1
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG Degradasi kimia atau fisika dari komponen obat-obatan kemungkinan dapat mengubah efek farmakologis obat tersebut, menghasilkan perubahan efikasi dan resiko terjadinya toksisitas. Sediaan farmasi yang digunakan dalam terapi penyakit tertentu didasarkan atas efikasi dan keamanannya, sediaan tersebut harus stabil dengan kualitas terjaga hingga waktu penggunaannya atau hingga tanggal kadaluarsa yang ditetapkan. Sehingga pengetahuan akan faktorfaktor yang mempengaruhi stabilitas obat-obatan dan pengatasannya merupakan jaminan dalam menjaga kualitas obat (Yoshioka, 2002). Berkurangnya kadar obat karena reaksi kimia yang menyebabkan penurunan protein obat merupakan hal yang paling dimengerti dan paling banyak dipelajari tentang ketidakstabilan obat. Salah satu reaksi kimia yang menyebabkan degradasi obat-obatan adalah reaksi hidrolisis. Hidrolisis merupakan suatu proses solvolisis dimana molekul obat bereaksi dengan molekul air menghasilkan produk pecahan dari konstitusi kimia yang berbeda. Obat-obatan dengan gugus ester dan amida merupakan yang paling rentan mengalami reaksi hidrolisis (Yoshioka, 2002). B. RUMUSAN MASALAH 1. Definisis hidrolisis ? 2. Gugus fungsi yang mudah mengalami hidrolisis ? 3. Faktor-faktor yang mempengaruhi hidrolisis ? 4. Cara pencegahan dan solusi hidrolisis ? 5. Contoh obat yang mengalami hidrolisis ?
2
BAB II PEMBAHASAN
A. HIDROLISIS 1. Definisi Hidrolisis Hidrolisis adalah reaksi kimia yang memecah molekul air (H2O) menjadi kation hidrogen (H+) dan anion hidroksida (OH-) melalui suatu proses kimia. Proses ini biasanya digunakan untuk memecah polimer tertentu, terutama yang dibuat melalui polimerisasi tumbuh bertahap (stepgrowth polimerization) (Cairns, 2004). Hidrolisis ester dan amida terjadi sebagai serangan nukleofilik pada karbon gugus karbonil dan pemecahan lebih lanjut ikatan tunggal karbonoksigen atau karbon-nitrogen. Karbon pada gugus karbonil lebih positif daripada yang diperkirakan akibat tingginya elektronegativitas oksigen yang didekatnya. Pembagian elektron-elektron ikatan yang tidak seimbang menyebabkan terjadinya polarisasi ikatan sehingga karbon bermuatan positifparsial (δ+) , sedangkan oksigen bermuatan negattif parsial (δ-) (Prayoga, 2009). Reaksi hidrolisis berjalan cukup lambat, tetapi dengan adanya asam atau basa, laju reaksi meningkat dan dapat terjadi dekomposisi yang signifikan. Harus diingat bahwa setiap obat merupakan amin, yang bisa dibuat menjadi terlarutkan air melalui pembentukan garam kloridanya. Garam-garam basa lemah dan asam mineral kuat bersifat asam melalui hidrolisis parsial dan H+ yang terbentuk melalui hidrolisis garam dapat mengkatalisis reaksi hidrolisis di dalam obat itu sendiri. Sama halnya dengan obat-obatan yang merupakan garam asam lemah dengan basa kuat bersifat basa di dalam larutan dan OH- yang dihasilkan melalui hidrolisis parsial garam tersebut dapat bertindak sebagai katalis dan menyebabkan terjadinya dekomposisi. Mekanisme hidrolisis dapat dikatalis oleh asam dan basa (Cairns, 2004). 2. Gugus Fungsi yang Mudah Mengalami Hidorlisis a. Hidrolisis Ester Banyak obat-obatan mengandung gugus ester. Gugus ini biasanya dibentuk dari asam karboksilat, karbomat, sulfomat dengan berbagai jenis alkohol. Gugus ini terhidrolisis melalui reaksi nukleofilik attack dari ion hidroksida di dalam air (Yoshioka, 2002).
3
Gambar 1. Hidrolisis senyawa golongan ester Laju hidrolisis tergantung gugus-gugus pada R1 dan R2, dimana grup gugus akseptor-elektron akan meningkat laju hidrolisis sedangkan gugus donor-elektron akan menghambat laju hidrolisis. Penggantian atom hidrogen dengan halogen akseptor-elektron seperti Cl, juga meningkatkan laju dekomposisi. Faktor sterik juga berperan penting, gugus yang besar (bulky) baik pada R1 maupun R2 akan menurunkan laju dekomposisi. Sebagai contoh, substitusi gugus iso-propil dengan gugus n-propil pada R2 menurunkan laju dekomposisi lima kali lebih rendah (Yoshioka, 2002). Serangan terhadap gugus ester juga dipengaruhi oleh adanya muatan pada atom C tetangga. Laju hidrolisis dari semua jenis ester yang berikatan dengan poli (butilen tartrat) tidaklah sama. Ikatan ester yang berdekatan dengan muatan negatif kurang reaktif untuk menyebabkan serangn ion hidroksida daripada gugus ester yang berjauhan dengan muatan negatif karboksilat (Yoshioka, 2002). b. Hidrolisis Amida Ikatan amida merupakan ikatan yang umum ditemukan dalam molekul obat. Ikatan amida kurang rentan mengalami hidrolisis dibanding ikatan ester karena karbon karbonil pada amida kurang elektrofilik (ikatan karbon dengan nitrogen dianggap sebagai ikatan ganda) dan gugus amin sebagai leaving group, merupakan leaving group lemah. Obat-obatan seperti paracetamol, kloramfenikol, linkomisin, indometacin, dan sulfacetamida semuanya dikenal menghasilkan amina dan asam melalui reaksi hidrolisis (Yoshioka, 2002).
