Kimia Organik [PDF]

Citation preview

ESTERIFIKASI



Nur Hayati1* 1



Study Program of Marine Science, Faculty of Fisheries and Marine Science, Padjadjaran University Jl. Raya Bandung-Sumedang, KM 21 Jatinangor, Sumedang,West Java 45363, Indonesia *Corresponding



author: [email protected]



ABSTRACT



Esterification is the process of making compounds through the reaction between RCOOH carboxylic acids and R'OH alcohols (where R and R 'can be the same or different) by forming an ester and water. A carboxylic acid ester is a compound containing the -CO2R group with R which can form alkyl or aryl. The esterification process is a reversible reaction (reaction back and forth and takes place slowly). The esterification process can be accelerated by heating at high temperatures and and also catalyzed with using an acidic catalyst. Other variables that affect the production of esters are mixing, comparison of reagents and reaction time. Esters have a distinctive aroma or odor and can be influenced by the functional structure of the ester. The purpose of this experiment is to find out the results and process of making banana oil and wintergreen oil. In this experiment, positive results have been obtained, namely the production of esters which produce aromatic aromas of bananas in banana oil (iso-amyl acetate) and mint aromas such as balms in wintergreen oil (methyl salicylate) formed in the esterification reaction with the addition of carboxylic acids and alcohol with concentrated sulfuric acid (H2SO4). The final result in banana oil also appears to form two layers in a test tube that separates the banana oil and water, where in the results the banana oil is below and the water is above due to differences in the density of the two solutions (density of water is 1 gr.mL-1 and the density of iso-amyl acetate is 0.8 gr.mL-1). Keywords: esterification, banana oil, wintergreen oil.



1. Pendahuluan Ester adalah senyawa- senyawa hasil reaksi asam karboksilat dengan alkohol. Reaksi pembentukan ester disebut esterifikasi (pengesteran). Zat-zat pengharum (essen) yang terkandung dalam tumbuh-tumbuhan tidak lain adalah ester. Pada buahbuahan keharumannya tergantung dari ester yang terkandung di dalamnya (Halim, 1990). Suatu senyawa asam karboksilat adalah suatu senyawa yang mengandung gugus CO2R dengan R adalah gugus alkil. Suatu ester dapat dibentuk dengan reaksi langsung antara suatu asam karboksilat dengan suatu alkohol suatu reaksi yang disebut dengan reaksi esterifikasi. Esterifikasi berkataliskan asam dan merupakan reaksi reversible (Fessenden, 1982). Persamaan untuk reaksi antara sebuah asam RCOOH dengan sebuah alkohol R’OH



(dimana R dan R’ bisa sama atau berbeda) ditunjukkan pada Gambar 1.



Gambar 1. Pembentukan Ester Dengan Asam Karboksilat dan Alkohol (Sumber: Fessenden, 1982)



Senyawa yang dianggap diturunkan dari asam karboksilat dengan menggunakan hidrogen dari gugus hidroksilnya dengan suatu gugus hidrokarbon disebut ester. Ester mengalami hidroksil asam karboksilat dan alkohol, misalnya hidrolisis etil asetat yang menghasilkan asam asetat dan entanol. Ester sering yang digunakan adalah etil asetat, biasanya



