PERHITUNGAN MEKANISME REAKSI ASETALISASI BENZALDEHIDA MENGGUNAKAN KATALIS ASAM (HCl) DENGAN METODE KOMPUTASI (AB-INITIO).

BENZALDEHIDA MENGGUNAKAN KATALIS ASAM (HCL) DENGAN METODE

KOMPUTASI (AB-INITIO)

Oleh:

Deby Elfrinasti Br Sitepu NIM 4123210007 Program Studi Kimia

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

MEDAN 2016

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Beganding pada tanggal 27 April 1994 dan merupakan anak kedua dari tiga bersaudara. Ayah bernama Masran Sitepu dan Ibu bernama Rostinita Br Perangin-angin Sinurat. Pada tahun 2000 memasuki pendidikan Sekolah Dasar di SDN 040472 Beganding dan pindah sekolah ke SD.K.Immanuel Batam pada tahun 2002 sampai menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar pada tahun 2006. Penulis melanjutkan pendidikan di SMP Negeri 10 Batam selama tiga tahun dan selesai pada tahun 2009. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di SMA Negeri 8 Batam sampai selesai tahun 2012. Penulis mengikuti Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri pada tahun 2012 dan diterima di Universitas Negeri Medan di Program Studi Kimia. Penulis pernah mengikuti kegiatan ekstrakulikuler kampus dan menjabat sebagai Bendahara Ikatan Keluarga Besar Kristen Kimia Unimed pada tahun 2014-2015. Pada tahun 2015 penulis pernah mengikuti studi lapangan di PT. Sari Roti dan Lab Forensik Medan serta mengikuti studi lapangan ke BPSMB (Badan Pengawas Standar Mutu Bahan). Penulis menyelesaikan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di PT.Toba Pulp Lestari pada tahun 2016.

PERHITUNGAN MEKANISME REAKSI ASETALISASI BENZALDEHIDA MENGGUNAKAN KATALIS

AS AM (H Cl ) DE NG AN ME T O DE KOMPUTASI (AB-INITIO)

Deby Elfrinasti Br Sitepu (4123210007)

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang perhitungan mekanisme reaksi asetalisasi benzaldehida menggunakan katalis asam (HCl) dengan metode komputasi (Ab-Initio). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui energi tiap tahapan reaksi asetalisasi benzaldehida. Perhitungan mekanisme dilakukan menggunakan metode ab initio dari hyperchem versi 8.0 denngan basis set 3-21G dan 6-31G*. Hasil perhitungan energi tiap tahapan reaksi asetalisasi selalu mengalami perubahan. Tahap awal pembentukan Benzylideneoxonium memiliki selisih energi dengan benzadehid sebesar 468,2204 kJ/mol dan 517,5909 kJ/mol tahap terakhir pembentukan Benzaldehyde-dimethyl-acetal memiliki selisih energi dengan benzaldehida sebesar -51,9294 kJ/mol dan -6,8003 kJ/mol. Selisih energi tertinggi pada tahap pembentukan Methoxy-phenyl-methanol yaitu 1299,2017 kJ/mol dan 1399,6171 kJ/mol serta selisih energi terendah terjadi pada tahap Benzaldehyde-dimethyl-acetal.

KATA PENGANTAR

Puji syukur pada Tuhan Yesus Kristus atas kasih karunia dan keajaiban-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian ini. Adapun judul dari penelitian penulis adalah “Perhitungan Mekanisme Reaksi Asetalisasi Benzaldehida Menggunakan Katalis Asam (HCl) dengan Metode Komputasi (Ab-Initio)” yang disusun untuk memperoleh sarjana sains, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Medan.

Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Dr.Muhammad Yusuf, M.Si sebagai dosen pembimbing yang mengenalkan penelitian ini dan telah banyak memberi bimbingan pada penulis hingga penelitian ini berakhir. Ucapan terimakasih juga disampaikan kepada Bapak Prof.Dr. Ramlan Silaban, M.Si, Ibu Dr. Destria Roza, M.Si, Ibu Ratna Sari Dewi, S.Si, M.Si selaku dosen penguji yang turut membantu memberikan masukan untuk perkembangan penelitian ini. Kepada dosen pembimbing akademis Bapak Drs. Kawan Sihombing, M.Si juga kepada Ibu Nora Susanti Sihombing, S.Si, M.Sc, Apt dan Ibu Riny Selly, S.Si, M.Sc yang mau meluangkan sebagian waktunya untuk membantu penulis dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi ini. Teristimewa terimakasih kepada kedua orang tua penulis M.Sitepu dan R.Br Perangin-angin juga kepada kakak dan adik penulis Ervinesia Br Sitepu dan Eddo Santo Hancelmus Sitepu yang selalu memberi dukungan semangat , doa dan nasihat-nasihat yang menguatkan penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada teman-teman seperjuangan Kimia NK 2012 khususnya kepada Bella Chintya Dewi Purba, Albert Niaman Telaumbanua untuk peminjaman laptop, Handika Prawira untuk waktu menemani penulis mencari perangkat penelitian dan Hendra Andreas. Terimakasih juga penulis sampaikan kepada teman-teman PKL di TPL Richard Nelwan (UNS) dan Janu (UNS) untuk waktu diskusi dan membantu mencari jurnal pendukung untuk penelitian ini. Terimakasih untuk teman satu bimbingan skripsi penulis Rahmi dan Fahmi. Penulis juga mengucapkan terimakasih untuk teman-teman Ikatan Keluarga Besar Kristen Kimia (IKBKK) khususnya Bang Edison, Kak Mariati, Bang Andri, Feni,

Marisa, Nita, Jon, Andreas, Andre , Polmar, Yovi, Putri, Yoga, Ayu, Ria Purba. Terkhusus terimakasih untuk Hermanto Sinaga, Bang Fransnando Sitorus, Bang Jori Siahaan, Renny Dorothy Purba, Vera Nainggolan, Josua Manurung, Ezra Butar-Butar, Erikson Sianturi dan Bang Lamhot Silaban untuk semangat yang diberikan kepada penulis. Dan masih banyak lagi yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dalam penyusunan skripsi ini tetapi sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dari segi isi maupun tata bahasa. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun guna menyempurnakan skripsi ini. Akhir kata, semoga penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta menambah wawasan para pembaca di masa yang akan datang.

Medan, Agustus 2016 Penulis

Deby Elfrinasti Br Sitepu NIM 4123210007

DAFTAR ISI

Lembar Pengesahan i

Riwayat Hidup ii

Abstrak iii

Kata Pengantar iv

Daftar Isi vi

Daftar Tabel viii

Daftar Gambar ix

Daftar Lampiran x

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Batasan Masalah 4

1.3. Rumusan Masalah 4

1.4. Tujuan Penelitian 4

1.5. Manfaat Penelitian 4

BAB 11: TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kimia Komputasi 5

2.1.1. Hyperchem 6

2.1.2. Metode Kimia Komputasi 8

2.1.3. Pemodelan Molekul 8

2.1.4. Metode Ab Initio 9

2.1.5. Optimasi Geometri 10

2.2. Reaksi Asetalisasi 11

2.3. Perkembangan Reaksi Asetalisasi Benzaldehid 13

BAB III: METODE PENELITIAN

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian 17

3.2 Alat dan Bahan 17

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Reaksi Asetalisasi Benzaldehida 19

4.2. Perhitungan Mekanisme Reaksi Asetalisasi Benzaldehida 19 4.3. Asetalisasi Benzaldehida Menggunakan Berbagai Katalis 33

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 32

5.2. Saran 32

DAFTAR PUSTAKA 33

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Katalis Reaksi Asetalisasi 14

Tabel 2.2. Optimalisasi Reaksi Asetalisai 14 Tabel 2.3. Optimalisasi Asetalisasi dari Aldehida yang Berbeda 15

Tabel 3.1. Alat Penelitian 16

Tabel 3.2. Bahan Penelitian 16

Tabel 4.1. Energi Optimasi Reaksi Asetalisasi Benzaldehida 20 Tabel 4.2 . Harga ∆� Mekanisme Reaksi Asetalisasi Benzaldehida 21 Tabel 4.3. Asetalisasi Benzaldehida Menggunakan Berbagai Katalis 33

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Ringkasan Fungsi-Fungsi Utama Hyperchem 7

