Kinetika Degradasi Degradasi
Majalah Farmasi Farmasi Airlangga, Airlangga, Vol.8 No.2, Oktober Oktober 2010 2010
9
Kinetika Degradasi Turunan Asam Asam Benzoilsalisilat dalam Suasana Suasana Basa (Degradation Kinetics Kinetics of Benzoylsalicylic Acid Derivative in Alkaline Solution) Solution ) Nuzul Wahyuning Diyah, Rully Susilowati, Susilowati, Suko Hardjono Departemen Kimia Farmasi Fakultas Farmasi Universitas Airlangga
To develop O-benzoylsalicylic acid and O-(4-chlorobenzoyl)salicylic acid which were potential as analgesic agents, the research on degradation kinetics of those benzoylsalicylic acid derivatives had been done. The objective of this research was to study the stability of the compounds against hydrolysis reaction in alkaline solution and to observe the effect of 4-chlor substituent on the stability of the benzoylsalicylic acid derivative. The compounds were hydrolysis in aqueous solution buffered at pH 11 and heated at constant temperature 80 oC to accelerate the reaction. The kinetic parameters k (rate constant) and t ½ (half life period) were determined by measuring the concentration of salicylic acid produced in the hydrolysis reaction spectrophotometrically at 296 nm. The results showed that the hydrolysis reaction of the benzoylsalicylic acids at pH 11 followed pseudo-first order kinetics. The kinetic parameters o f O-benzoylsalicylic acid were k= 10.51x10-3 min-1 and t ½=81.0 min, while the O-(4-chlorobenzoyl)salicylic acid gave k = 8.59x10-3 min-1 and t ½= 66.8 min. The presence of 4-chlor substituent could increase the stability of of the benzoylsalicylic acid derivative against hydrolysis reaction in alkaline solution. Compare with acetylsalicylic acid (aspirin) which had k= 27.91x10 -3 min-1 and t ½=24.9 min, the benzoylsalicylic acids were more stable than asp irin. Key words : O-Benzoylsalicylic acid derivatives, degradation kinetics, alkaline solution
PENDAHULUAN Dalam usaha untuk memperoleh turunan asam salisilat dengan aktivitas analgesik yang tinggi telah dilakukan modifikasi struktur asam salisilat. Dari beberapa turunan asam O-asilsalisilat yang dihasilkan, senyawa asam O-(4O-(4klorobenzoil)salisilat menunjukkan aktivitas analgesik pada mencit dengan nilai ED 50 sebesar 0,53 mM/kg berdasarkan whriting test (Diyah dkk, 2006). Untuk mengembangkan senyawa bioaktif yang potensial sebagai obat analgesik, perlu dilakukan serangkaian penelitian lebih lanjut, antara lain uji stabilitas, karena untuk dapat digunakan sebagai obat, suatu senyawa harus stabil selama penyimpanan dalam jangka waktu tertentu. Dalam penyimpanan, senyawa obat harus tidak mudah terdegradasi atau berubah menjadi senyawa lain yang tidak berkhasiat atau bahkan bersifat toksik. Pengetahuan tentang stabilitas suatu senyawa juga sangat diperlukan dalam proses manufakturing obat, terkait dengan dosis dan eksipien yang diperlukan sehingga dihasilkan produk yang efektif dan aman (Franklin et al ., ., 2005). 2005). Stabilitas suatu senyawa diketahui dari laju degradasinya yang ditentukan berdasarkan studi kinetika reaksi. Degradasi berlangsung melalui beberapa jalur, tetapi mekanisme yang paling
umum adalah hidrolisis (Ratna and Edwards, 2006). Asam O-asetilsalisilat (aspirin) adalah turunan asam salisilat yang telah dikenal sebagai prototip obat analgesik kelompok NSAIDs. NSAIDs. Sayangnya, stabilitas senyawa ini menjadi salah satu kelemahannya, di samping efek sampingnya. Reaksi yang paling berkontribusi dalam degradasi aspirin adalah hidrolisis yang menghasilkan produk asam salisilat dan asam asetat. Reaksi ini berlangsung dalam berbagai berbagai pH dan laju reaksinya mengikuti kinetika order pertama semu (Marr, 2004) tetapi dalam suasana yang lebih basa, aspirin terhidrolisis lebih cepat (Reynolds, 1982). Sebagai ester asam salisilat, asam O-(4klorobenzoil)salisilat dapat mengalami hidrolisis menjadi asam salisilat dan asam 4-klorobenzoat. Gugus 4-klorobenzoil pada pada atom oksigen posisi 2 dari gugus karboksilat merupakan gugus asil yang berukuran lebih besar daripada gugus asetil pada aspirin. Adanya asil tersebut memberikan halangan ruang bagi nukleofil untuk menyerang atom C karbonil ester. Di samping itu adanya substituen klor pada posisi 4 cincin kedua dapat mempengaruhi reaktivitas karbonil tersebut sehingga menurunkan laju reaksinya. Untuk mengetahui stabilitas senyawa asam O(4-klorobenzoil)salisilat, dilakukan studi kinetika
