Studi Mekanisme Reaksi Pembentukan Struktur Nitrogen Pirolik pada Carbon Dots dari Asam Sitrat dan Urea Menggunakan Density Functional Theory (DFT)

Abstract

Red carbon dots (red-CDs) kini tengah berkembang seiring dibutuhkannya pencitraan tiga-dimensi jaringan dalam tubuh, terutama pada red-CD yang berpendar pada daerah near-infrared pertama (first-NIR) (700-1700 nm). Kemampuannya akan visualisasi jaringan sel lebih dalam, penekanan hamburan foton, dan pengurangan tissue autofluorescence menjadi daya tarik utama red-CDs. Terlebih lagi, red-CDs yang dibentuk dengan metode bottom- up berbasis bahan natural yang dikenal oleh tubuh, menambah biokompabilitas terhadap jaringan tubuh yang ditargetkan. Sifat-sifat tersebut dapat dicapai salah satunya melalui penambahan gugus N-pirolik dan N- piridinik. Melalui penelitian ini dilakukan studi elusidasi dan mekanisme reaksi pembentukan gugus tersebut berbasiskan asam sitrat dan urea. Berdasarkan perhitungan optimasi geometri berbasis DFT dengan menggunakan metode pirolisis diperoleh reaksi pembentukan terjadi plausibel pada produk CDs N-pirolik dan tidak plausibel pada pembentukan produk CDs N-piridinik. Dan pada metode pirolisis tersebut juga diperoleh nilai yang paling plausibel dalam pembentukan CDs N-pirolik dibandingkan dengan dua jenis metode lainnya (hidrotermal dan solvotermal) dengan nilai (-35.7331 kJ/mol). Berdasarkan perhitungan energi berbasi TD-DFT diperoleh puncak absorbansi UV-Vis pada produk CDs N-piridinik menunjukkan efek konstruktif yang disebabkan oleh gugus ester terhadap C=O amida yang menyebabkan puncak panjang gelombang maksimum lebih bergeser merah pada nilai 217 nm dibandingkan yang dihasilkan oleh gugus- gugus pada produk CDs N-pirolik. Sedangkan pada spektrum produk CDs N- pirolik pada metode solvasi (solvotermal) dengan pelarut aprotik DMSO (284.5 nm dan 351.1 nm) diperoleh puncak dan bahu akibat dari eksitasi n→π* ikatan C=O amida dan n→π* pada gugus C-N/C=N yang mengalami pergeseran paling merah. Hal tersebut didukung oleh data hasil perhitungan gap energi yang menunjukan nilai tersempit diperoleh jenis solvasi menggunakan pelarut aprotik DMSO dengan nilai gap antara HOMO dan LUMO 5.0 eV.