## Studi komputasi terhadap struktur, sifat antioksidan, toksisitas dan skor obat dari scopoletin dan turunannya
Annisa Wulandari*, Afrizal, Emriadi, Imelda, Mai Efdi Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Univerrsitas Andalas e-mail: * dwary@gmail.com
Diterima: 3 April 2020/ Disetujui: 28 Mei 2020/ Dipublikasi online: 31 Mei 2020 DOI: https://doi.org/10.22437/chp.v5i1.9023

## ABSTRAK
Studi komputasi pada struktur, sifat antioksidan dari scopoletin dan turunannya telah  dipelajari  melalui  analisis  DFT/B3LYP/6-31G  dalam  fase  gas.  Analisis toksisitas  dengan  OSIRIS  Property  Explorer  online  telah  menunjukkan  bahwa scopoletin  dan  turunannya  tidak  bersifat  mutagenik,  tidak  menyebabkan  tumor dan  iritasi,  akan  tetapi  beberapa  diantaranya  memiliki  resiko  tinggi  terhadap sistem reproduksi. Scopoletin dan turunannya memiliki skor obat berkisar antara 0,270  -  0,503  yang  menunjukkan  bahwa  senyawa  tersebut  memiliki  kemiripan obat  yang  sebanding  dengan  obat  yang  ada.  Sifat  antioksidan  scopoletin  dan turunannya dapat dijelaskan dengan baik oleh mekanisme transfer atom hidrogen (TAH)  dengan  nilai  BDE  berkisar  antara  69,986  -  90,510  Kkal/mol  dalam  fase gas.  Nilai  BDE  sangat  dipengaruhi  oleh  sifat  substituen  dan  ditemukan  bahwa substituen pendorong elektron menurunkan nilai BDE. Nilai BDE menurun dengan urutan  dari  senyawa  9>6>7>8>  scopoletin  >1>10>3>5>4>2  dalam  fase  gas, sehingga urutan kemampuan mendonasikan atom hidrogen adalah 2>4>5>3>10>1> scopoletin >8>7>6 >9. Nilai ΔBDE dari scopoletin dan turunannya pada fase gas berkisar dari  -16,064  hingga 4,460 Kkal/mol. Nilai BDE fase gas yang dihitung secara signifikan lebih rendah daripada nilai SET-PT dan PA pada fase  gas.  Hasil  ini  lebih  lanjut  menunjukkan  bahwa  TAH  secara  termodinamika lebih disukai daripada SET-PT, PA dan ETE dalam fase gas.
Kata kunci: antioksidan, kimia komputasi, scopoletin, skor obat, toksisitas

## ABSTRACT
Computational studies on the structure, antioxidant properties of scopoletin and its derivatives  have  been  studied  through  DFT/B3LYP/6-31G  analysis  in  the  gas phase.  Toxicity  analysis  with  OSIRIS  Property  Explorer  online  has  shown scopoletin  and  its  derivatives  are  not  mutagenic,  does  not  cause  tumors  and irritation,  but  some  have  high  risk  to  reproductive  system.  Scopoletin  and  its derivatives have drug scores ranging from 0.270 to 0.503 which indicate that these compounds have similar drug properties to those of existing drugs. The antioxidant properties  of  scopoletin  and  its  derivatives  can  be  well  explained  by  the mechanism of hydrogen atom transfer (HAT) with BDE values ranging from 69.986 - 90.510 Kcal / mol in the gas phase. The value of BDE is strongly influenced by the  nature  of  the  substituents  and  it  was  found  that  the  electron-driving substituents  decrease  the  value  of  BDE.  BDE  values  decrease  with  the  order  of compound 9>6>7>8> scopoletin >1>10>3>5>4>2 in the gas phase, so the sequence of the  ability  to donate hydrogen atoms is 2>4>5>3>10>1> scopoletin >8>7>6>9. The ΔBDE value of the scopoletin and its derivatives in the gas phase ranges from - 16,064  to  4,460  Kcal  /  mol.  The  gas  phase  BDE  values  calculated  were significantly lower than the SET-PT and PA values in the gas phase. These results
further indicate that HAT is thermodynamically preferred over SET-PT, PA and ETE in the gas phase.
Keywords: antioxidant, computational chemistry, drug score, scopoletin, toxicity