Gambar 2. Hidrolisis sennyawa golongan amida
4
c. Hidrolisis β-Laktam Antibiotik golongan laktam seperti penisilin dan sefalosporin, yang merupakan amida siklis atau laktam, mengalami pemecahan cincin siklik karena reaksi hidrolisis(Yoshioka, 2002).
Gambar 3. Hidrolisis pada cincin β-Laktam Antibiotik β-Laktam termasuk penisilin dan safalosporin, mengalami reaksi hidrolisis yang cepat dibanding senyawa amida lainnya. Hal ini paling banyak disebabkan faktor elektronik, konformasi rantai cincin (cincin 4 inti bergabung dengan cincin 5/6 inti), dan karakter ikatan ganda yang lebih rendah diantara karbon pada karbonil dengannitrogen amida (Yoshioka, 2002). Pemecahan cincin β-Laktam merupakan reaksi hidrolisis dengan katalis basa oleh air. Kemungkinan melibatkan reaksi elektrofilik pada gugus karbonil dan nukleofilik pada atom nitrogen pada cincin β-Laktam (Servais, 2001). Turunan asam karboksilat seperti amida diketahui rentan terhadap serangan bahan-bahan nukleofilik. Nukleofilik dan basa dapat bertindak sebagai salah satu katalis pemindahan hasil pada pecahnya cincin β-Laktam (Connor, 1992). 3. Faktor-Faktor yang Memperngaruhi Hidrolisis Kecepatan reaksi hidrolisis dipengaruhi oleh faktor intrinsik seperti struktur molekuler, dan faktor lingkungan meliputi suhu (apabila suhu naik 10oC maka hidrolisis naik dua kali lipat), pH larutan (H+ dan OH- bersifat mengkatalis atau mempercepat putus rantai. pH kestabilan suatu obat adalah pada titik minimum saat log K minimum), jenis buffer, kekuatan ionik, cahaya, oksigen, kelembaban dan bahan tambahan (Yoshioka, 2002). 4. Cara Mencegah Hidrolisis a. Mengetahui pH dimana stabilitas maksimumnya b. Penggunaan larutan dapar pada konstanta seminimal mungkin c. Penyimpanan dilakukan pada temperatur kamar d. Menggunakan pelarut bahan air (Yoshioka, 2002).
5
5. Solusi Hidrolisis a. Formulasi obat pada pH stabilitas optimum b. Penambahan pelarut non air c. Mengontrol kadar air d. Obat dibuat dalam bentuk sediaan solid (padat) (Yoshioka, 2002). B. MEKANISME REAKSI HIDROLISIS Reaksi Hidrolisis terjadi ketika suatu asam bertemu dengan basa yang akan menghasilkan garam dan air yang merubah pH dari campuran tersebut. Dalam reaksi hidrolisis, terjadi penarikan H+ dan OH- dari senyawa asam dan basa. H+ dan OH- berikatan menjadi air. Sedangkan pembentuk senyawa asam dan basa yang lain bersatu membentuk dari garam campuran asam basa tersebut. Garam tersebut dapat bersifat asam atau basa atau netral tergantung dari sifat-sifat para campurannya apakan asam kuat, asam lemah, basa kuat, basa lemah (Prayoga, 2009). Contohnya ketengikan disebabkan oleh adanya perubahan yang terjadi dari reaksi dengan oksigen di udara sehingga disebut ketengikan oksidatif. Off flavour dihasilkan oleh reaksi hidrolisis yang dikatalis oleh enzim sehingga disebut ketengikan hidrolisis. Reaksi hidrolisis dan efek absorpsi dapat dikurangi dengan penyimpanan dingin, transportasi yang baik, pengemasan yang hati-hati dan sterilisasi sementara ketengikan oksidatif tidak dapat dikurangi dengan merendahkan temperatur ruang penyimpanan (Prayoga, 2009). Pada reaksi hidrolisis akan dihasilkan gliserida dan asam lemak bebas dengan rantai pendek (C4 - C12). Akibat yang ditimbulkan dari reaksi ini adalah terjadinya perubahan bau dan rasa dari minyak atau lemak, yaitu timbulnya rasa tengik. Ketengikan hirdrolisis disebabkan oleh hidrolisis trigliserida, adanya uap air dan pembebasan asam lemak bebas. Dalam reaksi hidrolisis, lemak dan minyak akan diubah menjadi asam-asam lemak bebas dan gliserol. Reaksi hidrolisis mengakibatkan kerusakan lemak dan minyak. Ini terjadi karena terdapat terdapat sejumlah air dalam lemak dan minyak tersebut (Djatmiko dan Pandjiwidjaja, 1984). Kerusakan lemak yang utama adalah timbulnya bau dan rasa tengik yang disebut proses ketengikan. Hal ini disebabkan oleh proses otooksidasi radikal asam lemak tidak jenuh dalam minyak. Otooksidasi dimulai dengan pembentukan faktor-faktor yang dapat mempercepat reaksi seperti cahaya, panas, peroksida lemak atau hidroperoksida, logam-logam berat, dan enzimenzim lipoksidase (Prayoga, 2009).
