86fa6 0b1d1 Artikel Novika

Patiha., ALCHEMY jurnal penelitian kimia, vol. 9, no. 2, hal .72 -80

72

KINETIKA REAKSI CH3COOH DENGAN Br2 SEBAGAI REAKSI YANG MIRIP

REAKSI ENZIMATIS

REACTIONS KINETICS OF CH3COOH WITH Br2 AS A SIMILIAR

ENZYMATIC REACTIONS

Novika Tusta Felandi1, Patiha

1*, Edi Pramono

1

Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universtas Sebelas

Maret, Jl. Ir Sutami No. 36 A, Kentingan Surakarta 57126 telp. (0271) 663375

E-mail: [email protected]

Received 5 November 2013, accepted 20 September 2013, published 25 September 2013

ABSTRAK

Tujuan penelitian adalah membuktikan bahwa pada kondisi tertentu reaksi antara

CH3COOH dengan Br2 mirip reaksi enzimatis dan harga tetapan, dari persamaan Espenson berbeda dengan dengan harga yang diperoleh dari metode integral. Percobaan dilakukan dengan variasi konsentrasi CH3COOH. Reaksi dipelajari dengan metode

spektroskopi dengan mencatat perubahan absorbansi Br2 pada panjang gelombang 400 nm

(indeks absorbansi 160 M-1

cm-1

) tiap rentang waktu tetap. Data dianalisis dengan

persamaan integral dan order reaksi ditentukan berdasarkan harga koefisien regresi, r yang

mendekati 1 atau -1. Reaksi dikatakan mirip reaksi enzimatis jika order awal reaksi

berbeda dengan akhir reaksi. Data juga dianalisis dengan menggunakan persamaan

Espenson dan persamaan integral (sebagai pembanding). Hasil penelitian menunjukkan

bahwa pada konsentrasi CH3COOH 0,00150 M; 0,00100 M; dan 0,00075 M dan Br2

0,00300 M reaksi ini mirip reaksi enzimatis. Pada konsentrasi CH3COOH yang berbeda,

harga yang diperoleh dari persamaan Espenson berbeda dengan harga yang dihitung dengan metode integral.

Kata kunci: reaksi enzimatis, order reaksi, maksv

ABSTRACT

The aims of the research are to prove that at certain conditions the reaction

between Br2 with CH3COOH is similar to enzymatic reaction, and the value of calculated from the Espenson equation is different with value calculated by integral method. The experiments were performed at various concentrations of CH3COOH. The

reaction studied by spectroscopic method by record the changes in absorbance of Br2 at

400 nm (the absorbance index is 160 M-1

cm-1

) in each definited time range. Data were

analyzed with integral equations and the reaction order was determined base on the value

of regression coefficient which must be close to 1 or -1. The reaction is said to be similar

to the enzymatic reaction if the order of the reaction at initial is different with the order

value at the end of reaction. Data were also analyzed using Espenson and integral

equation (for comparison). The results showed that at concentrations of CH3COOH

0.00150 M, 0.00100 M, and 0.00075 M and 0.00300 M Br2 the reaction is similar to

enzymatic reactions. Meanwhile, at different concentrations of CH3COOH, the value obtained from Espenson equation is different with the value calculated by integral method.

Key words: enzymatic reaction, order of reaction, maksv


73

PENDAHULUAN

Enzim merupakan senyawa yang mengkatalisis proses kimia pada makhluk hidup.

Ada beberapa jenis mekanisme reaksi enzimatis dan yang paling sederhana yaitu reaksi

enzimatis Michaelis-Menten (1913). Menurut Briggs dan Haldane (1925), persamaan

hukum lajunya adalah sebagai berikut:

][

][][ 0

SK

SEkv

M

kat

[1]

MK adalah tetapan Michaelis-Menten.

