II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Senyawa Epoksi
Senyawa epoksi adalah senyawa yang dihasilkan dari reaksi epoksidasi minyak nabati atau minyak bumi yang memiliki ikatan tidak jenuh. Penggunaan
minyak bumi sebagai bahan baku sudah jarang dilakukan dengan keterbatasan sumber bahan baku minyak bumi. Minyak nabati dan derivatnya merupakan bahan
baku yang kini banyak digunakan untuk sintesa senyawa epoksi.
2.2 Reaksi Epoksidasi
Azhar Ramadhani Tarigan 067022002
Magister Teknik Kimia -USU Azhar Ramadhani Tarigan : Pembuatan Senyawa Epoksi Dari Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat Secara
Enzimatis, 2009 USU Repository © 2008
Reaksi epoksidasi adalah reaksi asam peroksi organik dengan ikatan rangkap untuk membentuk senyawa oksiren Wood dan Termini, 1958, atau reaksi dimana
senyawa hidrokarbon tidak jenuh diubah menjadi siklik eter Kirk dan Othmer, 1965. Persamaan reaksi dari proses epoksidasi adalah sebagai berikut :
Azhar Ramadhani Tarigan
Gambar 1. Reaksi dari Epoksidasi Hidrokarbon Dalam
mempelajari pembuatan
senyawa epoksi dari olefin, asam lemak tidak
jenuh dan ester tidak jenuh yang direaksikan dengan asam peroksi alifatik. Asam peroksi asetat bebas air diperoleh dari reaksi antara asam asetat anhidrat dan hidrogen
peroksida. Asam peroksi dibentuk melalui interaksi antara asam karboksilat dengan hidrogen peroksida.
H
2
O
2
+ RCO
2
H RCO
3
H + H
2
O
Hidrogen Peroksida Asam Karboksilat
Asam Peroksi air
Gambar 2. Reaksi Pembentukan Asam Peroksi pada Kondisi Proses Tertentu
Pembentukan asam peroksida dengan menggunakan hidrogen peroksida dapat
dilakukan dengan empat cara : 1.
Asam peroksi asetat yang dibentuk terlebih dahulu. 2.
Asam peroksi asetat yang dibentuk secara in situ. 3.
Asam peroksi format yang dibentuk terlebih dahulu.
4.
Asam peroksi format yang dibentuk secara in situ.
067022002 Magister Teknik Kimia -USU
Azhar Ramadhani Tarigan : Pembuatan Senyawa Epoksi Dari Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat Secara Enzimatis, 2009
USU Repository © 2008
Dalam penyediaan asam peroksi dikenal dua cara yang biasa ditempuh. Pertama, penyediaan asam peroksi secara terpisah preformed dan penyediaan secara
insitu. Penyediaan secara insitu lebih baik daripada secara terpisah karena hal-hal sebagai berikut :
a. Penyediaan secara terpisah memerlukan tempat tersendiri, waktu proses yang
lebih lama, proses pemurnian dan penyimpanan hasil pada suhu rendah untuk menghindari dekomposisi dan ledakan.
b. Penyediaan secara insitu selain tidak memerlukan hal-hal diatas juga hanya
membutuhkan pereaksi dengan jumlah minimum, menghasikan campuran fase air dan minyak dengan konsentrasi hasil yang rendah sehingga lebih aman
Yadav dan Satoskar, 1997. Reaksi epoksidasi adalah reaksi adisi sehingga menghasilkan epoksida cis dan
trans dari cis dan trans alkena sebagai contoh asam oleat cis dan trans elaidat akan menghasilkan isomer cis dan trans asam epoksi stearat yang muncul sebagai rasemat
tunggal Gunstone,1993. Reaksi dapat dilihat pada reaksi berikut ini :
Swern, 1982; Gunstone dan Norris, 1983 Dalam reaksi epoksidasi, selain dihasilkan produk epoksi juga dihasilkan
produk samping sebagai hasil degradasi oksiran dan hasil reaksi samping. Untuk mengurangi produksi samping dapat ditempuh dengan menerapkan suhu reaksi yang
Azhar Ramadhani Tarigan 067022002
Magister Teknik Kimia -USU Azhar Ramadhani Tarigan : Pembuatan Senyawa Epoksi Dari Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat Secara
Enzimatis, 2009 USU Repository © 2008
moderat dan dengan menggunakan pelarut organik yang sesuai seperti heptana, heksana atau toluena. Tabel 1 memperlihatkan hasil-hasil reaksi epoksidasi
menggunakan asam perasetat secara insitu.
