Upload
hoangdien
View
227
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Matahari merupakan sumber panas dan sinar utama dalam sistem tata surya
serta menghasilkan radiasi elektromagnetik dalam rentang yang lebar. Sinar matahari
sangat penting untuk mendukung kelangsungan hidup di bumi, seperti proses
fotosintesis pada tanaman yang menghasilkan oksigen, sintesis vitamin D, membunuh
kuman, fototerapi serta sebagai penyedia sinar dan rasa hangat (Gonzalez dkk., 2006).
Sinar matahari yang diperlukan untuk sintesis vitamin D hanya selama 10-15 menit,
sehingga terpapar sinar matahari lebih dari 15 menit apalagi pada siang hari dapat
menyebabkan beberapa gangguan kesehatan. Gangguan tersebut misalnya kulit
terbakar, kanker kulit serta kerusakan mata. Sifat membahayakan sinar matahari ini
disebabkan oleh keberadaan sinar ultraviolet yang tidak terlihat (WHO, 2003).
Sinar ultraviolet berdasarkan panjang gelombangnya dibedakan menjadi tiga
golongan yaitu; UV A dari 320-400 nm, UV B dari 290-320 nm serta UV C dari 200-
290 nm (Dutra dkk., 2004 dan Tahir dkk., 2007). Sementara itu, Autier (2009), Duale
dkk. (2010) dan Chawla dkk. (2011), juga mengelompokkan sinar ultraviolet menjadi
tiga golongan namun untuk UV B berada dalam rentang panjang gelombang 280-320
nm.
Di antara ketiga jenis sinar UV tersebut yang paling berbahaya adalah sinar UV
C karena memiliki energi yang paling besar, sinar ini dapat menyebabkan kanker kulit.
Sinar UV B menyebabkan sel kulit terbakar dan UV A menyebabkan kulit berwarna
merah kecoklatan (Davis, 1995 dalam Wahyuningsih dkk., 2002). Pajanan sinar UV C
yang berlebihan dapat menyebabkan kebutaan dan sunburn yang parah. Sinar UV C
tidak sampai ke permukaan bumi selama lapisan ozon belum rusak. Sinar UV B hanya
sebagian yang melewati ozon sementara sinar UV A semuanya dapat melewati ozon.
Dilihat dari semakin meningkatnya kasus kanker kulit, maka tidak menutup
kemungkinan pula sinar UV C sudah ikut andil dalam timbulnya kerusakan kulit
2
(Walters dkk., 1997). Kemajuan teknologi dan pola hidup manusia telah menyebabkan
kerusakan lapisan ozon di beberapa wilayah di dunia seperti yang terjadi di kutub
selatan, dengan tingkat kerusakan ozon telah mencapai seluas benua eropa. Kondisi
lapisan ozon diperkirakan baru akan pulih 20 tahun lagi, itupun kalau tidak ada
aktivitas industri kimia yang menghasilkan zat kimia yang dapat merusak ozon. Untuk
saat ini yang paling dianggap berbahaya adalah sinar UV A dan UV B (Herzog dkk.,
2009). Setiap tahun sekitar satu juta manusia didiagnosis mengidap kanker kulit dan
sekitar 10.000 meninggal dunia. Kebanyakan kanker kulit terjadi pada bagian tubuh
yang paling sering terkena sinar matahari, seperti muka, leher dan kepala (Dutra dkk.,
2004). Radiasi UV ini sangat mengancam setiap orang yang sering berada di luar
ruangan dan terpajan sinar matahari dalam waktu yang lama.
Indonesia sebagai negara tropis akan terpejan sinar matahari sepanjang tahun
sehingga risiko negatif yang diterima sebagai dampak negatif sinar UV juga akan
semakin besar pula. Namun data insidensi kanker kulit belum banyak dipublikasikan.
Kadar sinar UV bervariasi tergantung pada beberapa faktor yaitu letak geografis,
ketinggian, posisi matahari, cuaca, serta kondisi lingkungan sekitar (Gasparo dkk.,
1998 dan WHO, 2003).