Persamaan [1] di atas belum mempunyai order reaksi yang pasti. Pada [S] yang

cukup besar ( MK kecil), persamaan di atas akan berubah menjadi

0][Ekv kat [2]

Pada kondisi ini, substrat bereaksi dengan semua enzim yang ada, sehingga v

mencapai harga maksimum (disebut maksv ) dan reaksi menuruti mekanisme reaksi order ke-

nol terhadap [S] atau

][Ekv katmaks [3]

Tetapi, pada konsentrasi substrat [S] yang cukup kecil ( MK besar), reaksi akan

berlangsung menuruti mekanisme reaksi order ke-satu terhadap [S] dan persamaan [1]

menjadi

M

kat

K

SEkv

][][ 0 [4]

Substitusi [3] ke [4] menghasilkan

M

maks

K

Svv

][ [5]

Salah satu kendala dalam mempelajari kinetika reaksi enzimatis yaitu enzim

harganya mahal dan mudah rusak sehingga sulit untuk melakukan percobaan. Oleh karena

itu, perlu untuk mencari reaksi lain yang dapat mirip reaksi enzimatis dengan biaya yang

lebih murah dan lebih mudah percobaannya. Berdasarkan penelitian sebelumnya, Patiha

(2009) menyatakan bahwa pada kondisi tertentu reaksi antara HCOOH dengan Br2 mirip

reaksi enzimatis. Oleh karena itu, dilakukan penelitian reaksi antara CH3COOH dengan

Br2 yang diharapkan pada kondisi tertentu pula dapat mirip reaksi enzimatis, sehingga

reaksi ini dapat dijadikan sebagai model untuk mempelajari kinetika reaksi enzimatis.


74

Menurut Camps, et al. (2000) asam karboksilat (RCOOH) yang mempunyai atom

karbon primer, sekunder, atau tersier dapat mengalami reaksi bromodekarboksilasi

menjadi RBr. Reaksi antara CH3COOH dengan Br2 merupakan reaksi dekarboksilasi dan

reaksinya sebagai berikut:

CH3COOH + Br2 CH3Br + CO2 + H+

+ Br-

[6]

Asam asetat mirip dengan asam formiat tetapi gugus H-nya diganti dengan gugus

CH3 sehingga mekanisme yang diusulkan seperti Hodgson, et al (1998: 1150-1153):

CH3COOH

1

1

k

k

H

+ + CH3COO

- [7]

CH3COO- + Br2 2

k CH3Br + Br- + CO2 [8]

Berdasarkan pendekatan keadaan mantap, akan diperoleh hukum laju:

][][

]][[

221

2321

BrkHk

BrCOOHCHkkv

[9]

Apabila percobaan dilakukan pada kondisi [Br2]0 yang sedikit berlebihan terhadap

[H+]0, karena reaksi [7] berlangsung cukup cepat (sehingga 1k relatif besar) maka, pada

awal-awal reaksi produksi [H+] cukup cepat, dan reaksi order ke-satu terhadap [Br2].

Tetapi, reaksi [7] tersebut merupakan reaksi kesetimbangan dan pada saat mendekati

kesetimbangan, [H+] dapat dikatakan tetap sehingga ][1

Hk menjadi tetap dan akhirnya

relatif lebih kecil dari [Br2], maka reaksi order ke-nol terhadap [Br2]. Dengan demikian,

kemungkinan reaksi ini mirip dengan reaksi enzimatis.

Jika ][/ 21

Hkk dianggap sebagai tetapan )( dan ][ 31 COOHCHk dianggap

sebagai maksv maka persamaan [9] menjadi

][

][

2

2

Br

Brvv maks

[10]

Selanjutnya jika dianggap sebagai MK , maka persamaan reaksi tersebut mirip dengan

persamaan hukum laju reaksi enzimatis Michaelis-Menten [1].

Harga MK umumnya ditentukan dengan metode diferensial, tetapi Laidler (1987)

menyatakan bahwa harga tetapan laju k yang tepat harus diperoleh dengan menggunakan

metode integral. Telah diperkenalkan bentuk persamaan integral untuk reaksi enzimatis

dan reaksi yang mirip dengannya yaitu persamaan Espenson (1995).

kA

AAA

t

t

tt

][

][ln][][

[11]


75

Berdasarkan persamaan [11], adalah MK , k adalah vmaks, sedangkan adalah rentang

waktu tetap. Harga adalah negatif dari harga slop kurva linear ][][ tt AA lawan

]}[]ln{[ tt AA .