Tabel 1. Hasil-hasil Reaksi Epoksidasi dengan Asam Perasetat Secara Insitu
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
No. Reaksi Keterangan
1. 2.
3a. 3b.
3c. 3d.
3e. H
2
O
2
+ CH
3
CO
2
H CH
3
CO
3
H + H
2
O R-CH=CH-R’ + CH
3
CO
3
H R-CHOCH-R’ + CH
3
CO
2
H R-CHOCH-R’ + CHCO
2
H R-CHOH-CHO
2
CCH
3
-R’ R-CHOCH-R’ + H
2
O R-CHOH-CHOH-R’ R-CHOCH-R’ R-CO-CH
2
-R’ R-CHOCH-R’ + CH
3
CO
3
H R-CHOHCHO
3
CCH
3
-R R-CHOCH-R’ + H
2
O
2
R-CHOH-CHO
2
H-R’ Pembentukan Perasetat
Reaksi epoksidasi Reaksi samping
Reaksi samping Reaksi samping
Reaksi samping Reaksi samping
Sumber : Lutz, 1978 Minyak nabati yang baik digunakan dalam pembuatan epoksi adalah yang
mengandung asam lemak tidak jenuh dengan kadar relatif tinggi misalnya minyak
Azhar Ramadhani Tarigan 067022002
Magister Teknik Kimia -USU Azhar Ramadhani Tarigan : Pembuatan Senyawa Epoksi Dari Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat Secara
Enzimatis, 2009 USU Repository © 2008
kedelai. Senyawa epoksi dapat dibuat dari minyak nabati minyak terepoksidasi, epoksi ester campuran dan epoksi ester spesifik. Senyawa epoksi sering digunakan
sebagai plasticizer dan stabilizer pada resin polivinil klorida Carlson dan Chang, 1985.
Ester-ester tersebut telah digunakan sebagai pemlastis dan aditif untuk PVC seperti terlihat pada Gambar 3 menghasilkan stabilititas cahaya dan panas yang baik,
yang tidak hanya disebabkan oleh kemampuannya mengikat hidrogen klorida terlepas tetapi juga karena kemampuannya menggantikan atom klorin labil dalam rantai PVC
sehingga mencegah dehidroklorinasi lanjutan.
Azhar Ramadhani Tarigan
Gambar 3. Mekanisme Kerja Senyawa Epoksi sebagai Penstabil dan Pelentur pada Polivinil Khlorida Swern, 1982
Trigliserida atau ester terepoksi memiliki volatilitas rendah dan tahan terhadap
ekstraksi, sebagai contoh butil epoksi stearat adalah pemlastis yang sama baiknya dengan pemlastis komersial dioktil adipat DOA dan menghasilkan kekuatan tarik
yang baik Meier, 1990.
067022002 Magister Teknik Kimia -USU
Azhar Ramadhani Tarigan : Pembuatan Senyawa Epoksi Dari Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat Secara Enzimatis, 2009
USU Repository © 2008
Senyawa epoksi dapat disintesis dari minyak nabati yang mengandung asam lemak tak jenuh ALTJ cukup tinggi, yaitu sekitar 50. Pada umumnya senyawa
epoksi disintesis dari minyak kedelai. Namun demikian, pada saat ini telah dikembangkan penggunaan minyak sawit mentah sebagai bahan bakunya, karena
minyak sawit mentah mengandung asam lemak tak jenuh ALTJ yang cukup tinggi, yaitu sekitar 48 Kaufman. dkk, 1991.