digunakan sebagai pelarut cat atau cat kuku maupun perekat (Hedricson, 1988). Senyawa-senyawa alkohol bereaksi dengan asam-asam karboksilat membentuk ester-ester organik sebagai analog deri ester-ester yang terbentuk dari senyawa-senyawa alkohol dengan asam oksigen dan organik. Dalam pembuatan suatu ester dimana asam salisilat dipanaskan dalam metil alkohol bersama sejumlah kecil asam kuat sebagai katalisator untuk membentuk metil salisilat gugus hidroksil dalam air yang terjadi berasal dari asam karboksilat. Reaksi ini bersifat bolak-balik atau reversible, jika dipakai alkohol dalam jumlah berlebihan, maka kesetimbangan beranjak ke arah pembentukan ester; sebaliknya, jika ester dipanaskan dengan air yang berlebihan beserta suatu katalisator asam, maka ester akan dihidrolisis menjadi asam dan alkohol (Ganiswarna, 1995). Suatu ester asam karboksilat ialah suatu senyawa yang mengandung gugus –CO2R dengan R dapat membentuk alkil maupun aril. Suatu ester dapat dibentuk dengan reaksi langsung antara suatu asam karboksilat dan suatu alkohol, suatu reaksi yang disebut reaksi esterifikasi. Esterisfikasi berkataliskan asam dan merupakan reaksi yang reversibel, yakni berlangsung lambat dan dapat balik (Dirjen POM, 1979). Penamaan ester hampir menyerupai dengan penamaan basa, walaupun tidak benar-benar mempunyai kation dan anion, namun memiliki kemiripan dalam sifat lebih elektropositif dan keelektronegatifan. Suatu ester dapat dibuat sebagai produk dari suatu reaksi pemadatan pada suatu asam (pada umumnya suatu asam organik) dan suatu alkohol (atau campuran zat asam karbol). Walaupun ada cara-cara lain untuk membentuk ester. Pemadatan adalah suatu jenis reaksi kimia dimana dua molekul bekerja sama dan menghapuskan suatu molekul yang kecil, dalam hal ini dua gugus OH yang merupakan hasil eliminasi suatu molekul air (Clark, 2002). Esterifikasi adalah salah satu jenis reaksi dimana reaksi tersebut untuk menghasilkan ester. Ester merupakan sebuah hidrokarbon yang diturunkan dari asam karboksilat. Produk esterifikasi disebut ester yang mempunyai sifat yang khas yaitu baunya yang harum. Sehingga pada umumnya digunakan sebagai pengharum (essence) sintetis. Esterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah; struktur molekul dari alkohol, suhu proses dan konsentrasi katalis maupun reaktan (Kirk, 1978). Suatu reaksi pemadatan untuk membentuk suatu ester disebut esterifikasi. Esterifikasi dapat dikatalis oleh kehadiran ion H+. Asam belerang sering digunakan sebagai sebagai suatu katalisator untuk reaksi ini. Pada skala industri, etil asetat di produksi dari reaksi esterifikasi antara asam asetat (CH3COOH) dan etanol (C2H5OH) dengan bantuan katalis berupa asam sulfat (H2SO4). Terkadang juga



digunakan gas hidrogen klorida kering, tetapi kataliskatalis ini cenderung melibatkan ester-ester aromatik (yakni ester yang mengandung sebuah cincin benzen) (Keenan, 1980). 2. Alat, Bahan dan Metode Praktikum yang berjudul “esterifikasi” ini dilakukan pada tanggal 25 Oktober 2019 di Laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi Molekular Gedung 3 Lantai 1 Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Padjadjaran pada pukul 15.00 WIB. Praktikum yang dilakukan kali ini bertujuan untuk mengetahui cara pembuatan minyak pisang dan minyak wintergreen. 2.1 Alat Alat-alat yang digunakan dalam praktikum ini yaitu tabung reaksi untuk menghomogenkan larutan, rak tabung reaksi untuk menyimpan tabung reaksi, pipet tetes untuk mengambil larutan dalam jumlah kecil, dan beaker glass sebagai media wadah ketika larutan pada tabung akan dipanaskan, hot plate sebagai alat untuk memanaskan larutan, neraca analitik untuk menimbang senyawa kimia padatan, label nama untuk menamai tabung reaksi dan penjepit tabung untuk menjepit tabung reaksi yang akan dipanaskan. 2.2 Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum ini yaitu asam salisilat (C7H6O3) dan asam asetat glasial (CH3COOH pekat) sebagai sampel yang diuji, H2SO4 pekat, iso-amil alkohol (C5H12O) dan metanol (CH3OH) sebagai sampel pendukung uji. 2.3 Prosedur Praktikum Prosedur yang pertama, pembuatan minyak pisang diawali dengan dimasukannya asam asetat glasial kedalam tabung reaksi yang telah diberi label sebanyak 2 ml. Kemudian ditambahkan 3 ml iso-amil alkohol. Setelah itu ditambahkan 15-20 tetes H2SO4 yang diambil menggunakan pipet tetes, kemudian larutan dipanaskan di dalam beaker glass berisi air yang ditempatkan diatas hot plate. Hasil menunjukkan positif jika tercium bau aroma pisang. Prosedur yang kedua, pembuatan minyak wintergreen diawali dengan ditimbangnya asam salisilat sebanyak 0,1 gram menggunakan neraca analitik. Kemudian asam salisilat yang telah ditimbang dimasukkan kedalam tabung reaksi yang telah diberi label. Setelah itu ditambahkan 3 mL isoamil alkohol dan 15-20 tetes H2SO4 yang diambil menggunakan pipet tetes kedalam tabung reaksi. Selanjutnya larutan dipanaskan di dalam beaker glass berisi air yang ditempatkan diatas hot plate. Hasil menunjukkan positif jika tercium bau aroma mint.