6
C. CONTOH OBAT YANG MENGALAMI HIDROLISIS 1. Penisilin Antibiotika Penisilin (dan untuk ini sefalosporin) merupakan amida siklik yang mudah terhidrolisis. Ikatan amida yang normal lebih resisten terhadap hidrolisis dibandingkan dengan ester. Tetapi pada penisilin, amida tersiklisasi menjadi cincin β-Laktam dengan empat anggota. Sudut ikatan pada cincin ini mendekati 90o, berlawanan dengan amida rantai terbuka yang sudut ikatannya adalah 120o (karbon hibrid sp2). Sudut ikatan yang tidak lazim pada cincin β-Laktam ini menunjukkan cincin tersebut sangat mudah dibuka oleh nukleofil, terutama air (Cairns, 2004). Efek penisilin dibentuk oleh geometri sistem cincin bisiklik terpadu. Cincin β-Laktam dan tiazolidin penisilin tidak berada pada bidang yang sama (sesungguhnya, kedua cincin ini hampir tegak lurus satu sama lain), sehingga mencegah efek resonansi pada amida siklik, yang menyebabkan atom karbon karbonil jauh lebih δ+ dari yang diperkirakan, sehingga lebih besar kemungkinan mengalami serangan nukleofilik. Struktur penisilin (ampisilin) dan hasil dekomposisinya, asam penisiloat Cairns, 2004).
Penisilin asam penisiloat Gambar 4. Struktur penisilin dan asam penisiloat. Antibiotik penisilin dan sefaloporin tidak cukup stabil untuk disediakan dalam bentuk terlarut di dalam larutan berair. Kedua antibiotika tersebut tersedia dalam bentuk serbuk kering, yang direkonstitusi sesaat sebelum disalurkan oleh farmasis. Larutan (suspensi) yang disalurkan harus disimpan didalam lemari es dan dibuang setelah 7 hari. Produk cincin terbuka (asam penisiloat) tidak aktif sebagai antibiotika (Cairns, 2004). 2. Kloramfenikol Kloramfenikol mempunyai rumus kimia yang cukup sederhana yaitu 1-(pnitrofenil)-2-dikloroasetamido-1,3-propandiol.
Gambar 5. Struktur kimia kloramfenikol Antibiotik ini bersifat unik diantara senyawa alam karena adanya
7
gugus nitrobenzen dan antibiotik ini merupakan turunan asam dikloroasetat. Bentuk yang aktif secara biologis yaitu bentuk levonya. Zat ini larut sedikit dalam air (1:400) dan relatif stabil. Kloramfenikol diinaktivasi oleh enzim yang ada dalam bakteri tertentu. Disini terjadi reduksi gugus nitro dan hidrolisis ikatan amida; juga terjadi asetilasi (Cairns, 2004). Berbagai turunan kloramfenikol berhasil disintesis akan tetapi tidak ada senyawa yang khasiatnya melampaui khasiat kloramfenikol. Kloramfenikol adalah salah satu antibiotik yang secara kimiawi diketahui paling stabil dalam segala pemakaian. Kloramfenikol memiliki stabilitas yang sangat baik pada suhu kamar dan kisaran pH 2 sampai 7, stabilitas o maksimumnya dicapai pada pH 6. Pada suhu 25 C dan pH 6, memiliki waktu paruh hampir 3 tahun. Yang menjadi penyebab utama terjadinya degradasi kloramfenikol dalam media air adalah pemecahan hidrolitik pada lingkaran amida. Laju reaksinya berlangsung di bawah orde pertama dan tidak tergantung pada kekuatan ionik media (Connors, 1992). Berlangsungnya hidrolisis kloramfenikol terkatalisis asam umum atau basa umum, tetapi pada kisaran pH 2 sampai 7, laju reaksinya tidak tergantung pH. Spesies pengkatalisasi adalah asam umum atau basa umum yang terdapat pada larutan dapar yang digunakan; khususnya pada ion monohidrogen fosfat, asam asetat tidak terdisosiasi, serta ion asam monohidrogen dan dihidrogen sitrat dapat mengkatalisis proses degradasi. Di bawah pH 2, hidrolisis terkatalisis ion hidrogen spesifik memegang peranan besar pada terjadinya degradasi kloramfenikol. Obat ini sangat tidak stabil dalam suasana basa, dan reaksinya terlihat terkatalisis baik asam maupun basa spesifik (Connors, 1992). Jalur utama degradasi kloramfenikol adalah hidrolisis ikatan amida, membentuk amida yang sesuai dan asam dikloroasetat (Connors, 1992).