## PENDAHULUAN
Stres  oksidatif  yang  diinduksi  oleh  generasi  reactive  oxygen  species  (ROS) merupakan  penyebab  utama  sejumlah  gangguan  kronis  manusia,  seperti kanker,  diabetes,  Alzheimer,  neu-rodegenerative,  kardiovaskular,  paru-paru, hati, ginjal, radang usus (Aline et al., 2014). Untuk menetralkan ROS ini, tubuh kita  memiliki  mekanisme  pertahanan  normal  yang  disediakan  oleh  metabolit sekunder yang disebut antioksidan. Senyawa antioksidan mampu melawan efek berbahaya yang disebabkan oleh ROS dan karenanya dapat mencegah penyakit kronis  yang  terkait  dengan  stres  oksidatif.  Aktivitas  antioksidan  termasuk menangkap  dan  menetralkan  terhadap  spesies  radikal  bebas,  penghambatan produksi  spesies  reaktif,  regulasi  enzim  antioksidan  seperti  superoksida dismutase  dan  glutathione  peroxidase,  penangkal  penipisan  glutathione,  dan pencegahan kerusakan lipid, protein, dan asam nukleat (Finley et al., 2011).
Antioksidan  tersebar  luas  di  berbagai  bagian  tanaman  seperti  buah- buahan,  daun,  bunga,  dan  lainnya  (Li  et  al.  2017  and  Friedman  et  al.  2017). Penelitian  telah  menunjukkan  bahwa  senyawa  fenolik,  baik  alami  maupun sintetis,  adalah  antioksidan  yang  menjanjikan  (Alrawaiq  et  al.  2014).  Senyawa fenolik  mengandung  gugus  hidroksil  yang  membuatnya  mampu  menangkap radikal  bebas  dan  mekanisme  utama  untuk  reaksi  penangkapan  radikal  telah ditemukan  adalah  transfer  atom  hidrogen  (TAH)  (Wang  et  al.  2018).  Scopoletin adalah salah satu senyawa fenolik kumarin yang diisolasi dari banyak tanaman, yang  dikenal  sebagai  senyawa  penting  dari  kelompok  phytoalexin.  Aktivitas antioksidan dari scopoletin menggunakan  uji antioksidan in vitro  penangkapan radikal bebas menunjukkan penghambatan dengan IC 50 = 18,5 µM (Ponnam  et al.  2014).  Nilai  ini  menunjukkan  bahwa  scopoletin  memiliki  kecenderungan untuk  menghilangkan  stres  oksidatif,  namun  belum  terlalu  kuat  apabila dibandingkan dengan senyawa antioksidan yang sudah bersifat komersil, seperti asam  askorbat  yang  terdapat  dalam  vitamin  C.  Pada  penelitian  ini  perlu dipelajari  pengaruh  struktur  dengan  sifat  antioksidan  dari  scopoletin  dan sederet  turunannya  secara  teoritis  menggunakan  metode  perhitungan  Density Functional  Theory  (DFT),  dan  sekaligus  juga  dipelajari  sifat  toksisitas  dan  skor obatnya menggunakan aplikasi OSIRIS Property Explorer online.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah molekul scopoletin dan turunannya.  Peralatan  yang  digunakan  adalah  Perangkat  keras  berupa komputer  dengan  processor  Intel®  AtomTM  CPU  N2800  1.86  GHz,  internal memory 8.00 GB, perangkat lunak kimia komputasi: program Gaussian 16W.

## Optimasi molekul scopoletin dan turunannya
Optimasi  molekul  dilakukan  menurut  prosedur  oleh  Rodrigo  et  al  (2018) dengan sedikit modifikasi (Rodrigo et al., 2018). Model struktur tiga dimensi (3D) dari  senyawa  scopoletin  dan  turunannya  dibuat  menggunakan  paket  program Gaussian  16W.  Selanjutnya  terhadap  struktur  senyawa  scopoletin  dan turunannya  (Gambar  1)  dilakukan  optimasi  geometri  molekul  dengan meminimalisasi  energi  molekul  untuk  memperoleh  konformasi  struktur  yang paling stabil. Perhitungan dilakukan dengan metode DFT dengan basis 6-31G.
7-hydroxy-6-methoxy-2H- chromen-2-one (scopoletin) 7-hydroxy-6-methoxy-8-nitro-2H- chromen-2-one (Aline, et al, 2014) 8-amino-7-hydroxy-6-methoxy-2H- chromen-2-one (Finley et al, 2011) 7-hydroxy-6-methoxy-3-nitro-2H- chromen-2-one (Li et al, 2017) 3-amino-7-hydroxy-6-methoxy-2H- chromen-2-one (Friedman et al, 2017) 8-hydroxy-9-methoxy-2H- chromeno[3,4-b]pyridine-1,3,5(4H)- trione (Alrawaiq et al, 2014) 3-bromo-7-hydroxy-6-methoxy- 2H-chromen-2-one (Wang et al, 2018) 7-hydroxy-6-methoxy-3-(p-tolyl)- 2H-chromen-2-one (Ponnam et al, 2014) 7-hydroxy-6-methoxy-3-(4- methoxyphenyl)-2H-chromen-2-one (Rodrigo et al, 2018) 3-(4-chlorophenyl)-7-hydroxy-6- methoxy-2H-chromen-2-one (Vijisha et al, 2019) 7,8-dihydroxy-6-methoxy-2H- chromen-2-one (Vijisha et al, 2018)
Gambar 1. Struktur senyawa scopoletin dan turunannya

