Pembuatan Asam Glukonat Dari Oksidasi Selektif Glukosa Menggunakan Molekul Oksigen Yang Diaktifasi Katalis Palladium/?-Al2o3 Dalam Larutan Natrum Hidroksida

Pembuatan asam glukonat dari oksidasi selektif glukosa
(Andriayani)

PEMBUATAN ASAM GLUKONAT DARI OKSIDASI SELEKTIF
GLUKOSA MENGGUNAKAN MOLEKUL OKSIGEN
YANG DIAKTIFASI KATALIS PALLADIUM/γ-Al2O3
DALAM LARUTAN NATRUM HIDROKSIDA
Andriayani
Jurusan Kimia FMIPA
Universitas Sumatera Utara
Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus USU Medan 20155

Abstrak
Telah dilakukan oksidasi selektif glukosa menggunakan molekul oksigen yang diaktifasi katalis
palladium/γ-Al2O3 pada suhu kamar dalam larutan natrium hidroksida menghasilkan asam glukonat
sebanyak 1.8 g (36%). Produk dianalisa dengan spektra FT-IR menunjukkan pita serapan pada bilangan
gelombang 3497; 3405; 2936; 1605; 1418; 1092; 878 dan 699 cm-1. Spektrum 1H-NMR dalam D2O
memberikan pergeseran kimia pada δ 3,81 dan 4,25 ppm.
Asam glukonat selanjutnya direaksikan dengan natrium hidroksida dalam metanol pada suhu 700C
menghasilkan garam natrium glukonat sebanyak 0,21 g (43%). Natrium glukonat yang diperoleh berupa
padatan putih dengan titik lebur 187 0C. Produk dianalisa dengan FT-IR menunjukkan pita serapan pada

bilangan gelombang 3544; 3432; 3318; 2969; 2928; 1630; 1445; 1095; 868 dan 650 cm-1. Spektrum 1HNMR dalam D2O memberikan pergeseran kimia pada δ 3,8 dan 4,15 dan 3,75 ppm.
Kata kunci: Asam glukonat, oksidasi selektif, katalis.

PENDAHULUAN
Indonesia negara yang kaya akan
sumber karbohidrat aeperti pati yang banyak
terdapat dalam tanaman ubi-ubian, jagung,
kentang, sagu dan lain-lain. Zat pati ini jika
dihidrolisa mengahasilkan monosakarida seperti
glukosa. Glukosa memiliki struktur rantai
terbuka maupun tertutup. Pada kondisi asam
atau basa molekul glukosa dapat memiliki
struktur rantai terbuka1,2,3. Molekul glukosa
dengan struktur rantai terbuka memiliki gugus
aldehida dan alkohol primer yang dapat
dioksidasi menjadi karboksilat. Jika oksidasi
selektif hanya pada gugus aldehida saja akan
menghasilkan asam glukonat4,5.
Asam glukonat memiliki peranan yang
penting dalam kehidupan. Dalam bidang

industri kimia digunakan sebagai zat pembersih,
perekat pada pabrik kertas dan pulp, pegolahan
air, industri makanan, obat-obatan, kosn\metika,
tekstil, industri logam, bahan bangunan dan
lain-lain6. Sebagai zat pengkelat dalam
pembuatan senyawa-senyawa komplek yang
larut dalam air7.

Asam glukonat telah dibuat dengtan
mengoksidasi glukosa dengan air brom yang
berfungsi sebagai zat pengoksidasi berupa asam
hipobromida3,4. Oksidasi juga telah dilakukan
dengan larutan alkali iodium seperti garam
natrium hipoidat membentuk garam asam
glukonat8. Secara biologi asam glukonat telah
dibuat secara fermentasi dari Kambucha Tea9,
fermentasi glukosa dari Jerusalem artichoke10,
dan
fermentasi
glukosa

the
hitam11
menggunakan katalis metanol12.
Dalam paper ini akan dilaporkan
bagaimana membuat asam glukonat dengan
mengoksidasi glukosa secara selektif pada
gugus aldehida menggunakan molekul oksigen
yang diaktifasi katalis palladium/γ-Al2O3 dalam
larutan natrium hidroksida. Penggunaan larutan
natrium hidroksida bertujuan supaya molekul
glukosa yang memiliki struktur rantai tertutup
dengan adanya basa dapat mengkatalisis
pembukaan cincin glikosida menjadi terbuka
dan gugus aldehidanya dapat dioksidasi. Agar
hanya gugus aldehida yang dioksidasi tanpa
terjadi oksidasi pada gugus alkohol primer pada
atom C6 digunakan molekul oksigen yang

43

Jurnal Sains Kimia (Suplemen)
Vol 9, No.3, 2005: 42-48
bersifat sebagai pengoksidasi lunak dan
diaktifasi dengan katalis palladium/γ-Al2O3.
Sistem katalis yang digunakan adalah sistem
katalis heterogen.

