1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana Sulfonat Mengkatalisis Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat Dengan 2-Butanol

(1)

1,2-DIMETIL-1,1,2,2-TETRAFENIL DISILANA SULFONAT MENGKATALISIS REAKSI ESTERIFIKASI

ASAM PALMITAT DENGAN 2-BUTANOL

SKRIPSI

RIZAL AGUS W. SIMANGUNSONG 080802042

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2014

(2)

1,2-DIMETIL-1,1,2,2-TETRAFENIL DISILANA SULFONAT MENGKATALISIS REAKSI ESTERIFIKASI

ASAM PALMITAT DENGAN 2-BUTANOL

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

RIZAL AGUS W. SIMANGUNSONG 080802042

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2014

(3)

PERSETUJUAN

Judul : 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana Sulfonat Mengkatalisis Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat Dengan 2-Butanol

Kategori : SKRIPSI

Nama : RIZAL AGUS W. SIMANGUNSONG

Nomor Induk Mahasiswa : 080802042

Program Studi : Sarjana (S1) Kimia

Departemen : KIMIA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui Di Medan, 2014 Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2 Pembimbing 1

( Dr. Nimpan Bangun, M.Sc.) (Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc.) Nip 195012221980031002 Nip 194907181976031001

Diketahui/Disetujui Oleh:

Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,

( Dr.Rumondang Bulan,Ms ) Nip 195408301985032001

(4)

PERNYATAAN

1,2-DIMETIL-1,1,2,2-TETRAFENIL DISILANA SULFONAT MENGKATALISIS REAKSI ESTERIFIKASI

ASAM PALMITAT DENGAN 2-BUTANOL

SKRIPSI

S

aya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2014

RIZAL AGUS W. SIMANGUNSONG 080802042

(5)

PENGHARGAAN

Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini sebagai salah satu persyaratan untuk meraih gelar Sarjana Sains bidang Kimia di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas sumatera Utara.

Dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada bapak Prof. Dr. Seri Bima Sembiring selaku dosen pembimbing I dan kepada bapak Dr. Nimpan Bangun, M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan banyak bimbingan dan arahan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Ibu Dr. Rumondang Bulan, M.S selaku ketua departemen dan Bapak Drs. Albert Pasaribu, M.Sc selaku sekretaris departemen kimia FMIPA USU. Kepada bapak Lamek Marpaung, M.Phill, Ph.D selaku dosen wali. Dan tak terkecuali kepada bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc, Bapak Dr. Minto Supeno, M.S, ibu Dra. Saur Lumban Raja, M.Si, Ibu Dra. Nurhaida Pasaribu, M.Si, ibu Dr. Andriayani, S.Pd, M.Si, selaku Staf Laboratorium kimia anorganik. Bapak dan ibu dosen serta staf pegawai departemen kimia FMIPA USU.

Juga kepada teman-teman asisten laboratorium kimia anorganik, bg Alexon, bg Julianto, kak Cathrine, bg Suwanto Gullit, kak Elisa, bg Hamdan, bg Sahat, kak Adelina, kak Lina, kak Karlina, Lois, Fantoso, Mars, Wiyanti, Tionerlis, Nabila, Rahel, Daniel, dan Anita. Sahabat-sahabat penulis , Ivo ‘buncit’, Christou ‘kokocks’, Samuel ‘ndut’, Paulus ‘mentol’, Johntinus ‘jontor’, oktavianus ‘keleng’, noaksen, deny, Christiana dan Pasma ‘paccat’. Teman-teman seperjuangan stambuk 2008, kakak dan adik stambuk, serta bung dan sarinah GmnI Komisariat FMIPA USU, dan semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis menyelesaikan skripsi ini. Semoga Tuhan membalasnya dengan segala yang terbaik

(6)

Terakhir Penulis menyampaikan penghargaan yang terdalam dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tuaku tercinta, ayahanda R.Simangunsong dan Ibunda E.Br. Silaban, atas semua cinta, doa yang selalu mengiringi langkah penulis, pengorbanan dan juga dukungan yang selalu diberikan. Juga penghargaan yang tulus kepada seluruh keluarga besar R. Simangunsong (Op.Monika), abang dan kak Monika, Lae dan kak Vincen, Abang dan kak Rapael, Adikku Roy simangunsong atas semua dukungan dan doa yang selalu diberikan dan keponakan tersayang Monika, christophel, Christian, Vincensius, Marinto, dan Rapael yang selalu menjadi sumber semangat buat penulis, semoga berkat dan kasih sayang Tuhan selalu menyertai kita.