## Analisis aktivitas antioksidan scopoletin dan turunannya
Aktivitas  antioksidan  scopoletin  dan  turunannya  ditentukan  menurut prosedur oleh Vijisha et al., 2018 dan Vijisha et al., 2019 dengan variabel bebas berupa  nilai  BDE,  SET-PT,  PA  dan  ETE.  Pemutusan  rantai  radikal  dapat dihambat  melalui  3  mekanisme  utama:  Hidrogen  Atom  Transfer  (HAT),  Single Electron Transfer followed by Proton Transfer (SET-PT), dan Sequential proton loss electron transfer (SPLET).
Mekanisme Hidrogen Atom Transfer (HAT). Parameter yang dipengaruhi oleh  mekanisme  ini  yaitu  BDE  (Bond  Dissociation  Energy),  dimana  semakin rendah nilai BDE maka semakin mudah terputus rantai O-H fenolik. Lemahnya energi  disosiasi  ikatan  O-H  akan  mempercepat  reaksi  dengan  radikal  bebas (Pers. 1).
ArOH → ArO • + H •
(1)
Mekanisme  Single  Electron  Transfer  followed  by  Proton  Transfer (SET-PT).  Langkah  pertama  kation  radikal  terbentuk,  langkah  kedua deprotonasi  dari  ArOH+•  diikuti  dengan  protonasi  ROO•  (Pers.  2-4).  Parameter yang berpengaruh yaitu  potential  ionisation  (PI) dan  Proton Disosiation Enthalpy (PDE).
ArOH → ArOH + • + e-
(2)
ArOH + • → ArO• + H +
(3)
ArOH → ArO• + e- + H + (4)
Sequential  proton  loss  electron  transfer  (SPLET).  Baru-baru  ini mekanisme  lain  telah  ditemukan,  langkah  ini  berurutan  proton  menstransfer kehilangan  elektron  (SPLET)  berlangsung  dua  langkah.  Pertama  sesuai  dengan mekanisme afinitas proton (Pers. 5) dari fenoksida yang teranion. Pada langkah kedua  terjadi  transfer  elektron  dari  anion  fenoksida  terhadap  ROO•  dan terbentuk  radikal  fenoksi  (Pers.  6).  Parameter  terkait  yaitu  proton  affinity  (PA) dan electron transfer enthalphy (ETE).
ArOH → ArO-  +  H+ (5)
ArO- → ArO•  +  e-
(6)
Entalpi total dari variabel X, H(X) pada temperatur T biasanya diperkirakan dengan  menggunakan  pers.  7.  Dari  perhitungan  entalpi  total  maka  dapat dihitung nilai BDE, SET-PT, PA, dan ETE menggunakan Pers. 8-11.
H(X) = Eo + ZPE + 𝛥 Htrans + 𝛥 Hrot + 𝛥 Hvib + RT (7) BDE = H(ArO• ) + H(H•) – H(ArOH) (8)
SET-PT = H(ArO•) + H(e-) + H(H + ) – H(ArOH) (9) PA = H(ArO-) + H(H + ) – H(ArOH) (10) ETE = H(ArO•) + H(e-) – H(ArO-) (11)

## Sifat toksisitas dan skor obat dari scopoletin dan turunannya
Sifat  toksisitas  senyawa  scopoletin  dan  turunannya  ditentukan berdasarkan  prosedur  kerja  menurut  Vijisha  et  al.,  2019.  Risiko  toksisitas (mutagenisitas,  tumorogenisitas,  iritasi  dan  reproduksi)  dan  sifat  fisiko-kimia seperti log P, kelarutan (log S), berat molekul, keserupaan dengan obat dan skor obat dihitung melalui perangkat lunak online OSIRIS  Property Explorer. Berikut ini langkah-langkah untuk menggunakan OSIRIS Property Explorer online.
Pada OSIRIS Property Explorer, skor obat dihitung dengan merangkum skor masing-masing  fragmen  dalam  molekul  yang  sedang  diselidiki  dari  daftar  5300 fragmen molekuler. Frekuensi kemunculan masing-masing fragmen diputuskan berdasarkan  koleksi  3300  obat-obatan  dan  15.000  bahan  kimia  yang  tersedia secara komersial yang bukan obat-obatan (Becke, 1993). Skor obat yang positif menunjukkan  bahwa  molekul  sebagian  besar  memiliki  fragmen  yang  mirip dengan  obat  yang  digunakan.  Keserupaan  obat,  miLog  P,  log  S,  berat  molekul dan  risiko  toksisitas  bergabung  menjadi  nilai  global,  yang  disebut  skor  obat, untuk kandidat obat baru yang potensial. Perhitungan dilakukan menggunakan Pers. 12-13.
SO = π ( 1 2 + 1 2 𝑆𝑖) πti (12)
Si = (1 +  S ap + b ) -1
(13)
SO  adalah  skor  obat  dan  Si  adalah  kontribusi  dari  milog  P,  log  S,  berat molekul dan keserupaan dengan obat (π) yang diperoleh dari Pers. (12) dan (13), yang merupakan kurva spline. ‘a’ dan ‘b’ adalah parameter untuk miLogP, logS, berat  molekul  dan  kemiripan  obat  dan  memiliki  nilai  (1,  -5),  (1,  5),  (0,012,  -6) dan  (1,  0),  masing-masing.  'Ti'  adalah  kontribusi  dari  tipe  risiko  toksisitas  dan memiliki  nilai  1.0,  0.8  dan  0.6  masing-masing  tanpa  risiko,  risiko  sedang,  dan risiko  tinggi.  Skor  obat  yang  positif  menunjukkan  bahwa  molekul  tersebut secara  dominan  memiliki  kelompok  farmakorik  dan  dapat  digunakan  sebagai obat potensial.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Optimasi Struktur
Struktur dasar dari scopoletin terdiri dari satu cincin aromatis (cincin A), terikat  ke  cincin  heterosiklik  yang  mengandung  satu  atom  oksigen  dan  gugus karbonil  membentuk  cincin  lakton  (cincin  B).  Senyawa  ini  termasuk  kelompok fenolik  yang  mengandung  satu  gugus  ―OH  pada  cincin  benzen.  Untuk mempelajari kestabilan struktur dari scopoletin dan turunannya, setiap struktur dipotimasi  menggunakan  Gaussian  16W  dengan  pilihan  basis  set  6-31G. Struktur  scopoletin  hasil  optimasi  dengan  energi  paling  rendah  dapat  dilihat pada Gambar 2.

## Gambar 2. Struktur scopoletin hasil optimasi dengan metoda DFT
Minimalisasi  energi  merupakan  proses  penemuan  pengaturan  atom-atom dalam  ruang,  dimana  gaya  antar  atom  mendekati  nol  dan  posisi  pada  energi potensial  permukaan  merupakan  titik  diam.  Panjang  dan  sudut  ikatan memperkecil  gaya  di  antara  atom  sehingga  didapatkan  struktur  yang  paling stabil (Katritzky et al., 1996 dan Becke, 1993).

