Sintesis Polieugenol Dengan Katalis Asam Sulfat [PDF]

Citation preview

103



Sintesis Polieugenol dengan .................... (Wuryanti Handayani)



Sintesis Polieugenol Dengan Katalis Asam Sulfat (Synthesis of Polyeugenol with Sulfuric Acid Catalyst) Wuryanti Handayani Staf Pengajar Jurusan Kimia FMIPA Universitas Jember ABSTRACT Synthesis of polyeugenol with sulfuric acid catalyst has been studied in this work. Clove leaf oil was extracted and fractionated to yield eugenol. Eugenol was polimerizated with sulfuric acid in variation ratio. Fraction 3 was pure eugenol between another fractions. Polyeugenol with ratio catalyst: monomer = 1:2 was the best polimer. In ratio catalyst: monomer = 1:8, polyeugenol was not resulted. Keywords: Synthesis, Polieugenol, Sulfuric Acid PENDAHULUAN Eugenol merupakan salah satu komponen kimia dalam minyak cengkeh yang memberikan bau dan aroma yang khas pada minyak cengkeh. Considine dan Considine (1982) menyatakan bahwa eugenol murni merupakan cairan tidak berwarna, berbau keras, dan mempunyai rasa pedas. Eugenol mudah berubah menjadi kecoklatan apabila dibiarkan di udara terbuka. Dalam bidang industri pemanfaatan eugenol masih terbatas pada industri parfum (Chairil, 1994). Eugenol merupakan komponen kimia utama dalam minyak daun cengkeh, yaitu 7990% volume (Ketaren, 1985). Menurut Guenther (1950) eugenol merupakan komponen utama minyak cengkeh yaitu 8090%. Hasil penelitian Deyena dan Horiguchi (1971) menyebutkan bahwa minyak cengkeh mengandung eugenol 80,7%, sedangkan Chakrabarki dan Ghosh (1974) menemukan eugenol 80-93% dalam minyak cengkeh yang berasal dari India. Polimerisasi dengan bahan baku senyawa alam seperti eugenol merupakan suatu hal yang relatif baru dilakukan. Pengembangan dan pemanfaatan polimer tersebut semakin diperluas. Polimer menggantikan material tradisional mulai dari industri bangunan, industri kemasan, industri serat kain, serta industri otomotif dan pesawat terbang. Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi eugenol dari minyak cengkeh dan mensintesis polieugenol pada kondisi tekanan dan suhu kamar dengan katalis asam sulfat. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah nilai guna eugenol, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku sintesis polieugenol.



METODE PENELITIAN Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak daun cengkeh kotor yang diperoleh dari Laboratorium Organik Universitas Gadjah Mada. Minyak tersebut diredestilasi, sehingga diperoleh minyak daun cengkeh bersih. Isolasi Eugenol Minyak daun cengkeh bersih diekstraksi dengan NaOH 4 M. Fase organik diekstraksi dengan petroleum eter. Fase anorganik kemudian diasamkan dengan HCl hingga netral. Hasil yang didapat dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat, lalu dilanjutkan dengan evaporator Buchi. Residu ditimbang dan difraksinasi dengan destilasi bertingkat pengurang tekanan. Fraksi yang diperoleh dari isolasi eugenol dikarakterisasi dengan kromatografi gas dan spektrofotometer inframerah Polimerisasi Sejumlah Eugenol murni ditetesi dengan 0,25 mL katalis asam sulfat pekat setiap 30 menit sebanyak empat kali. Reaksi polimerisasi dihentikan dengan menambahkan 1,0 mL metanol dua jam setelah penambahan katalis terakhir. Padatan yang terbentuk dilarutkan dalam kloroform. Larutan polimer dicuci dengan akuades hingga netral, kemudian dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat dan dilanjutkan dengan evaporator Buchi. Polimer ini dikarakterisasi dengan metode spektrofotometer IR dan kromatografi lapis tipis.



Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.2, 2001: 103-110



HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi Dan Karakterisasi Eugenol Isolasi eugenol dilakukan secara kimiawi dan pemurniannya dengan destilasi bertingkat pengurang tekanan. Hasil ekstraksi yang diperoleh dari 500 g minyak daun cengkeh bersih adalah 384,9 g atau 76,98%. Hasil ekstraksi sangat dipengaruhi oleh konsentrasi larutan NaOH yang akan mengikat eugenol dari minyak daun cengkeh. Eugenol diisolasi sebagai garam natrium eugenolat yang larut dalam air dan berada pada lapisan bawah. Reaksi ini bersifat eksotermis, sehingga pemisahan garam tersebut dilakukan setelah campuran dingin. Ekstraksi garam natrium eugenolat dengan petroleum eter bertujuan untuk memisahkan bahan organik selain eugenol yang mungkin masih ada selama proses pemisahan. Hal ini akan meningkatkan kemurnian eugenol yang diperoleh, karena menurut Hardjono (1978) dalam minyak



104



cengkeh juga terdapat kariofilena dan terpenaterpena lain. Pengasaman dengan HCl bertujuan untuk mengubah garam natrium eugenolat menjadi eugenol. Reaksi yang terjadi adalah reaksi penggaraman biasa. Dalam reaksi ini ion eugenolat akan menangkap ion hidronium yang berasal dari ionisasi sempurna HCl. Hasil reaksi adalah eugenol dan garam NaCl. Eugenol akan berada pada lapisan atas. Pemurnian eugenol dilakukan dengan destilasi bertingkat pengurang tekanan, karena titik didih eugenol sangat tinggi (2250C) pada tekanan 1,0 Atm (Dean, 1987). Pengurangan tekanan dilakukan dengan menyambungkan alat destilasi pada vakum minyak, sehingga tekanannya dapat turun hingga 6,0 mmHg. Pada tekanan tersebut titik didih eugenol pada setiap fraksi berkisar antara 103-1140C. Tabel 1 menunjukkan hasil pemurnian dan karakterisasi eugenol dengan destilasi bertingkat. Jika dilihat dari titik didihnya, maka fraksi yang paling tinggi kemurniannya adalah fraksi 3.



Tabel 1. Hasil pemurnian eugenol dengan destilasi bertingkat Fraksi 1



Fraksi 2



Fraksi 3



Berat (g)



81,20



138,75



158,70



Warna



Tidak berwarna



Tidak berwarna



Kekuningan



Td (0C)/ 6,0 mmHg



103-108



109-113



114



BJ /300C



1,049



1,058



1,064



% Eugenol



21,10



36,05



41,23



Kemurnian (KG)



85,81



91,09



95,65



Analisis Kemurnian Eugenol Dari kromatogram hasil analisis fraksi 1 dengan kromatografi gas terlihat enam puncak (Gambar 1). Puncak tertinggi terdapat pada waktu retensi 6,345 yang merupakan puncak eugenol. Luas area puncak menunjukkan konsentrasi eugenol dalam fraksi I yaitu



85,81%. Lima puncak yang lain menunjukkan adanya senyawaan organik lain, yaitu terpena lain. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Hardjono (1978) bahwa dalam minyak cengkeh terkandung senyawa organik seperti kariofilena dan terpena lain.



105



Sintesis Polieugenol dengan .................... (Wuryanti Handayani)



Gambar 1. Kromatogram fraksi 1



Gambar 2. Kromatogram fraksi 2



Gambar 2 menunjukkan kromatogram hasil analisis fraksi 2. Puncak tertinggi terdapat pada waktu retensi 6,351. Luas area meningkat menjadi 91,09% yang menunjukkan konsentrasi eugenol meningkat. Dalam fraksi 2 juga masih terdapat lima puncak lain, tetapi



luas area menurun. Hal ini menunjukkan fraksi 2 lebih murni daripada fraksi 1. Kromatogram fraksi 3 mempunyai puncak tertinggi pada waktu retensi 6,372 dengan luas area 95,65% (Gambar3). Puncak-puncak lain semakin banyak, tetapi luas areanya kecil. Hal



Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.2, 2001: 103-110



ini disebabkan oleh pemanasan kolom yang menyebabkan senyawa-senyawa organik selain eugenol terurai. Fraksi 3 digunakan untuk penelitian selanjutnya, karena fraksi ini memiliki tingkat kemurnian paling tinggi di antara fraksi-fraksi lain. Besarnya luas area puncak tertinggi dan perbandingan antara puncak-puncak tertinggi dengan puncak-puncak lain menunjukkan fraksi 3 paling murni.