Gambar 6. Jalur utama degradasi kloramfenikol Degradasi kloramfenikol lewat dehalogenasi tidak menjadi bagian yang berperan dalam gambaran degradasi total, setidaknya di bawah pH 7. (Connors, 1992). Laju degradasi tergantung secara linier pada konsentrasi dapar, spesies dapar beraksi sebagai asam umum dan basa umum. Laju hidrolisis kloramfenikol tidak tergantung kekuatan ionik, dan tidak terpengaruh oleh konsentrasi ion dihidrogen fosfat, dengan demikian
8
aktivitas katalisisnya dianggap berasal dari aksi ion monohidrogen fosfat sebagai katalisis basa umum. (Connors, 1992). 3. Aspirin Aspirin merupakan senyawa ester fenil yang tersubstitusi. Sebagaimana bentuk ester aromatik pada umumnya. Aspirin mempunyai gugus rawan yang sangat peka, dengan kata lain, aspirin relatif tidak stabil terhadap pengaruh hidrolisis dan proses pemindahan hasil yang lain, profil laju pH nya terkesan sebagai reaksi hidrolisis terhatifis asam spesifik dan basa spesifik. Ditambah bentuk kurva yang sigmoid sebagai hasil dari hidrolisis antar aspirin (Gisvold, wilson 1982). Aspirin merupakan senyawa bersifat asam yang dapat disintetis dari asam salisilat yang diisolasikan dengan asetil klorida atau anhidrida asam asetat yang persamaan reaksi kimianya (Gisvold, wilson 1982). O
OH
O
C
CH3 +
COOH
O
C O
CH3
C
C
CH3
H2SO4
O
+ CH3COOH COOH
Gambar 7. Reaksi kimia aspirin 4. Ceftazidime Ceftazidime merupakan turunan sefalosporin generasi ketiga. Ceftazidime memiliki spektrum aktivitas yang luas, dan peningkatan aktivitas terhadap Pseudomonas aeruginosa. Obat ini biasanya digunakan untuk pengobatan infeksi saluran empedu, tulang dan persendian, cystic fibrosis (infeksi saluran pernafasan), endophthalmitis, infeksi saluran nafas akut, melioidosis, meningitis, peritonitis, pneumonia, dan infeksi saluran kemih. Namun seperti turunan sefalosporin lainnya, ceftazidime relatif tidak stabil dalam media air. Gugus β-laktam tidak stabil dalam air karena rentan terhidrolisis baik dengan katalis asam ataupun basa (Servais, 2001).
Gambar 8. Struktur molekul ceftazidime
9
Gambar 9. Stabilitas ceftazidime dengan variasi suhu. (A) pengaruh waktu inkubasi (larutan 12 %). (B) pengaruh kadar obat dalam larutan (24 h). (C) pengaruh pH (larutan 12 %, inkubasi 24 h).
Hasil penelitian Servais (2001), (Gambar 9) menunjukkan semakin tinggi suhu semakin cepat pula sediaan terdegradasi (A). Batas suhu larutan pada infusi kontinyu ceftazidime menurut Baririan (2003) dan Servais (2001) berturut-turut tidak boleh lebih dari 29,1oC dan 25oC. Dengan meningkatnya suhu, maka akan meningkatkan jumlah tumbukan molekul obat. Jumlah tumbukan per satuan waktu akan sebanding dengan laju reaksi hidrolisis obat (Connors, 1992). Suhu yang lebih tinggi menyebabkan kadar obat di bawah 90 %. Sesuai dengan batas yang ditetapkan USP, sediaan intravena yang dapat diterima secara klinis harus mengandung ≥ 90 % dari komponen yang tercantum. Sehingga penting pada pemberiaan ini untuk menjaga suhu ruang tetap sejuk atau jika menggunakan pompa bermotor pasien hendaknya menghindari aktivitas berlebih di ruang terbuka terutama pada saat musim panas. Kecepatan hidrolisis ceftazidime pada larutan dengan pH yang berbedamenunjukkan laju reaksi semakin menigkat seiring peningkatan pH. Menurut Servais (2001) pH dari larutan tidak boleh lebih dari 10, pada pH tersebut terjadi degradasi dengan sangat cepat (Gambar 9 C). Akumulasi dari produk alkali hasil degradasi kemungkinan menyebabkan peningkatan pH sehingga meningkatkan laju hidrolisis (AlOmari,dkk, 2000). Ceftazidime relatif stabil pada pH yang sedikit asam. Perubahan dari pH mungkin menyebabkan perubahan pada konformasi struktural yang memicu terbentuknya rintangan sterik pada daerah yang reaktif sehingga laju reaksi relatif tidak terjadi peningkatan. Meskipun ada penelitian yang mengatakan sediaan infusi ceftazidime mampu bertahan hingga 2 hari pada suhu 30oC p ada pH 4-6,5. Namun kondisi itu tidak bisa ditemukan dalam aplikasi klinis. Kondisi perobaan kemungkinan menggunakan larutan yang lebih encer tidak seperti komdisi klinis yang memerlukan konsentrasi tinggi agar kadar obat selalu diatas MIC. Selain itu sediaan dilarutkan dalam media dengan buffer, kondisi ini tidak umum ditemukan di rumah sakit dan
