i

ABSTRAK

FITOKIMIA DAN AKTIVITAS ANTIBAKTERI, ANTIJAMUR,

SERTA ANTIFEDAN DARI METABOLIT SEKUNDER

Dysoxylum densiflorum DAN Swietenenia mahogany

(MELIACEAE)

Oleh

Ni Komang Tri Dharmayani

NIM : 30512003

(Program Studi Doktor Kimia)

Meliaceae merupakan salah satu tumbuhan tropis yang tersebar di Asia, Afrika

tropis, dan Amerika Latin. Famili ini memiliki 50 genus dan sekitar 1400 spesies.

Di Indonesia terdapat sekitar 33 genus dan 405 spesies famili Meliaceae. Tumbuhan

dari famili ini terkenal dengan kualitas kayunya yang sangat baik karena struktur

fisiknya yang kuat, keras, dan tahan terhadap serangan rayap sehingga digunakan

untuk mebel dan bahan bangunan. Selain pemanfaatan sebagai sumber kayu,

tumbuhan famili ini juga telah digunakan dalam pengobatan tradisional untuk

mengobati iritasi kulit, mencegah hipertensi, mengobati infeksi saluran kencing,

dan penurun demam. Beberapa tumbuhan dari famili ini dikenal luas di Indonesia,

terutama Dysoxylum densiflorum (‘Majegau’) dan Swietenia mahogany (‘Mahoni’).

Secara fitokimia, kedua tumbuhan tersebut dikenal sebagai penghasil metabolit

sekunder golongan terpenoid dan limonoid. Sejumlah senyawa hasil isolasi dari

kedua tumbuhan tersebut juga telah dilaporkan memiliki aktivitas biologis yang

penting, antara lain sebagai antibakteri, antifedan, antimalaria, antiinflamasi,

antivirus, dan insektisida.

Pada penelitian ini telah dilakukan kajian fitokimia pada dua spesies tumbuhan

famili Meliaceae yaitu D. densiflorum dan S. mahogany. Selain itu, dilakukan pula

kajian aktivitas biologis yang meliputi aktivitas antibakteri, antijamur dan antifedan

pada ekstrak dan senyawa hasil isolasi. Sampel kulit batang dan biji D. densiflorum

dikumpulkan dari Kebun Raya Ekaristi, Bali, sedangkan daun D. densiflorum

diperoleh dari Kebun Raya Bogor, Jawa Barat, dan sampel buah S. mahogany

diperoleh dari daerah Bandung, Jawa Barat. Metode isolasi yang digunakan

meliputi ekstraksi (maserasi) menggunakan pelarut aseton, dilanjutkan dengan

fraksinasi dan pemurnian menggunakan berbagai teknik kromatografi, yaitu

kromatografi cair vakum (KCV), kromatografi kolom gravitasi (KKG), dan

kromatografi radial (KR). Struktur molekul senyawa hasil isolasi ditetapkan

berdasarkan data spektroskopi, yang meliputi resonansi magnet inti (NMR) 1D (1H

dan 13C NMR, TOCSY1D, dan NOE1D) dan 2D (COSY, HSQC, HMBC, dan

NOESY), data spektrometri massa, serta data spektroskopi inframerah (IR). Uji

aktivitas antibakteri dilakukan terhadap sepuluh bakteri patogen, yang meliputi dua

ii

bakteri Gram-(+) yaitu Bacillus subtilis dan Staphylococcus aureus (ATCC 29737),

dan delapan bakteri Gram-(-) yaitu Escherichia coli, Klebsiella pneumonie (ATCC

13733), Proteus mirabilis (ATCC 21100), Pseudomonas aeruginosa, Salmonella

parathypii, Salmonella thypii (ATCC 14028), Shigella dysentriae, dan Vibrio

cholereaeus. Pengujian antijamur dilakukan terhadap jamur pelapuk kayu Brown-

rot (Fomitopsis palustris FFPRI 0507) dan White-rot (Tremetes versicolor FFPRI

1030), sementara aktivitas antifedan dilakukan terhadap rayap Captotermes

formasanus dengan metode no-choice.

Pada penelitian ini telah diperoleh sebelas senyawa turunan terpenoid (111)

termasuk di antaranya empat senyawa baru yaitu 4-isopropil-1,5-dimetil-1,2,3,4-

tetrahidroksinaftalen-6-ol (2), asam densilorinat A (3), asam densiflorinat B (4) dan

asam densiflorinat C (5). Tujuh senyawa hasil isolasi lainnya merupakan senyawa

yang telah dikenal, yaitu satu senyawa seskuiterpen 8-hidroksikalamenen (1), satu

senyawa triterpen tetrasiklik afagranin G (6), serta enam senyawa limonoid yaitu

proseranolid (7), swietenolida (8), 6-O-asetilswietenolida (9), 3,6-O-

asetilswietenolida (10), dan swietenin (11). Penemuan keempat senyawa baru (2-5)

memberikan kontribusi penting pada fitokimia Meliaceae. Senyawa 2 merupakan

contoh seskuiterpen dengan kerangka kadinan yang termodifikasi karena adanya

penataan ulang yang melibatkan gugus metil. Asam densiflorinat AC (35) merupakan triterpen tetrasiklik dari kelompok tirukalan dan apotirukalan yang

merupakan salah satu cikal bakal senyawa-senyawa limonoid pada tumbuhan

Meliaceae. Selain itu, turunan triterpen tetrasiklik, afraganin (6), baru pertama kali

ditemukan pada genus Dysoxylum.