Pada percobaan ini pembuatan minyak pisang dan minyak wintergreen menunjukan hasil yang positif. Hasil dapat dilihat pada Tabel 1 untuk kelompok 5 dan Tabel 2 untuk shift 1 di bawah ini.



3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Hasil



Tabel 1. Hasil Pembuatan Minyak Pisang dan Wintergreen Kelompok 5 No.



1.



Percobaan



Perlakuan Dimasukan asam asetat kedalam tabung reaksi sebanyak 2 mL Ditambahkan Iso-amil alkohol sebanyak 3 mL Ditambahkan H2SO4 sebanyak 15-20 tetes



Minyak Pisang



Dipanaskan beberapa menit



2.



selama



Dimasukan asam salisilat sebanyak 0,1 gram Ditambahkan methanol sebanyak 3 mL Ditambahkan H2SO4 sebanyak 15-20 tetes



Minyak Wintergreen



Dipanaskan beberapa menit



selama



Hasil Larutan berwarna bening, dan berbau menyengat Larutan berwarna bening dan berbau Larutan berwarna bening dan berbau dan menimbulkan kalor atau panas Larutan membentuk 2 lapisan dan menghasilkan aroma pisang menandakan hasil positif (+) Berwarna putih dan berbau Larutan berwarna bening dan berbau Larutan berwarna bening dan berbau dan menimbulkan kalor atau panas Larutan menimbulkan aroma mint, menandakan hasil positif (+)



Tabel 2. Hasil Pembuatan Minyak Pisang dan Wintergreen Shift 1



Kelompok



Percobaan



Hasil Uji (+)/(-)



Hasil Uji (+)/(-)



1



Minyak Pisang



+



+



Minyak Wintergreen



+



+



Minyak Pisang



+



+



Minyak Wintergreen



+



+



Minyak Pisang



+



+



Minyak Wintergreen



+



+



Minyak Pisang



+



+



Minyak Wintergreen



+



+



Minyak Pisang



+



+



Minyak Wintergreen



+



+



2



3



4



5



3.2 Pembahasan Pada percobaan ester pertama yaitu pembuatan minyak pisang dilakukan dengan memasukkan asam asetat glasial ke dalam tabung reaksi sebagai asam karboksilat yang paling sederhana dan dicampurkan dengan iso-amil alkohol



yang digunakan sebagai bahan dasar pembuat minyak pisang. Digunakannya asam asetat glasial karena asam asetat glasial bersifat murni dan tidak mengandung air (Suminar, 2003). Sesuai dengan hukum aksi massa, kesetimbangan dapat bergeser ke arah pembentukan