Selama ini usaha untuk melindungi kulit dilakukan menggunakan produk lotion
yang bahan aktifnya adalah senyawa tabir surya. Senyawa tabir surya dapat menyerap
maupun memantulkan sinar UV sehingga dapat mencegah kerusakan kulit. Ada dua
jenis senyawa tabir surya yaitu tabir surya organik dan anorganik. Senyawa tabir surya
organik umumnya mempunyai inti benzena yang terkonjugasi dengan gugus karbonil,
contohnya oksibenzon dan oktil metoksi sinamat ( Wong dan Currie, 2011). Tabir
surya anorganik contohnya ZnO, MgO, CaCO3 dan TiO2 (Sudipta dkk., 2011). Namun
saat ini senyawa tabir surya anorganik sudah jarang digunakan lagi karena dapat
menyebabkan risiko alergi dan iritasi yang tinggi dan berbahaya bagi kulit. Senyawa ini
biasanya digunakan dalam konsentrasi yang besar yaitu sekitar 10-100 %. Penelitian
secara in vivo dan in vitro menunjukkan bahwa TiO2 menyebabkan kerusakan sel kulit
(Murphy, 1999). Sementara itu, di lain pihak tabir surya organik seperti oktil metoksi
3
sinamat semakin diminati karena tidak menimbulkan kerusakan DNA (Duale, dkk.,
2010). Namun tabir surya organik masih memiliki kelemahan yaitu kurang stabil
terhadap pajanan radiasi matahari dalam waktu yang lama. Oleh karena itu penelitian
tentang penemuan senyawa tabir surya organik baru yang memiliki aktivitas baik, tidak
mengiritasi kulit dan stabil dipandang penting untuk dikembangkan.
Senyawa tabir surya organik yang memiliki kestabilan baik saat ini menjadi
fokus para peneliti di bidang kimia organik, karena tabir surya menjadi kehilangan
fungsinya kalau tidak stabil ketika terkena sinar matahari. Usaha untuk memperbaiki
kestabilan tabir surya organik sudah pernah dilakukan oleh Chawla dkk. (2011), yang
berhasil membuat tetra propoksikaliks[4]arena sinamat. Senyawa ini memang memiliki
kestabilan dan aktivitas yang lebih baik dari tabir surya oksibenzon, namun tahapan
reaksinya cukup rumit serta memiliki rendemen reaksi yang rendah yaitu hanya 25%.
Salah satu senyawa golongan kaliksarena yang dapat disintesis hanya dalam satu
langkah reaksi dengan rendemen yang tinggi adalah golongan kaliks[4]resorsinarena.
Senyawa ini memiliki kestabilan yang baik terhadap suhu (tidak meleleh sampai suhu
400 oC), sehingga jika digandengkan dengan gugus benzoil dan sinamoil yang memiliki
karakter senyawa tabir surya, maka akan diperoleh senyawa turunan
kaliks[4]resorsinarena yang memiliki sifat stabil sekaligus memiliki aktivitas yang baik
sebagai penyerap radiasi UV (Chawla dkk., 2011).
Di samping dampak sinar ultraviolet yang diuraikan di atas, Indonesia juga
terancam oleh masalah pencemaran lingkungan. Salah satu jenis pencemar lingkungan
yang tergolong paling berbahaya adalah logam berat. Pencemaran logam berat pada
lingkungan perairan merupakan masalah besar dunia saat ini. Logam tersebut sering
ditemukan dalam konsentrasi yang signifikan, terutama dalam cairan limbah berbagai
industri yang dapat masuk ke perairan sekitarnya. Persoalan spesifik logam berat di
lingkungan terutama karena akumulasinya sampai pada rantai makanan, yang pada
akhirnya akan masuk ke dalam tubuh manusia (Sardjono, 2006, Zhou dan Xue, 2011).
Dampak dari terakumulasinya logam berat berbahaya ini di dalam tubuh adalah
menurunnya kualitas kesehatan. Seperti contoh terakumulasinya logam berat timbal
4
(Pb) menyebabkan gangguan sistem saraf pusat, fungsi ginjal, sistem reproduksi serta
anemia. Logam merkuri (Hg) dapat menyebabkan insomnia, gampang lupa, tremor dan
depresi. Kadmium (Cd) dapat menyerang saluran pencernaan, ginjal, hati dan tulang.