Pada pengujian sifat biologis, ekstrak D. densiflorum memperlihatkan aktivitas

yang cukup signifikan terhadap sepuluh bakteri uji (MIC 3,13-25 µg/mL),

dibandingkan dengan hasil pengujian terhadap kontrol positif amoksisilin dan

kloramfenikol (MIC 0,78-50 µg/mL). Aktivitas antibakteri ekstrak terhadap bakteri

Gram-(+) menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan terhadap bakteri Gram-

(-). Ekstrak D. densiflorum juga umumnya memberikan aktivitas hambatan

pertumbuhan jamur pelapuk kayu, sementara pada pengujian antifedan pada

konsentrasi 5-30% (𝑏 𝑣⁄ ) menunjukkan hasil positif. Selanjutnya, ekstrak S. mahogany menunjukkan sifat antibakteri yang sedang (MIC 50-100 µg/mL), aktif

sebagai antijamur pelapuk kayu, dan bersifat antifedan pada konsentrasi 5-30%

(𝑏 𝑣⁄ ). Berdasarkan hasi-hasil tersebut, maka ekstrak D. densiflorum dan S. mahogany memiliki potensi sebagai antibakteri, antijamur dan antifedan.

Senyawa hasil isolasi (1-11) juga diujikan sebagai antibakteri, antijamur dan

antifedan. Hasil pengujian tersebut memperlihatkan hanya senyawa 1 dan 2 yang

memiliki sifat antibakteri (MIC 6,2525 µg/mL), antijamur (menunjukkan zona

hambat) dan antifedan (konsentrasi 100-1000 ppm) yang signifikan. Sementara

senyawa 311 kurang aktif, baik sebagai antibakteri, antijamur, ataupun antifedan. Keaktifan senyawa 1 dan 2 kemungkinan disebabkan oleh adanya gugus fenol pada

struktur seskuiterpennya yang tidak diimiliki oleh senyawa 3-11.

iii

Sebagai kesimpulan, pada penelitian ini telah berhasil diisolasi sebelas senyawa

turunan terpenoid (senyawa 111), termasuk empat senyawa baru turunan

seskuiterpen yaitu senyawa 2 dan triterpen tetrasiklik yaitu senyawa (35). Hasil pengujian aktivitas antibakteri, antijamur pelapuk kayu, dan sifat antifedan,

menunjukkan bahwa ekstrak D. densiflorum dan S. mahogany memperlihatkan

hasil yang signifikan pada ketiga uji tersebut, sementara pada pengujian senyawa-

senyawa murni hanya senyawa 12 yang menunjukkan hasil yang signifikan.

Adanya perbedaan hasil uji biologis antara ekstrak dan senyawa murni

menyarankan bahwa terdapat senyawa lain pada ekstrak yang tidak terisolasi yang

mungkin bertanggung jawab pada aktivitas keseluruhan ekstrak kedua tumbuhan

tersebut.

Kata kunci : Meliaceae, Dysoxylum dysoxylum, Swietenia mahogany,

seskuterpenoid, triterpenoid, antibakteri, antijamur, antifedan.

v

ABSTRACT

PYTOCHEMISTRY AND ANTIBACTERIALS, ANTIFUNGAL,

ANTIFEEDANT ACTIVITIES OF SECONDARY METABOLITES

FROM Dysoxylum densiflorum AND Swietenia mahogany

(MELIACEAE)

By

Ni Komang Tri Dharmayani

NIM : 30512003

(Doctoral Program in Chemistry)

Meliaceae is one tropical plant widely spreads in Asia, tropical Africa, and Latin

America. This plant family consists of 50 genera and 1400 species. In Indonesia

there are about 33 genera and 405 species of Meliaceae. Meliaceae is famous for

its wood quality since its wood properties are strong, hard, and resistant to termite

attack and therefore it is widely used for furniture and building materials. Beside

of its wood quality, this plant is also known as traditional medicines to treat skin

irritation, to prevent hypertension, to cure urinary tract infections, and fever.

Several of Meliaceae plants widely known in Indonesia especially are Dysoxylum

densiflorum (‘Majegau’) and Swietenia mahogany (‘Mahoni’). Phytochemically,

both of species have been reported as sources of secondary metabolites belong to

terpenoids and limonoids groups and several isolated compounds have been

reported to have important biological activities, such as antibacterial, antifeedant,

antimalarial, antiinflammatory, antiviral and insecticide.

