IDENTIFIKASI SENYAWA KIMIA DALAM LILIN LEBAH DENGAN 13CARBON NUCLEAR MAGNETIC

RESONANCE (13C-NMR)

Natalia Debora (J3L108022)Risna Sari (J3L108065)Yunia Subaheti (J3L108114)Marwan Ghozali (J3L108052)Dewi Indah (J3L208126)

PROGRAM KEAHLIAN ANALISIS KIMIADIREKTORAT PROGRAM DIPLOMA

INSTITUT PERTANIAN BOGORBOGOR

2010

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang

telah memberikan berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Karya Tulis

Ilmiah ini. Karya Tulis Ilmiah ini berjudul Identifikasi Senyawa Kimia dalam

Lilin Lebah dengan 13Carbon Nuclear Magnetic Resonance untuk memenuhi tugas

responsi mata kuliah Kepustakaan Kimia.

Karya tulis ilmiah ini membahas aplikasi dan penerapan metode

spektroskopi resonansi magnetic inti karbon 13C. Ucapkan terima kasih penulis

sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung

maupun tidak langsung sehingga karya tulis ini dapat terselesaikan. Ucapan terima

kasih secara khusus penulis sampaikan kepada Bapak Dr.Drs.Adi Santoso,M.S.

selaku koordinator Mata Kuliah Kepustakaan Kimia serta Listiani Nurul A.Md

dan Yosef, A.Md selaku asisten dosen Mata Kuliah Kepustakaan Kimia atas

bimbingan, saran dan pembelajaran mengenai tata cara penulisan karya ilmiah,

sehingga karya tulis ini dapat terselesaikan.

Saran dan kritik dari semua pihak yang bersifat membangun selalu

diharapkan demi kesempurnaan Karya Tulis Ilmiah ini. Semoga Karya Tulis

Ilmiah ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan dapat menjadi sarana pembelajaran

bagi pembaca di masa yang akan datang.

Bogor, 15 November 2010

Tim Penulis

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR________________________________________________i

DAFTAR ISI_______________________________________________________ii

DAFTAR GAMBAR________________________________________________iv

BAB I____________________________________________________________1

PENDAHULUAN__________________________________________________1

1.1 Latar Belakang________________________________________________1

1.2 Identifikasi_________________________________________________2

1.3 Hipotesis___________________________________________________2

1.4 Tujuan dan Manfaat____________________________________________2

1.5 Ruang Lingkup________________________________________________3

BAB II____________________________________________________________4

TINJAUAN PUSTAKA______________________________________________4

2.1 Deskripsi Instrumen__________________________________________4

2.2 Bagian-bagian alat Spektroskopi Resonansi Magnetik Nuklir__________6

a) Rack Mounted Computer______________________________________6

b) Switching Control Unit (Kotak RF)______________________________6

c) Shim Control Unit___________________________________________6

d) Power Supply_______________________________________________6

e) Magnet____________________________________________________6

f) Probe_____________________________________________________7

g) Heater Control Unit__________________________________________7

2.3 Kelebihan 13C-NMR__________________________________________7

2.4 Definisi Bahan______________________________________________8

2.5 Organisme Penghasil Bahan____________________________________8

2.6 Manfaat Lilin Lebah__________________________________________9

2.7 Komponen dalam Lilin Lebah__________________________________9

2.8 Sifat Fisis Lilin Lebah________________________________________9

BAB III__________________________________________________________11

BAHAN DAN METODOLOGI_______________________________________11

BAB IV__________________________________________________________12

iii

PEMBAHASAN___________________________________________________12

BAB IV__________________________________________________________18

PENUTUP________________________________________________________18

DAFTAR PUSTAKA_______________________________________________19

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Skema Alat Spektroskopi Resonansi Magnetik Nuklir______________5

Gambar 2 Spektrum NMR Lilin Lebah_________________________________12

Gambar 3 13 C MAS spektra untuk lebah madu mentah Jepang_______________13

Gambar 4 13 C MAS spektra untuk lebah madu lebah mentah dari Jepang______15

Gambar 5 Waktu kontak ketergantungan dari rantai karbon metilen-internal____16

Gambar 6 Polarisasi C MAS spektrum dari rantai metilen lebah madu Jepang__17

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat pesat

menyebabkan terjadinya perubahan dalam berbagai bidang kehidupan

manusia, tidak terkecuali di Indonesia. Ilmu pengetahuan dari berbagai

belahan dunia membawa banyak perubahan, bidang sosial, ekonomi,

pendidikan, dan teknologi di Indonesia. Selama lima puluh tahun terakhir,

spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) telah menjadi teknik yang

unggul untuk menentukan struktur senyawa organik. NMR adalah salah satu

analisis lengkap dibandingkan dengan metode spektroskopi lainnya, dengan

analisis berdasarkan interpretasi spektrum yang dihasilkan.