Berdasarkan uraian di atas, ada dua hal yang perlu dibahas lebih lanjut. Pertama

yaitu harga k diperoleh dari substitusi maksv ke persamaan [5], padahal besarnya maksv

dipengaruhi oleh banyaknya konsentrasi enzim karena reaksi order ke-satu terhadap enzim

(persamaan [3]). Penelitian sebelumnya umumnya tidak memperhatikan hal ini. Kedua

yaitu persamaan Espenson merupakan model persamaan linier tetapi dalam

penggunaannya tidak mempersyaratkan uji linieritas.

Tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu untuk membuktikan bahwa reaksi antara

CH3COOH dengan Br2 dapat mirip dengan reaksi enzimatis dan harga yang diperoleh

dari persamaan Espenson berbeda dengan persamaan integral.

METODE PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen yang

dilakukan di laboratorium. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan

CH3COOH (100 %) p.a.(Merck), larutan Br2 (99,5 %) p.a.(Merck), dan akuades. Data

absorbansi Br2 diperoleh secara spektroskopi. Larutan blanko terdiri dari 1,5 mL larutan

CH3COOH 3x10-2

M dan 1,5 mL akuades. Larutan sampel terdiri dari 1,5 mL larutan

CH3COOH 3x10-2

M kemudian ditambahkan 1,5 mL Br2 3x10-3

M serentak dengan

dihidupkan stopwatch. Larutan tersebut selanjutnya dianalisa menggunakan

spektrofotometer UV-VIS SHIMADZU UV mini-1240 pada = 400 nm dan absorbansi

dicatat setiap 4 menit. Percobaan tersebut diulang 2 kali dan dilakukan percobaan untuk

variasi konsentrasi larutan CH3COOH (2x10-2

; 1,5x10-3

; 1x10-3

; 7,5x10-4

; 3x10-4

; 2x10-4

)

M.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Reaksi antara CH3COOH dengan Br2 dilakukan pada berbagai konsentrasi

CH3COOH dan konsentrasi awal Br2 sama. Pada penelitian ini, CH3COOH diasumsikan

bertindak sebagai enzim dan Br2 sebagai substrat. Laju reaksi diamati berdasarkan

berkurangnya konsentrasi Br2. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan alat

spektrofotometer UV-VIS pada 400 nm dan didapatkan data absorbansi Br2. Penentuan

order reaksi dengan metode integral dan diperoleh harga koefisien regreasi (r) yang


76

dirangkum di Tabel 1 untuk reaksi order 0, order 1, order 1,5 dan order 2. Harga r yang

mendekati 1 atau -1 adalah order reaksi yang sesungguhnya.

Tabel 1. Koefisien regresi (r) persamaan integral reaksi CH3COOH dengan Br2 pada

berbagai konsentrasi CH3COOH dengan Br2 3x10-3

M.

No. [CH3COOH] /

(M)

r integral

Order 0 Order 1 Order 1,5 Order 2

1 0,03000 Awal reaksi

Akhir reaksi

-0,9994

-0,9990 -0,9999

-0,9993

0,9998

0,9989

0,9994

0,9981


Akhir reaksi

-0,9995

-0,9996 -0,9997

-0,9998

0,9996

0,9997

0,9995

0,9996


Akhir reaksi

-0,9804

-0,9999

-0,9868

-0,9992

0,9889

0,9978 0,9904 0,9959


Akhir reaksi

-0,9934

-0,9999

-0,9960

-0,9893

0,9970

0,9982 0,9979 0,9967


Akhir reaksi

-0,9976

-0,9997

-0,9988

-0,9987

0,9991

0,9976 0,9992 0,9962


Akhir reaksi -0,9998

-0,9995

-0,9992

-0,9983

0,9987

0,9967

0,9980

0,9946


Akhir reaksi -0,9999

-0,9999

-0,9995

-0,9994

0,9993

0,9989

0,9989

0,9982

Reaksi enzimatis Michaelis-Menten mengikuti order reaksi yang berbeda pada awal

dan akhir reaksi yaitu order ke-nol dan order ke-satu. Berdasarkan data Tabel 1, pada

konsentrasi awal CH3COOH 0,03000 M dan 0,02000 M diperoleh order yang sama

terhadap Br2 yaitu order ke-satu pada awal dan akhir reaksi, sedangkan pada konsentrasi

awal CH3COOH 0,00030 M dan 0,00020 M diperoleh reaksi order ke-nol terhadap Br2

pada awal dan akhir reaksi. Hal ini sesuai dengan teori yaitu pada data 1 dan 2 konsentrasi