ester dengan adanya kelebihan salah satu pereaksi, Reaksi esterifikasi ini akan memberi hasil yang lebih baik untuk alkohol primer dan cukup baik untuk alkohol sekunder, tetapi untuk alkohol tersier tidak memberikan hasil yang baik. Urutan reaktivitas alkohol untuk reaksi esterifikasi adalah metanol > alkohol 1º > alkohol 2º > alkohol 3º (Fessenden, 1982). Hal ini pula didasarkannya penggunaan isoamil alkohol yang merupakan jenis alkohol sekunder pada bahan dasar pembuat minyak pisang. Setelah itu, larutan ini dimasukkan H2SO4 pekat sebanyak ±15-20 tetes melalui dinding sedikit demi sedikit untuk mencegah reaksi berjalan cepat sehingga menghasilkan panas yang mengakibatkan iso-amil alkohol menguap. Namun pada percobaan ini tabung reaksi masih saja menghasilkan panas ketika ditambahkan H2SO4 pekat walaupun telah dilakukan sesuai prosedur. Pada penambahan H2SO4 pekat pun harus dilakukan dengan sangat hati-hati karena H2SO4 pekat memiliki sifat korosif yang kuat (Hadyana, 1993) Penambahan H2SO4 pekat berfungsi sebagai katalisator asam yang mempercepat laju reaksi karena jika ditambahkan sejumlah besar katalis asam, katalis mengubah lingkungan dalam sistem dan sebagian dihilangkan melalui hidrasi air yang terbentuk dalam reaksi ini. Dengan katalis tersebut juga kesetimbangan akan tercapai dalam waktu yang cepat. Asam sulfat digunakan sebagai katalis karena reaksi esterifikasi merupakan reaksi reversibel yang sangat lambat (Pramugiyan, 2010). Reaksi ini termasuk reaksi endoterm, karena campuran tersebut menyerap panas dari lingkungan. Suasana harus dibuat panas agar reaksi esterifikasi terus berlanjut sampai mencapai kesetimbangan (Pramugiyan, 2010). Adapun penggunaan H2SO4 pekat karena H2SO4 pekat memiliki energi aktivasi miliknya sendiri. Oleh karena itu diupayakan agar aktivasi katalisator lebih tinggi dari energi aktivasi reaktan (Ismiyati, 2011). Bila H2SO4 pekat diganti dengan H2SO4 encer, reaksi esterifikasi akan tetap terjadi, akan tetapi proses nya membutuhkan waktu yang lebih lama. Kepekatan suatu larutan mempengaruhi lama waktu reaksi esterifikasi. Semakin pekat, maka reaksi cenderung lebih cepat (Anshory, 2003). Setelah itu larutan dipanaskan selama ±15 menit, yang bertujuan untuk mempercepat reaksi. Kemudian diamati adanya bau aroma yang timbul dari larutan atau tidak. Hasil yang didapatkan percobaan ini positif, yaitu terdapat aroma pisang dan terbentuk dua lapisan pada tabung reaksi yang memisahkan antara minyak pisang dan air, dimana pada hasil tersebut minyak pisang berada dibawah dan air berada diatas. Terjadinya dua lapisan tersebut disebabkan karena adanya perbedaan densitas yang berbeda, yaitu



densitas air adalah 1 gr.mL-1 dan densitas iso-amil asetat 0,8 gr.mL-1 (Solomons, 1990). Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi reaksi esterifikasi, adanya reaksi antara iso-amil alkohol dan asam asetat glasial yang menghasilkan iso-amil asetat (ester) dan air. Didapat kesimpulan terbukti pada tinjauan pustaka bahwa ester dapat dibuat dengan menambahkan asam karboksilat dan alkohol. Reaksi yang terjadi pada pembuatan minyak pisang ditunjukkan pada Gambar 2.