Medan, Juli 2014 Penulis,

(7)

ABSTRAK

2-butil palmitat telah disintesis dengan mereaksikan asam palmitat dan 2-butanol pada suhu 100oC selama 10 jam dan pada suhu 150oC selama 15 jam dengan bantuan katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat dengan yield reaksi yang paling tinggi sebesar 48%. Spektrum FT-IR 2-butil palmitat menunjukkan pita serapan pada panjang gelombang 1743,90 cm-1 yang diberikan oleh vibrasi regangan gugus C=O ester dan pita serapan pada panjang gelombang 1377,57 cm-1 dan 1176,65 cm-1 yang diberikan oleh vibrasi regangan C-O yang berasal dari ester asam lemak. Spektrum 1

H-NMR menunjukkan pergeseran kimia pada 4,83 ppm (m) yang menunjukkan proton dari –O-CH(CH3)-CH2- , yang merupakan proton dari sebuah karbon sekunder. Data kedua spektrum tersebut menunjukkan bahwa telah terbentuk senyawa ester asam lemak dengan gugus alkil dari alkohol sekunder.

(8)

1,2-DIMETIL-1,1,2,2-TETRAFENIL DISILANE SULFONIC CATALYZED ESTERIFICATION REACTION BETWEEN PALMITIC ACID WITH

2-BUTANOL ABSTRACT

2-butyl palmitate has been synthesized by reacting palmitic acid and 2-butanol at 100 ° C for 10 hours and at a temperature of 150oC for 15 hours using 1,2-dimethyl-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonate catalyst with maximum yield 48%. FT-IR spectrum of 2-butyl palmitate showed absorbance at 1743.90 cm-1 attribute for C = O vibrational stretching by ester group and the absorbance at 1377.57 cm-1 and 1176.65 cm-1 attribute for CO vibrational derived from fatty acid esters. 1H-NMR spectrum showed a chemical shift at 4.83 ppm (m) which shows the proton of the-O-CH (CH3)-CH2-, which is a proton of a secondary carbon. Both of the FT-IR spectrum and 1H-NMR spectrum indicate that fatty acid ester compounds with alkyl groups of secondary alcohols has been succesfully synthezied.

(9)

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan iii

Pernyataan iv

Penghargaan v

Abstrak vii

Abstract viii

Daftar Isi xi

Daftar Tabel xii

Daftar Lampiran xiii

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Permasalahan 3

1.3. Tujuan Penelitian 3

1.4. Manfaat Penelitian 4

1.5. Lokasi Penelitian 4

1.6. Metodologi Penelitian 4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. oleokimia 5

2.2. Lipid, lemak, dan minyak 6

2.3. Asam Lemak 7

2.4 . Esterifikasi 7

2.5. 2-Butanol 9

2.6. Asam Palmitat 10

2.7. Aerosil 11

2.8. Katalis 12

2.8.1.Katalis Homogen 13

2.8.2.Katalis Heterogen 13

2.8.3.Katalis Dengan Gugus asam sulfonat 14 2.8.4.Katalis Berbasis Ramah Lingkungan 14 BAB 3. METODOLOGI

3.1. Alat 16

3.2. Bahan 16

3.3. Prosedur Penelitian 17

4.3. Bagan Penelitian 18

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat dengan 2-butanol 19 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 27

(10)

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Sifat Kimia dan Fisika 2-butanol 10 Tabel 2.2 Sifat Kimia dan Fisika Asam Palmitat 11 Tabel 4.1 Hasil Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat 20

(11)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1.1 Perkiraan struktur 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat

Gambar 2.1 Struktur Trigliserida 6

Gambar 2.2 Reaksi Esterifikasi Asam Lemak Secara Umum 8 Gambar 2.3 Mekanisme reaksi esterifikasi as. lemak dengan katalis asam 8

Gambar 2.4 Bentuk isomer dari 2-butanol 10

Gambar 2.5 Reaksi Pada Permukaan Katalis Heterogen 13 Gambar 4.1 Reaksi Asam Plamitat dengan 2-butanol Menggunakan