CH3COOH jauh lebih besar dari konsentrasi Br2 maka ][ 2Br relatif lebih kecil terhadap

][1

Hk sehingga reaksi order ke-satu terhadap [Br2], sedangkan pada data 6 dan 7

konsentrasi CH3COOH jauh lebih kecil daripada konsentrasi Br2 maka Br2 relatif lebih

besar terhadap ][1

Hk sehingga reaksi order ke-nol terhadap Br2. Oleh karena itu, pada

kondisi tersebut reaksi antara CH3COOH dengan Br2 tidak mirip reaksi enzimatis.

Pada konsentrasi CH3COOH 0,00150 M; 0,00100 M dan 0,00075 M diperoleh

reaksi order ke-dua pada awal dan order ke-nol pada akhir reaksi. Berdasarkan penjelasan

sebelumnya bahwa reaksi antara CH3COOH dengan Br2 berlangsung dua tahap seperti

pada persamaan [10] dan [11] dan mempunyai hukum laju seperti pada persamaan [12].

Apabila percobaan dilakukan pada kondisi [Br2]0 yang sedikit berlebihan terhadap [H+]0,

maka reaksi tahap pertama berlangsung cukup cepat sehingga 1k relatif besar dan pada


77

awal reaksi produksi [H+] cukup cepat, maka reaksi order satu terhadap [Br2]. Tetapi,

reaksi tersebut merupakan reaksi kesetimbangan dan saat mendekati kesetimbangan, [H+]

dapat dikatakan tetap sehingga ][1

Hk menjadi tetap dan akhirnya relatif lebih kecil dari

[Br2], maka reaksi order nol terhadap [Br2]. Hasil penelitian diperoleh order dua pada awal

reaksi yang disebabkan karena reaksinya hanya melibatkan dua pereaksi dan

konsentrasinya tidak jauh berbeda maka reaksi berlangsung secara stoikiometris.

Berdasarkan metode stoikiometris, reaksi melibatkan dua pereaksi tetapi seolah-olah hanya

melibatkan satu pereaksi, jadi order reaksi yang teramati adalah order semu. Pada

penelitian ini, order ke-dua yang dimaksud sebenarnya adalah order ke-satu terhadap Br2

dan order satu terhadap CH3COOH. Pada kondisi ini reaksi mengikuti order reaksi yang

berbeda pada awal dan akhir reaksi sehingga dapat dikatakan reaksi antara CH3COOH

dengan Br2 mirip reaksi enzimatis Michaelis-Menten. Sesungguhnya, jika data pada Tabel

1. dicermati dengan lebih teliti, maka bila percobaan dilakukan dengan lebih baik, maka

pada konsentrasi HCl yang lebih kecil dari 0,00075 M tetapi lebih besar dari 0,00030 M,

adalah mungkin bahwa reaksi berlangsung order ke-satu pada awal dan order ke-nol

menjelang akhir reaksi.

Tabel 2. Harga maksv dan persamaan integral reaksi CH3COOH dengan Br2 pada

0,0015M; 0,001M; dan 0,00075M CH3COOH dengan 0,003M Br2.

