Solubilisasi Surfaktan [PDF]

Citation preview

Solubilisasi Surfaktan: Katalisis Miselar Solubilisasi (solubillization) merupakan kemampuan misel untuk meningkatkan kelarutan bahan yang tidak larut atau sedikit larut dalam medium dispersi tertentu (Martin dkk, 1993). Fenomena ini berupa sifat yang penting dari surfaktan di dalam larutan. Surfaktan mempunyai kemampuan dapat memperbesar kelarutan senyawa sukar larut dalam air. Pengaruh surfaktan dalam memperbesar kelarutan senyawa yang dikarenakan adanya efek pembasahan dan solubilisasi senyawa dalam misel dari surfaktan (Florence dan Attwood, 1988). Solubilisasi dapat terjadi media air dan media bukan air. Dalam media air, solubilisat berupa material yang tak larut dalam air. Dalam media bukan air, solubilisat yang larut dalam air. I. Solubilisasi dalam Media Air Solubilisasi dalam media air memegang berbagai peranan penting dalam kehidupan seharihari, seperti dalam 



     



Formulasi produk yang mengandung material yang tak larut dalam air ( misel sebagai pengganti pelarut organik atau cosolvent), misalnya dalam farmasi, kosmetik dan insektisida. Detergency, untuk menghilangkan pengotor oil Micellar catalysis untuk reaksi organik. Polimerisasi emulsi Pemisahan material EOR Sistim biologi, kelarutan obat dalam lipid bilayer dan membran.



1.A Lokus Solubilisasi Pelarutan zat organik di dalam misel surfaktan dapat terjadi pada tempat yang berbeda-beda yang dinamakan lokus. Lokus ini ada lima posisi yaitu pada permukaan misel, diantara kepala-kepala hidrofilik, antara gugus hidrofob dengan atom C pertama hidrofil (lapisan palisade), lebih dalam dari lapisan palisade dan dalam pusat misel. Lokasi solubilisasi dapat diamati dengan XRD, UV, NMR dan Fluorescence dimana XRD, mengukur dimensi misel setelah solubilisasi dan UV, NMR dan Fluorescence, mengukur perubahan lingkungan solubilisat.



Lokus ini tergantung pada sifat zat organik yang akan tersolubilisasi sebagai contoh zat organik yang polar tersolubilisasi pada permukaan misel atau antara kepala-kepala hidrofilik, makin non polar zat organik tersebut semakin dalam posisi solubilisasinya dan zat organik yang non polar akan tersolubilisasi pada pusat misel. Contohnya hidrokarbon alifatik jenuh atau alisiklik yang bersifat non polar akan tersolubiliasai pada pusat misel (inner core), molekul polar kecil, seperti Fenol rantai pendek terdisolubilisasi di lapisan palisade, molekul polar besar seperti alcohol berantai panjang atau zat warna polar terdisolubilisasi di lapisan palisade dimana terjadi ikatan H atau dipole-dipole antara solubilisat dengan surfaktan.



1.B Faktor yang Menentukan Tingkat Solubilisasi 1) Struktur surfaktan, makin besar bagian hidrofobik dari surfaktan makin besar pengaruhnya terhadap kelarutan. Contoh Solubilisat : Senyawa hidrokarbon dan senyawa polar rantai panjang.     



Bila diameter misel dan bilangan Agregasi makin meningkat solubility meningkat Bila rantai hidrofob surfaktan makin panjang kapasitas solubilisasi senyawa hidrokarbon makin meningkat. Surfaktan FC lebih melarutkan FC dibandingkan surfaktan HC. Alkil sulfat bivalen lebih melarutkan HC dibandingkan alkil sulfat Na, karena yang bivalen bil. Agregasi, asimetri dan volumeny lebih besar. Untuk POE dalam air, makin panjang ggs hidrofob dan makin pendek rantai OE, melarutkan HK alifatis makin besar, karena bil. Agregasi makin besar.



Secara umum, Solubilizing power (kapasitas solubility) untuk senyawa hidrokarbon dan polar yang larut dalam inner core adalah : nonionik > kationik > anionik Dimana Kationik > anionik, karena molekul surfaktan kationik dalam misel looser packing. 2) Struktur solubilisat •



Untuk hidrokarbon alifatik dan alkil aril, semakin panjang rantai, solubility makin kecil dan adanya rantai tak jenuh atau siklis meningatkan solubility.



•



Untuk solubilisat polar, makin kurang polar dan makin panjang rantai, solubility makin kecil atau makin masuk ke lapisan palisade.



3) Elektrolit Penambahan elektrolit pada surfaktan ionic mengurangi gaya tolak antar gugus ionik, menurunkan CMC, meningkatkan bilagan Agregasi dan volume misel. Apabila bilangan Agregasi makin besar maka kelarutan Hidrokarbon dalam inner core makin besar pula.