Senyawa epoksida juga dapat berbentuk ester, sebagai contoh epoksi ester minyak kedelai menguasai 70 70 ribu ton per tahun pasaran pemlastis ester karena
fungsinya bukan saja sebagai pemlastis namun juga sebagai penstabil. Ada tiga kelompok dasar ester epoksida yang dibuat dari minyakasam lemak nabati yaitu :
a. Trigliserida terepoksida
b. Campuran ester-ester epoksi seperti : linseed, tall
c. Ester epoksi khusus seperti : oleat dan stearat Carlson dan Chang, 1985.
Reaksi kimia epoksidasi secara in situ dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 4. Reaksi Kimia Proses Epoksidasi secara in situ Udipi, 1979
Azhar Ramadhani Tarigan 067022002
Magister Teknik Kimia -USU Azhar Ramadhani Tarigan : Pembuatan Senyawa Epoksi Dari Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat Secara
Enzimatis, 2009 USU Repository © 2008
Mekanisme pembentukan senyawa epoksi melalui reaksi epoksidasi seperti terlihat pada Gambar 5 pertama sekali ditemukan pada tahun 1955 oleh Bartlett
Kwart dan Hoffman, 1966. C
C +
O O
O O
O O
O O
C C
C C
C H
H
R R
Senyawa tidak jenuh
Asam peroksi Produk intermediet
C C
+ HO
R
Senyawa epoksi Asam karboksilat
Gambar 5. Mekanisme Pembentukan Senyawa Epoksi Melalui Reaksi Epoksidasi
Gall dan Greenspan 1955 mengatakan bahwa senyawa epoksi dengan bilangan Iod yang rendah menunjukkan mutu yang baik. Reaksi epoksidasi
menggunakan teknik in situ memiliki beberapa keuntungan, antara lain mengurangi bahaya yang dapat ditimbulkan oleh reaksi epoksidasi, mengurangi pemakaian
hidrogen peroksida serta mengurangi biaya Swern, 1982. Katalis yang dapat digunakan pada reaksi epoksidasi adalah asam sulfat pekat
dan resin penukar ion. Produksi optimal senyawa epoksi diperoleh dengan menggunakan pelarut inert seperti benzen dan heksan, katalis asam sulfat atau resin
Azhar Ramadhani Tarigan 067022002
Magister Teknik Kimia -USU Azhar Ramadhani Tarigan : Pembuatan Senyawa Epoksi Dari Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat Secara
Enzimatis, 2009 USU Repository © 2008
ambarlite dan lama reaksi sekitar 8-14 jam. Reaksi ini dapat dipersingkat dengan menggunakan hidrogen peroksida yang berlebih Gall dan Greenspan, 1955.
Penggunaan rasio molar asam asetat dan hidrogen peroksida yang tinggi menyebabkan terbukanya cincin epoksi sehingga rendemen epoksi ester yang
dihasilkan relatif rendah seperti yang disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Pengaruh Rasio Molar Asam Asetat dan Hidrogen Peroksida
terhadap Hasil Epoksidasi Tidak Jenuh
Epoksi Ester Rasio
Molar Waktu
Reaksi jam
Oksiran Oksigen
Rendemen Bilangan
Bilangan Iod
Reaksi 15 : 11
3 0.0
0.0 4
95 1.7 : 1
8 0.2
4.4 8
89 0.5 : 1
13 3.6
80.0 5
93 Sumber : Gall dan Greenspan, 1955.
Wood dan Termini 1958 menyatakan bahwa proses epoksidasi biasanya dilakukan pada suhu 65 – 75
O
C, bila digunakan suhu yang lebih rendah akan memperpanjang waktu epoksidasi dan menurunkan efisiensi epoksidasi. Hasil
penelitian Haya 1991 menunjukkan bahwa epoksidasi juga dapat dilakukan pada suhu 100±5
O
C.
2.3 Metil Ester Asam Lemak Sawit Destilat