BAHAN DAN METODE

penetesan kembali dengan larutan NaOH 12N
agr pH tetap konstan 10. Reaksi dihentikan jika
konsumsi gas oksigen tidak ada lagi dan pH
campuran reksi tidak berubah lagi. Produk
dipisahkan dengan melakukan penyaringan dan
pelarut
diuapkan
dengan
rotary
evaporator.Produk dianalisa dengan FT-IR dan
1

H-NMR.

Alat
Peralatan yang digunakan adalah labu
leher tiga, hot plate, stirrer, rotary evaporator,
corong pisah, pipet tetes, sirring, oil bath,
thermometer, gelas ukur, kertas saring dan alat
gelas lainnya. Untuk analisa FT-IR dan 1HNMR di lakukan di Laboratorium Kimia UGM,
Jogyakarta.
Glukosa,
gas
oksigen,
natrium
hidroksida, palladium/γ-Al2O3, silikon grease,
indikator universal adalah buatan E’Merck dan
balon karet. Gas oksigen diperoleh dari PT.
Aneka Gas.

2.Pembuatan Garam Natrium Glukonat
Untuk membuktikan terbentuknya

asam glukonat dilakukan reaksi penggaraman
asam glukonat. Ke dalam labu leher tiga
dimasukan asam glukonat (0,5 g; 0,001 mol)
dan ditambahkan NaOH (0,14 g; 0,001 mol)
yang telah dilarutkan dalam ml CH3OH.
Campuran reaksi direfluks pada suhu 500 selama
5 jam sambil diaduk. Pelarut diuapkan hingga
diperoleh padatan putih. Selanjutnya padatan
putih yang diperolah dicuci dengan etanol
beberapakali dan di keringkan. Produk diukur
titik leburnya dan dibandingkan dengan data
literatur.

1.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bahan

Pembuatan Asam Glukonat

Ke dalam labu leher tiga dimasukkan
glukosa sebanyak 5 gram ( mol) yang dilarutkan
dalam 100 ml air. Kemudian ditambahkan 25 ml
larutan NaOH 12 N, palladium/γ-Al2O3 gram (
mol). Berat katalis yang digunakan 1,5% berat
glukosa. Campuran reaksi diatur pHnya hingga
konstan 10 melalui penambahan larutan NaOH.
Labu dihubungkan dengan balon karet yang
berisi gas oksigen. Rekasi dilakukan pada suhu
kamar sambil diaduk dengan stirrer. Selama
rekasi perubahan pH diamati, jka terjadi
penurunan pH menjadi asam dilakukan

CH2OH
O H

H

+ Na − OH

OH
HO

O−H

1. Pembuatan asam glukonat
Pada molekul glukosa, gugus karbonil
dari aldehida pada atom C1 dengan gugus OH
pada C5 dalam larutan berair akan membentuk
hemiasetal siklik piranosa berupa ikatan
glikosida. Pembukaan cincin piranosa dapat
dipercepat dengan adanya katalis asam atau
basa. Adapun mekanisme reaksi pembukaan
cincin piranosa menggunakan larutan NaOH
adalah sebagai berikut:

CH2OH
O−Na
H
C−H

OH
HO

OH

OH

Na − OH +

CH2OH
O−H
H
C−H
OH
HO
OH

44

+H−O

H

Pembuatan asam glukonat dari oksidasi selektif glukosa
(Andriayani)
Reaksi oksidasi glukosa dengan molekul oksigen yang diaktifasi katalis palladium/γ-Al2O3 dalam
larutan natrium hidroksida menghasilkan asam glukonat sebnyak 1,8 gram (36%).

O

O
C
H

C

H
OH

HO

H

Pd/γ-Al2O3
+ O2

H
HO

OH
OH
H

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH
C H 2O H

C H 2O H
Glukosa

Asam Glukonat

Spektrum inframerah dari asam
glukonat (Gambar 1) menunjukkan munculnya
pita serapan pada bilangan gelombang 3497 cm1
sampai 3000 cm-1 yang melebar (broad) dan
tumpang tindih dengan serapan C-H pada 2935
cm-1 menunjukkan adanya gugus OH alkohol
sekunder dan asam karboksilat dari asam
glukonat. Melebarnya puncak serapan ke arah
kanan disebabkan terjadinya ikatan hidrogen
pada regangan OH secara antar molekul. Hal ini
disebabkan asam glukonat yang dihasilkan
berupa larutan yang sangat pekat berupa gel.
Vibrasi regangan C-O alkohol sekunder
didukung dengan munculnya pita serapan pada
daerah bilangan gelombang 1091 cm-1.
Munculnya pita serapan pada bilangan
gelombang 2936 cm-1 menunjukkan adanya
stretching vibrasi C-H dari gugus CH pada
rantai karbon C2, C3, C4 dan C5 dan CH2 pada
atom C6. Munculnya pita serapan pada bilangan
gelombang 1604 cm-1 yang melebar dan
medium menunjukkan adanya stretching C=O
dari gugus karbonil asam karboksilat. Hal ini