10
pecobaan yang dilakukan tidak dengan khusus menyesuaikan dengan kondisi yang sebenarnya di rumah sakit (Al-Omari,dkk, 2000). Besarnya kadar ceftazidime pada larutan juga mempengaruhi laju reaksi hidrolisis. Seperti dijelaskan di awal kecepatan reaksi hidrolisis dipengaruhi oleh faktor intrinsik seperti struktur molekuler. Menurut Baririan (2003) secara intrinsik, β-laktam tidak stabil dalam air karena rentan terhidrolisis baik dengan katalisis asam ataupun basa. Ketidakstabilan ini juga kemungkinan meningkat seiring meningkatnya kadar obat dalam larutan. Hal ini dikarenakan terjadinya tumbukan intra dan intermolekuler. Semakin banyak molekul dalam larutan semakin besar pula kemungkinan terjadinya tumbukan yang akan meningkatkan laju degradasi (Servais, 2001). Hasil penelitian Favetta (2001) terhadap stabilitas ceftazidime pada dua media infus berbeda yaitu dekstrosa 5% dan NaCl 0,9% menunjukkan, rata-rata sediaan ceftazidime lebih stabil dalam media NaCl 0,9%. Hal ini kemungkinan disebabkan konsentrasi media dekstrosa yang lebih tinggi. Kadar yang tinggi menyebabkan resiko terjadinya tumbukan intermolekuler lebih besar. Sehingga laju degradasi lebih cepat (Servais, 2001). Hasil identifikasi dengan spektroskopi massa yang dilakukan oleh Servais (2001) menunjukkan adanya 2 produk hasil degradasi ceftazidime, yaitu [(2-amino-4-thiazolyl) (1-carboxy-1-methylethoxy) imino] acetylethanal dan pyridine. Ini mengindikasi adanya dua jalur degradasi (Gambar 10). Reaksi ini akibat pemecahan rantai atom C3 dan pemecahan cincin βlaktam (Shaikh and Ali, 1996). Sebagian besar dipengaruhi oleh suhu dan sebagian lainnya oleh pemecahan cincin β-laktam. Ciftazidime memiliki gugus piridinium pada rantai C3 yang merupakan gugus kationik, sifat umum dari gugus ini sangat rentan terhadap instabilitas dan telah diketahui mampu melepaskan piridin akibat degradasi secara kimiawi. Piridin merupakan senyawa dengan toksisitas moderat, namun juga bisa berakibat fatal. Keracunan kronisnya dapat menyebabkan diare, anoreksia, dan kelelahan. Selain itu piridin juga diketahui bisa menyebabkan depresi kejiwaan (Viaene, 2002). Sesuai dengan USP, kadar piridin dalam larutan ceftazidime untuk infusi intravena tidak boleh melebihi 1,1 mg/ml. hasil pengujian dari Viaene (2002) menunjukkan larutan ceftazidime pada suhu 37oC melepaskan lebih dari yang disyaratkan USP setelah 8 jam. Pada suhu 25oC, piridin yang dilepaskan melebihi batas pada kisaran 16-24 jam tergantung konsentrasi dari larutan, semakin tinggi kadar ceftazidime dalam larutan semakin cepat pula piridin yang dilepaskan. Hasil penelitian Servais (2001) degradasi 10%
11
ceftazidime pada larutan 5,8% selama 24 jam, hanya membebaskan 0,5 mg/ml piridin. Hal ini mengindikasikan pelepasan piridin tergantung pada tiga hal yaitu suhu, waktu dan konsentrasi. Pemecahan β-laktam dianggap berbahaya karena menghasilkan asam penisilat yang reaktif dengan albumin menghasilkan hapten, alergen yang poten (Shaikh and Ali, 1996).
Gambar 10. Jalur degradasi ceftazidime ditentukan dengan HPLC-MS 5. Diazepam
Gambar 11. Struktur Kimia Diazepam Diazepam merupakan obat golongan benzodiazepin yang digunakan untuk mengatasi gejala kecemasan berupa rasa takut, gelisah, cemas yang mungkin timbul dari penyebab yang tidak diketahui. Diazepam merupakan ansiolitik yang paling banyak digunakan. Obat ini telah menggantikan
12
barbiturat dalam pengobatan ansietas karena diazepam lebih efektif dan aman. Namun semakin luasnya pemakaian obat ini justru dapat menimbulkan terjadinya penyalahgunaan obat. Diazepam juga bisa menyebabkan ketergantungan psikologik dan fisik jika diberikan dengan dosis tinggi dan dalam jangka panjang, namun penghentian mendadak pemakaian obat ini dapat menimbulkan gejala putus obat (Hoffmann, 2008). Dalam larutan air, diazepam mengalami hidrolisis melalui pembukaan cincin antara membentuk 2-metil-amino-5-klorobenzofenon dan glisin.