Proses analisis pada alat ini bersifat non-destruktif. Metode

spektroskopi jenis ini didasarkan pada penyerapan energi oleh partikel yang

sedang berputar di dalam medan magnet yang kuat. Energi yang dipakai

dalam pengukuran dengan metode ini berada pada daerah gelombang radio

75-0,5 m atau pada frekuensi 4-600 MHz, yang bergantung pada jenis inti

yang diukur. Inti yang dapat diukur dengan NMR 13C yaitu berbentuk bulat,

berputar, bilangan kuantum spin = ½, dan jumlah proton dan netron ganjil

seperti 1H, 19F, 31P, 11B, 13C. Dalam medan magnet, inti aktif NMR (misalnya 1H atau 13C) menyerap pada frekuensi karakteristik suatu isotop.

Frekuensi resonansi, energi absorpsi dan intensitas sinyal

berbanding lurus dengan kekuatan medan magnet. Sebagai contoh, pada

medan magnet 21 Tesla, proton beresonansi pada 900 MHz. Nilai magnet

21 Tesla dianggap setara dengan magnet 900 MHz, meskipun inti yang

berbeda beresonansi pada frekuensi yang berbeda. Di Medan magnet bumi,

inti yang sama beresonansi pada frekuensi audio. Fenomena ini

dimanfaatkan oleh spektrometer 13C-NMR medan bumi, yang lebih murah

dan mudah dibawa. Instrumen ini biasanya digunakan untuk keperluan kerja

lapangan dan pengajaran. Salah satu aplikasi dari 13C-NMR yaitu untuk

2

menentukan struktur kimia suatu molekul berdasarkan resonansi magnetik

inti atomnya.

Lilin Lebah (Beeswax) adalah hasil proses metabolisme dari

kelenjar malam yang dimiliki lebah. Lilin lebah mengandung senyawa

organik hidrokarbon jenuh (saturated hydrocarbon), ester-ester, alkohol

monoester, kolesterol dan mineral-mineral tertentu dalam jumlah sedikit.

Tekstur lilin lebah dipengaruhi oleh suhu, pada suhu kamar lilin lebah

berbentuk padat dan sedikit lunak. Sementara pada suhu dingin lilin lebah

mudah pecah. Pemanfaatan lilin lebah dalam dunia industri banyak

digunakan sebagai bahan pembuat plester (kain pembalut), obat-obatan luar,

campuran bahan-bahan tahan air atau waterproof, cairan tinta, campuran

pensil, campuran semir dan zat pengkilat. Beberapa studi struktur asli dari

lilin lebah telah banyak dilaporkan, salah satunya dari lebah Jepang yaitu

Apis cerana japonica. Struktural lilin lebah ini diperlukan dalam rangka

memahami hubungan antara sifat, struktur, dan dasar untuk pemanfaatan

yang lebih luas. Struktur lilin lebah dapat ditentukan dengan menggunakan 13C-NMR.

1.2 Identifikasi

Berdasarkan uraian sebelumnya, maka rumusan masalah karya

tulis ini apakah struktur molekul yang terdapat dalam lilin lebah mentah

dapat ditentukan dengan 13C-NMR.

1.3 Hipotesis

Hipotesis dari karya tulis ini, diduga penentuan struktur molekul

dari lilin lebah mentah dapat ditentukan dengan 13C-NMR.

1.4 Tujuan dan Manfaat

Tujuan penelitian secara umum adalah mengetahui struktur

molekul lilin mentah melalui pergeseran kimia NMR dari 2 kelompok

internal CH, untuk memahami bagaimana struktur molekul lilin lebah

mempengaruhi sifat dan penggunaanya. Struktur molekul lilin lebah mentah

3

yang telah ditentukan dengan 13C-NMR diharapkan dapat menjadi dasar

sebagai pemanfaatan lilin lebah tersebut dan aplikasi 13C-NMR secara lebih

luas.

1.5 Ruang Lingkup

Ruang lingkup karya tulis ini adalah untuk menentukan struktur

molekul lilin mentah melalui pergeseran kimia NMR dari 2 kelompok

internal CH, untuk memahami bagaimana struktur molekul lilin lebah

mempengaruhi sifat dan penggunaannya.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Deskripsi Instrumen

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) adalah teknik

yang memanfaatkan sifat magnetik dari inti tertentu. Instrumen yang paling

umum adalah Spektroskopi Proton NMR dan 13Carbon NMR. Pada

prinsipnya, NMR dapat diaplikasikan pada setiap inti atom yang mempunyai

spin. Inti-inti atom unsur dikelompokkan menjadi 2 yaitu inti atom yang

mempunyai spin dan tidak mempunyai spin. Suatu inti berspin akan

menimbulkan medan magnet kecil yang diberikan oleh suatu momen

magnet nuklir, yaitu suatu vektor. Menurut para ahli kimia organik, nuklida

penting yang mempunyai spin inti ialah 1H dan 13C. Isotop karbon dan

oksigen yang paling lazim (12C dan 16O) tidak mempunyai spin. Nuklida-

nuklida yang mempunyai spin dapat dimanfaatkan dalam spektroskopi

NMR, keduanya menyerap energi pada frekuensi yang berbeda

(Sastrohamidjojo 2002).