No. 103 [CH3COOH]/M 10

4 vmaks/M s

-1 10

3 Slop order ke-satu 10

4 / M

1. 1,50 5,57 -10,40 3,35

2. 1,00 3,85 -6,56 3,67

3. 0,75 2,92 -7,05 2,59

Berdasarkan Patiha (2011), perhitungan harga dilakukan dengan menggunakan

persamaan integral dengan cara mensubstitusikan maksv yang diperoleh dari slop order ke-

nol ke dalam persamaan order ke-satu, sehingga harga dapat diperoleh hanya jika reaksi

mengikuti order reaksi yang berbeda pada awal dan akhir reaksi yaitu order ke-nol dan

order ke-satu. Apabila reaksi selalu mengikuti order ke-nol maka hanya diperoleh maksv

dan tidak diperoleh harga , sedangkan apabila reaksi hanya mengikuti order ke-satu juga

tidak didapatkan harga karena tidak diperoleh maksv . Saat reaksi order ke-nol terhadap

Br2 reaksi hanya dipengaruhi oleh konsentrasi CH3COOH dan faktanya berdasarkan Tabel

2 diperoleh harga maksv yang berbeda untuk konsentrasi CH3COOH yang berbeda.

Perbedaan harga maksv sebanding dengan perbedaan konsentrasi CH3COOH, misalnya pada


78

data 1 dan 3 dimana konsentrasi CH3COOH berbanding setengah kalinya maka harga maksv

juga berbanding setengah kalinya. Selanjutnya, dengan membagi vmaks dengan slop order

ke-satu akan diperoleh harga . Berdasarkan data Tabel 2, didapatkan harga slop order ke-

satu yang berbeda untuk konsentrasi CH3COOH yang berbeda dan perbandingannya tidak

sama dengan perbandingan perbedaan konsentrasi CH3COOH. Hal ini mengakibatkan

harga yang diperoleh berbeda-beda.

Dalam Tabel 2 bisa dilihat bahwa harga yang diperoleh berbeda-beda pada

konsentrasi CH3COOH. Persamaan [5] menunjukkan bahwa harga slop berbanding

langsung dengan vmaks. Karena harga vmaks. berbanding langsung dengan konsenrasi

enzim, maka harga slop seharusnya juga berbanding lurus dengan konsentrasi enzim.

Tetapi hasil percobaan eksperimental memberikan hasil yang berbeda. Tabel 2

menunjukkan bahwa harga vmaks pada konsentrasi CH3COOH 1,5x10-3

M adalah duakali

lebih besar dari harga vmaks pada konsentrasi CH3COOH 0,75x10-3

M. Akan tetapi harga

slopnya hampir sama yaitu 3,35 dan 2,59. Hal ini mungkin dapat terjadi karena harga slop

dihitung dengan asumsi bahwa reaksi berlangsung pada order ke-satu.

Tabel 3. Harga persamaan Espenson pada reaksi CH3COOH dengan Br2 pada berbagai konsentrasi CH3COOH dengan 0,00300 M Br2.

No. 102 [CH3COOH] / M 10

4 / M

1 3,000 24,78

2 2,000 27,10

3 0,150 6,41

4 0,100 5,56

5 0,075 12,79

6 0,030 1,79

7 0,020 7,06

Berdasarkan data di Tabel 3, dengan persamaan Espenson diperoleh harga untuk

semua data, baik yang memenuhi ataupun tidak memenuhi reaksi enzimatis. Hal ini berarti

bahwa perhitungan dengan persamaan Espenson bisa digunakan pada sembarang data.

Selain itu, harga yang didapatkan berbeda-beda pada konsentrasi CH3COOH yang

berbeda (pada hal seharusnya sama) Berdasarkan data tersebut harga yang lebih tepat

tentunya pada konsentrasi awal CH3COOH 0,0015 M; 0,001 M; dan 0,00075 M karena

pada kondisi ini reaksi memenuhi reaksi enzimatis, tetapi dari ketiga data tersebut belum

diketahui harga yang paling tepat. Dikatakan bahwa persamaan Espenson adalah model

linear tetapi dalam pemakaiannya tidak memperhatikan nilai koefisien regresinya, sehingga

dengan persamaan ini tidak dapat ditentukan harga yang paling tepat.


79

Tabel 4. Harga persamaan Espenson dan integral reaksi CH3COOH dengan Br2 pada 0,0015 M; 0,001 M; dan 0,00075 M CH3COOH dengan 0,003 M Br2.