Kromium (Cr) dapat menyebabkan kanker saluran pernapasan (Sudarmaji dkk., 2006).
Salah satu contoh kasus dampak membahayakan logam berat adalah tragedi teluk
Minamata yang melumpuhkan serta menewaskan penduduk di sekitar teluk Minamata
dan penyakit Itai-itai di Jepang (Sardjono, 2006).
Karena sifatnya yang membahayakan maka kandungan logam berbahaya perlu
dikurangi sampai kadar yang tidak berbahaya. Untuk mengurangi atau bahkan
menghilangkan dampak negatif logam berat tersebut, maka diperlukan suatu bahan
yang dapat mengikat (mengkelat) zat beracun kemudian mengekskresikannya melalui
sistem ekskresi yang sesuai. Zat pengkelat ini digolongkan sebagai antidotum yang
bekerja secara kimiawi. Ciri umum suatu pengkelat adalah memiliki struktur molekul
yang terdiri dari gugus-gugus aktif yang kaya elektron seperti gugus, -OH, -SH, >C=O,
-ROO-, -NH2, >NH3, benzena dan lain-laini. Gugus aktif ini memiliki pasangan
elektron bebas sehingga bersifat sebagai basa Lewis dan dapat berikatan secara
koordinatif dengan ion logam yang memiliki orbital kosong dan bertindak sebagai
asam Lewis. Beberapa contoh antidotum kimiawi adalah etilen diamin tetra asetat
(EDTA) dan dimerkaprol untuk menangani keracunan logam Pb, deferoksamina dan
defiropron yang digunakan untuk menangani keracunan besi (Huang dkk., 2005), dan
N-asetilsistein untuk mengobati keracunan metil merkuri (Ballatori dkk., 1998).
Logam berat berbahaya yang belum masuk ke dalam tubuh juga perlu ditangani
karena dapat masuk ke perairan dan membahayakan ekosistem air ataupun teradsorpsi
oleh sayur dan buah-buahan sehingga akan masuk ke dalam tubuh manusia. Untuk
mengatasi logam berat di perairan telah diupayakan pula beberapa metode seperti;
metode separasi dengan membran kaliks[4]resorsinarena hidroksiamida untuk
mengekstraksi thorium (Jain dkk., 2005), metode adsorpsi menggunakan senyawa
kaliks[4]resorsinarena untuk menyerap kation logam Pb(II), Hg(II) dan Cr(III)
(Sardjono, 2006), serta oleh Budiana dan Jumina (2004) yang menggunakan senyawa
5
p-tert-butil kaliks[6]arena untuk menyerap kation logam Pb(II) dengan hasil yang
cukup baik, pada penelitian secara in vitro.
Berdasarkan perbandingan struktur antara senyawa tabir surya yang telah
digunakan selama ini (oksibenzon dan oktil sinamat) dengan senyawa yang dibuat
dalam penelitian ini (Gambar 1.1), terlihat bahwa senyawa seri benzoat-sinamat
kaliks[4]resorsinarena serta seri benzoil-sinamoil kaliks[4]resorsinarena memiliki
ikatan rangkap terkonjugasi yang lebih panjang (ciri senyawa tabir surya) serta gugus
hidroksi yang dapat sebagai penyumbang elektron (ciri pengkhelat logam)
(Flora, 2008 dan Handayani, 2011).
.
O
OC8H17
O
Oktil Sinamat
OO
OO
R
4
OO
OO
R
4
Oksibenzon
Benzoat kaliks[4]resorsinarena
Sinamat kaliks[4]resorsinarena
OHHO
R
4
O
OHHO
R
4
O
Benzoil kaliks[4]resorsinarena
Sinamoil kaliks[4]resorsinarena
R = CH3, C6H5
Gambar 1.1 Struktur senyawa tabir surya dan senyawa seri benzoat-
sinamat, benzoil-sinamoil kaliks[4]resorsinarena
6
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Memprediksi kemungkinan pemanfaatan seri benzoat-sinamat kaliks-
[4]resorsinarena serta seri benzoil-sinamoil kaliks[4]resorsinarena sebagai tabir
surya dan adsorben melalui kajian komputasi kimia.