In this research, two species of Meliaceae Indonesia, i.e. D. densiflorum and

S. mahogany have been evaluated phytochemically. In addition, biological

activities such as antibacterial, antifungal and antifeedant of the extracts and

isolated compounds obtained from both of species have also been examined. The

samples of D. densiflorum bark and seeds were collected from Ekaristi Botanical

Garden at Bali, while D. densiflorum leaves were obtained from Bogor Botanical

Gardens, West Java, and fruit of S. mahogany were obtained from Bandung area,

West Java. The isolation of secondary metabolites was carried out by extraction at

room temperature (maceration) using acetone solvent, followed by fractionations

and purifications using various chromatography techniques, such as vacuum liquid

chromatography (VLC), gravitational column chromatography (GCC), and radial

chromatography (RC). The molecular structures of isolated compounds were

determined based on spectroscopic data, including 1D NMR (1H NMR, 13C NMR,

TOCSY1D, and NOE1D) and 2D NMR (COSY, HSQC, HMBC and NOESY), mass

spectrometry (MS) data, and infrared (IR). The antibacterial activity of extracts

and isolated compounds were examined against ten pathogenic bacteria including

vi

two Gram-(+) bacteria, i.e. Bacillus subtilis and Staphylococcus aureus (ATCC

29737) and eight Gram-(-) bacteria, i.e. Escherichia coli, Klebsiella pneumonia

(ATCC 13733), Proteus mirabilis (ATCC 21100), Pseudomonas aeruginosa,

Salmonella parathypii, Salmonella thypii (ATCC 14028), Shigella dysentriae, and

Vibrio cholereaeus. The antifungal activities have been examined by decay test

against brown-rot (Fomitopsis palustris FFPRI 0507) and white-rot (Tremetes

versicolor FFPRI 1030). The antifeedantz activity evaluation against termites

Captotermes formasanus Shiraki was carried out with no-choice method.

In this research, eleven terpenoid derivatives (111) have been obtained including

four new compounds, namely 4-isopropyl-1,5-dimethyl-1,2,3,4-

tetrahydroxynaphtalene-6-ol (2), densiflorinic acid A (3), densiflorinic acid B (4)

and densiflorinic acid C (5). Seven other isolated compounds were known

compounds, including one sesquiterpene i.e. 8-hydroxycalamenene (1), one

tetracyclic triterpene i.e. aphagranin G (6), and six limonoid compounds, namely

proceranolide (7), swietenolide (8), 6-O-acetylswietenolide (9), 3,6-O-

acetylswietenolide (10), and swietenin (11). The finding of four new compounds

gives important contribution to the phytochemical aspect of Meliaceae. Compound

(2) is sesquiterpene having modified cadinane skeleton caused by methyl

rearrangements. Densiflorinic acids A-C (3-5) are tetracyclic triterpenes having

tirucalane and apotirucalane skeletal which become the precursor of limonoids in

Meliaceae plants. In addition, a tetracyclic triterpene i.e. aphraganin (6) is

reported for the first time from Dysoxylum.

Biological activity of D. densiflorum extracts showed significant result against ten

bacteria (MIC 3.13-25µg/mL) compared to control amoxicillin and

chloramphenicol (MIC 0.78-50 µg/mL) as positive controls. Antibacteria activity

of D. densiflorum extracts had better activities against Gram-(+) bacteria than

Gram-(-) bacteria. Decay test of D. densiflorum extracts showed inhibition activity

against rot fungi, while the extracts had positive results with concentration range

5-30% (𝑤 𝑣⁄ ) for antifeedant activity. Next, S. mahogany extracts showed moderate

antibacterial activity (MIC 50-100 µg/mL), but they were active against rot fungi

and strong activity in antifeedant activity assay with concentration range 5-30%

(𝑤 𝑣⁄ ). Based on these results, D. densiflorum and S. mahogany extracts have potency as antibacterial, antifungal and antifeedant activities.

The isolated compounds (111) were also examined on antibacterial, antifungal

and antifeedant assays. Based on those three assays, only compound 1 and 2 that

showed significant results on antibacterial activity (MIC 6.25-25 µg/mL),

antifungal activity (inhibitory zone exist) and antifeedant activity (concentration

100-1000 ppm), while compounds 311 are relatively inactive as antibacterial, antifungal or antifeedant. The activity of compound 1 and 2 could be caused by the

present of phenolic group in their sesquiterpenes structures that was not be

possessed by other compounds (3-11).

In conclusion, in this research eleven terpenoid derivatives (compound 1-11) were

successfully isolated from D. densiflorum and S. mahogany extracts including four

new compounds of sesquiterpene (compound 2) and tetracyclic triterpenes

vii

derivatives (compounds 3-5). The biological activities including antibacterial,

antifungal and antifeedant of D. densiflorum and S. mahogany extracts showed

significant results. The significant results of isolated compounds only showed on

compound 1 and 2. The difference between results activities of extracts and isolated

compounds suggest that there are maybe still several compounds that have not yet

been isolated yet which are probably having responsibility on the activities of the

extracts.

Keywords: Meliaceae, Dysoxylum densiflorum, Swietenia mahogany, terpenoid,

decay test, antifeedant