Katalis Disilan Sulfonat 19 Gambar 4.2 Spektrum FT-IR 2-butil palmitat 21 Gambar 4.3 Spektrum 1H-NMR dari 2-butil palmitat (500 mHz, CDCl3) 22 Gambar 4.4 Expansi 1 Spektrum 1H-NMR dari 2-butil palmita

dari δ 0,84 ppm hingga δ 1,19 ppm (CDCl3) 23 Gambar 4.5 perkiraan saling tumpang tindih 2 puncak triplet A dan D 24 Gambar 4.6 Expansi 2 Spektrum 1H-NMR dari 2-butil palmitat

dari δ1,2 ppm hingga δ 1,6 ppm (CDCl3) 25 Gambar 4.7 Expansi 1 Spektrum 1H-NMR dari 2-butil palmitat dari δ 2,2 ppm hingga δ 4,9 ppm (CDCl3) 26

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

(13)

ABSTRAK

(14)

1,2-DIMETIL-1,1,2,2-TETRAFENIL DISILANE SULFONIC CATALYZED ESTERIFICATION REACTION BETWEEN PALMITIC ACID WITH

2-BUTANOL ABSTRACT

(15)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Katalis heterogen yang memiliki gugus asam telah digunakan secara luas dalam berbagai reaksi kimia karena memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan katalis homogen, antara lain aktivitas penggunaan ulang (reuseable activity) yang sangat baik, stabil pada suhu tinggi, mudah dipisahkan dari produk reaksi (Corma, A. 2008) dan rendah polusi terhadap lingkungan (Fang, L. 2013). Katalis heterogen seperti resin penukar ion, senyawa mesopori silika, dan senyawa yang mengandung gugus asam sulfonat telah digunakan untuk reaksi-reaksi seperti, alkilasi (Kouzu, M. 2011), hidrolisis (Zang, Q.Y. 2011), asilasi (Weerachhanchai, P. 2012), asetalisasi (Fang, L. 2013) dan reaksi esterifikasi (Boey, P.L. 2012., Zang, Q.Y. 2011., Lou, W.Y. 2008., Muylaert, I.2012., Kang, S.2013).

Keberadaan gugus sulfonat pada katalis heterogen mengakibatkan adanya 2 sifat yaitu sifat polar dan non-polar pada katalis tersebut. Seperti katalis Carbon nanotube yang di preparasi dengan asam sulfat (Yu, H. 2008) dan carbon-based sulfonated catalys hasil karbonasi-sebagian naptalin oleh asam sulfat (Kang, S.2013), kedua katalis ini dapat bercampur dengan baik dalam pelarut air dan pelarut organik. Ini memungkinkan dilakukannya reaksi antara pereaksi yang tidak saling bercampur tanpa menggunakan pelarut (Rajendran, A. 2011).

Penggunaan katalis heterogen yang mengandung asam sulfonat dalam berbagai reaksi esterifikasi telah dilaporkan. Lou (2008) telah menggunakan hasil dari karbonasi-sebagian karbohidrat dengan asam sulfat sebagai katalis untuk menghasilkan biodiesel dari minyak jelantah. Pada tahun 2012, Sidabutar juga telah menggunakan Polistirena sulfonat untuk mengkatalisis reaksi transesterifikasi minyak

(16)

jarak dan minyak nabati lainnya dengan metanol, tetapi katalis ini tidak tahan pada suhu tinggi sehingga menurunkan kinerja reaksi

Manullang telah mensisntesis katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat. Katalis ini telah dipakai pada transesterifikasi crude palm oil (CPO) ber-ALB 8% dengan metanol pada suhu 140oC selama 6 jam dan menghasilkan ester total 96%. Katalis ini menunjukan bahwa tidak terjadi perubahan struktur setelah dilakukan reaksi pada suhu tinggi sehingga dapat digunakan kembali (Manullang, W. 2014).

Dibawah diduga struktur katalis organo disilan sulfonat yang diperoleh dari hasil sulfonasi senyawa 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilan dengan asetil sulfa seperti terlihat pada gambar 1.1 berikut.