Gambar 2.2. Reaksi Asetalisasi 11

Gambar 2.3. Mekanisme Reaksi Asetalisasi 12

Gambar 2.4. Pembentukan Asetal dengan Reaksi Trans-asetalisasi 12 Gambar 2.5. Reaksi Asetalisasi Benzaldehida Tanpa Katalis 13 Gambar 3.1. Bagan Alir Pemodelan Molekul dan Optimasi Geometri

Menggunakan Metode Ab-Initio 17

Gambar 3.2. Mekanisme Reaksi Asetalisasi Benzaldehida 18 Gambar 4.1. Persamaan Reaksi Asetalisasi Benzaldehida 19

Gambar 4.2. Koordinat Reaksi Vs Energi 22

Gambar 4.3. Benzylideneoxonium 23

Gambar 4.4. hydroxy(phenyl)methylium 24

Gambar 4.5. (hydroxy(phenyl)methyl)(methyl)oxonium 25

Gambar 4.6. Methoxy-phenyl-methanol 27

Gambar 4.7. (methoxy(phenyl)methyl)oxonium 28

Gambar 4.8. Benzylidene-methyl-oxonium 28

Gambar 4.9. Methoxy(phenil)methylium 29

Gambar 4.10. (Methoxy-phenyl-methyl)-methyl-oxonium 30 Gambar 4.11. Benzaldehyde-dimethyl-acetal 32 Gambar 4.12. Tahapan Mekanisme Reaksi Asetalisasi Benzaldehida 30

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data Perhitungan Energi Reaksi Asetalisasi Menggunakan

Basis Set 3-21G 38

Lampiran 2 Data Perhitungan Energi Reaksi Asetalisasi Menggunakan

1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Hampir semua lapisan masyarakat tidak terlepas dari bahan obat-obatan, pewangi ataupun kosmetik. Produk ini sudah mulai menjadi kebutuhan pokok dalam kehidupan masyarakat. Industri pewangi, kosmetik dan farmasi umumnya menggunakan senyawa berkerangka asetal sebagai bahan tambahan karena aroma yang dimilikinya. Senyawa-senyawa berkerangka asetal juga dapat ditemukan dalam berbagai aplikasi produk sehari-hari misalnya pemakaian surfaktan untuk pembersih dan pencucian serta penggunaan bahan aditif makanan dan minuman. Kelebihan senyawa asetal menyebabkan senyawa-senyawa asetal terus menjadi bahan sintesis yang berkembang dengan reaksi sintesis yang digunakan adalah reaksi asetalisasi (Holilah, 2012).

Reaksi asetalisasi merupakan salah satu strategi yang banyak digunakan dalam multi tahap sintesis senyawa-senyawa organik multifungsi dengan cara proteksi gugus karbonil yang biasa berasal dari aldehid atau keton. Pada umumnya reaksi ini dilakukan dengan cara mereaksikan senyawa-senyawa yang mengandung gugus karbonil dengan alkohol dan menggunakan katalis asam atau dengan agen dehidrasi seperti trimetil ortoformat (Arrozi, 2014).

Menurut Ali Amoozadeh (2013), asetalisasi merupakan salah satu reaksi yang penting dengan metode proteksi terhadap aldehid dan keton. Reaksi asetalisasi mudah dikonversi menjadi senyawa yang lebih berguna maka reaksinya sangat perlu untuk disintesis lebih lanjut lagi. Asetalisasi biasanya digunakan antara karbonil dengan alkohol dan dikatalis oleh asam atau agen hidrasi misalnya orto-ester. Dalam reaksi asetalisasi, berbagai hasil yang diperoleh menunjukkan hasil yang baik dan alkohol adalah reaktan yang berfungsi sebagai pelarut dalam kondisi netral dan lebih mudah digunakan untuk senyawa aldehid. Reaksi asetalisasi terhadap aldehida adalah salah satu reaksi yang telah banyak dipelajari dengan mereaksikan benzaldehida dan metanol dalam kondisi suhu kamar menggunakan beberapa jenis katalis.