Suatu medan magnet luar spektroskopi dalam 13C-NMR diciptakan

oleh suatu magnet tapal kuda permanen atau suatu elektromagnet. Kuat

medan luar ini dilambangkan dengan H0 dan arahnya dinyatakan oleh

sebuah anak panah. Proton yang berotasi dengan momen magnetik

nuklirnya dapat diasumsikan seperti suatu batang magnet kecil. Bila

molekul yang mengandung atom-atom hidrogen diletakkan dalam medan

magnet luar, maka momen magnet dari tiap inti hidrogen atau proton

mengambil salah satu dari dua sifat (orientasi) dilihat dari medan magnet

luar itu. Kedua orientasi yang diambil oleh momen magnetik nuklir adalah

paralel atau antiparalel terhadap medan luar (Dorset DL. 1983).

Keberadaan resonansi magnetik nuklir disebabkan oleh penyerapan

radiasi elektromagnetik (daerah radiofrekuensi) oleh proton-proton dalam

suatu magnet (H0), yang membalik dari keadaan spin paralel ke antiparalel.

Proses tersebut dilakukan dengan cara membalik keadaan spin paralel ke

antiparalel ataupun sebaliknya. Prinsip analisis spektoskopi NMR

5

didasarkan pada penyerapan gelombang radio oleh inti-inti tertentu dalam

molekul organik saat molekul berada dalam medan magnet yang kuat.

(Yamanobe T, et all 1985).

Aplikasi resonansi magnet inti spektroskopi 13C-NMR digunakan

untuk analisis karbon. Hal ini sejalan dengan NMR proton (1H-NMR) dan

memungkinkan identifikasi atom karbon dalam molekul organik seperti

NMR proton mengidentifikasi atom hidrogen. 13C-NMR hanya mendeteksi

isotop karbon 13C, karena isotop karbon 12C nilai spin yang dimilikinya

adalah nol yang menyebabkannya tidak terdeteksi oleh NMR (Al-Waili NS.

2003). Bagan skema alat spektroskopi resonansi magnetik nuklir adalah

sebagai berikut :

Gambar 1 Skema Alat Spektroskopi Resonansi Magnetik Nuklir

6

2.2 Bagian-bagian alat Spektroskopi Resonansi Magnetik Nuklir

a) Rack Mounted Computer

Rack Mounted Computer memberikan kontrol pengawasan untuk

semua unit lain dalam kabinet analizer. Unit ini adalah Intel Celeron

PC disertakan dengan periferal standar dan I/Q fungsi, seperti

konverter analog ke digital untuk saluran I dan Q, papan sistem

kontrol, kontrol untuk sistem pertukaran sampel, dan sinthesizer

digital langsung (DDS). Hal ini juga menyediakan link komunikasi ke

komputer remote atau link modem.

b) Switching Control Unit (Kotak RF)

Switching Control Unit berisi komponen-komponen utama seperti,

osilator kristal 36 MHz, RF Sumber Modul, Modul Transmitter

Kunci, Kunci Penerima Modul, Modul Transmitter Utama, Pokok

Modul Transmitter Receiver, 36 MHz RF Filter.

c) Shim Control Unit

Unit kontrol Shim mengubah sinyal digital dari komputer shim dan

menghasilkan arus untuk pasangan kumparan 50-shim dan berisi

papan komunikasi untuk com ke komputer, ADC 50, dan 50 generator

saat ini.

d) Power Supply

Power Supply berisi modul keluaran digital untuk menghentikan

sampel dan sampel kontrol pertukaran katup, modul masukan digital

untuk mengatur waktu. Sebuah RS-485 Lapangan Point koneksi untuk

keluaran analog dan koneksi RS-485 Modbus untuk koneksi digital ke

DCS. Ini juga menyediakan semua tegangan operasi dc untuk sistem.

e) Magnet

Magnet bersifat permanen dan terbuat dari beberapa segmen besi

neodimium-boron. Bahan ini digunakan karena bidangnya sangat

tinggi rasio kekuatan massa mencapai kerapatan fluks yang diinginkan

dalam paket. Karena fluks harus sangat seragam di seluruh celah

udara, konstruksi magnet cukup rumit. Magnet ini dibuat dari

beberapa segmen terikat bersama untuk membentuk perakitan dasar.

7

Selain segmen berikat bahan magnetik, magnet masing-masing juga

berisi 50 gulungan kawat mengatur tentang Unit Shimming dipasang

di tengah magnet antara buah tiang. Kumparan ini digunakan sebagai

elektromagnet kecil dengan kekuatan dan polaritas yang dapat

dikontrol dengan memvariasikan arus melalui kumparan tersebut

sehingga dapat meningkatkan keseragaman bidang keseluruhan

perakitan magnet.

f) Probe

Probe sampel sudah terpasang di dalam magnet permanen di celah

udara antara kutub magnet. Probe berisi dua kumparan, kumparan

pertama adalah 'Main Coil', yaitu luka di sekitar tabung keramik atau

molibdenum yang dimasukkan ke dalam lubang melalui unit

shimming di tengah kesenjangan antara kutub magnet.

g) Heater Control Unit

Magnet Heater Control Unit mengontrol suhu magnet dan amplop.