Majalah Farmasi Airlangga, Vol.8 No.2,Oktober 2010
10
reaksi degradasinya. Tujuan penelitian ini adalah menentukan tetapan laju reaksi (k) dan waktu paruh (t½) reaksi degradasi asam O-(4klorobenzoil)salisilat dalam suasana basa melalui mekanisme yang serupa dengan hidrolisis aspirin dan mengetahui pengaruh substituen klor pada stabilitas senyawa turunan asam O benzoilsalisilat. Diharapkan senyawa akan lebih stabil daripada aspirin sehingga bermanfaat untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai obat analgesik. O O
O
Nurul Wahyuning Diyah, et al
pembanding yang tidak mengandung gugus benzoil. Tetapan laju reaksi (k) ditentukan berdasarkan hidrolisis dalam suasana basa pH 11 pada suhu konstan 80 oC. Suasana pH 11 diperoleh dengan larutan dapar karbonat, percobaan dilakukan dengan 3 kali replikasi. Nilai k dihitung dari slope kurva hubungan log Ct terhadap t. C t adalah kadar senyawa uji (reaktan) yang tersisa setelah waktu reaksi t, yang dihitung dari kadar asam salisilat (produk) yang dihasilkan setelah waktu reaksi t berdasarkan reaksi
OH
waktu, t (menit)
OH OH H O
O
+
-1.8000 0
R' OH O
Asam 4-klorobenzoat (R’ = C1) Asam Benzoat (R’ = C1)
Asam Salisilat
Senyawa A : R = C1 Senyawa B : R = H
30
60
90
120
150
180
-2.0000
-2.2000
R
Gambar 1. Reaksi hidrolisis turunan asam O benzoilsalisilat
t C g -2.4000 o L -2.6000
BAHAN DAN METODE Bahan. Bahan-bahan yang digunakan meliputi : Asam O-(4-klorobenzoil) salisilat dan asam O benzoilsalisilat hasil sintesis dengan metode yang dilakukan oleh Diyah dkk. (2006), asam asetilsalisilat p.a. (Sigma), asam salisilat p.a. (Riedel – de Haen), NaOH p.a. (E. Merck), NaHCO3 p.a. (E. Merck), Etanol p.a. (Riedel – de Haen). 12.00 3 -
0 10.00 1 . ) M ( n a t k a e R r a d a K
-2.8000
-3.0000
Gambar 3. Kurva hubungan antara log C t/Co dengan t untuk reaksi hidrolisis senyawa asam O-(4-kloro benzoil) salisilat ( )dan asam benzoilsalisilat () dalam larutan pH 11 pada suhu 80 oC
Tabel 1. Kadar rata-rata turunan asam O benzoilsalisilat (reaktan) yang tersisa pada setiap waktu reaksi (t) . Waktu t (menit)
8.00 6.00 4.00 2.00 0.00
0
30
60
90
120
150
180
waktu, t (menit)
Gambar 2. Kurva penurunan kadar senyawa asam O-(4-klorobenzoil) salisilat ( )dan asam benzoilsalisilat () selama reaksi hidrolisis pada pH 11.
Alat. Alat-alat yang digunakan antara lain : penangas air dengan termostat Julabo Circulator Type EM-12B, Spektrofotometer Perkin Elmer Lambda EZ 201, pH-meter (Schott) dan alat-alat gelas. Metode. Kinetika degradasi diamati pada 3 senyawa, yaitu : asam O-(4-klorobenzoil)salisilat, asam O- benzoilsalisilat sebagai senyawa induk untuk mengetahui pengaruh substituen klor, dan asam asetilsalisilat (C) sebagai senyawa
0 5 10 15 30 60 90 105 120 135 150
Kadar reaktan yang tersisa setelah waktu reaksi t C t (M).10 -3 asam O-(4asam Oklorobenzoil)salisilat benzoilsalisilat 11,23 (0,14) 9,71 (0,10) 8,64 (0,47) 6,80 (0,71) 7,68 (0,17) 6,30 (0,59) 7,34 (0,27) 5,79 (0,27) 6,34 (0,37) 5,03 (0,33) 4,85 (0,49) 3,84 (0,43) 3,59 (0,71) 2,95 (0,36) 2,88 (0,41) 2,54 (0,40) 2,62 (0,27) 2,17 (0,39) 2,39 (0,25) 1,90 (0,36) 2,28 (0,26) 1,53 (0,31)
Prosedur Kinetika Reaksi. Dibuat larutan induk dengan cara melarutkan sejumlah gram tertentu senyawa dalam campuran etanol – air (15 :100), kemudian dari larutan induk dibuat 10 larutan uji berkadar 0,01M dengan cara pengenceran menggunakan larutan dapar pH 11.