Pada umumnya, katalis yang biasa digunakan dalam reaksi asetalisasi atau ketalisasi adalah asam protonik, asam lewis dan sejumlah transisi kompleks logam termasuk Rh (Rhodium), Pd (Palladium) dan Pt (Platinum). Meskipun diperoleh hasil yang baik dalam reaksi tetapi pemisahan katalis dari produk masih sulit dan katalis yang digunakan cukup mahal serta kurang stabil. Selain itu, preparasi asetal dan ketal biasanya menggunakan pelarut dengan proses yang menghasilkan limbah yang sulit dinetralkan atau harus dibuang. Untuk mengatasi hal tersebut digunakan asam ionik yang berfungsi sebagai katalis karena sifatnya yang unik yaitu tidak mudah menguap dan memiliki stabilitas cukup baik. Namun, untuk pemanfaatan yang praktis cairan ionik ini masih terkendala biaya yang relatif mahal dan potensi besar yang menyebabkan korosi akibat pelepasan HCl (Duan, 2006).

Perkembangan teknologi (khususnya komputer) telah membuat ilmu kimia mengalami kemajuan yang pesat. Sejak lahirnya penemuan mekanika kuantum, dalam ilmu kimia berkembang bidang baru yaitu kimia komputasi. Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya. Kimia komputasi dapat pula melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (seperti gas, cairan, padatan), dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Pemodelan kimia komputasi dapat membantu para kimiawan untuk: (1) Mendesain awal proses reaksi sintesis, (2) Mempelajari dan menjelajahi mekanisme reaksi, (3) Melakukan simulasi reaksi dalam komputer, dan (4) Menentukan sifat-sifat dari molekul pereaksi maupun produk yang dihasilkan (Priyanto, 2005).

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Neji Besbes (2012). Mekanisme reaksi asetalisasi dari 1,2 – diol dan 1,3- diol dengan senyawa karbonil yang telah dikatalisasi oleh asam Bronsted (HCl, H2SO4, TsOH, AcOH) dan asam Lewis (SiO2, BF3) menghasilkan Dioxolane menggunakan program Gaussian 03 untuk perhitungan reaksi. Penelitian dilakukan secara komputasi kimia yaitu menghitung jumlah atom oksigen, atom karbon serta menghitung

kerapatan elektron di karbon karbonil aldehida dan berdasarkan hasil akhir peneletian diperoleh hasil yang baik antara eksperimen dan teorinya.

Salah satu software berbasis komputasi kimia yang dapat digunakan untuk menghitung mekanisme reaksi adalah Hyperchem. Hyperchem merupakan program yang handal dari pemodelan molekul yang mudah digunakan, fleksibel dan berkualitas. Dengan menggunakan visualisasi dan animasi tiga dimensi hasil perhitungan kimia kuantum, mekanika dan dinamika. Selanjutnya, hyperchem mampu mengkaji konsep permukaan energi potensial dan tiga kalkulasi dari permukaan energi potensial yaitu single point, optimasi geometri, dan dinamika molekul. Perhitungan ini memberikan nilai energi dan turunan yang dibutuhkan untuk membangun dan memeriksa permukaan energi potensial (Pranowo, 2000).

Komputasi kimia dalam penelitian ini digunakan untuk membedakan kalkulasi energi, dan untuk menjelasan reaksi dan mekanisme pada level atom dan molekul. Untuk melakukan hal tersebut salah satu software yang dapat digunakan adalah Hyperchem. Berdasarkan uraian tersebut, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mensimulasi terjadinya reaksi asetalisasi sehingga dapat diprediksi keberhasilan reaksi tanpa biaya yang mahal. Oleh karena itu, penulis melakukan penelitian dengan judul: “Perhitungan Mekanisme Reaksi Asetalisasi Benzaldehid Menggunakan Katalis Asam (HCl) Dengan Metode Komputasi (Ab-Initio)”.

1.2. Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah, maka penelitian ini dibatasi masalah- masalah sebagai berikut:

1. Penelitian ini dibatasi pada penentuan energi reaksi asetalisasi benzaldehid dengan katalis HCl.

2. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode ab-initio dari software hyperchem versi 8.0.

1.3. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah diatas, maka dirumuskan masalah yaitu bagaimana tingkat energi tiap tahapan dan ramalan reaksi asetalisasi (intermediet) dengan metode ab initio?

1.4. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penyusunan penelitian adalah mengetahui energi tiap tahapan reaksi asetalisasi dengan metode ab initio dan meramalkan reaksi asetalisasi benzaldehida dan metanol dengan katalis HCl.