Suhu magnet ditetapkan sebesar 41°C dan suhu amplop dijaga pada

37°C. Heater Control Unit dipasang pada dinding bagian dalam

Magnet Kabinet dan memiliki dua loop yang menerima sinyal

pengukuran masukan dari termistor terpasang di magnet itu sendiri

dan amplop. Keluaran kedua loop tersebut mengontrol arus untuk strip

pemanas listrik.

2.3 Kelebihan dan Kekurangan Instrumen 13C-NMR

Kelebihan dari metode ini berguna sekali untuk mengidentifikasi

struktur senyawa atau rumus bangun molekul senyawa organik. Meskipun

Spektroskopi Infra Merah juga dapat digunakan untuk tujuan tersebut,

analisis spektra NMR mampu memberikan informasi yang lebih lengkap.

Dampak spektroskopi NMR pada senyawa bahan alam sangat penting. Alat

ini dapat digunakan untuk mempelajari campuran analisis, untuk memahami

efek dinamis seperti perubahan pada suhu dan mekanisme reaksi dan

merupakan instrumen tak ternilai untuk memahami struktur dan fungsi asam

nukleat dan protein. Teknik ini dapat digunakan untuk berbagai variasi

8

sampel, dalam bentuk padat ataupun larutan. 13C-NMR analog dengan

proton NMR dan memungkinkan identifikasi atom karbon dalam molekul

organik. 13C-NMR adalah instrumen penting untuk elusidasi struktur kimia

dalam bidang kimia organik. 13C-NMR hanya mendeteksi isotop 13C, yang

keberadaannya di alam hanya 1,1%, karena isotop utama 12C tidak terdeteksi

oleh NMR.

Kekurangan 13C-NMR memiliki sejumlah kesulitan yang tidak

ditemui pada proton NMR. 13C-NMR kurang sensitif terhadap karbon,

dibandingkan 1H NMR terhadap hidrogen, karena isotop utama karbon,

isotop 12C, tidak aktif magnet dan tidak terdeteksi NMR. Hanya isotop 13C,

yang keberadaannya di alam hanya 1.1%, yang aktif magnet dan terdeteksi

oleh NMR. Selain itu, hanya sedikit inti 13C yang beresonansi di medan

magnet, hal ini dapat diatasi dengan pengayaan isotop, misalnya sampel

protein. Secara umum, reseptivitas 13C empat tingkat lebih rendah daripada 1H.

2.4 Definisi Bahan

Malam atau disebut juga dengan wax adalah suatu zat padat yang

diproduksi secara alami. Dalam istilah sehari-hari orang menamakannya

"lilin". Lilin (kandil) sendiri memang dapat menggunakan malam sebagai

bahan bakarnya. Kebanyakan malam diperoleh dari ekskresi tumbuh-

tumbuhan, berupa damar atau resin. Pada tumbuhan, malam adalah hasil

metabolisme sekunder yang dikeluarkan oleh pembuluh resin. Sumber

hewani untuk malam berasal dari sarang tawon dan lebah. Lilin lebah

merupakan hasil metabolisme yang dikeluarkan (diekskresi) melalui ruas-

ruas bagian abdomen lebah pekerja yang dibuat dari kelenjar yang terletak

di sebelah bawah perut lebah. (Sihombing D 1992).

2.5 Organisme Penghasil Bahan

Lebah merupakan sekelompok besar serangga yang dikenal karena

suka hidup berkelompok meskipun sebenarnya tidak semua lebah bersifat

demikian. Di dunia terdapat kira-kira 20.000 spesies lebah dan dapat

9

ditemukan di setiap benua, kecuali Antartika. Sebagai serangga, Lebah

mempunyai tiga pasang kaki dan dua pasang sayap. Lebah membuat

sarangnya di atas bukit, di pohon kayu dan pada atap rumah. Sarangnya

dibangun dari malam yang terdapat dalam badannya (Ensiklopedia 2007).

2.6 Manfaat Lilin Lebah

Manfaat lilin lebah adalah untuk bahan membatik, lilin penerang,

industri kosmetik, cold cream, lipstick, dan berbagai lotion, juga bisa

digunakan sebagai campuran pembuatan sabun natural yang berbahan dasar

minyak. Pada industri farmasi, lilin lebah digunakan untuk bahan

pembuatan plester atau kain pembalut, obat-obatan luar, campuran bahan-

bahan tahan air atau water proof, selain itu juga dapat digunakan sebagai

campuran tinta, pensil, semir, serta sebagai zat pengkilat (Sihombing 1992).