Si Si

CH3

SO3H

HO3S

Gambar 1.1. Perkiraan struktur 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat Semua reaksi esterifikasi yang diuraikan diatas dilakukan dengan mereaksikan asam lemak dengan alcohol primer, namun esterifikasi asam lemak dengan alkohol sekunder masih sedikit dilaporkan.

Pada tahun 2006 Alonso telah mereaksikan campuran asam lemak dari minyak kelapa dengan iso-propanol dengan bantuan katalis asam metansulfonat pada suhu 70oC dan diperoleh ester total sebanyak 80%. Lalu pada tahun 2007 Singh mereaksikan vinil asetat dengan benzyl alkohol pada suhu 30oC selama 3 jam dengan bantuan enzim lipase. Xin (2013) telah berhasil melakukan esterifikasi asam asetat

(17)

dengan alkohol sekunder 2-butanol dengan bantuan katalis resin asam sulfonat pada suhu 120oC menghasilkan 64% ester total. Dari beberapa penelitian diatas, dilaporkan bahwa yield masih rendah dan dilakukan pada suhu rendah, hal ini dikarenakan katalis yang dipakai tidak tahan pada suhu tinggi sehingga mengganggu kinerja katalis.

Faktor halangan ruang yang besar menyebabkan reaksi esterifikasi asam karboksilat rantai panjang dengan alkohol sekunder sulit untuk dilakukan (Trimm, 2001). Reaksi pada suhu tinggi diharapkan dapat meningkatkan yield reaksi dan tentunya harus digunakan katalis yang tahan terhadap reaksi pada suhu tinggi. Oleh karena itu peneliti tertarik untuk mencoba menggunakan katalis asam 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat untuk esterifikasi asam palmitat dengan 2-butanol, dimana katalis ini telah diketahui stabil pada suhu tinggi dan bersifat reuse yang baik.

1.2 Permasalahan

1. Apakah katalis asam 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat dapat dipakai untuk reaksi esterifikasi asam palmitat dengan 2-butanol.

2. Apakah katalis tersebut masih dapat dipisahkan dari zat hasil reaksi.

1.3 Tujuan Penelitian

Memperoleh ester asam lemak melalui reaksi esterifikasi asam palmitat dengan 2-butanol menggunakan katalis asam 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat dan memisahkan katalis dari campuran hasil reaksi.

1.4 Manfaat Penelitian

(18)

diperoleh informasi tambahan mengenai reaksi esterifikasi dengan menggunakan alkohol sekunder serta diusahakan untuk melakukan pemisahan yang baik terhadap katalis yang dipakai.

1.5 Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Anorganik FMIPA USU, Medan. Karakterisasi FT-IR dilakukan di laboratorium Terpadu LIDA USU, dan Analisa 1 H-NMR dilakukan di laboratorium LIPI serpong.

1.6 Metodologi Penelitian

Esterifikasi dilakukan dengan mencampurkan asam palmitat dengan 2-butanol serta 0,2 g katalis kedalam autoclave. Reaksi esterifikasi berlangsung pada suhu 100oC selama 10 jam sambil diaduk. Setelah 10 jam, reaksi dihentikan kemudian campuran reaksi didestilasi. Residu yang tersisa kemudian diekstraksi dengan n-heksan. Fraksi yang tidak terlarut merupakan katalis. Fraksi terlarut didinginkan pada suhu -15oC selama 3 jam, kemudian disaring dalam keadaan dingin. Filtrat ditambahkan Na2SO4 anhidrat, disaring, Kemudian diuapkan pelarutnya dan divakum. Produk berupa cairan kuning bening kemudian ditimbang. Kemudian dikarakterisasi dengan spektroskopi FTIR dan 1H-NMR. Selanjutnya dilakukan prosedur esterifikasi yang sama dengan variasi suhu 150oC selama 15 jam dan dengan penambahan 0,1 g aerosil (SiO2).

(19)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Oleokimia

Oleokimia pada dasarnya merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari trigliserida yang berasal dari minyak dan lemak menjadi asam lemak dan gliserin serta turunan asam lemak baik dalam bentuk ester, amida, sulfat, sulfonat, alkohol, alkoksi, maupun sabun. Oleokimia merupakan turunan gliserol dengan asam lemak yang berubah dalam bentuk turunannya yang digunakan baik sebagai surfaktan, deterjen, polimer, aditif, bahan bakar dan sebagainya. Bahan dasar oleokimia seperti gliserol, asam lemak, alkil asam lemak, amina asam lemak dan alkohol asam lemak dapat diperoleh dengan mengubah lipida baik yang berasal dari hewan maupun tumbuhan menjadi gliserol dan turunan asam lemak.