2. Melakukan sintesis dan karakterisasi senyawa seri benzoat-sinamat kaliks-
[4]resorsinarena.
3. Melakukan sintesis dan karakterisasi senyawa seri benzoil-sinamoil kaliks-
[4]resorsinarena yang tidak memiliki gugus alkil pada jembatan metilennya.
4. Mensintesis dan mengkarakterisasi senyawa seri benzoil-sinamoil
kaliks[4]resorsinarena yang memiliki gugus metil dan fenil pada jembatan
metilennya.
5. Menentukan spektrum serapan dan nilai sun protection factor (SPF) senyawa seri
benzoat-sinamat kaliks[4]resorsinarena serta benzoil-sinamoil kaliks[4]
resorsinarena yang dihasilkan menggunakan spektrometer ultraviolet.
6. Menguji aktivitas tabir surya senyawa seri benzoat-sinamat kaliks[4]-resorsinarena
serta benzoil-sinamoil kaliks[4] resorsinarena yang memiliki stabilitas baik.
7. Melakukan uji aktivitas oktaetoksi kaliks[4]arena serta seri benzoil kaliks-
[4]resorsinarena dan sinamoil kaliks[4]resorsinarena sebagai adsorben logam berat
berbahaya; Cr (III), Pb(II) dan Cd (II) pada berbagai variasi pH.
8. Menentukan model kinetika pada proses adsorpsi kation logam oleh oktaetoksi
kaliks[4]arena, sinamoil C-fenilkaliks[4]resorsinarena, benzoil C-
fenilkaliks[4]resorsinarena, benzoil C-metilkaliks[4]resorsinarena dan sinamoil C-
metilkaliks[4]resorsinarena.
9. Menentukan model isoterm adsorpsi, nilai kapasitas adsorpsi dan energi adsorpsi
senyawa oktaetoksi kaliks[4]arena, sinamoil C-fenilkaliks-[4]resorsinarena,
benzoil C-fenilkaliks[4]resorsinarena, benzoil C-metil-kaliks[4]resorsinarena dan
sinamoil C-metilkaliks[4]resorsinarena.
7
1.3 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan akan memberikan beberapa manfaat yaitu;
1. Bagi perkembangan ilmu pengetahuan, penelitian ini menghasilkan terobosan atau
metode baru dalam mensintesis turunan kaliks[4]resorsinarena yang memiliki
gugus benzoat, sinamat, benzoil serta sinamoil. Disamping itu pula kaliksarena
yang dihasilkan adalah turunan kaliks[4]resorsinarena baru, sehingga hasil
penelitian ini berpotensi untuk memperoleh HKI, publikasi nasional maupun
internasional.
2. Bagi institusi, dapat menularkan keahlian yang dimiliki kepada anak didik di
tempat mengajar, sehingga diharapkan adanya kaderisasi di bidang sintesis
khususnya sintesis kaliksarena.
4. Bagi masyarakat dan pembangunan negara, mengingat senyawa kaliksarena yang
dihasilkan melalui penelitian ini akan diuji aplikasinya sebagai tabir surya serta
penyerap kation logam berat, maka dalam jangka panjang akan dapat mengatasi
berbagai permasalahan yang dialami oleh manusia seperti dampak negatif radiasi
sinar ultraviolet yang sangat membahayakan kesehatan kulit serta bahaya polutan
logam berat di lingkungan.