## Analisis Frontier Molecular Orbital (FMO)
Orbital molekul HOMO dan LUMO dan sifatnya sebagai energi merupakan parameter  penting  dalam  menentukan  kestabilan  molekul  yang  perbedaannya menyatakan  energi  gap  dari  suatu  molekul.  Berdasarkan  kerapatan  elektron, orbital  ini  juga  digunakan  untuk  memprediksi  posisi  yang  paling  reaktif  dari sistem konjugasi elektron phi dan juga menjelaskan beberapa jenis reaksi pada sistem konjugasi. Molekul yang berkonjugasi ditandai oleh energi band gap yang kecil. HOMO menunjukkan kemampuan untuk mendonorkan elektron (potensial ionisasi),  LUMO  sebagai  akseptor  elektron  menunjukkan  kemampuan  untuk menerima  elektron  (afinitas  elektron). Molekul dengan  energi HOMO yang lebih tinggi  memiliki  kemampuan  mendonorkan  elektron  yang  lebih  kuat  (Vijisha  et al.,  2018).  Selain  itu,    letak  reaksi  redoks  yang  lebih  aktif  dari  molekul
antioksidan dicirikan oleh kerapatan tinggi elektron pada HOMO (Yunsheng Xue et  al.,  2013,  Mendes  et  al.,  2018,  dan  Wright  et  al.,  2001).  Gambar  3 menunjukkan  distribusi  elektron  pada  HOMO  dan  LUMO  dari  scopoletin  yang dipelajari  dalam  fase  gas.  Cincin  A  dan  B  pada  scopoletin  memiliki  kerapatan elektron yang hampir sama.

## Gambar 3. HOMO, LUMO dan energi gap dari scopoletin
Menurut hasil yang disajikan pada Tabel 1, senyawa 4 memberikan energi HOMO tertinggi, diikuti oleh 8, 7, 2, scopoletin, 10, 5, 9, 6, 1 dan 3. Dari data ini dapat diprediksi bahwa senyawa 4 memiliki kemampuan menyumbang elektron yang lebih kuat dibandingkan scopoletin dan turunan scopoletin yang lain. Atom hidrogen  dari  gugus  ―OH  yang  terdapat  pada  cincin  aromatis  senyawa  4  akan mudah  diserang  oleh  radikal  bebas  dan  agen  reaktif  lainnya  dalam  sistem biologis nyata. Senyawa 4 memiliki energi HOMO yang hampir mendekati asam askorbat.
Tabel 1. Parameter kestabilan molekul scopoletin dan turunannya
Senyawa E HOMO (eV) E LUMO (eV) Band Gap (eV) Momen dipol (Debye) Scopoletin (SP) -6,007 -1,889 4,117 8,590 1 -6,561 -2,595 3,966 12,137 2 -5,979 -1,943 4,036 3,124 3 -6,779 -3,359 3,419 9,574 4 -5,349 -1,483 3,866 2,662 5 -6,046 -3,209 2,836 3,493 6 -6,127 -2,164 3,964 8,986 7 -5,781 -2,139 3,642 3,599 8 -5,567 -2,093 3,473 2,461 9 -6,083 -2,411 3,672 6,509 10 -6,012 -2,023 3,989 7,945 Asam askorbat a -4,665 -1,593 3,072 4,133
a kontrol positif
Energi gap menunjukkan kestabilan dari suatu molekul (Petko Alov, 2015). Molekul yang stabil memberikan energi gap yang rendah. Energi gap yang paling rendah ditunjukkan oleh senyawa 5 (2,836 eV), jauh lebih rendah dari scopoletin (4,117 eV). Dari data ini dapat diketahui bahwa senyawa 5 merupakan senyawa turunan yang paling stabil dibandingkan turunan scopoletin lainnya.
Momen dipol sangat penting dalam menggerakkan interaksi molekuler dan besarnya  momen  dipol  dapat  berkorelasi  terbalik  dengan  aktivitas  antioksidan (Chen  et  al.,  2015),  dimana  mekanisme  transfer  atom  hidrogen  (TAH)  secara termodinamik lebih disukai dalam fasa  gas atau dalam pelarut  non polar. Nilai momen  dipol  berkorelasi  dengan  sifat  kepolaran  suatu  senyawa,  dimana semakin  kecil  nilai  momen  dipol,  maka  semakin  rendah  sifat  kepolarannya. Senyawa yang memiliki nilai momen dipol yang lebih kecil membutuhkan energi yang lebih rendah untuk melepaskan atom hidrogen dalam fasa gas atau dalam pelarut non polar (Zhou et al., 2019).
Momen dipol dari scopoletin dan turunannya yang diperoleh secara teoritis dari struktur yang dioptimasi dapat dilihat pada Tabel 1. Senyawa yang simetris memiliki  momen  dipol  yang  relatif  lebih  rendah,  sehingga  lebih  efisien  sebagai antioksidan.  Senyawa  4  dan  8  memiliki  momen  dipol  yang  rendah  dari scopoletin, yaitu 2,662 Debye dan  2,461 Debye secara berurutan,  lebih rendah dari momen dipol asam askorbat (4,133 Debye) sehingga diperkirakan memiliki aktivitas penghambatan radikal bebas yang lebih tinggi dari asam askorbat dan turunan scopoletin lainnya.