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk menentukan energi molekul dan dapat menjadi acuan pemodelan/simulasi reaksi sehingga dapat memprediksi berjalannya reaksi sebelum melakukan uji coba di laboratorium dengan biaya reagen yang mahal.

35 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan serta pembahasan yang telah diuraikan diatas maka didapatkan kesimpulan yaitu tingkat perubahan energi tiap tahapan reaksi asetalisasi selalu mengalami perubahan. Tahap awal pembentukan Benzylideneoxonium memiliki selisih energi dengan benzadehid sebesar 468,2204 kJ/mol dan 517,5909 kJ/mol tahap terakhir pembentukan (dimetoxymethyl)benzen memiliki selisih energi dengan benzaldehid sebesar -51,9294 kJ/mol dan -6,8003 kJ/mol. Selisih energi tertinggi pada tahap pembentukan Methoxy-phenyl-methanol yaitu 1299,2017 kJ/mol dan 1399,6171 kJ/mol serta selisih energi terendah terjadi pada tahap (dimethoxymethyl)benzen.

5.2. Saran

Dari penelitian yang telah dilakukan penulis menyarankan :

1. Pada penelitian dengan metode komputasi berikutnya perlu memperhatikan spesifikai perangkat yang akan digunakan baik perangkat lunak maupun perangakat komputer yang akan digunakan.

2. Perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut terhadap penelitian serupa dengan menggunakan variasi metode komputasi atau software yang lain terhadap reaksi-reaksi kimia yang lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

Amoozadeh,A., Yaser, A., Firouzen, N., Salman, R., (2013), 2,4,6-Trichloro [1,3,5] Triazine (TCT) As A Fast Inexpensive And Highly Efficient Catalyst For Acetalization Of Aromatic Aldehydes, Organic Chemistry An Indian Journal 9(1):28-33.

Arrozi, U.S.F., (2014), Reaksi Asetalisasi Benzaldehida dan Turunannya Terkatalisis Metal Organic Frameworks Berbasis Zirkonium., Thesis, FMIPA, ITB, Bandung.

Besbes, N., Djebar, H., Asma, M., Ali, R., Mohamed, L.E., Ezzidena, S., (2012), Experimental And Theoretical Investigation On The Catalytic Acetalization Of Aldehydes Over Tunisian Acid Activated Clay : A Mechanistic Study, Journal De La Societe Chimique De Tunise 14:39-46.

Cotton, F.A., Wilkinson, G., (2007), Kimia Anorganik Dasar, UI Press, Jakarta Duan, Z., Yanlong,G., Youquan, D., (2006), Green And Moisture-Stable Lewis

Acidic Ionic Liquids (Choline-Chloride. XZnCl2) Catalyzed Protection Of Carbonyls At Room Temperature Under Solvent Free Conditions, Catalysi Communications 7: 651-656.

Hidayaturahman, Muhammad, (2014), Sintesis Zr-MoFs Sebagai Katalis Reaksi Asetalisasi Benzaldehida Dengan Metanol., Skripsi, FMIPA, ITB, Bandung. Holilah, (2012), Sintesis Dan Karakterisasi H-ZSM-5 Mesopori Serta Aktivitasnya

Pada Reaksi 3,4-Dimetoksibenzaldehida Dengan Propilen Glikol., Skripsi, FMIPA, ITS, Surabaya.

K. Ambili V., (2011), Studies On Catalysis By Ordered Mesoporous SBA-15 Materials Modified With Transition Metals, Cochin University Of Science and Technology, India.

Martoprawiro, Muhammad A., (2012), Transparansi Ikatan Kimia Inti , Kimia ITB, Bandung

Matsumoto, M., Katsuya, N., Kazuokondo, (2015), Reactive Extraction of 1,3-Propanediol With Aldehydes In The Presence Of A Hydrophobic Acidic Ionic Liquid As Catalyst, Solvent Extraction Research and Development 22(2): 209-213.

Mehjardi, Mehdifallah, Kamal Ghanemi, (2012), Melamine Trisulfonic Acid Acetalization Of Carbonil Compounds Under Solvent-Free Conditions, Jordan Journal Of Chemistry 7(4)

Nisa, F. K., (2013), Uji Aktivitas Senyawa Kharisin Sebagai Antioksi Dengan Modefikasi Gugus Pada Cincin Aktifnya Menggunakan Metode RM1 Dan Ab Initio, Skripsi, FMIPA, UNNES, Semarang.