1.4 Kebaruan Penelitian
Berdasarkan hasil penelusuran kepustakaan di berbagai jurnal, sampai saat ini
dapat dikemukakan sebagai berikut:
1. Senyawa turunan kaliks[4]resorsinarena yang dihasilkan melalui penelitian ini yaitu
seri benzoat-sinamat kaliks[4]resorsinarena serta seri benzoil –sinamoil
kaliks[4]resorsinarena adalah kalik[4]resosinarena baru, jenis-jenis seri
kaliks[4]resorsinarena yang sudah pernah dibuat dan dipublikasikan adalah seri
kaliks[4]resorsinarena yang dibuat oleh (Sardjono, 2006) yaitu; tetraetoksi
kaliks[4]arena, tetrametoksi kaliks[4]resorsinarena, tetra-benziloksi
kaliks[4]resorsinarena, C-4-hidroksi-3-metoksifenil kaliks[4]-resorsinarena, C-4-
benziloksifenil kaliks[4]resorsinarena, C-4-metoksifenil kaliks[4]resorsinarena
8
asetat, C-4-hidroksi-3-metoksifenil kaliks[4]-resorsinaril asetat. Turunan
kaliks[4]resorsinarena tersebut dibuat melalui reaksi antara resorsinol dengan
aldehida dan dikatalisis oleh asam (H+). Senyawa turunan kaliks[4]resorsinarena
yang bermuatan positif juga pernah dibuat dan digunakan sebagai penyerap dan
antidotum anion ion logam (Jumina dkk., 2011). Nikod dkk. (1999) juga
melaporkan turunan kaliks[4]resorsinarena yang telah dibuat seperti pada Gambar
2.2.
2. Pengujian senyawa seri benzoat-sinamat kaliks[4]resorsinarena dan seri benzoil-
sinamoil kaliks[4]resorsinarena (dengan R = metil dan fenil) pada jembatan
kaliksarenanya, sebagai senyawa tabir surya adalah sesuatu yang baru. Sintesis dan
aplikasi senyawa turunan kaliksarena yang memiliki gugus sinamoil pernah
dilakukan oleh Chawla dkk., (2011), tetapi bukan merupakan turunan
kaliks[4]resorsinarena melainkan turunan kaliks[4]arena yang menggunakan bahan
dasar tert-butil fenol. Turunan kaliks[4]arena sinamat yang dibuat oleh Chawla
dkk. (2011), melalui reaksi yang rumit serta rendemen produk reaksinya rendah
yaitu hanya 25%. Pengujian aktivitas tabir surya dengan metode spektrometri
ultraviolet telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya yaitu; Wahyuningsih
dkk., (2002) yang mensintesis dan menguji aktivitas tabir surya 3,4-dimetoksi
isoamil sinamat dari minyak cengkeh, Dutra dkk. (2004) yang menguji aktivitas
beberapa produk tabir surya yang beredar di pasaran serta Chawla dkk. (2011)
yang mensintesis dan menguji aktivitas tabir surya tetra-propoksi kaliks[4]arena.
3. Penggunaan sel fibroblas kulit manusia dalam pengujian aktivitas tabir surya juga
sudah pernah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya diantaranya; Fernandez
dkk. (2008) yang menguji efek sitotoksisitas amitriptilin pada fibroblas manusia.
Masaki dan Sakurai (1997) yang mempelajari peningkatan peruraian hidrogen
peroksida dari rantai mitrokondria fibroblas murine setelah penyinaran dengan
sinar UVB.
4. Pengujian senyawa seri benzoil-sinamoil kaliks[4]resorsinarena sebagai adsorben
kation logam Cr(III), Pb(II) dan Cd(II) juga merupakan sesuatu yang baru.
9
Pengujian aktivitas adsorben senyawa kaliksarene menggunakan metode batch
pernah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya di antaranya; Umaningrum
dkk. (2010) yang mempelajari kinetika adsorpsi Pb(II), Cd(II) dan Cr(III) pada
adsorben produk pengikatan-silang terproteks asam humat/kitosan, Zhou dan Xue
(2011) yang mempelajari adsorpsi logam berat limbah industri logam, Belhachemi
dan Addoun (2011) yang membandingkan model isoterm adsorpsi metilen biru
pada karbon aktif serta Handayani (2011) yang mensintesis poli-p-propenil
kaliks[4]arena dan turunan ester dan karboksilatnya sebagai adsorben dan
antidotum keracunan logam berat.