Kinetika Degradasi
Majalah Farmasi Airlangga, Vol.8 No.2, Oktober 2010
Larutan uji dalam dapar pH 11 dipanaskan pada suhu konstan 80 oC. Pada waktu (t) berturut-turut 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90, 105, 120, 135, dan 150 menit diambil sampel larutan untuk diamati absorbansnya secara spektrofotometri pada panjang gelombang maksimum asam salisilat terhadap blangko pelarut. Kadar asam salisilat pada setiap waktu pengambilan sampel (C AS) dihitung dengan metode kurva baku. Penentuan Parameter Kinetika. Kadar senyawa yang tersisa setelah waktu reaksi t (C t) dihitung dengan rumus : Ct = C o – CAS ; C o adalah kadar senyawa pada awal percobaan, C AS adalah kadar asam salisilat hasil penentuan setiap waktu (t) pengambilan sampel. Co ditentukan berdasarkan absorbans senyawa pada panjang gelombang maksimumnya masing-masing dan kemudian kadar dihitung dengan metode kurva baku. Hasil penetapan kadar dinyatakan dalam Molar (M). Dari data Ct selama 150 menit dibuat kurva hubungan antara Ct dengan t. Jika terdapat hubungan linear antara log Ct dengan t, maka nilai k dapat dihitung dari slope persamaan kinetika order pertama : log Ct = ( – k /2,303).t + log C o. Dari k yang diperoleh dapat ditentukan waktu paruh dengan rumus : t½ = 0,693/k (Maron and Lando, 1974).
salisilat secara spektrofotometri dalam 3 sampel larutan uji yang diadisi dengan asam salisilat masing-masing 6, 8, dan 10 ppm dengan 3 kali replikasi, diperoleh nilai % recovery rata-rata 99,1% ± 2,0 . Selanjutnya persamaan kurva baku asam salisilat tersebut dapat digunakan untuk menghitung kadar asam salisilat yang dihasilkan dalam larutan uji, kemudian kadar reaktan (senyawa uji) yang tersisa dihitung menurut cara pada Penentuan Parameter Kinetika. Penurunan kadar senyawa selama reaksi. Hasil penentuan kadar turunan asam O benzoilsalisilat yang tersisa pada setiap waktu reaksi dapat dilihat pada tabel 1. Pada tabel dapat dilihat bahwa penurunan kadar asam O-(4-klorobenzoil)salisilat pada setiap waktu reaksi lebih rendah daripada asam O benzoilsalisilat. Kurva penurunan kadar reaktan selama reaksi dapat dilihat pada gambar 2. Pada gambar 2 terlihat bahwa reaksi degradasi asam O-(4-klorobenzoil)salisilat berlangsung lebih lambat daripada asam O-benzoilsalisilat. Untuk mengetahui bahwa degradasi senyawa mengikuti persamaan kinetika reaksi order pertama ditentukan hubungan antara log C t dengan waktu (t). Diperoleh hubungan yang linear antara log C t dan t (p<0,05). Hubungan tersebut ditampilkan oleh kurva log C t terhadap t yang dapat dilihat pada gambar 3. Dengan adanya hubungan linear antara log Ct dengan t maka nilai tetapan laju reaksi (k) dapat dihitung dari slope kurva. Nilai k dan t ½ reaksi hidrolisis senyawa dalam pH 11 ditunjukkan pada tabel 2. Sebagai perbandingan dicantumkan pula parameter kinetika reaksi aspirin yang ditentukan dengan metode yang sama. Data tersebut menunjukkan bahwa senyawa turunan asam benzoilsalisilat lebih stabil daripada aspirin, dengan nilai k masing-masing yang lebih kecil dan t ½ yang lebih besar dibandingkan dengan aspirin. Stabilitas yang lebih tinggi daripada aspirin terjadi dengan adanya gugus benzoil, yang lebih besar daripada asetil pada aspirin, yang menimbulkan halangan ruang pada reaksi hidrolisis tersebut. Hal serupa telah diteliti pada asam O-pentanoilsalisilat yang lebih stabil daripada aspirin, karena mengandung rantai asil alifatis lebih panjang daripada aspirin (Susilowati dkk., 2008). Dari data tersebut juga terlihat bahwa adanya substituen 4-klor pada senyawa asam O-(4kloro benzoil)salisilat dapat meningkatkan stabilitas asam O-benzoilsalisilat. Hal ini