## Analisis Sifat Antioksidan
Untuk  mendapatkan  klasifikasi  aktivitas  penangkapan  radikal  dari scopoletin  dan  turunannya,  nilai  BDE,  SET-PT,  PA  dan  ETE  dihitung  untuk setiap  spesies  radikal  yang  diperoleh  setelah  penghilangan  atom  hidrogen  dari masing-masing  kelompok  hidroksil.  Nilai  BDE,  SET-PT,  PA  dan  ETE  dari senyawa scopoletin dan turunannya yang dihitung dalam fase gas dapat dilihat pada Tabel 2.
Nilai BDE dihitung untuk setiap radikal yang diperoleh setelah pemutusan secara  homolitik  atom  hidrohen  dari  setiap  gugus  hidroksil.  Nilai  BDE  yang semakin  kecil  menunjukkan  semakin  kecil  energi  yang  dibutuhkan  untuk memutuskan  ikatan  antara  atom  H  dan  O  pada  gugus  hidroksil.  Aktivitas antioksidan suatu senyawa akan semakin tinggi seiring dengan nilai BDE yang semakin  rendah  (Vijisha,  et  al.  2019).  Selain  adanya  pembentukan  ikatan
hidrogen  intramolekul,  nilai  BDE  sangat  dipengaruhi  oleh  kerapatan  elektron akibat  adanya  gugus  penarik  elektron  dan  gugus  pendorong  elektron  yang terikat pada cincin aromatis. Sebagai deskriptor lokal dari reaktivitas, kerapatan elektron  dianggap  sebagai  parameter  realistis  dari  reaktivitas.  Semakin  tinggi kerapatan elektron dalam senyawa, maka semakin mudah terbentuknya radikal (Sarkar et al., 2011).
Tabel  2.  Nilai  BDE,  SET-PT,  PA  dan  ETE  (Kkal/mol)  dari  scopoletin  dan turunannya  (Aline  et  al,  2014;  Finley  et  al,  2011;  Li  et  al,  2017; Friedman  et  al,  2017;  Alrawaiq  dan  Azman,  2014;  Wang  et  al,  2018; Ponnam et al, 2014; Rodrigo et al, 2018; Vijisha et al, 2019)
Senyawa  2 dan 4 memberikan nilai  BDE yang lebih rendah dibandingkan senyawa  yang  lain,  yaitu  69,986  Kkal/mol  dan  75,403  Kkal/mol  secara berurutan,  bahkan  lebih  rendah  dari  fenol  yang  umumnya  dianggap  sebagai senyawa  nol  (Tabel  2).  Senyawa  2  dan  4  mengikat  gugus  pendorong  elektron (―NH 2 )  yang  terikat  pada  posisi  atom  C  yang  berbeda  (Gambar  4).  Senyawa  2 mengikat  gugus  ―NH 2 pada  cincin  aromatis,  yaitu  pada  posisi  atom  C 8 , sedangkan  senyawa  4  gugus  yang  sama  pada  cincin  lakton,  yaitu  pada  posisi atom  C 3 .  Substituen  pendorong  elektron  akan  mendorong  elektron  ke  dalam cincin melalui  induksi. Posisi substituen juga  sangat mempengaruhi kerapatan elektron pada cincin aromatis. Pada senyawa  2, kerapatan elektron  lebih tinggi pada A sehingga pembentukan radikal akan lebih mudah dan stabil. Pada cincin B, radikal yang terbentuk kurang stabil karena kerapatan elektron lebih rendah karena substituen tidak terikat langsung dengan cincin aromatis.
Senyawa Nilai Parameter Antioksidan  (dalam Kkal/mol) BDE SET-PT PA ETE Scopoletin (SP) 86,196 402,174 341,464 60,710 1 85,934 401,913 326,071 75,841 2 69,986 385,964 335,998 49,966 3 82,716 398,694 315,950 82,744 4 75,403 391,381 343,219 48,161 5 82,365 398,343 332,281 66,062 6 89,189 405,167 340,192 64,975 7 89,168 405,146 330,273 74,873 8 88,481 404,459 330,704 73,755 9 90,510 406,489 325,719 80,769 10 83,373 399,352 340,775 58,577 Asam askorbat a 88.155 404.133 td td
r = rata-rata, Kkal = kilo kalori, a Kontrol positif td = tidak ditentukan
Senyawa 2 Senyawa 4
Gambar  4.  Pengaruh  posisi  gugus  pendorong  elektron  (―NH 2 )  terhadap kerapatan elektron pada HOMO
Nilai  BDE  dari  senyawa  6,7,8  dan  9  lebih  tinggi  daripada  fenol  (86,0 Kkal/mol),  pemutusan  atom  H  dari  hidroksil  pada  posisi  C-7  menyiratkan terjadinya  penurunan  kerapatan  elektron  pada  cincin  utama  kumarin  akibat adanya  perpanjangan  resonansi  oleh  gugus  fenil  yang  terikat  pada  posisi  C-3. Oleh karena itu, transfer atom hidrogen lebih sulit terjadi dibandingkan dengan fenol.  Senyawa  1  memiliki  nilai  BDE  yang  sama  dengan  fenol.  Sedangkan senyawa 2, 3, 4, 5 dan 10 memiliki nilai BDE yang lebih rendah. Oleh sebab itu, nilai BDE menurun dengan urutan 9 > 6 > 7 > 8 > scopoletin > 1 > 10 > 3 > 5 > 4 > 2 dalam fase gas, sehingga urutan kemampuan mendonasikan atom hidrogen adalah 2 > 4 > 5 > 3 > 10 > 1 > scopoletin > 8 > 7 > 6 > 9.