didukung dengan adanya regangan C-O dan
tekukan C-O-H pada daerah bilangan
gelombang disekitar 1440-1395 cm-1 dan 13201210 cm-1 13,14. Dalam hal ini tekukan C-O-H
dari asam glukonat diperlihatkan pada bilangan
gelombang 1417 cm-1 yang medium. Karena
asam glukonat yang dihasilkan sangat pekat
maka asam glukonat berada sebagai dimer
akibat adanya ikatan hidrogen antarmolekul.
Hal ini diperlihatkan dengan adanya serapan OH yang sangat melebar di daerah bilangan
gelombang 3497-2450 cm-1. Ikatan hidrogen ini
juga akan memperlemah ikatan C=O sehingga
menhasilkan serapan C=O yang lebih rendah
dari monomernya yaitu pada bilangan
gelombang 1604 cm-1. Adanya dimer ini juga
didukung dengan adanya serapan yang melebar
dengan intensitas yang lemah akibat bending
vibration dari ikatan hidrogen OH yang keluar
bidang pada bilangan gelombang 877 cm-1.
Adanya perbedaan spektrum inframerah asam
glukonat dapat dibandingkan dengan spektrum
inframerah glukosa (Gambar 2).

Gambar 1. Spektrum FT-IR Asam Glukonat

45

Jurnal Sains Kimia (Suplemen)
Vol 9, No.3, 2005: 42-48

Gambar 2 Spektrum FT-IR Glukosa (KBr)

Gambar 3. Spektrum 1H-NMR dari Asam Glukonat
Spektrum 1H-NMR dari asam glukonat
(Gambar 3) menunjukkan pergeseran kimia
pada δ 3,8 ppm menunjukkan adanya 6 proton
CH pada atom C2, C3, C4, C5 dan C6. Pergeseran
kimia pada daerah δ 4,25 ppm menunjukkan 5
proton dari gugus OH (hidroksi) pada atom C2,
C3, C4, C5 dan C6. Sedangkan pergeseran kimia
pada δ 4,8 ppm menunjukkan proton dari
pelarut. Proton dari asam karboksilat pada asam
glukonat tidak muncul pada daerah pergeseran
kimia 10-13 ppm disebabkan terjadinya
pertukaran proton karboksilat yang cepat (rapid
proton exchange) dengan pelarut D2O15.
Perekahan puncak (splitting) pada geseran

46

kimia dari gugus CH pada atom C2, C3, C4, C5
dan C6 tidak teramati hal ini disebabkan
frekwensi spektrometer yang digunakan untuk
analisa 1H-NMR sangat rendah (60 MHz).
Spektrum 1H-NMR dari asam glukonat berbeda
dengan spktrum 1H-NMR dari glukosa (Gambar
4).

Pembuatan asam glukonat dari oksidasi selektif glukosa
(Andriayani)

Gambar 4 Spektrum 1H-NMR Glukosa (D2O)
2.Pembuatan Garam Natrium Glukonat
Setelah dilakukan reaksi penggaraman
terhadap asam glukonat dengan natrium
hidroksida dalam metanol dihasilkan garam
natrium glukonat berupa padatan putih dengan
titik lebur 1870C sebanyak 0,21 gram (42%).
Spektrum inframerah dari natrium glukonat
( Gambar 5) menunjukkan adanya pita serapam
pada daerah bilangan gelombang 3544 sampai
3317 cm-1 yang melebar menunjukkan adanya
gugus OH alkohol primer dan sekunder. Vibrasi
regangan C−O alkohol didukung dengan

munculnya pita serapan pada daerah bilangan
gelombang 1095 cm-1. Pita serapan pada
bilangan gelombang 2968 cm-1 dan 2928 cm-1
menunjukkan adanya gugus CH2 dan CH yang
tumpang tindih dengan pita serapan gugus
hidroksi. Vibrasi asimetri yang kuat pada daerah
bilangan gelombang 1630 cm-1 menunjukkan
pita serapan C=O karbonil dari garam
karboksilat.
Rendahnya
nilai
serapan
disebabkan terjadinya resonansi pada gugus
karbonil.