II I
III
IV
Struktur antara sebagaimana diusulkan oleh Han dkk dihasilkan dari pemecahan ikatan 4,5-azometin dari diazepam, di dukung oleh Nakano dkk menggunakan contoh bahan (II) [2-glisil-(metal)-amino-5klorobenzofenon]. Reaksi ini bersifat bolak balik dan tergantung pH. Pada
13
pH dibawah pKa, kinetika degradasi diazepam berlangsung bifasik; pada harga pH lebih tinggi, resiklisasi II terjadi cepat dan kinetika degradasinya berkarakter monofase (Hoffmann, 2008). Degradasi dari sejumlah turunan benzodiazepine, termasuk diazepam, dalam formulasi injeksi, system pelarut C dalam tabel 1, telah dipelajari oleh Carstensen dkk karena benzofenon merupakan produk dekomposisi yang utama, sejumlah kecil turunan karboisitril dan turunan akridon juga teramati pada suhu tinggi; laju pembentukan senyawa-senyawa ini pada suhu kamar adalah 1/10 sampai 1/100 kalinya benzofenon. Diazepam memiliki substituent gugs metil pada posisi-1 dan karenanya menjadi lebih stabil disbanding berbagai 1,4-benzodiazepin yang lain (Hoffmann, 2008). Tablet diazepam relative stabil; dengan kandungan lembab tablet di atas 5%, dekomposisi baru diketahui setelah disimpan pada suhu 80C selama 53 hari. Penyimpanan suppositoria diazepam bebas air selama 12 minggu pada suhu 35C menghasilkan dekomposisi sebesar 1,30% (10). Hilangnya diazepam dari larutan melalui penyerapan komponen bahan penolong dan wadah yang digunakan pada pemberian parenteral telah dilaporkan oleh sejumlah peneliti (11-14) (Hoffmann, 2008). Profil laju pH hidrolisis diazepam pada suhu 80˚C diberikan pada gambar dibawah ini.
Gambar 12. Profil Laju- pH pada hidrolisis suhu 80˚C = 1
14
Kedua langkah reaksi diperlihatkan. Untuk langkah reaksi pertama (ditandai k1), ketidak- berlangsungan reaksi yang teramati pada harga ph di atas pKa dikarenakan terjadinya resiklisasi senyawa II sangat mudah menjadi bentuk basa. Data laju – ph cocok dengan persamaan k= kH2O fHS dengan kH2O = 1,5 x 10-3 det-1. Data laju – ph untuk langkah reaksi kedua (diberi label k2), dan untuk langkah reaksi tunggal pada harga ph lebih tinggi, cocok dengan persamaan k = kH [H+]fHS + kH’ [H+]fs + kOH [OH-]fs, dengan harga kH = 7,5 x 10-5 M-1 detik-1, kH’ = 1,8 x 10-3 M-1 detik-1, dan kOH = 1,3 X 10-3 M-1 detik-1. Tetapan laju orde pertama yang teramati ( untuk hidrolisis diazepam pada suhu 80˚C) dilaporkan lebih kecil dari 1,7 x 10-7 detik-1 pada kisaran pH 4,0 sampai 7,9 sesuai dengan waktu paro di atas 47 hari. Mayer dkk. melaporkan stabilitas maksimum diazepam dalam larutan air kira – kira pada pH 5 (Harkness, 1989). Energi aktivasi dikesan untuk hidrolisis diazepam dalam larutan air dan berbagai sistem campuran pelarut diberikan dalam Tabel 1. Plot Arrhenius (untuk hidrolisis diazepam dalam larutan air di bawah kondisi asam dan basa) diperhatikan dalam gambar 13. Data laju untuk pH asam untuk langkah reaksi yang lebih cepat diberi tanda k1 pada gambar 14.
Gambar 13. Profil laju pH hidrolisis diazepam pada suhu 800C = 1,0
15
Gambar 14. Plot Arrhenius hidrolisis diazepam pada pH 0,93 . Tanda panah berdiri menunjukkan titik suhu kamar Diekstrapolasikan ke suhu kamar, tetapan laju hidrolisis diazepam adalah k = 1,41 x 10-5 detik-1 pada pH= 0,93 dan k = 2,95 x 10-8 detik-1 pada pH 10,18 sesuai dengan t1/2 masing-masing 0,57 dan 272 hari. Plot arrhenius hidrolisis diazepam dalam sistem campuran pelarut C (Tabel 1) yang mirip dengan komposisi formulasi parenteral diazepam yang dipasarkan diberikan dalam Gambar 15. Diekstrapolasikan ke suhu kamar, tetapan lajunya k = 5,55 x 10-11 detik-1 (Harkness, 1989). Tabel 1. Energi aktivasi dikesan untuk degradasi diazepam Sistem
Komposisi Pelarut
pH
Ea (kkal/mol) Pustaka
Larutan air didapar
0,93
18,4a
Pelarut A
3
22,7b B
C
Polietilen glikol 400C
10,18
17,2
Etanol
6,95
19,8
Air
6,17
18,4
Propilen glikol 40% Etanol Benzil alkohol Air secukupnya (q.s)
-
d
22,7
4
7
16
D
Polietilen glikol 200
-
d
23,3e
8
40% Etanol 10% Benzil alkohol 1,5% Asam benzoat 0,2% Natrium benzoat 9,8% Air secukupnya (q.s) Keterangan : a : untuk persamaan (2) b : untuk persamaan (4) c : persen komposisi tidak diberikan d : tidak diberikan e : dihitung dari data yang diberikan dalam pustaka
Gambar 15. Plot arrhenius untuk degradasi diazepam dalam sistem pelarut yang terdiri atas propilen glikol 40% , etanol 10%, benzil alkohol 1,5%, dan air secukupnya. Tanda panah menunjukkan titik suhu kamar. Waktu paruh diazepam 20 – 100 jam. ( untuk metabolit aktif, yaitu antara 36 – 200 jam ).