## Mekanisme Antioksidan
Menurut  Wright  et  al.,  2001,  mekanisme  yang  mendominasi  aktivitas antioksidan  dari  senyawa  fenolik  tertentu  dapat  dilihat  dari  nilai  relatif  bond dissociation entalphy (BDE) dibandingkan dengan fenol (ΔBDE). Mereka percaya bahwa Mekanisme hydrogen atom transfer (HAT) mendominasi ketika nilai ∆BDE sekitar  -10  Kkal/mol  (Vijisha  et  al.,  2018).  Menurut  hasil  pada  Tabel  3,  nilai ΔBDE  dari  scopoletin  dan  turunannya  pada  fase  gas  berkisar  dari  -16,064 hingga  4,460  Kkal/mol.  Senyawa  4  memiliki  nilai  ∆BDE  yang  mendekati  -10 Kkal/mol  sehingga  paling  memungkinkan  untuk  mengalami  mekanisme  HAT dalam fase gas.
Dari  Tabel  3  dapat  dilihat  bahwa  BDE  fase  gas  yang  dihitung  secara signifikan  lebih  rendah  daripada  nilai  SET-PT  dan  PA  pada  fase  gas.  Hasil  ini
lebih  lanjut  menunjukkan  bahwa  HAT  secara  termodinamika  lebih  disukai daripada SET-PT dan PA dalam fase gas.
Tabel 3. Nilai ∆BDE dari scopoletin dan turunannya (Aline et al, 2014; Finley et al,  2011;  Li  et  al,  2017;  Friedman  et  al,  2017;  Alrawaiq  dan  Azman, 2014; Wang et al, 2018; Ponnam et al, 2014; Rodrigo et al, 2018; Vijisha et al, 2019) Senyawa BDE (Kkal/mol) ∆BDE (Kkal/mol) Fenol 86,050 0 Scopoletin (SP) 86,196 0,146 1 85,934 -0,116 2 69,986 -16,064 3 82,716 -3,334 4 75,403 -10,647 5 82,365 -3,685 6 89,189 3,139 7 89,168 3,118 8 88,481 2,431 9 90,510 4,460 10 83,373 -2,677 ∆BDE = BDE fenol – BDE sampel
Gambar 5. Mekanisme antioksidan melalui transfer atom hidrogen (radikal) pada senyawa scopoletin
Aktivitas  antioksidan  dari  suatu  senyawa  sangat  dipengaruhi  oleh kestabilan  radikal  bebas  yang  terbentuk.  Radikal  dapat  distabilkan  melalui proses konjugasi, dimana semakin panjang proses konjugasi maka radikal akan semakin  stabil  (Choe  et  al.,  2009).  Mekanisme  konjugasi  dari  scopoletin  dapat dilihat pada Gambar 5. Scopoletin dengan gugus amina  pada posisi C 8 , radikal fenoksi  yang  dibentuk  oleh  abstraksi  hidrogen  distabilkan  dengan  baik  oleh konjugasi aromatik (pada cincin A) dan proses konjugasi dilanjutkan ke cincin B sehingga  proses  konjugasi  akan  lebih  panjang.  Sedangkan  scopoletin  yang tersubstitusi amina pada posisi C 3 , radikal fenoksi tidak distabilisasi oleh gugus amina  karena  tidak  terikat  langsung  pada  cincin  aromatis  dan  dapat
mempersulit  terjadimya  perpanjangan resonansi melalui efek  induksi dari arah yang berlawanan.

## Analisis Sifat Farmakokinetika, Toksisitas dan Skor Obat
Sifat  Farmakokinetika.  Sifat  farmakokinetik  scopoletin  dan  turunannya telah dihitung dengan menggunakan perangkat lunak OSIRIS Property Explorer online dan divalidasi dengan aturan Lipinski 5 (RO5) (Veber, 2002 dan Ertl et al., 2000).  Menurut  aturan,  molekul  seperti  obat  yang  diterima  secara  oral  harus memiliki: hydrogen bond donor (HBD) < 5, hydrogen bond acceptor (HBA) < 10, berat molekul (BM) < 500 Dalton, LogP < 5, rotatable bond (ROTB) < 10.
Meskipun  aturan  ini  tidak  memprediksi  apakah  suatu  senyawa  bersifat aktif  secara  farmakologis,  analisis  ini  akan  membantu  untuk  mendapatkan pengetahuan  yang  mendalam  tentang  farmakokinetik  termasuk  penyerapan, distribusi, metabolisme, dan ekskresi (ADME) dari molekul yang diteliti. Dengan cara  ini,  peneliti  atau  ahli  farmasi menyaring  obat  terbaik  yang  dapat  diterima secara oral seperti kandidat dengan karakteristik ADME yang baik (Daina et al., 2017). Sifat farmakokinetika dari scopoletin dan turunannya dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Sifat farmakokinetika senyawa scopoletin dan turunannya  (Aline et al, 2014; Finley et al, 2011; Li et al, 2017; Friedman et al, 2017; Alrawaiq dan Azman, 2014; Wang et al, 2018; Ponnam et al, 2014; Rodrigo et al,
2018; Vijisha et al, 2019) Senyawa Nilai Kelarutan TPSA LogP ROTB     Berat Molekul Scopoletin (SP) -2,09 55,76 1,08 2 192,0 1 -2,55 101,5 0,16 3 237,0 2 -2,17 81,78 0,40 3 207,0 3 -2,45 101,5 -0,023 3 237,0 4 -2,10 81,78 0,184 3 207,0 5 -2,34 101,9 0,19 2 301,0 6 -2,92 55,76 1,63 3 270,0 7 -3,39 55,76 2,68 4 282,0 8 -3,07 64,99 2,27 4 298,0 9 -3,78 55,76 2,94 4 302,0 10 -1,80 75,99 0,74 3 208,0 As. askorbat -0,35 107,2 0,99 3 176,0
TPSA  =  total  polar  surface  area  (Å),  LogP  =  lipofilisitas,  LogS  =  solubilitas/ kelarutan
Scopoletin dan turunannya memiliki berat molekul kurang dari 500 Dalton dan nilai LogP kurang dari 5. Nilai total polar surface area (TPSA) juga diberikan dalam Tabel 4. Nilai ini membantu untuk memahami tentang penyerapan obat, termasuk  penyerapan  pada  usus,  bioavailabilitas,  dan  penetrasi  batas  darah-
otak.  Untuk  obat  seperti  molekul,  TPSA  harus  kurang  dari  140  (Å)  (Ertl  et  al., 2000). Di sini nilai TPSA dari scopoletin dan turunannya kurang dari nilai yang diizinkan.  Kelarutan  penting  dalam  evaluasi  karakteristik  penyerapan  dan distribusi  obat.  Kelarutan  yang  rendah  menyiratkan  penyerapan  yang  rendah. Sebagian  besar  obat  yang  tersedia  secara  komersial,  kelarutannya  ditemukan lebih besar dari -4,00. Scopoletin dan turunannya menunjukkan kelarutan yang baik (-2,09 sampai -3,78). Scopoletin dan turunannya memiliki HBD < 5, HBA < 10,  BM  <  500,  LogP  <  5  dan  ROTB  <  10.  Nilai  ini  tidak  menunjukkan pelanggaran terhadap aturan Lipinski 5 dan dapat bersifat obat.
Resiko  Toksisitas  dan  Skor  Obat.  Studi  mengenai  toksisitas  scopoletin masih  terbatas  dan  didasarkan  pada  ekstrak  yang  diperoleh  dari  tanaman. Dalam  penelitian  ini,  sifat  toksisitas  dari  scopoletin  dan  turunannya  dianalisis menggunakan  perangkat  lunak  online  gratis  yang  disebut  OSIRIS  Property Explorer.