Berkurangnya gaya tolak, menyebabkan molekul surfaktan dalam lapisan palisade closer packing, volume yang tersedia untuk melarutkan senyawa polar berkurang. Penambahan elektrolit pada POE : Urutan peningkata solubilisasi senyawa HK : K+ > Na+ > Li+ ; Ca2+ > Al3+ ; SO42- > ClEfek penambahan elektrolit terhadap solubility senyawa polar tidak diketahui dengan jelas. 4) Penambahan Senyawa organic monomer seperti Hidrokarbon terlarut dalam misel, misel swelling menyebabkan material polar dapat masuk ke lapisan palisade. 5) Penambahan senyawa organic polimer Seperti : polimer sintetik, protein, starch, turunan selulosa menyebabkan terbentuknya komplek polimer – surfaktan, melalui interaksi elektrostatik atau hidrofob. Solubilization power polimer-surfaktan > surfaktan 6) Pencampuran Anionic-Nonionic Misel 7) Suhu, pengaruh surfaktan dalam membantu pelarutan, meningkat dengan kenaikan suhu. Untuk surfaktan ionik : Temperatur makin meningkat, gerakan termal makin meningkat, space untuk solubilisasi makin besar sehingga solubilisasi senyawa polar maupun nonpolar makin besar. Untuk surfaktan nonionik POE : Solubility tergantung pada jenis solubilisat. Solubilisat nonpolar (HK alifatik dan alkil halida) dalam inner core, suhu makin meningkat maka solubility makin besar. 8) Hidrotropi Apabila terjadi interaksi ekor-ekor dan kepala-kepala yang kuat antar molekul surfaktan (karena rantai lurus, panjang dan closed-packed head), terbentuk Kristal tak larut dan Liquidcrystal. Struktur liquid crystal yang rigid, ruang untuk solubilisasi sangat berkurang, sehingga kapasitas solubilisasi makin kecil. Pembentukan struktur kristal tersebut dapat dikurangi dengan penambahan aditif organik nonsurfaktan tertentu, yaitu hydrotrop. •



Struktur hydrotrop :



Mirip dengan surfaktan, memiliki gugus hidrofilik dan hidrofob. Perbedaannya, gugus hidrofob umumnya pendek, siklis dan/atau bercabang. Contoh : - Sodium benzene- , toluene- , xylene- , cumene- p-cymenesulfonat - 1-hydroksi-2- naphthoat - 2-hydroksi-1-naphtalenesulfonat - Sodium 2-ethylhexyl sulfat Mekanisme : Karena struktur hidrotrop dan surfaktan mirip, terbentuk struktur misel campuran. Struktur hidrotrop. VH kecil dan ao besar → packing parameter → kapasitas solubilisasi makin >. 1.C Kelajuan Solubilisasi



II. Solubilisasi di pelarut nonaqueous Surfaktan ionik jarang digunakan, karena tidak larut dalam pelarut bukan air, tetapi ada beberapa yang dapat digunakan. 



Mekanisme solubilisasi molekul polar kecil dalam misel surfaktan ionik :



Mula-mula terjadi interaksi ion-dipole antara solubilisat dan counterion surfaktan yang berada dalam interior misel. Selanjutnya, interaksi yang lebih lemah (ikatan Hidrogen) antara solubilisat dan ion surfaktan. Nonionik POE larut dalam HK alifatik dan aromatik, lebih sering dipakai dalam pelarut bukan air. Mekanisme solubility molekul polar dalam misel POE berupa interaksi solubilisat dan Oksigen eter pada rantai POE. Solubility air ke dalam misel ionik dalam media bukan air, meningkat apabila meningkatnya konsentrasi surfaktan, Valensi counterion, dan rantai alkil makin panjang serta Ada ikatan rangkap pada gugus hidrofob, Rantai cabang lebih melarutkan air daripada rantai lurus, karena misel rantai lurus lebih compact dan rigid, penambahan elektrolit (gaya tolak gugus ionik surfaktan makin berkurang, gugus ionik semakin berdekatan, space untuk solubility air



makin kecil), Temperatur makin besar, solubility air makin besar, karena jarak antar gugus ionik makin besar. Penerapan Solubilisasi dalam media bukan air : dry cleaning. •



Solubility air dalam misel POE media bukan air. - Konsentrasi POE makin > → solubility air makin >. - Makin panjang gugus OE, solubility air makin >.



- Efek kenaikan temperatur dalam pelarut alifatik, aromatik dan yang mengandung Cl, kelarutan air dalam misel POE tidak banyak berubah, dalam misel ionik agak meningkat. - Penambahan elektrolit, pengurangan solubity air dalam misel POE tidak sebesar misel ionik. Penurunan solubility air oleh efek anion elektrolit lebih besar daripada kation, hal ini dikarenakan anion menyebabkan salting out ikatan hidrogen antara oksigen eter pada POE dengan solubilisat air.



•



Untuk surfaktan dengan gugus hidrofob yang sama, solubility air ke dalam pelarut HK makin < sesuai urutan : Anionik > nonionik > kationik



III. Efek Solubilisasi 3.A Efek pada Struktur Misel Solubilisat : nonpolar Semakin besar jumlah solubilisat dalam inner core makin >, VH makin besar, berubah menjadi lamelar, inverted lamelar micelle, akhirnya menjadi spherical inverted micelle Solubilisat : alkohol rantai medium Larut dalam lapisan palisade, a0 makin >, cenderung membentuk misel bulat. Kekuatan ionik makin>, a0 makin < → cenderung silinder atau lamelar.



3.B. Perubahan cloud point surfaktan nonionik dalam media air Cloud point = suhu saat larutan surfaktan mulai menjadi keruh 3.C Reduksi CMC 3.D Miscellaneous Effects of Solubilizations IV. Micellar Catalysis •



Banyak digunakan untuk mengkatalis reaksi organik.



•



Jika digunakan misel normal dalam pelarut air , umumnya reaksi katalisis terjadi pada interface misel-air.



.



Jika digunakan reverse misel dalam pelarut nonpolar. reaksi katalisis terjadi di inner core.



.



Misel kationik dapat mengkatalis reaksi antara anion nuklleofilik dengan substrat netral.



. Persyaratan agar reaksi katalisis terjadi : 1. Substrat tersolubilisasi oleh misel. 2. Tempat solubilisasi harus sedemikian rupa agar sisi aktif substrat mudah dicapai oleh reagent penyerang.