Sumber minyak dan lemak alami dapat berasal dari bahan nabati maupun hewani. Sumber minyak nabati diantaranya adalah minyak kelapa sawit, minyak kacang kedelai, minyak biji bunga matahari, minyak biji wijen, minyak jarak dan sebagainya. Sedangkan minyak dan lemak yang berasal dari hewan yaitu seperti minyak sapi, minyak domba, minyak babi, minyak ikan dan lain-lain. Minyak dan lemak tersebut sangat luas penggunaannya, baik sebagai bahan baku lemak dan minyak yang dapat dikonsumsi maupun sebagai bahan oleokimia (Richtler dan Knault, 1984).

Produk-produk oleokimia adalah berasal dari penggunaan asam lemak dan gliserol. Penggunaan terbesar daripada asam lemak addalah dengan mengubahnya menjadi alkohol asam lemak, amida, garam asam lemak dan juga plastik termasuk nilon (hampir mencapai 40% dari total penggunaannya). Penggunaan terbesar berikutnya sebesar 30% untuk dijadikan sabun, deterjen, dan kosmetik. Asam lemak juga digunakan sebagai bahan dasar pembuatan resin dan cat sekitar 15%, sisanya

(20)

pelumas, lilin. Penggunaan terbesar dari gliserol adalah industri farmasi dan kosmetika serta makanan (Richtler dan Knault, 1984).

2.2 Lipid, Lemak dan Minyak

Lipid adalah senyawa organik yang terjadi secara alami dan memiliki kelarutan yang terbatas dalam air dan dapat diisolasi dari tumbuhan atau hewan dengan cara ekstraksi dengan menggunakan pelarut non-polar. Lipid terbagi atas dua bagian besar yaitu lemak dan lilin, yang mana mengandung ikatan ester dan dapat dihidrolisis.

Lemak hewani dan minyak nabati terjadi secara alami dalam bentuk lipid. Meskipun keduanya berbeda, lemak hewani adalah padat dan minyak nabati adalah cair. Lemak dan minyak adalah trigliserida atau triasilgliserol atau triester dari gliserol dengan tiga buah karboksilat rantai panjang yang dinamakan asam lemak (McMurry, J. 2010)

Gambar 2.1. Struktur Trigliserida 2.3 Asam Lemak

Asam lemak merupan asam karboksilat rantai panjang, yang dapat diklasifikasikan berdasarkan panjang ikatan rantai karbon,derajat ketidakjenuhan, dan isomernya. (Eckey, S. W, 1955)

(21)

Asam lemak tidak jenuh dapat dioksidasi menjadi beberapa jenis oksidator seperti HNO3, KmnO4, Ozon, dan senyawa peroksida. Asam oleat dapat dioksidasi menjadi azelat dan asam pelargonat sebagai hasil samping

CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH

HOOC(CH₂)₇COOH + CH₃(CH₂)₇COOH

Asam oleat juga dapat mengalami reaksi hidroksilasi membentuk senyawa dialkohol (diol). (McMurry, J, 2012)

2.4 Esterifikasi

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Dengan cara mereaksikan minyak atau lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah asam kuat, dan karena ini, asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2005). Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120° C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali perhitungan stoikiometrik) dan reaksi harus bebas air. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester adalah :

+ CH₃OH R

OCH₃

Asam Lemak Metanol Ester Asam Lemak

+ H₂O

Air

Gambar. 2.2. Reaksi Esterifikasi Asam Lemak Secara Umum

Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam > 5%). Pada tahap ini, asam lemak bebas

(22)

transesterfikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.

