolorimetri (Li dkk., 2013). Terbentuknya cincin 1H-tetrazol pada benzaldehida menyebabkan senyawa sensor memiliki dua gugus sisi ikat sensor yang dapat berinteraksi melalui ikatan hidrogen maupun melalui fenomena chemodosimeter. Gambar I.3 Reaksi pembentukan senyawa target (2) Hasil senyawa target (2) yang mengandung cincin 1H-tetrazol jika dibandingkan dengan struktur senyawa benzaldehida, terlihat terjadi peningkatan delokalisasi ke arah cincin 1H-tetrazol. Oleh karena itu senyawa kemosensor (1)
4 dan (2) akan dibandingkan kemampuan sebagai senyawa sensor anion kolorimetri terhadap anion F -, Cl -, Br -, I -, CN -, H2PO4 -, SO4 2- dan SO3 2-. I.2 Tujuan Penelitian Secara umum tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan senyawa sensor anion kolorimetri dari bahan dasar benzaldehida dengan sensitivitas dan selektivitas yang lebih baik. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini antara lain: 1. Mensintesis turunan senyawa disianovinil (1) dan senyawa 1H-tetrazol (2) dari benzaldehida sebagai senyawa sensor anion kolorimetri. 2. Mempelajari pengaruh pelarut (solvatochromic) terhadap perubahan warna dan aktivitas senyawa sensor terhadap anion (ionochromic). 3. Menentukan nilai limit deteksi turunan senyawa disianovinil (1) dan senyawa 1H-tetrazol (2) terhadap jumlah penambahan anion. I.3 Manfaat Penelitian Manfaat dari hasil penelitian ini diharapkan mampu memberi kontribusi pada perkembangan desain dan sintesis senyawa organik sebagai sensor anion kolorimetri.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN PERUMUSAN HIPOTESIS II.1 Tinjauan Pustaka II.1.1 Senyawa sensor anion kolorimetri Sensor merupakan suatu sistem yang bekerja akibat adanya stimulus dan memiliki karakteristik tertentu. Sensor kimia mampu memberikan sinyal tertentu dari adanya suatu spesies kimia. Salah satunya melalui fenomena perubahan warna (chromism) (Bamfield, 2001). Perubahan warna yang dihasilkan oleh senyawa sensor dapat digunakan dalam identifikasi atau analisis kualitatif. Perubahan warna yang dapat diamati kasat mata (kolorimetri) membuat proses identifikasi menjadi lebih praktis tanpa membutuhkan penggunaan instrumen (Martinez-Manez, 2003). Suatu senyawa kimia dapat digunakan sebagai sensor anion apabila dapat mengalami perubahan struktur saat berinteraksi dengan anion dan dapat diamati perubahan warna maupun pergeseran panjang gelombangnya. Perubahan struktur tersebut dapat terjadi jika suatu senyawa kimia memiliki dua sisi aktif yaitu sisi ikat dan sisi sinyal yang saling terhubung secara kovalen. Sisi sinyal berupa gugus kromofor berperan sebagai penanda perubahan warna dalam proses pendeteksian anion sementara sisi ikat pada senyawa berperan dalam berinteraksi atau berikatan dengan anion (Okudan dkk., 2013). Sisi ikat akan berinteraksi dengan anion baik secara elektrostatik ataupun melalui ikatan hidrogen. Adanya interaksi melalui ikatan hidrogen dapat dikatakan terjadi apabila gugus fungsi yang dapat berpotensi sebagai sisi ikat dapat berperan sebagai donor ikatan hidrogen (Reena dkk., 2013). Selain melalui interaksi ikatan hidrogen, interaksi dengan anion juga dapat melalui kemodosimeter (chemodosimeter) yang melibatkan reaksi kimia yang bersifat irreversibel (adisi nukleofilik) (Xu dkk., 2010). Fenomena kemodosimeter umumnya melibatkan anion dengan sifat nukleofilisitas yang tinggi seperti sianida (CN - ) (Park dkk., 2012). Gugus kromofor yang berperan sebagai sisi sinyal dapat berupa gugus kovalen tak jenuh dengan sistem terkonjugasi. Struktur yang memiliki sistem 5