Priyanto,B., (2005), Irridasi Sitosin : Study Dehidrogenasi Dengan Kehadiran Radikal OH Menggunakan Program CPMD, Lapran Hasil Penelitian, Lapan. Pranowo, H.D., (2000), Kimia Komputasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Silveira, Claudia C, Samuel R. Merdes, Francieli I. Ziembowicz, Eder J. Lenandao,

Gelson Perin, (2010), The Use Of Anhydrous CeCl3 As A Recyclable And Selective Catalyst For The Acetalization Of Aldehydes And Ketones, J. Braz. Chem. Soc 21(2): 371-374.

Sethio, D, (2008), Sintesis Senyawa Flavanoid Teralkilasi dengan Metode Reaksi Multikomponen Serta Studi Ab Initio Mekanisme Reaksi Tahap Awal Sintesisnya., Skripsi, FMIPA, ITB, Bandung.

Satrya, A., Tri, W., Parsaoran, S., (2013), Kitin Sebagai Bahan Dasar Drug Delivery : Studi Interaksi Molekul Kitin Dengan Vitamin C Secara Ab Initio, Chem Info 1 (1) : 18-26.

Ziarani, Ghodsi Mohammadi, Alieza Badlei, Fatemeh Shahjafari, Tallebeh Pourjafar, (2012), A Highly Eficient Solvent-Free Acetalization Of Aldehydes To 1,1 Diacetates Catalyzed By SiO2-Pr-SO3H, S. Afr. J. Chem 65 : 10-13.

Zulmi, Reza, (2012), Penentuan Perubahan Entalpi (ΔH) Pada Proses Pembentukan

Senyawa Kompleks Antara Logam Platina Dengan Ligan NH3, Cl, Pyr, en

Dan dien Menggunakan Program NWChem 6,2., Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.

2

Pada umumnya, katalis yang biasa digunakan dalam reaksi asetalisasi atau ketalisasi adalah asam protonik, asam lewis dan sejumlah transisi kompleks logam termasuk Rh (Rhodium), Pd (Palladium) dan Pt (Platinum). Meskipun diperoleh hasil yang baik dalam reaksi tetapi pemisahan katalis dari produk masih sulit dan katalis yang digunakan cukup mahal serta kurang stabil. Selain itu, preparasi asetal dan ketal biasanya menggunakan pelarut dengan proses yang menghasilkan limbah yang sulit dinetralkan atau harus dibuang. Untuk mengatasi hal tersebut digunakan asam ionik yang berfungsi sebagai katalis karena sifatnya yang unik yaitu tidak mudah menguap dan memiliki stabilitas cukup baik. Namun, untuk pemanfaatan yang praktis cairan ionik ini masih terkendala biaya yang relatif mahal dan potensi besar yang menyebabkan korosi akibat pelepasan HCl (Duan, 2006).

Perkembangan teknologi (khususnya komputer) telah membuat ilmu kimia mengalami kemajuan yang pesat. Sejak lahirnya penemuan mekanika kuantum, dalam ilmu kimia berkembang bidang baru yaitu kimia komputasi. Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya. Kimia komputasi dapat pula melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (seperti gas, cairan, padatan), dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Pemodelan kimia komputasi dapat membantu para kimiawan untuk: (1) Mendesain awal proses reaksi sintesis, (2) Mempelajari dan menjelajahi mekanisme reaksi, (3) Melakukan simulasi reaksi dalam komputer, dan (4) Menentukan sifat-sifat dari molekul pereaksi maupun produk yang dihasilkan (Priyanto, 2005).

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Neji Besbes (2012). Mekanisme reaksi asetalisasi dari 1,2 – diol dan 1,3- diol dengan senyawa karbonil yang telah dikatalisasi oleh asam Bronsted (HCl, H2SO4, TsOH, AcOH) dan asam Lewis (SiO2, BF3) menghasilkan Dioxolane menggunakan program Gaussian 03 untuk perhitungan reaksi. Penelitian dilakukan secara komputasi kimia yaitu menghitung jumlah atom oksigen, atom karbon serta menghitung

kerapatan elektron di karbon karbonil aldehida dan berdasarkan hasil akhir peneletian diperoleh hasil yang baik antara eksperimen dan teorinya.