Gambar. 2.3 Mekanisme reaksi esterifikasi asam lemak dengan katalis asam Faktor-faktor yang mempengaruhi jalannya reaksi esterifikasi antara lain : 1. Suhu

Kecepatan reaksi dipengaruhi oleh suhu reaksi. Kecepatan reaksi akan meningkat sejalan dengan kenaikan suhu. Semakin tinggi suhu, berarti semakin banyak energi yang dapat digunakan oleh reaktan untuk mencapai energi aktivasi. Ini akan menyebabkan tumbukan terjadi lebih sering diantara molekul-molekul reaktan untuk kemudian melakukan reaksi sehingga kecepatan reaksi meningkat (Berrios, M. 2007)

2. Waktu reaksi

Semakin lama waktu reaksi, maka semakin banyak produk yang dihasilkan, karena ini akan memberikan kesempatan reaktan untuk bertumbukan satu sama lain.

(23)

Namun jika kesetimbangan telah tercapai, tambahan waktu reaksi tidak akan mempengaruhi reaksi.

3. Katalis

Katalis berfungsi untuk mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktivasi reaksi namun tidak menggeser letak kesetimbangan. Tanpa katalis, reaksi transesterifikasi baru dapat berjalan pada suhu sekitar 250°C. Penambahan katalis bertujuan untuk mempercepat reaksi dan menurunkan kondisi operasi. Katalis yang dapat digunakan adalah katalis asam, basa, ataupun penukar ion. Dengan katalis basa reaksi dapat berjalan pada suhu kamar, sedangkan katalis asam pada umumnya memerlukan suhu reaksi diatas 100ºC.

4. Pengadukan

Pada reaksi transesterifikasi, reaktan-reaktan awalnya membentuk sistem cairan dua fasa. Reaksi dikendalikan oleh difusi diantara fase-fase yang berlangsung lambat. Seiring dengan terbentuknya metil ester, ia bertindak sebagai pelarut tunggal yang dipakai bersama oleh reaktan-reaktan dan sistem dengan fase tunggal pun terbentuk. Dampak pengadukan ini sangat signifikan selama reaksi sebagaimana sistem tunggal terbentuk, maka pengadukan menjadi tidak lagi mempunyai pengaruh yang signifikan. Pengadukan dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan campuran reaksi yang bagus. Pengadukan yang tepat akan mengurangi hambatan antar massa. Untuk reaksi heterogen, ini akan menyebabkan lebih banyak reaktan mencapai tahap reaksi.

2.5. 2-Butanol

2-butanol adalah salah satu jenis alkohol sekunder dengan rumus

2CH3, dimana alkohol ini sangat mudah terbakar, tak berwarna.

2-butanol diproduksi dalam skala besar untuk kebutuhan sebagai precursor dalam sintesis pelarut metiletilketon. Alkohol ini memiliki struktur kiral dan dengan demikian dapat dilihat 2-butanol memiliki 2 stereoisomer

(24)

OH OH

(R)-(-)-2-butanol (S)-(-)-2-butanol

Gambar2.4 Bentuk isomer dari 2-butanol

2-butanol dapat terdehidrasi dengan adanya asam kuat membentuk alkena. Sifat kimia dan fisika 2-butanol dapat dilihat pada table 2.1 dibawah.

Table 2.1 Sifat Kimia dan Fisika 2-butanol

2.6 Asam Palmitat

Salah sat

heksadekanoat. Tumbuh-tumbuhan dari famili

nucifera) da

ini. Minyak kelapa bahkan mengandung hampir semuanya palmitat (92%). Minyak sawit mengandung sekitar 50% palmitat. Produk hewani juga banyak mengandung asam lemak ini (dari mentega, keju, susu, dan juga daging).

Sifat Fisika Dan Kimia

C4H10O

74.12 g mol−1

0.808 g cm

−3

−115 °C; −175 °F; 158 K

98- 100 °C

Kelarutan Dalam Air 290 g/L

1.67 kPa (20 °C)

nD) 1.3978 (20 °C)

(25)

Asam palmitat adal (CH3(CH2)14COOH). Pada suhu ruang, asam palmitat berwujud padat berwarna putih. Titik leburnya 63,1 °C.

Asam palmitat adalah produk awal dalam proses biosintesis asam lemak (lihat

artikel

berlangsung lebih lanjut.

Dalam industri, asam palmitat banyak dimanfaatkan dalam bidang kosmetika dan pewarnaan. Dari segi gizi, asam palmitat merupakan sumber kalori penting namun memiliki daya antioksidasi yang rendah (Rogers, B. 2001). Sifat Kimia dan fisika asam palmitat dapat dilihat pada Tabel 2.2 dibawah.