Gambar 2. Reaksi Pembuatan Minyak Pisang (Sumber: Ganiswarna, 1995)



Fungsi-fungsi dari isoamil asetat yakni digunakan sebagai perasa buatan (dalam etanol), digunakan dalam test efektivitas dari transpirator (karena zat ini mempunyai bau yang tajam yang tidak umum eksperimen sebagai sesuatu yang tidak menyenangkan dapat mendeteksi rendahnya konsentrasi), digunakan sebagai campuran dalam nitroselulosa pernis dan untuk menarik sekelompok besar lebah madu dalam lingkup kecil (Ganiswarna, 1995). Pada percobaan kedua, yaitu pembuatan minyak wintergreen. Langkah pertama yaitu menimbang asam salisilat sebanyak yang telah di tentukan, lalu dicampurkan dengan metanol. Pencampuran ini bertujuan untuk melarutkan asam salisilat dan sebagai alkohol pembentuk ester. Asam salisilat sendiri berfungsi sebagai asam karboksilat pembuat ester. Sesuai dengan hukum aksi massa, kesetimbangan dapat bergeser ke arah pembentukan ester dengan adanya kelebihan salah satu pereaksi, Reaksi esterifikasi ini akan memberi hasil yang lebih baik untuk alkohol primer dan cukup baik untuk alkohol sekunder, tetapi untuk alkohol tersier tidak memberikan hasil yang baik. Urutan reaktivitas alkohol untuk reaksi esterifikasi adalah metanol > alkohol 1º > alkohol 2º > alkohol 3º (Fessenden, 1982). Hal ini pula didasarkannya penggunaan metanol pada bahan dasar pembuat minyak wintergreen. Adapun alasan mengapa asam salisilat dimasukkan terlebih dahulu dibandingkan asam sulfat pekat yaitu karena asam salisilat berbentuk padat (serbuk) dan asam sulfat yang kita perlukan hanya sedikit yaitu ±15-20 tetes sehingga tidak dapat melarutkan asam salisilat. Setelah itu, larutan ini dimasukkan H2SO4 pekat sebanyak ±15-20 tetes melalui dinding sedikit demi sedikit untuk mencegah reaksi berjalan cepat sehingga menghasilkan panas yang mengakibatkan



metanol menguap. Namun pada percobaan ini tabung reaksi masih saja menghasilkan panas ketika ditambahkan H2SO4 pekat walaupun telah dilakukan sesuai prosedur. Pada penambahan H2SO4 pekat pun harus dilakukan dengan sangat hati-hati karena H2SO4 pekat memiliki sifat korosif yang kuat (Hadyana, 1993) Sama seperti dalam pembuatan minyak pisang, penambahan H2SO4 pekat berfungsi sebagai katalisator asam yang mempercepat laju reaksi karena jika ditambahkan sejumlah besar katalis asam, katalis mengubah lingkungan dalam sistem dan sebagian dihilangkan melalui hidrasi air yang terbentuk dalam reaksi ini. Dengan katalis tersebut juga kesetimbangan akan tercapai dalam waktu yang cepat. Asam sulfat digunakan sebagai katalis karena reaksi esterifikasi merupakan reaksi reversibel yang sangat lambat (Pramugiyan, 2010). Reaksi ini termasuk reaksi endoterm,karena campuran tersebut menyerap panas dari lingkungan. Suasana harus dibuat panas agar reaksi esterifikasi terus berlanjut sampai mencapai kesetimbangan (Pramugiyan, 2010). Adapun penggunaan H2SO4 pekat karena H2SO4 pekat memiliki energi aktivasi miliknya sendiri. Oleh karena itu diupayakan agar aktivasi katalisator lebih tinggi dari energi aktivasi reaktan (Ismiyati, 2011). Bila H2SO4 pekat diganti dengan H2SO4 encer, reaksi esterifikasi akan tetap terjadi, akan tetapi proses nya membutuhkan waktu yang lebih lama. Kepekatan suatu larutan mempengaruhi lama waktu reaksi esterifikasi. Semakin pekat, maka reaksi cenderung lebih cepat (Anshory, 2003). Setelah itu larutan dipanaskan selama ±15 menit, yang bertujuan untuk mempercepat reaksi. Kemudian diamati adanya bau aroma yang timbul dari larutan atau tidak. Hasil yang didapatkan percobaat ini positif, terdapat aroma mint yakni seperti bau balsam (sarsaparila) pada pengujian pembuatan minyak wintergreen. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi reaksi esterifikasi, adanya reaksi antara metanol dan asam salisilat yang menghasilkan metil salisilat (ester) dan air. Didapat kesimpulan terbukti pada tinjauan pustaka bahwa ester dapat dibuat dengan menambahkan asam karboksilat dan alkohol. Reaksi yang terjadi pada pembuatan minyak wintergreen ditunjukkan pada Gambar 3.