Salah satu software berbasis komputasi kimia yang dapat digunakan untuk menghitung mekanisme reaksi adalah Hyperchem. Hyperchem merupakan program yang handal dari pemodelan molekul yang mudah digunakan, fleksibel dan berkualitas. Dengan menggunakan visualisasi dan animasi tiga dimensi hasil perhitungan kimia kuantum, mekanika dan dinamika. Selanjutnya, hyperchem mampu mengkaji konsep permukaan energi potensial dan tiga kalkulasi dari permukaan energi potensial yaitu single point, optimasi geometri, dan dinamika molekul. Perhitungan ini memberikan nilai energi dan turunan yang dibutuhkan untuk membangun dan memeriksa permukaan energi potensial (Pranowo, 2000).

Komputasi kimia dalam penelitian ini digunakan untuk membedakan kalkulasi energi, dan untuk menjelasan reaksi dan mekanisme pada level atom dan molekul. Untuk melakukan hal tersebut salah satu software yang dapat digunakan adalah Hyperchem. Berdasarkan uraian tersebut, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mensimulasi terjadinya reaksi asetalisasi sehingga dapat diprediksi keberhasilan reaksi tanpa biaya yang mahal. Oleh karena itu, penulis melakukan penelitian dengan judul: “Perhitungan Mekanisme Reaksi Asetalisasi Benzaldehid Menggunakan Katalis Asam (HCl) Dengan Metode Komputasi (Ab-Initio)”.

1.2. Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah, maka penelitian ini dibatasi masalah- masalah sebagai berikut:

1. Penelitian ini dibatasi pada penentuan energi reaksi asetalisasi benzaldehid dengan katalis HCl.

2. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode ab-initio dari software hyperchem versi 8.0.

4

1.3. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah diatas, maka dirumuskan masalah yaitu bagaimana tingkat energi tiap tahapan dan ramalan reaksi asetalisasi (intermediet) dengan metode ab initio?

1.4. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penyusunan penelitian adalah mengetahui energi tiap tahapan reaksi asetalisasi dengan metode ab initio dan meramalkan reaksi asetalisasi benzaldehida dan metanol dengan katalis HCl.

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk menentukan energi molekul dan dapat menjadi acuan pemodelan/simulasi reaksi sehingga dapat memprediksi berjalannya reaksi sebelum melakukan uji coba di laboratorium dengan biaya reagen yang mahal.

35

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan serta pembahasan yang telah diuraikan diatas maka didapatkan kesimpulan yaitu tingkat perubahan energi tiap tahapan reaksi asetalisasi selalu mengalami perubahan. Tahap awal pembentukan Benzylideneoxonium memiliki selisih energi dengan benzadehid sebesar 468,2204 kJ/mol dan 517,5909 kJ/mol tahap terakhir pembentukan (dimetoxymethyl)benzen memiliki selisih energi dengan benzaldehid sebesar -51,9294 kJ/mol dan -6,8003 kJ/mol. Selisih energi tertinggi pada tahap pembentukan Methoxy-phenyl-methanol yaitu 1299,2017 kJ/mol dan 1399,6171 kJ/mol serta selisih energi terendah terjadi pada tahap (dimethoxymethyl)benzen.

5.2. Saran

Dari penelitian yang telah dilakukan penulis menyarankan :

1. Pada penelitian dengan metode komputasi berikutnya perlu memperhatikan spesifikai perangkat yang akan digunakan baik perangkat lunak maupun perangakat komputer yang akan digunakan.

2. Perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut terhadap penelitian serupa dengan menggunakan variasi metode komputasi atau software yang lain terhadap reaksi-reaksi kimia yang lainnya.

36

DAFTAR PUSTAKA

Amoozadeh,A., Yaser, A., Firouzen, N., Salman, R., (2013), 2,4,6-Trichloro [1,3,5] Triazine (TCT) As A Fast Inexpensive And Highly Efficient Catalyst For Acetalization Of Aromatic Aldehydes, Organic Chemistry An Indian Journal 9(1):28-33.

Arrozi, U.S.F., (2014), Reaksi Asetalisasi Benzaldehida dan Turunannya Terkatalisis Metal Organic Frameworks Berbasis Zirkonium., Thesis, FMIPA, ITB, Bandung.