2.7 Komponen dalam Lilin Lebah

Lilin lebah merupakan lilin yang compleks dibentuk dari campuran

beberapa komponen meliputi hidrokarbon 14%, monoester 35%, diester

14%, triester 3%, hidroksi monoester 4%, hidroksi poliester 8%, asam ester

1%, asam poliester 2%, asam bebas, alkohol bebas 1%, dan 6% sisanya

tidak diketahui. Komponen utama dari lilin lebah adalah palmitat,

palmitoleat, hidroksi palmitat dan ester oleat yang berantai panjang (C30-C32)

dari alkohol aliphatic. Perbandingan triacontanil palmitat (CH3(CH2)29O-

CO-(CH2)14CH3 dengan asam serotik (CH3(CH2)24COOH, yaitu 6:1

(Sihombing 1992). Lilin lebah ini berada dalam bentuk triester dan diester.

Sebagai senyawa tersier, lilin lebah merupakan ester dari asam lemak

berantai panjang dengan alkohol berantai panjang (sterol / fatty alcohol) dan

asam hidroksilat, berupa senyawa diester dari alkanadiol atau asam

hidroksilat (Kalattukudy 1976).

2.8 Sifat Fisis Lilin Lebah

Jenis warna lilin lebah bervariasi diantaranya berwarna putih,

kuning atau jingga bersih dengan bau khas beraroma tanaman. Lilin lebah

10

merupakan salah satu lilin yang sifat kimianya stabil dengan titik lebur

berkisar 61-69 oC, berat jenis pada 20oC sekitar 0,96 tidak larut dalam air

dan sedikit larut dalam alkohol dingin. Titik lebur lilin lebah murni berkisar

antara 61-69°C (142-156°F), indeks refraksinya 1,44, tahanan dielektrisnya

2,9 dan berat jenis pada suhu 20°C adalah 0.96 lebih ringan dari air. Pada

suhu dingin, mudah pecah sedangkan pada suhu 85°F keadaannya lunak,

tetapi tidak lengket (melekat) di tangan bila dipijat. Tidak larut dalam air

dan sedikit larut dalam alkohol dingin (Masniari L 2008). Benzena

kloroform, karbon disulfida, eter, dan beberapa minyak yang mudah

menguap dapat melarutkan malam komplit. Bau dan rasanya khas dan

terbakar dengan nyala kuning bersih dan mengeluarkan aroma unik. Malam

sering terkontaminasi dengan sedikit polen, propolis, dan madu yang

meningkatkan berat jenis dan warnanya. Warna lilin bervariasi yaitu, putih,

kuning atau orange bersih (Koga N. 2000).

11

BAB III

BAHAN DAN METODOLOGI

Sampel lilin dari lebah madu Jepang, Apis cerana japonica. Sampel lilin

lebah yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel yang dikondisikan sama

dengan keadaan aslinya yaitu tanpa rekristalisasi. Secara umum gangguan yang

harus dihindari pada percobaan yaitu seperti serbuk sari dan madu yang

merupakan bagian dari lilin lebah alami. Lilin lebah murni dalam keadaan aslinya

dengan cara mengambil malam lebah sebelum lebah madu memasok atau

menempatkan madu mereka pada lilin lebah tersebut.

Observasi fase solid NMR, spektra diperoleh dari Spectrometer 300 CMX

(Chemagnetics, Fort Collins, CO, USA) pada Departemen Pengembangan Dinas

Kehutanan dan Hasil Hutan Institut Tsukuba, Jepang, yang beroperasi pada

frekuensi 13C-NMR dari 75,4 MHz. Sampel berputar di sudut putar pada frekuensi

4 kHz di probe fase solid dalam zirkonia 7,5-mm rotor (Chemagnetics). Semua

spektrum diperoleh dengan menggunakan 13C-NMR dengan pulsa panjang 90°

dari 5,0 mikrodetik dan 60-kHz CW proton dekopling. 1H-13C CP kontak 50kHz,

dan waktu kontak dari 0,01 dan 8,0 ms digunakan dalam percobaan ini.

Waktu pengulangan yang digunakan untuk percobaan CP yaitu 3.0s di

semua percobaan. Pulsa urutan tunggal normal dengan daya dekopling

eksperimen-tinggi (polarisasi langsung; DP), a° pulsa lebar 90 dari 5.0μs dan

waktu pengulangan 1240s). 13C spin-kisi relaksasi NMR waktu (T1 diukur dengan

menggunakan metode Torchia. Semua spektrum dikalibrasi dengan menggunakan

adamantane sebagai standar sebagai puncak CH2 mencapai 29,5 ppm memberikan

pergeseran nilai direferensikan pada karbon TMS pada 0 ppm. Dekonvolusi dari

spektrum NMR dilakukan dengan simulator puncak NMR "ASA" yang diproduksi

oleh Dr A. Asano.