## Tabel 5. Parameter Resiko Toksisitas dan Skor Obat
Senyawa Resiko Toksisitas a Skor Obat Mutasi Gen Tumor Iritasi Reproduksi Scopoletin (SP) 1,0 1,0 1,0 0,8 0,391 1 1,0 1,0 1,0 1,0 0,468 2 1,0 1,0 1,0 1,0 0,503 3 1,0 1,0 1,0 1,0 0,471 4 1,0 1,0 1,0 1,0 0,478 5 1,0 1,0 1,0 1,0 0,479 6 1,0 1,0 1,0 0,6 0,270 7 1,0 1,0 1,0 0,6 0,338 8 1,0 1,0 1,0 0,6 0,405 9 1,0 1,0 1,0 0,6 0,434 10 1,0 1,0 1,0 1,0 0,501 As. askorbat b 1,0 1,0 1,0 1,0 0,741
a 1.0 : tidak ada resiko, 0.8 : resiko menengah dan 0.6 : resiko tinggi (Hassan et al., 2015)
b kontrol positif
Tabel  5  menunjukkan  bahwa  scopoletin  dan  turunannya  tidak  bersifat mutagenik,  tidak  menyebabkan  tumor  dan  tidak  menyebabkan  iritasi.  Akan tetapi senyawa scopoletin memiliki resiko menengah tehadap sistem reproduksi dan senyawa  6, 7, 8 dan 9 memiliki resiko  yang tinggi. Nilai positif untuk skor obat (0,338 – 0,503) menunjukkan bahwa scopoletin dan beberapa turunannya dapat bertindak sebagai obat potensial. Dengan demikian scopoletin, senyawa 1,
2,  3,  4,  5  dan  10  dapat  digunakan  sebagai  antioksidan  potensial  tanpa  efek samping pada sistem biologis.

## KESIMPULAN
Studi  komputasi  pada  struktur  dan  sifat  antioksidan  dari  scopoletin  dan turunannya telah dipelajari melalui analisis DFT/B3LYP/6-31G dalam fase gas. Analisis  toksisitas  dengan  OSIRIS  property  explorer  telah  menunjukkan  bahwa scopoletin tidak bersifat mutagenik, tidak menyebabkan tumor dan iritasi, akan tetapi  beberapa  diantaranya  memiliki  resiko  tinggi  terhadap  sistem  reproduksi. Scopoletin  dan  turunannya  memiliki  kemiripan  obat  yang  sebanding  dengan obat  yang  ada.  Sifat  antioksidan  scopoletin  dan  turunannya  dapat  dijelaskan dengan  baik  oleh  mekanisme  transfer  atom  hidrogen  (TAH).  Nilai  BDE  sangat dipengaruhi oleh sifat substituen dan menemukan bahwa substituen pendorong elektron  menurunkan  nilai  BDE.  Nilai  BDE  fase  gas  yang  dihitung  secara signifikan  lebih  rendah  daripada  nilai  SET-PT  dan  PA  pada  fase  gas.  Hasil  ini lebih  lanjut  menunjukkan  bahwa  mekanisme  TAH  secara  termodinamika  lebih disukai daripada SET-PT, PA dan ETE dalam fase gas.