No. 103 [CH3COOH] / M 10

4 Espenson / M 104 Integra / M

1 1,50 6,41 3,35

2 1,00 5,56 3,67

3 0,75 12,79 2,59

Apabila hasil perhitungan harga dari persamaan Espenson dibandingkan dengan

integral (ditunjukkan pada Tabel 4). Pada konsentrasi CH3COOH 0,0015 M; 0,0010 M dan

0,00075 M diperoleh bahwa harga Espenson masing-masing konsentrasi sangat berbeda

dari integral. Persamaan Espenson juga merupakan persamaan berbasis metode integral,

seharusnya memberikan harga yang sama. Faktanya dengan menggunakan data yang sama,

dari dua persamaan diperoleh harga yang berbeda. Harga yang lebih tepat tentunya

yang diperoleh dari persamaan integral karena persamaan ini mempersyaratkan uji

linearitas, sehingga berdasarkan nilai koefisien regresi dapat ditentukan harga yang

paling tepat.

Perbedaan harga yang diperoleh dari persamaan Espenson disebabkan oleh

paradigma yang digunakan yaitu bahwa harga vmaks tidak berubah dengan berubahnya

konsentrasi enzim. Karena rentang waktu, , juga dibuat tetap maka, tidak mungkin

diperoleh harga yang sama karena harga yang sama hanya dapat diperoleh jika kurva

persamaan garisnya sejajar, sehingga nilai slopnya tetap. Sedangkan pada persamaan yang

dikembangkan oleh Patiha (2011) slop yang digunakan berasal dari persamaan garis yang

berbeda (order ke-satu). Harga masing-masing slop tergantung pada konsentrasi enzimnya

dan selalu sebanding dengannya.

KESIMPULAN

Hasil penelitian menunjukkan bawa reaksi CH3COOH dengan Br2 mirip reaksi

enzimatis pada kondisi konsentrasi awal CH3COOH 0,00150 M; 0,00100 M; dan 0,00075

M dengan konsentrasi Br2 0,00300 M. Banyaknya konsentrasi CH3COOH yang digunakan

mempengaruhi besarnya maksv Harga reaksi CH3COOH dengan Br2 dari persamaan

Espenson berbeda dengan persamaan integral. Penentuan harga lebih tepat

menggunakan persamaan integral sebab persamaan ini mempersyaratkan uji linearitas.


80

DAFTAR PUSTAKA

Briggs, G. E. and J. B. S. Haldane. 1925. A Note on the Kinetics of Enzyme Action.

Biochem. Vol 19. 338 339.

Camps, P., A. E. Lukach, X. Pujol, S. Vasquez. 2000. Hunsdiecker-Type

Bromodekarboxylation of Carboxylic Acids with Iodosobenzene Diacetate-Bromine.

Tetrahedron. Vol. 56. 2703 2707.

Daniels, F., J. W. Williams, P. Bender, R. A. Alberty, C. D. Cornwell, and J. E. Harriman.

1970. Experimental Physical Chemistry, 7th

Ed. Tokyo: Kogakusha Company.

Espenson, J. H. 1995. Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms, 2nd

Ed. New York:

McGraw-Hill, Inc.

Hodgson, S.C., L. N. Ngeh, J. D. Orbell, and S. W. Bigger. 1998. A Student Experiment in

Non-Isotermal Chemical Kinetics. JChemEd. Vol. 75 No. 9. 1150-1153.

Laidler, K. J. 1987. Chemical Kinetics, 3rd

Ed. New York: Harper Collins Publisher, Inc.

Michaelis, L.; Menten, M.L. 1913, "Die Kinetik der Invertinwirkung", Biochem Z 49: 333369

Patiha. 2009. Persamaan Kinetika Kimia Terpadu untuk Reaksi Enzimatis Michaelis-

Mentenis dan yang Mirip. Laporan Penelitian Fundamental Tak-dipublikasikan.

Surakarta: FMIPA UNS.

Patiha, 2011. Teknik dan Persamaan Baru yang Efektif untuk Penentuan Tetapan

Michaelis-Menten dan yang Mirip. Laporan Penelitian Fundamental Tak-

dipublikasikan. Surakarta: FMIPA UNS.

Documents

86fa6 0b1d1 Artikel Novika