Gambar 5. FTIR Natrium Glukonat

47

Jurnal Sains Kimia (Suplemen)
Vol 9, No.3, 2005: 42-48

O

O
C
H
HO

C

OH
OH
H

+ NaOH

CH3OH

H

ONa
OH

HO

H

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH
C H 2O H

C H 2O H
Asam Glukonat

Natrium Glukonat

Gambar 6. Reaksi Asam Natrium Glukonat Menjadi Natrium Glukonat
Spektrum 1H-NMR dari natrium
glukonat (Gambar 7) menunjukkan pergeseran
kimia pada 3,8 ppm menunjukkan 4 proton CH
dari atom C2, C3, C4 dan C5. Pergeseran kimia
pada 4,15 ppm menunjukkan 2 proton dari CH2
pada atom C6. Sedangkan pergeseran kimia
pada 4,75 ppm menunjukkan 5 proton dari
gugus hidroksi. Perkahan puncak (spliting)
geseran kimia (δ) gugus CH maupun CH2 tidak
teramati hal ini disebabkan spektrometernya
rendah (60 MHz).

Gambar 7. 1H-NMR Natrium Glukonat(D2O)
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang dilakukan
dapat disimpulkan:
1. Reaksi oksidasi secara selektif pada
molekul glukosa menggunakan molekul
oksigen yang diaktifasi katalis palladium/γAl2O3 dalam larutan natrium hidroksida
pada suhu kamar dihasilkan asam glukonat
sebanyak 1,8 gram (36%).
2. Reaksi penggaraman asam glukonat dengan
natrium
hidroksida
dalam
metanol
dihasilkan natrium glukonat berupa padatan
putih dengan titik lebur 1870C sebanyak
0,21 gram (42%).

48

DAFTAR PUSTAKA
Mc Murry, J.,”Organic Chemistry”, Third
Edition,
Brooks/Cole
Publishing
Company, California, 927-940, (1992)
Loudon, G.M.,”Organic Chemistry”, Third
Edition,
The
Benjamin/Cuming
Publishing Company, Inc. New York,
1327-1355, (1995)
Wingrove,
A.S.
dan
Todd,
W.R.,”Biochemistry’, Second Edition,
Harper & Row Publisher, New York,
108-117, 1284-1289, (1981)
West, E.S. dan Tood, W.R.,”Biochemistry”,
Third Edition, The Mac Milan Company,
200-204, (1961)
Belitz, H.D. dan Grosch, W.,”Food Chemistry”,
Tranlation for second Jerman Edition by
Hadzieyeu. Springer Verlag, Berlin
Heidberg New York, 200-2004, (1987)
Barensteynstraat,
V.,”Glucona”,
The
Nederlands
Glucona
All
Rights
Reserved,
(1998)02/17/03
Morse, R.,”Bee Culture: Protection”, Bee
Culture
Magazine
ED
AND
LUSBY.htm,(1998)03/14/03
White, A., Handler, P., Smith, P. dan
Setter,”Principles of Chemistry”, Second
Edition, Mc Graw Hill Book Company,
Inc. New York, 220-227, (1959)
Franks, G.,”Kombucha”, Index, (2003)
03/
14/03
Don-Man, K. dan Hak-Sung, K.,”Continous
Production of Gluconic Acid and Sorbitol
from Jerrusalem Artichoke and Glucose
Using Oxidoreductase of Zymonas

Pembuatan asam glukonat dari oksidasi selektif glukosa
(Andriayani)
Mobils and Inulase”, Biotecnol. Bioeng,
Vol 39, 336-342, (1992)
Hoffman, N.,”Additives and Herbal Tea”, A
Letter to a Kombucha Tea Grower,
(2000)03/14/03
________,” The UFZ/Vegelbusch Gluconic
Acid Process”, Tecnology: Gluconic
Acid,
(2003)03/14/03
Pavia, D. L., Lampman, G.M. dan Kriz, G.S.
“Introduction To Spectroscopy: Guide
for Student of Organic Chemistry,
Sounders Golden Sunburst Series, 54-45,
(1979)
Silverstein, R. M., Balsser, G.C. dan Masrill, T.
C., “Spectrometric Identification of
Organic Coumpounds”, Ed. 5, John
Wiley Sons, Inc., New York , 120-124,
(1991)
Biemann, K.”Tabel of Spectral Data for
Structure determination of Organic
Coupounds, Second edition, SprigerVerlag Berlin Heidelberg H135, (1983)

49