12

BAB IV

PEMBAHASAN

Spektrum MAS 13C diperoleh dengan polarisasi langsung (DP) dari lilin

lebah pada suhu kamar yang ditunjukkan pada Gambar 2A. Penentuan dilakukan

dengan cara membandingkan puncak sampel dengan puncak yang dihasilkan

standar( Basson dan Reynhardt 1988 ).

Gambar 2. Spektrum NMR Lilin Lebah

(A) perluasan wilayah alifatik (B) pada suhu kamar dan suhu leleh (C) Polarisasi 13C-NMR spektrum untuk lebah madu mentah Jepang (Apis cerana japonica)

13

Resonansi terkuat berpusat antara 30-35ppm, dan yang khas untuk

pergeseran kimia rantai metilen internal karbon (int-(CH2)). Puncak pada 14.6

ppm merupakan puncak yang dihasilkan karbon metil di ujung rantai alkil.

Gambar 2B menunjukkan hasil perluasan dari wilayah alifatik. Intensitas puncak

kuantitatif DP menghasilkan spektrum intensitas yang akurat, jika pengulangan

parameter waktu memungkinkan untuk relaksasi lengkap dari resonansi 13C. Dari

perbandingan antara Gambar 3A and B , diperoleh bahwa 97,1% dari CH2

magnetisasi karbon kembali kekeadaan semula pada 1.240 detik. Oleh karena itu,

pengaturan waktu pengulangan pada 1.240 detik tersebut menunjukan bahwa

intensitas relatif dari puncak yang dihasilkan bersifat kuantitatif.

Gambar 3. 13 C MAS spektra untuk lebah madu mentah Jepang yang diperoleh dari urutan pulsa Torchia dengan τ dari 0 detik (A) dan 1.240 detik (B).

Meskipun lebah terdiri dari hidrokarbon, alkohol, asam bebas, ester, dan

bahan lainnya ( Garnier 2002 , Kimpe 2002 , Tulloch 1972 ), pada Gambar 2A ,

dihasilkan bahwa fraksi unit int- (CH2) dengan unit lain lebih dari 95%. Hal ini

karena lebah terdiri dari komponen rantai karbon panjang alkana yang

mengandung sekitar 21-33 atom karbon, asam yang mengandung karbon 22-30,

dan ester yang mengandung 40-52carbons. Lilin Lebah juga diketahui

14

mengandung rantai panjang diester (Tulloch 1972). Oleh karena itu, studi

struktural lilin kebanyakan melibatkan penjelasan struktural rantai int- (CH 2) di

lilin, meskipun proporsi hidrokarbon, alkohol, asam bebas, dan komponen ester

sangat berfluktuasi dengan spesies dan habitat geografis ( Koga 2000). Jadi, fokus

utama akan berada di int-CH2) wilayah (di spektrum 13C -NMR ).

Jelas bahwa dua sinyal yang terpisah pada 30,3 dan 32,9 ppm diamati

untuk daerah 2 CH di Gambar 3B . Pada suhu leleh, intensitas puncak pada 30.3

ppm meningkat, sedangkan luas puncak pada 32,9 ppm hilang seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 1C . Konformasi trans terjadi pada titik lebur, dapat

diinterpretasikan bahwa resonansi CH2 karbon dialihkan konformasi gauch, yang

dijelaskan oleh efek–γ (Tonelli dan Schilling 1981). Dari hasil ini, dapat

diinterpretasikan bahwa puncak di 30.3ppm di lebah mentah yang muncul dari int-

(CH 2)). Gugus n-alkana, CH2 karbon dengan konformasi cis memberikan puncak

sekitar pada 30,3 ppm ( Ishikawa et al 1991., Albert et al 1998. ) Dalam keadaan-

solid, CH2 rantai dengan konformasi cis ada di wilayah non-kristalin. Dengan

demikian dipastikan bahwa sinyal pada 30,3 ppm dalam Gambar. 2B sesuai

dengan-kristal domain. Sebaliknya, 13C meliputi komponen luas puncak 31-35

ppm dengan konformasi trans dalam domain kristal. Hasil ini menunjukkan

kegunaan menggunakan CH2 pergeseran kimia dalam memahami struktur-kristal

semi lilin lebah.

Meskipun beberapa puncak yang lebih kecil muncul (Gambar 2C), puncak

pada 30,3 ppm memiliki proporsi tinggi int-(CH 2), yang menunjukkan pemurnian

senyawa metilen dalam lilin lebah mentah yang digunakan dalam penelitian ini

sangat tinggi. Namun, jika 32,9 ppm puncak di Gambar 2B diperiksa dengan hati-

hati, puncak bahu dapat dilihat pada kedua sisi puncak utama. Puncak pada 34,0

ppm ditingkatkan dengan menggunakan metode CP seperti ditunjukkan pada

Gambar 3 yang menunjukkan perluasan wilayah alifatik dari 13C CP/spektra MAS

dengan berbagai waktu kontak pada suhu kamar.