17
Telah disebutkan sebelumnya bahwa diazepam dapat mengalami degradasi melalui reaksi hidrolisis. Jika terhidrolisis, diazepam akan menghasilkan benzofenon sebagai produk utama. Sehingga untuk mengatasi atau menghindari degradasi dari diazepam oleh hidrolisis dapat dilakukan dengan cara, antara lain : 1) jika diazepam dalam bentuk sediaan padat, kelembaban dari sediaan dibatasi dan diminimalkan sehingga kemungkinan adanya reaksi hidrolisis yang dipicu oleh air dapat diminimalisir; seperti menghindari metode granulasi basah, penyalutan tablet, menghindari pemakaian eksipien yang bersifat menyerap air (Hoffmann, 2008). 2) jika diazepam dalam bentuk larutan, pH larutan dijaga pada pH dimana diazepam stabil yakni sekitar pH 5. Penjagaan pH tersebut dapat dilakukan dengan pemakaian larutan dapar yang sesuai sehingga dapat mempertahankan pH optimal sediaan (Hoffmann, 2008). 6. Enalapril Maleat, Quinapril Maleat, dan Senyawa Golongan Benzimidazole Obat-obat golongan ACE inhibitor dapat digunakan sebagai monoterapi pada hipertensi esensial dan hipertensi renovaskuler, adapun contoh dari obat-obatan tipe ini adalah enalapril maleat dan quinapril (Tjay dan Kirana, 2007). Enalapril maleat, ‘12angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibitor adalah 1-{N-[(s)-1-carboxyl-3-phenyl-propyl]-L-alanyl-}-lproline1-ethil ester (Al-Omari, 2000). Adapun struktur kimia dari enalapril maleat adalah sebagai berikut :
Gambar 16. Struktur Kimia Enalapril Maleat. Quinapril hidroklorida termasuk dalam kelas dipeptide angiotensin convering enzyme inhibitor (ACE). Seperti ACE inhibitor yang lainnya, quinapril hidroklorida dalam bentuk farmasinya juga bersifat tidak stabil, terutama terhadap kelembaban dan suhu. Berdasarkan struktur kimia dari quinapril hidroklorida :
Gambar 17. Struktur Kimia Quinapril Hidroklorida
18
Obat-obatan yang paling sering digunakan dalam kasus cacingan termasuk kedalam golongan benzimidazol, dimana contoh yang paling terkenal didunia adalah Albendazol (ALB), Febendazol (FEN), dan Mebendazol (MEB). Obat golongan benzimidazol menghambat uptake glukosa secara irreversible sehingga menyebabkan kehabisan glikogen pada parasit (Ragno, 2006).
Gambar 18. Struktur Kimia Albendazol (ALB)
Gambar 19. Struktur Febendazol (FEN)
Gambar 20. Struktur Mebendazol (MEB) Al-Omari (2000) melakukan uji stabilitas enalapril maleat dalam eksipien yang berbeda yaitu eksipien yang bersifat asam (asam palmitat trigliserida) dan eksipien yang bersifat basa (sodium bikarbonat) terhadap pengaruh pH dan kelembaban. Enalapril maleat dalam bentuk tunggal atau dengan adanya asam palmitat trigliserida bentuk degradan yang utama adalah 21% diketopiperazin sedangkan bentuk lainnya 2,6% enalaprilat melalui reaksi dehidrasi dan dilanjutkan dengan intramolekul siklisasi. Kemungkinan degradasi yang terjadi disebabkan oleh interaksi antara zat aktif (enalapril maleat) dengan eksipiennya. Sedangkan enalapril maleat dalam eksipien basa (sodium bikarbonat) menghasilkan degradan utama enalaprilat (14,9%) dan diketopiperazin dalam konsentrasi yang lebih kecil (0,1%) melalui reaksi hidrolisis. Dimana reaksi hidrolisis ini terjadi pada gugus ester yang terdapat dalam enalapril maleat menjadi gugus asam karboksilat (enalaprilat) kemungkinan disebabkan serangan nukleofilik katalis basa. Dalam reaksi ini, yang menjadi ujung tombak adalah ion hidroksida (OH). Gugus asli terpolarisasi karena oksigen terhadap karbon relatif bersifat elektronegatif. Maka disini sebagai langkah pertama dari
19
reaksi, nukleofil OH akan menyerang gugus asli atom karbon (Connors, 1992). Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Gambar 21. Reaksi hidrolisis enalapril maleat pada suasana basa (eksipien basa) Sementara itu Stainsz (2006) juga melakukan uji stabilitas yang hampir sama terhadap quinapril hidroklorida terhadap eksipien dengan sifat yang berbeda (eksipien dengan sifat asam dan basa) dibawah kondisi yang sama (pH dan kelembaban). Pada penelitian ini terjadi reaksi siklisasi dari quinapril hidroklorida pada eksipien yang bersifat asam menjadi diketopiperazin. Sementara itu pada eksipien yang bersifat basa, terjadi reaksi hidrolisis quinapril hidroklorida menjadi quinaprilat. Dimana reaksi hidroisis ini juga terjadi pada gugus ester quinapril hidroklorida akibat serangan nukleofilik katalis basa menjadi asam karboksilat pada quinaprilat. Dalam reaksi ini, yang menjadi ujung tombak adalah ion hidroksida (OH-). Gugus asil terpolarisasi karena oksigen terhadap karbon relatif bersifat elektronegatif. Maka disini sebagai langkah pertama dari reaksi nukleofil OH- akan menyerang gugus asil atom karbon (Connors, 1992). Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Gambar 22. Reaksi Hidrolisis Quinapril Hidroklorida pada suasana basa (eksipien basa)