Besbes, N., Djebar, H., Asma, M., Ali, R., Mohamed, L.E., Ezzidena, S., (2012), Experimental And Theoretical Investigation On The Catalytic Acetalization Of Aldehydes Over Tunisian Acid Activated Clay : A Mechanistic Study, Journal De La Societe Chimique De Tunise 14:39-46.

Cotton, F.A., Wilkinson, G., (2007), Kimia Anorganik Dasar, UI Press, Jakarta Duan, Z., Yanlong,G., Youquan, D., (2006), Green And Moisture-Stable Lewis

Acidic Ionic Liquids (Choline-Chloride. XZnCl2) Catalyzed Protection Of Carbonyls At Room Temperature Under Solvent Free Conditions, Catalysi Communications 7: 651-656.

Hidayaturahman, Muhammad, (2014), Sintesis Zr-MoFs Sebagai Katalis Reaksi Asetalisasi Benzaldehida Dengan Metanol., Skripsi, FMIPA, ITB, Bandung. Holilah, (2012), Sintesis Dan Karakterisasi H-ZSM-5 Mesopori Serta Aktivitasnya

Pada Reaksi 3,4-Dimetoksibenzaldehida Dengan Propilen Glikol., Skripsi, FMIPA, ITS, Surabaya.

K. Ambili V., (2011), Studies On Catalysis By Ordered Mesoporous SBA-15 Materials Modified With Transition Metals, Cochin University Of Science and Technology, India.

Martoprawiro, Muhammad A., (2012), Transparansi Ikatan Kimia Inti , Kimia ITB, Bandung

Matsumoto, M., Katsuya, N., Kazuokondo, (2015), Reactive Extraction of 1,3-Propanediol With Aldehydes In The Presence Of A Hydrophobic Acidic Ionic Liquid As Catalyst, Solvent Extraction Research and Development

Mehjardi, Mehdifallah, Kamal Ghanemi, (2012), Melamine Trisulfonic Acid Acetalization Of Carbonil Compounds Under Solvent-Free Conditions, Jordan Journal Of Chemistry 7(4)

Nisa, F. K., (2013), Uji Aktivitas Senyawa Kharisin Sebagai Antioksi Dengan Modefikasi Gugus Pada Cincin Aktifnya Menggunakan Metode RM1 Dan Ab Initio, Skripsi, FMIPA, UNNES, Semarang.

Priyanto,B., (2005), Irridasi Sitosin : Study Dehidrogenasi Dengan Kehadiran Radikal OH Menggunakan Program CPMD, Lapran Hasil Penelitian, Lapan. Pranowo, H.D., (2000), Kimia Komputasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Silveira, Claudia C, Samuel R. Merdes, Francieli I. Ziembowicz, Eder J. Lenandao,

Gelson Perin, (2010), The Use Of Anhydrous CeCl3 As A Recyclable And Selective Catalyst For The Acetalization Of Aldehydes And Ketones, J. Braz. Chem. Soc 21(2): 371-374.

Sethio, D, (2008), Sintesis Senyawa Flavanoid Teralkilasi dengan Metode Reaksi Multikomponen Serta Studi Ab Initio Mekanisme Reaksi Tahap Awal Sintesisnya., Skripsi, FMIPA, ITB, Bandung.

Satrya, A., Tri, W., Parsaoran, S., (2013), Kitin Sebagai Bahan Dasar Drug Delivery : Studi Interaksi Molekul Kitin Dengan Vitamin C Secara Ab Initio, Chem Info 1 (1) : 18-26.

Ziarani, Ghodsi Mohammadi, Alieza Badlei, Fatemeh Shahjafari, Tallebeh Pourjafar, (2012), A Highly Eficient Solvent-Free Acetalization Of Aldehydes To 1,1 Diacetates Catalyzed By SiO2-Pr-SO3H, S. Afr. J. Chem 65 : 10-13.

Zulmi, Reza, (2012), Penentuan Perubahan Entalpi (ΔH) Pada Proses Pembentukan Senyawa Kompleks Antara Logam Platina Dengan Ligan NH3, Cl, Pyr, en Dan dien Menggunakan Program NWChem 6,2., Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.