radang selaput dada, pembuatan balsem, dan masih banyak lagi (Supardani, dkk., 2006). 4. Kesimpulan Pada pembuatan ester dengan menggunakan asam karboksilat dan alkohol mendapatkan hasil yang postitif dihasilkannya senyawa ester dari reaksi esterifikasi yang menimbulkan bau aromatik yaitu minyak pisang (iso-amil asetat) dan minyak winter green (metil salisilat) yang terbentuk pada reaksi esterifikasi dengan penambahan asam karboksilat dan alkohol dengan katalis asam sulfat pekat. Daftar Pustaka Anshory, I. 2003. Acuan Pelajaran Kimia. Jakarta: Erlangga. Carey, F. 1993. Advanced Organic Chemistry Part B: Reaction a Syntesis. London: Plenum Press. Chandavasu, C. 1997. Pervaporation-Assisted Esterification of Salicylic Acid. New Jersey: New Jersey’s Science & Technology University. Clark, J.H. 2002. Handbook of Green Chemistry and Technology. London: Blackwell Science. Dirjen POM. 1979. Farmakope Indonesia Edisi III. Depkes RI : Jakarta. Fessenden, J. S. 1982. Kimia Organik Edisi III. Jakarta : Erlangga. Ganiswarna, S. 1995. Farmakologi dan Terapi Edisi IV. Jakarta : Universitas Indonesia. Hadyana, A. P. 1993. Kamus Kimia Organik. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia. Halim, R. 1990. Analisis Kimia Kuantitatif edisi 1. Erlangga: Jakarta. Hedricson. 1988. Penuntun Praktikum Kimia Organik Sintetik. Makassar: Fakultas Farmasi, UMI. Ismiyati. 2011. Diktat Proses Industri Kimia Organik. Jakarta: Yudistira. Keenan. 1980. General College Chemistry. New York: Harper and Row Publishers. Kirk. 1978. Encyclopedia of Chemical Technology. New York: Interscience Publicatioin, John Wiley and Sons, Inc.



Gambar 3. Reaksi Pembuatan Minyak Wintergreen (Sumber: Chandavasu, 1997)



Fungsi dari metil salisilat sendiri ialah dapat digunakan sebagai antiseptik, zat adiktif, pembuatan parfum, pengobatan sakit syaraf, sakit pinggang,



Suminar. S.A. 2003. Kimia Organik: Suatu Kuliah Singkat. Ed.II. Jakarta: Erlangga. Supardan, dkk. 2006. Perancangan Pabrik Asam Salisilat dari Phenol. Bandung: Institut Teknologi Nasional.



Solomons, F. W. 1990. Fundametal of Organic Chemistry. New York: Jhon Willey



Lampiran No 1.



Gambar



Keterangan Dimasukkan asam asetat glasial dan iso-amil alkohol pada tabung reaksi A



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)



2.



Hasil setelah penambahan H2SO4 pekat pada tabung reaksi A



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)



3.



Ditimbang asam salisilat sebanyak 0,1 gram menggunakan neraca analitik



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)



4.



Dimasukkan asam salisilat yang telah ditimbang dan mentanol kedalam tabung reaksi B



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)



5.



Dimasukkan H2SO4 pekat pada tabung reaksi B



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)



6.



Hasil akhir tabung reaksi B setelah dipanaskan (pembuatan minyak wintergreen)



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)



7.



Hasil akhir tabung reaksi A setelah dipanaskan (pembuatan minyak pisang)



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)



3.



Hasil akhir tabung reaksi B setelah dipanaskan (pembuatan minyak wintergreen)



(Sumber: Dokumentasi Pribadi)