Tabel 2.2 Sifat Kimia dan Fisika Asam Palmitat

C16H32O2

256.42 g/mol

Penampilan Kristal putih

0.853 g/cm

at 62 °C

351-

215 °C at 15 mmHg

Tidak larut

2.7 Aerosil (SiO)

Aerosil merupakan silikon dioksida murni yang diketahui dalam jumlah kecil dapat menyerap air yang cukup besar. Aerosil diperoleh melalui penguapan silikon tetraklorida yang dioksidasi dengan nyala suhu tinggi menggunakan H2 dan O2.

Aerosil berupa serbuk dan memberikan efek mengentalkan dan thixothropy dengan mendispersikannya ke dalam bahan yang bersifat cair. Produk hidrofilik standar dibuat dari partikel utama dengan ukuran 7 nm hingga 40 nm. Adapun

(26)

farmasi sebagai pengontrol reologi, cat, mantel, lem, sealant, plastik, film, serat, keramik dan pendukung katalisator (Wikipedia, 2011). Luas permukaan aerosil bervariasi yaitu dari 50 hingga 400 m2/g. Permukaan aerosil bersifat hidrofilik dan terus menyerap air (Pevzner,1973).

Aerosil juga telah digunakan pada reaksi karbonilasi sebanyak 3% dari jumlah metil oleat dan dilaporkan dapat meningkatkan hasil reaksi karbonilasi metil oleat dari < 20% menjadi 52,1% (Saragih, 2009).

2.8 Katalis

Katalis dapat mempercepat sebuah reaksi kimia, dengan cara membentuk ikatan dengan molekul reaktan dan memungkinkan bereaksi membentuk suatu produk yang kemudian dilepaskannya sedemikian rupa sehingga tersedia untuk reaksi selanjutnya.

Katalis adalah kunci utama trnsformasi kimia dalam industri. Kira-kira 85-90% produk kimia industri dibuat dengan proses katalitik (Chorkendorff, J.W dan Niemantsverdriet, 2003). Katalis dibagi menjadi dua yaitu katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang sefasa dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisisnya. Sedangkan katalis heterogen adalh katalis yang ada dalam fasa yang berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisisnya (Syukri, S. 1999) 2.8.1 Katalis Homogen

Cara kerja katalis homogeny umumnya melibatkan pembentukan senyawa kompleks antara yang bersifat tidak stabil dalam tahap-tahap reaksi. Katalis dengan reaktan membentuk kompleks antara yang mengakibatkan reaktan dalam kompleks menjadi aktif membentuk produk baru dan disertai dengan pelepasan katalisatornya (sugiyarto, K.H. 2003)

Keuntungan dari katalis homogen bila dibandingkan dengan katalis heterogen adalah mekanisme katalitik sangat mudah dipelajari dalam sistem katalis homogen, dan metode yang paling baik adalah dengan menggunakan spektroskopi NMR (Nuclear Magnetic Resonance) yang dapat digunakan untuk menentukan struktur dan

(27)

mengikuti kinetika reaksi katalitik (Crabtree, R. H, 2005), selain itu katalis mudah terdispersi secara efektif sehingga semua molekul katalis dapat berinteraksi dengan reaktan. Kerugian dari katalis homogen adalah sulit memisahkan katalis dari produk dan biayanya mahal. Selain itu dapat terjadi korosi dan hilangnya katalis pada perolehan kembali katalis yang juga menyebabkan pencemaran lingkungan (Gates, B.C, dkk. 1979)

2.8.2 Katalis Heterogen

Pada katalis heterogen, umumnya berupa padatan. Proses katalisis berlangsung pada permukaan katalis dan memerlukan tekanan dan temperatur yang tinggi. Keuntungan dari katalis heterogen adalah mudah dipisahkan dari produk yang terlarut dalam medium reaksi. (Sleight, H. W, 1983). Contoh reaksi dari C2H2 + 2H2 –> C2H6 dengan menggunakan katalis heterogen Pd/Al2O3 telihat secara sederhana pada gambar

(28)

2.8.3 Katalis Dengan Gugus Asam Sulfonat

Katalis heterogen dengan gugus asam sulfonat

Seperti sudah diketahui bahwa katalis heterogen dapat mengatasi beberapa kelemahan yang diberikan oleh katalis homogen. Dengan adanya gugus asam sulfonat pada katalis heterogen akan meningkatkan nilai lebih dari pada katalis tersebut, antara lain memiliki kestabilan yang sangat tinggi dan dapat dengan mudah diregenerasi setelah proses reaksi berlangsung.