15

Gambar 4 13 C CP / MAS spektra untuk lebah madu lebah mentah dari Jepang dengan waktu kontak yang berbeda 0.01ms (A), 0.1ms (B), 1ms (C), 5ms (D),

8ms (E).

Gambar 4 menunjukkan plot untuk variasi dalam intensitas 13C puncak

(unit sewenang-wenang) dari int-(CH2) puncak 32,9 dan 34,0 ppm dengan waktu

kontak pada suhu kamar. Meskipun perilaku kenaikan eksponensial awal dalam

intensitas pada waktu kontak pendek untuk kedua puncak yang sangat mirip,

orang-orang dari penurunan eksponensial dalam intensitas pada waktu kontak lagi

yang berbeda, yang menunjukkan bahwa waktu T 1ρ relaksasi untuk setiap int-

(CH2) puncak karbon berbeda. Dari hasil ini, dapat dikatakan bahwa heterogenitas

akan ada di puncak luas, yaitu, domain kristal dari lilin lebah terdiri dari beberapa

komponen.

16

Gambar 5 Waktu kontak ketergantungan dari rantai karbon metilen-internal 32,9 ppm (simbol terbuka) dan 34,0 ppm (simbol padat) pada suhu kamar

n-alkana memiliki berbagai bentuk seperti kristalografi ortorombik,

triklinik, monoklinik dan bentuk heksagonal dalam kondisi tertentu, di mana

konformasi selalu yang zigzag pada semua-trans yang sama. Perbedaan utama

antara bentuk-bentuk kristal tersebut adalah orientasi C-C-C di-zigzag rantai trans.

Struktur n-alkana telah berhasil dipelajari dengan resolusi tinggi 13C-NMR

spektroskopi. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa 13C-NMR

pergeseran kimia n-parafin tergantung pada struktur kristal (Ishikawa et al. 1991).

Ini pengaruh struktur kristal pada pergeseran kimia juga secara teoritis dijelaskan

dengan menggunakan perhitungan MO(Yamanobe, et.al 1985). Meskipun

hubungan antara bentuk kristal dan pergeseran yang sesuai kimia NMR untuk lilin

tidak jelas, dapat dikatakan bahwa beberapa jenis bentuk kristal yang ada di

wilayah kristal lilin tersebut.

17

Gambar 6 Polarisasi C MAS spektrum dari rantai metilen wilayah-internal untuk lebah kasar dari lebah madu Jepang

Puncak intensitas kuantitatif int (CH2) karbon untuk lebah mentah

dibandingkan dalam spektrum DP dengan waktu pengulangan dari 1.240 detik

(Gambar 5) dengan dekonvolusi puncak, ditemukan bahwa, setidaknya, empat

puncak di 30,3 ; 31,6 ; 32,9 dan 34,0 ppm terbentuk dengan intensitas relatif untuk

setiap puncak ditentukan sebagai 14,2 ; 4,5 ; 60,2 dan 21,1%, masing-masing.

Dari rasio intensitas puncak kristal di 31,6 ; 32,9 ; dan 34,0 ppm selama jumlah

intensitas semua puncak CH karbon 2, persentase jumlah total wilayah kristal

ditemukan untuk menjadi 85,8%. Jika diasumsikan bahwa rasio puncak kristal

terpisahkan atas jumlah integral untuk dan non-kristalin puncak kristal int-(CH2)

karbon sesuai dengan kristalinitas dari lilin tersebut, crystallinitas lilin lebah itu

ditetapkan pada menjadi lebih dari 85%.

Meskipun derajat kristalinitas akan berfluktuasi untuk beberapa derajat

dengan spesies dan habitat geografis, dapat dikatakan bahwa lebah mentah

merupakan bahan semi-kristal dengan kristalinitas tinggi dan bentuk multi-kristal..

Sifat fisik lilin lebah harus bervariasi dengan tingkat kristalinitas. Oleh karena itu,

akan bermanfaat untuk mengukur secara kuantitatif tingkat kristalinitas lilin lebah.

18

BAB IV

PENUTUP

Spektra NMR-lilin lebah alam berasal dari lebah madu Jepang yang

pertama kali diamati yaitu Apis cerana japonica. Pergeseran polarisasi silang

tingkat dan T1 relaksasi data yang disajikan di atas memberikan gambaran yang

berguna struktur molekul lilin lebah. Lebah dikenal terdiri dari beberapa

komponen yaitu fraksi metilen, dibandingkan dari satu unit ke unit lainnya yaitu

lebih dari 95%. Pergeseran kimia 13C int-(CH2) yang puncak pada 30,3 ppm

mencerminkan konformer gauche, di sisi lain, luas puncak sekitar 32,9 ppm

disebabkan kurang lebih adanya tiga komponen, yaitu (34,0; 32,9; dan 31,6 ppm)

dengan melakukan kesesuaian kurva, mengindikasikan bahwa setidaknya ada tiga

perbedaan dalam kemasan kristal dalam lilin lebah mentah. Int-(CH2) wilayah

spektrum DP telah menyediakan data kuantitatif terhadap kristalinitas dan fraksi

masing-masing bentuk kristal. Berdasarkan penemuan eksperimental

menunjukkan bahwa solid-state spektroskopi NMR merupakan alat yang berguna

untuk menjelaskan struktur asli dari lilin lebah dari lebah madu.