106



Analisis Struktur Eugenol Dengan Spektrofotometer IR Spektra inframerah eugenol fraksi 3 dapat dilihat pada Gambar 4 dan hasil analisis spektranya dapat dilihat pada Tabel 2. Spektra yang dihasilkan dari serapan eugenol terhadap sinar inframerah menunjukkan struktur gugusgugus fungsi. Dengan struktur gugus-gugus fungsi yang ada dapat diinterpretasi struktur keseluruhan molekul tersebut.



Gambar 3. Kromatogram fraksi 3



Gambar 4. Spektra inframerah fraksi 3



107



Sintesis Polieugenol dengan .................... (Wuryanti Handayani)



Tabel 2. Hasil analisis spektra inframerah eugenol Serapan (cm-1)



Gugus Karakteristik



3448,5



Gugus hidroksil



2910,4 dan 2842,9



Gugus karbon jenuh



1637,5



Gugus karbon tak jenuh (olefin)



1612,4 dan 1514



Gugus aromatik



1431,1



Gugus metilen



995,2 dan 914,2



Gugus vinil



817,8



Aromatik trisubstitusi



Berdasarkan spektra inframerah, eugenol memiliki gugus-gugus karakteristik yakni gugus aromatis yang tersubtitusi para pada



bilangan gelombang 817,8 cm-1, gugus vinil (995,2 dan 914,2 cm-1), gugus metil (1367,4 cm-1), gugus metilen (1431,1 cm-1), dan gugus OH (3448,5 cm-1). Rumus struktur eugenol dapat dilihat pada Gambar 5.



Gambar 5. Rumus struktur eugenol Sintesis Polieugenol Asam sulfat pekat yang digunakan dalam sintesis polieugenol ini adalah 1,0 mL, sedangkan berat eugenolnya bervariasi sesuai dengan perbandingan mol dengan katalis. Hasil polimerisasi dan karakterisai polimer terdapat pada Tabel 3.



Tabel 3. Hasil polimerisasi eugenol dengan katalis asam sulfat pekat 1:2



1:4



1:8



Jumlah katalis (mL)



1



1



1



Jumlah monomer (g)



5,9



11,8



23,6



Polimer terbentuk (g)



3,55



8,18



-



Wujud polimer



padat



gel



cair



Warna polimer



coklat tua



hitam



hitam



% Hasil



19,66



69,32



-



TL (0C)



129



-



-



Asam sulfat termasuk asam BronsteadLowry (Gould, 1959), yakni senyawa yang dapat menghasilkan proton berupa ion H+. Ion H+ ini yang akan memprotonasi monomer, sehingga menghasilkan kation. Reaksi



polimerisasi menggunakan katalis asam sulfat pekat ini terjadi melalui tahapan-tahapan: tahap inisiasi, tahap propagasi, dan tahap terminasi. Tahap inisiasi ditandai dengan terjadinya perubahan warna larutan menjadi merah. Pada



Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.2, 2001: 103-110



tahapan ini terjadi reaksi adisi pada monomer. Reaksi tersebut mengikuti Hukum Markovnikoff bahwa stabilitas ion karbonium menentukan reaktivitas dalam polimerisasi berikutnya. Tahap propagasi terjadi ikatan kovalen antara kation dengan monomer. Pada tahap ini kation yang terbentuk menangkap elektron dari ikatan rangkap yang dimiliki oleh eugenol. Proses propagasi akan menentukan panjang rantai polimer. Tahap terminasi merupakan penghentian proses polimerisasi, yaitu dengan menambahkan ion negatif.