20
Ragno (2006) melakukan uji stabilitas terhadap tiga macam obat cacingan yang berasal dari golongan benzimidazol yaitu Albendazol (ALB), Febendazol (FEN), Mebendazol (MEB) dengan katalis cahaya dan suhu yang ekstrim, dimana ketiga sampel ini dilarutkan terlebih dahulu dalam pelarut etanol. Didapatkan hasil bahwa sampel dalam etanol mengalami hidrolisis terhadap pengaruh cahaya saja (photodegradation) dan tidak mengalami hidrolisis terhadap pengaruh suhu (thermaldegradation). Diduga bahwa hidrolisis yang terjadi akibat adanya pengaruh air dalam pelarut etanol dengan cahaya sebagai katalis. Adapun tahapan reaksi yang terjadi yaitu pertama-tama senyawa induk (sampel) mengalami reaksi demetilasi pada gugus esternya kemudian dilanjutkan dengan terjadinya reaksi dekarboksilasi (Connors, 1992). Tahapan reaksinya dapat dilihat pada gambar :
Gambar 8. Reaksi Hidrolisis (Demetilasi dan Dekarboksilasi) Albendazol (ALB), Febendazol (FEN), Mebendazol (MEB) dengan katalis cahaya
21
KESIMPULAN
1. Hidrolisis merupakan salah satu penyebab terjadinya degradasi, sebab didalam sediaan farmasi, air seringkali digunakan sebagai pelarut dan beberapa obat yang mengandung gugus ester ataupun amida dalam air. Reaksi hidrolisis dapat dibuat dengn memodifikasi bentuk sediaan misalnya suspensi kering. 2. Gugus fungsi yang mudah mengalami hidrolisis adalah ester, amida, dan laktam. 3. Reaksi hidrolisis dipengaruhi oleh struktur molekuler, dan faktor lingkungan meliputi suhu, pH larutan, jenis buffer, kekuatan ionik, cahaya, oksigen, kelembaban dan bahan tambahan. 4. Cara mencegah hidrolisis antara lain mengetahui pH dimana stabilitas maksimumnya, penggunaan larutan dapar pada konstanta seminimal mungkin, penyimpanan dilakukan pada temperatur kamar, menggunakan pelarut bahan air. 5. Solusi hidrolisis antara lain formulasi obat pada pH stabilitas optimum, penambahan pelarut non air, mengontrol kadar air, obat dibuat dalam bentuk sediaan solid (padat). 6. Contoh obat yang mengalami hidrolisis yaitu penisilin, kloramfenikol, aspirin, ceftadizime, diazepam, enalapril maleat, quinapril maleat, dan senyawa golongan benzimidazole.
22
DAFTAR PUSAKA
Al- Omari, M.M., M.K Abdelah, A.A. Badwan, and A.M.Y. Jaber. 2000. Effect of the drug matrix on the stability of enalapril maleate in tablet formulations. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 25 (2001) 893-902. Cairns, Donald, 2004, Intisari Kimia Farmasi, EGC, Jakarta. Connors, K.A, 1992, Stabilitas Kimiawi Sediaan Farmasi, jilid 1, Penterjemah: Drs. Didik Gunawan, IKIP Press, Semarang. Djatmiko, B dan A. Pandjiwidjaja, 1984, Tehnologi Minyak dan Lemak I, IPB, Bogor. Gisvold, Wilson, 1982, Kimia Farmasi dan Medicine Organik Edisi VIII Bagian II, Semarang Press, Semarang. Harkness, Richard, 1989, Interaksi Obat, Bandung, ITB Press. Hoffmann-La Roche, 2008, Product Monograph Valium (Diazepam), Meadowpine Boulevard, Mississauga, Ontario. Prayoga, K.J, 2009, Stabilitas Obat, Universitas Udayana, Bali. Ragno G.A, dkk, 2006, Photo-and Thermal –Stability Studies on Benzimidazol Anthelmintics by HPLC and GCMS, Chem. Pharm, Bull, 54(6) 802-806. Servais, H and Paul M. Tulkens, 2001, Stability and Compatibility of Ceftadizim e administered by Continous Infusion to Intensive care Patient. America n Society for Microbiology, Antimicrobial Agents And Chemotherapy, p.26 43-2647 Vol. 45, No.9. Shaikh, R.H, and Ali A.S 1996. Stability Of Pharmaceutical Formulations, Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences Vol.9(2), July 1996, pp.83-86. Yoshioka S and VJ Stella, 2002, Stability of Drugs and Dossage Form, New York, Boston, Dordecht, Lond on, Moscow : kluwer Academic Publisher.