HASIL DAN PEMBAHASAN Kurva Baku Asam Salisilat. Dari pengamatan spektrofotometri ultraviolet larutan asam salisilat tunggal dalam pH 11 untuk pembuatan kurva baku diperoleh panjang gelombang maksimum 296 nm. Panjang gelombang maksimum asam salisilat yang sama juga diperoleh dari larutan uji, asam O-(4klorobenzoil)salisilat dan asam O- benzoilsalisilat. Larutan asam salisilat dalam suasana basa menunjukkan absorbans maksimum pada panjang gelombang sekitar 298 nm (Moffat dkk., 2004). Berdasarkan data absorbans 5 larutan asam salisilat dalam pH 11 pada panjang gelombang 296 nm diperoleh persamaan regresi linear kurva baku asam salisilat. Dari 3 replikasi diperoleh persamaan kurva baku serta nilai koefisien korelasi r dan Vxo sebagai berikut : I. Y=0,0128 X – 0,0262 (n =5, r=1,0000, Vxo=0,67), II. Y=0,0257 X – 0,0000 (n=5, r=0,9999, Vxo=1,05), dan III. Y=0,0220 X + 0,0516 (n=5, r=0,9999, Vxo=1,16). Berdasarkan data tersebut maka penentuan kadar asam salisilat dalam dapar pH 11 secara spektrofotometri ultraviolet memenuhi syarat linearitas. Dari hasil penentuan kadar asam
11
12
Majalah Farmasi Airlangga, Vol.8 No.2,Oktober 2010
menunjukkan bahwa klor pada posisi 4 cincin aromatik kedua yang merupakan penarik elektron dapat mempengaruhi reaktivitas karbonil asil sehingga dapat menurunkan laju reaksinya. Reaksi hidrolisis ester termasuk reaksi substitusi nukleofilik, yang pada reaksi ini air adalah nukleofilnya. Reaksi tersebut dapat berjalan lebih cepat tergantung reaktivitas nukleofil dan juga gugus karbonil yang menjadi sasaran serangan nukleofil (Jencks and Carriuolo, 1960; Klausen et al ., 1997). Kesimpulan Berdasarkan nilai k dan t ½ reaksi hidrolisis dalam suasana basa pH 11 dapat disimpulkan bahwa senyawa asam O-(4-klorobenzoil)salisilat dan asam O- benzoilsalisilat lebih stabil daripada aspirin. Adanya substituen klor pada gugus benzoil dapat meningkatkan stabilitas senyawa turunan asam benzoilsalisilat. Dengan demikian senyawa-senyawa tersebut dapat dikembangkan lebih lanjut sehingga bermanfaat sebagai obat analgesik. DAFTAR PUSTAKA Diyah, N.W., Soekardjo B., Purwanto, Siswandono, Hardjono S., Purwanto B.T., Susilowati R., 2006. Modifikasi Struktur dan Uji Aktivitas Analgesik Turunan Asam O-Asil Salisilat Dalam Rangka Memperoleh Senyawa Analgesik-Antiinflamasi yang Poten, L aporan Penelitian Project Gr ant, Surabaya : Fakultas Farmasi Universitas Airlangga. Franklin, A., Kreider, R. Rassiwalla, A., 2005. Aspirin Hydrolysis, www.seas.upenn.edu/courses/belab/LabProj ects/2005/FRPTM3E4.doc, diakses tanggal 11 Desember 2006. Jencks, W.P. and Carriuolo, J. 1960. Reactivity of Nucleophylic Reagents toward Esters, J.Am.Chem. Soc. (82) : 1778 – 1786. Klausen, J., Meier, M.A., Schwarzenbach, R.P. Assessing the Fate of Organic Contaminants in Aquatic Environment : Mechanism and Kinetics of Hydrolysis of a Carboxylic Ester, J. Chem. Ed, 1997 (74) : 1440 – 1444. Maron, S.H., Lando, J.B., 1974. Fundamental of Physical Chemistry, New York : Macmillan Publishing Co. Inc., p. 673 – 715. Moffat, A.C., Osselton, M.D., Widdop, B. (eds), 2004. Clarke’s Analysis of Drugs and Poisons, 3rd ed, Pharmaceutical Press, London, pp. 313 – 326, 651 – 1549.
Nurul Wahyuning Diyah, et al
Marr, P. 2004. Class Project in Physical Organic Chemistry : The hydrolysis of Aspirin, J.Chem.Ed, 2004 (81) : . 870 – 873. Reynolds, J.E.F. (eds), 1982. Martindale, The Extra Pharmacopoeia, 28th ed, London : The Pharmaceutical Press, p. 234 – 244. Ratna, J.V. Edwards, L.J. 2005. pH – Rate Dependence of the hydrolysis of Aspirin. Overall velocity constant for aspirin hydrolysis at 17 oC as a function of pH, Trans. Farad. Soc. 46:723. Susilowati, R., Diyah, N.W., Azizah, N.F. 2008. Kinetics of O-pentanoylsalicylic acid Degradation in Alkaline Solution. The 8th Asian Conference on Clinical Pharmacy, Surabaya.