19

DAFTAR PUSTAKA

Al-Waili NS. 2003. Topical application of natural honey, beeswaxand olive oil

mixture for atopic dermatitis or psoriasis:partially controlled, single-

blinded study. ComplementaryTherapies in Medicine 11: 226-234.

Albert K, Lacker T, Raitza M, Pursch M, Egelhaaf HJ and OelkrugD. 1998.

Investigating the selectivity of triacontyl interphases. Angewandte Chemie-

international Edition 37: 778-780.

Asakura T, Ito T, Okudaira M and Kameda T. 1999. Structure of alanine and

glycine residues of Samia cynthia ricini silk fibers studied with solid-state

15N and 13C NMR. Macromolecules 32: 4940-4946.

Asakura T, Suita K, Kameda T, Afonin S and Ulrich AS. 2004. Structural role of

tyrosine in Bombyx mori silk fibroin, studied by solid-state NMR and

molecular mechanics on a model peptide prepared as silk I and II. Magnet

Reson Chem 42: 258-266.

Asakura T, Yamane T, Nakazawa Y, Kameda T and Ando K. 2001. Structure of

Bombyx mori silk fibroin before spinning in solid state studied with wide

angle x-ray scattering and C- 13 cross-polarization/magic angle spinning

NMR. Biopolymers 58: 521-525.

Basson I and Reynhardt EC. 1988. An investigation of the structures and

molecular dynamics of natural waxes: I. Beeswax. Journal of Physics D:

Applied Physics 21: 1421-1428.

Dorset DL. 1983. The crystal structure of waxes. Acta Crystallogr B 8: 1021-

1028.

Dorset DL. 1999. Development of lamellar structures in natural waxes - an

electron diffraction investigation. Journal of Physics D: Applied Physics

32: 1276-1280.

20

Garnier N, Cren-Olivé C, Rolando C, Regert M, 2002. Characterization of

Archaeological Beeswax by Electron Ionization and Electrospray

Ionization Mass Spectrometry.Analytical Chemistry 74: 4868-4877.

Ishikawa S, Kurosu H and Ando I. 1991. Structural studies of nalkanes by

variable-temperature solid-state high-resolution 13C NMR spectroscopy.

Journal of Molecular Structure. 248:361-372.

Kameda T, McGeorge G, Orendt A and Grant D. 2004. 13C NMR Chemical

Shifts of the Triclinic and Monoclinic Crystal Forms of Valinomycin.

Journal of Biomolecular NMR 29: 281-288.

Kameda T and Asakura T. 2003. Structure and dynamics in the amorphous region

of natural rubber observed under uniaxial deformation monitored with

solid-state 13C NMR. Polymer 44: 7539-7544.

Kameda T, Zhao CH, Ashida J and Asakura T. 2003. Determination of distance of

intra-molecular hydrogen bonding in (Ala-Gly)15 with silk I form after

removal of the effect of MAS frequency in REDOR experiment. Journal

of Magnetic Resonance 160: 91-96.

Kameda T, Kobayashi M, Yao JM and Asakura T. 2002a. Change in the structure

of poly(tetramethylene succinate) under tensile stress monitored with solid

state 13C NMR. Polymer 43: 1447-1451.

Kameda T, Nakazawa Y, Kazuhara J, Yamane T and Asakura T. 2002b.

Determination of intermolecular distance for a model peptide of Bombyx

mori silk fibroin, GAGAG, with rotational echo double resonance.

Biopolymers 64: 80-85.

Kimpe K, Jacobs PA and Waelkens M. 2002. Mass spectrometric methods prove

the use of beeswax and ruminant fat in late Roman cooking pots. Journal

of chromatography A 968:151-160.

21

Koga N. 2000. Properties and utillization of beeswax. Honeybee Science 21:145-

153.

Mariya M and Nikolay J. 2002. Creating a yield stress in liquid oils by the

addition of crystallisable modifiers. Journal of Food Engineering 51: 235-

237.

Sastrohamidjojo H. 2002. Spektroskopi. Yogyakarta : Liberty

Sihombing D.T.H. 1992. Ilmu Ternak Lebah Madu. Yogyakarta: Gajah Mada

University Press.

Tonelli A and Schilling F. 1981. Accounts of Chemical Research14:223.

Tulloch AP, Hoffman LL. 1972. Canadian beeswax: analytical values and

composition of hydrocarbons, free acids and long chain esters. Journal of

the American Oil Chemists’ Society 49: 696-699.

Yamanobe T, Sorita T, Komoto T, Ando I and Sato H. 1985. 13C chemical shift

and crystal structure of paraffins and polyethylene as studied by solid state

NMR. Journal of Molecular Structure 131: 267-275.