## DAFTAR PUSTAKA
Aline,  W.,  Leonardo,  N.S.,  Alexandre,  S.C.,  Luiz,  D.A.  2014.  Antioxidant  and intestinal  anti-inflammatory  effects  of  plant-derived  coumarin  derivatives. Phytomedicine 21, 240-246.
Alrawaiq,  N.S.,  Azman,  A.  2014.  A  review  of  flavonoid  Quercetin:  metabolism, bioactivity and antioxidant properties, Int. J. PharmTech Res. 6, 933–941.
Becke,  A.D.  1993.  Density-functional  thermochemistry.  III.  The  role  of  exact exchange. J. Chem. Phys. 5648-5652.
Chen,  Y.,  Xiao,  H.,  Zheng,  J.,  Liang,  G.  2015.  Structure-thermodynamics- antioxidant  activity  relationships  of  selected  natural  phenolic  acids  and Derivatives: an experimental and theoretical evaluation, PLoS One 10, 1-20.
Choe,  E.,  David,  B.M.  2009.  Mechanisms  of  antioxidants  in  the  oxidation  of foods, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 8, 345-358.
Daina,  A.,  Michielin,  O.,  Zoete,  V.,  Swiss.  2017.  ADME:  a  free  web  tool  to evaluate  pharmacokinetics,  drug-  likeness  and  medicinal  chemistry friendliness of small molecules, Sci. Rep. 7, 1-13.
Ertl,  P.,  Rohde,  B.,  Selzer,  P.  2000.  Fast  calculation  of  molecular  polar  surface area  as  a  sum  of  fragment-based  contributions  and  its  application  to  the prediction of drug transport properties, J. Med. Chem. 43, 3714-3717.
Finley,  J.W.,  Ah-Ng  K.,  Korry  H.,  Elizabeth  H.J.  2011.  Antioxidants  in  foods: state of the science important to the food industry. Journal of Agricultural Food Chemistry 59, 6837-6846.
Friedman,  M.,  Nobuyuki,  K.,  Hyun,  J.K.,  Suk,  H.C.  2017.  Glycoalkaloid, phenolic, and flavonoid content and antioxidative activities of conventional nonorganic and organic potato peel powders from commercial gold, red, and Russet potatoes, J. Food Compos. Anal. 62, 69–75.
Hassan,  B.,  Shireen,  A.,  Muraleedharan,  K.,  Mujeeb,  V.M.A.  2015.  Virtual screening of molecular properties of  chitosan and derivatives in search for druggable molecules, Int. J. Biol. Macromol. 74, 392-396.
Katritzky, A.R., Karelson, M., Lobanov, V. 1996. Quantum-chemical descriptors in QSAR/QSPR studies. J. Am. Chem. Soc. 96(3), 1027-1044.
Li, D., Li, B., Ma, Y., Sun, X., Lin, Y., Meng, X. 2017. Polyphenols, anthocyanins, and flavonoids contents and the antioxidant capacity of various cultivars of highbush and half-high blueberries, J. Food Compos. Anal. 62, 84–93.
Mendes,  R.A.,  Shawan,  K.C.  2018.  A  computational  investigation  on  the antioxidant  potential  of  myricetin  3,4’-di-O-α-L  -rhamnopyranoside.  J  Mol Model 24(133), 1-8.
Petko,  A.  2015.  Computational  studies  of  free  radical-scavenging  properties  of phenolic compounds. Current Topics in Medicinal Chemistry 15, 85-104.
Ponnam,  D.K.,  Srinivas,  K.V.N.,  Jonnala,  K.K.,  Kumar,  T.,  Savita,  B., Kakaraparthi,  P.S.  2014.  Phytochemical  investigation,  antioxidant,  and antifungal activities of Rhizomes of Euphorbia fusiformis, Phcog J, 6(4), 78- 82.
Rodrigo, A.M., Shawan, K.C.A., Luri, N.S., Cristina, A.B. 2018. A computational investigation  on  the  antioxidant  potential  of  myricetin  3,4’-di-O-α-L  – rhamnopyranoside. J Mol Model 24(133), 1-8.
Sarkar, A., Middya, T.R., Jana, A.D. 2011. A QSAR study of radical scavenging antioxidant  activity  of  a  series  of  flavonoids  using  DFT  based  quantum chemical  descriptors  -  the  importance  of  group  frontier  electron  density, Journal of Molecular Modeling 18(6), 2621-2631.
Veber,  D.F.  2002.  Molecular  properties  that  influence  the  oral  bioavailability  of drug candidates, J. Med. Chem. 45, 2615-2623.
Vijisha, K.R., Ragi, C., Muraleedharan, K. 2019. A computational exploration into the  structure,  antioxidant  capacity,  toxicity  and  drug-like  activity  of  the anthocyanidin “Petunidin”. Heliyon 5, 1-9
Vijisha,  K.R.,  Hasna,  C.K.,  Muraleedharan,  K.  2018.  The  natural  food  colorant Peonidin  from  cranberries  as  a  potential  radical  scavenger  –  a  DFT  based mechanistic analysis. Food Chem. 262, 184-190.
Vijisha, K.R., Shameera, A., Muraleedharan, K. 2018. Studies on the UV filtering and radical scavenging capacity of the bitter masking flavanone Eriodictyol, J. Photochem 185, 254-261.
Wang  A.,  Yang,  L.,  Peng,  H.S.,  Hui,  Z.  2018.  A  theoretical  study  on  the antioxidant  activity  of  Uralenol  and  Neouralenol  scavenging  two  radicals, Struct. Chem. 29, 1067-1075.
Wright,  J.S.,  Erin,  R.J.,  Gino,  A.D.  2001.  Predicting  the  activity  of  phenolic antioxidants:  theoretical  method,  analysis  of  substituent  effects,  and application  to  major  families  of  antioxidants.  J  Am  Chem  Soc.  123,  1173- 1183.
Yunsheng,  Xue.,  Youguang,  Z.,  Ling,  Z.,  Wenya,  W.  2013.  Theoretical  study  on the  antioxidant  properties  of  2′-hydroxychalcones:  H-atom  vs.  Electron transfer mechanism, J Mol Model 19, 3851-3862
Zhou,  H.,  Li,  H.,  Shang,  Y.,  Chen,  K.  2019.  Radical  scavenging  activity  of puerarin: a theoretical study, Antioxidants 8(12), 2-9.