108



Analisis Struktur Polieugenol Dengan Spektrofotometer IR Spektra inframerah dari polimer dengan menggunakan katalis pada perbandingan katalis: monomer = 1:2 dapat dilihat pada Gambar 6. Dari spektra tersebut terlihat bahwa serapan gugus olefin (1636,5 cm-1) dan serapan gugus vinil (995,2 cm-1) hilang. Hal ini berarti telah terjadi reaksi adisi terhadap ikatan rangkap yang ada dalam eugenol yang menunjukkan telah terjadi polimerisasi. Secara fisik dapat dilihat bahwa polimer yang dihasilkan berwujud padat.



Gambar 6. Spektra inframerah polimer dengan perbandingan katalis: monomer= 1:2



Gambar 7. Spektra inframerah polimer dengan perbandingan katalis: monomer= 1:4



109



Sintesis Polieugenol dengan .................... (Wuryanti Handayani)



Spektra hasil polimerisasi eugenol dengan perbandingan 1:4 dapat dilihat pada Gambar 7. Spektra tersebut menunjukkan hilangnya serapan gugus olefin pada frekuensi 1637,5 cm-1, tetapi serapan gugus vinil masih tampak. Keadaan ini menunjukkan reaksi polimerisasi belum sempurna. Hal ini dibuktikan dengan hasil reaksi berwujud gel.



Gambar 8 menunjukkan spektra polimer dengan perbandingan katalis: monomer= 1:8. Pola spektra serapan Gambar 8 mirip dengan spektra eugenol (Gambar 5), terutama pada gugus-gugus karakteristiknya. Hal ini menunjukkan bahwa polimerisasi eugenol dengan katalis asam sulfat pekat pada perbandingan 1: 8 tidak terjadi.



Gambar 8. Spektra inframerah polimer dengan perbandingan katalis: monomer= 1:8



Gambar 9. Kromatogram lapis tipis eugenol dan polieugenol hasil sintesis



Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.2, 2001: 103-110



Selain dengan spektra IR, polieugenol dikarakterisasi dengan kromatografi lapis tipis. Gambar 9 menunjukkan kromatogram lapis tipis eugenol dan polieugenol. Data kromatogram menunjukkan Rf eugenol= 0,93; Rf polieugenol menggunakan katalis 1:2= 0,76; Rf polieugenol menggunakan katalis 1:4= 0,76; dan Rf polieugenol dengan katalis 1:8= 0,89. KESIMPULAN Eugenol yang murni dengan rendemen tinggi diperoleh dari minyak cengkeh dengan metode destilasi bertingkat pengurang tekanan pada fraksi 3. Polimerisasi kationik eugenol yang dilakukan pada tekanan dan suhu kamar dapat dilakukan dengan katalis asam sulfat pada perbandingan katalis: monomer= 1:2 dan 1:4. DAFTAR PUSTAKA Chairil, A, 1994. The conversion of Eugenol into More Valuable Substances, Disertation, Gadjah Mada University, Yogyakarta. Chakrabarki, M.M. dan S.K. Ghosh, 1974. Studies on Some Essential Oils from



110



Plants Grown in West Bengal, Indian Perfumer, 18,1. Considine, D.M. dan G.D. Considine, 1982. Food and Food Production Encyclopedia, Van Nortand Reinhold Co., New York. Dean, A., 1987. Handbook of Organic Chemistry, Mc Graw-Hill Book Co., New York. Deyena, T. dan T. Horiguchi, 1971. Studies of the Components of Essential Oil of Clove (Eugenia caryophyllata Thumber), Yokugaku Zasshi, 91, 22. Gould, E.S., 1959. Mechanism and Structure in Organic Chemistry, Holt, Reinhart and Winston, New York. Guenther, E., 1950. The Essential Oils. Volume IV, D, Van Norstand Company Inc., New York. Hardjono, S., 1978. Isolation and Utilization of Eugenol from Clove Leaf Oil, Disertation, Gadjah Mada University, Yogyakarta. Ketaren, S., 1985. Pengantar Teknologi Minyak Atsiri. Balai Pustaka, Jakarta.