Resin penolik yang tersulfonasi telah digunakan untuk reaksi esterifikasi asam asetat dengan propanol dan reaksi aldol asimetrik (Muylaert, I. 2013). Senyawa mesopori carbon-coated yang tersulfonasi juga dapat digunakan untuk reaksi asetilasi (Fang, L. 2013., Canck, E.D. 2013).

2.8.4 Katalis Berbasis Ramah Lingkungan

Bahan kimia hijau, adalah bahan-bahan kimia yang digunakan untuk reaksi kimia, dimana bahan ini bersahabat dengan lingkungan dan mengurangi tingkat pencemaran. Seperti diketahui, bahan-bahan aktif dalam berbagai reaksi kimia sangat berbahaya untuk lingkungan, seperti pada reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh asam. Keaktifan reagen ini sangat tinggi dan dapat digunakan untuk aplikasi yang sangat luas dan bervariasi. sayangnya, proses ini menghasilkan produk dengan tingkat toksik yang sangat tinggi dan limbah yang sangat korosif serta hasil samping senyawa organik yang tidak diinginkan. Efek yang ditimbulkan oleh zat-zat ini amat sangat besar : menyebabkan pencemaran aliran air, hujan asam dalam skala global dan tanah akan menjadi berbahaya akibat dari rembesan bahan-bahan kimia ke dalam tanah serta ke atmosfer (Clark, J. 2002)

(29)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Alat

- Gelas Beaker 250 ml Pyrex

- Gelas Ukur 25 ml Pyrex

- Corong

- Termometer 360oC Boeco

- Autoclave

- Neraca Analitis Mettler PM 400

- Botol Akuades - Kertas Saring

- Hotplate stirer Cimarec

- Lemari Pendingin Gea

3.2. Bahan

- Asam Palmitat p.a E’Merck

- N-heksan p.a E’Merck

- 2-butanol p.a E’Merck

- Katalis

(30)

3.3 Prosedur Penelitian

Esterifikasi dilakukan dengan mencampurkan asam palmitat dengan 2-butanol serta 0,2 g katalis kedalam autoclave. Reaksi esterifikasi berlangsung pada suhu 100oC selama 10 jam sambil diaduk. Setelah 10 jam, reaksi dihentikan kemudian campuran reaksi didestilasi. Residu yang tersisa kemudian diekstraksi dengan n-heksan sebanyak 20 ml kemudian. Fraksi yang tidak terlarut merupakan katalis. fraksi terlarut didinginkan pada suhu -15oC selama 3 jam, kemudian disaring dalam keadaan dingin. Filtrat ditambahkan Na2SO4 anhidrat, disaring, Kemudian diuapkan pelarutnya dan divakum. Produk berupa cairan kuning bening kemudian ditimbang. Kemudian dikarakterisasi dengan FTIR dan 1H-NMR. Selanjutnya dilakukan prosedur esterifikasi yang sama dengan variasi suhu 150oC selama 15 jam dan dengan penambahan 0,1 g aerosil (SiO2).

(31)

3.4. Bagan Penelitian

0,0194 mol asam palmitat

dimasukkan ke dalam autoclave

ditambahkan 0,2 g katalis ditambahkan 0,39 mol 2-butanol dimasukkan pengaduk magnet

dipanaskan pada suhu 100oC selama 10 jam sambil diaduk

karakterisasi - FTIR - H1-NMR campuran hasil reaksi

didestilasi

destilat residu

dicuci dengan n-heksan dikeringkan

divakum

katalis

filtrat

didinginkan pada suhu -15oC selama 3 jam disaring dalam keadaan dingin

sisa asam palmitat

filtrat

dilarutkan dengan 20 ml n-heksan

fraksi terlarut

fraksi tidak terlarut

ditambah NaSO4 anhidrat disaring residu diuapkan pelarut divakum ditimbang hasil

Catatan : Dilakukan prosedur yang sama untuk suhu 150oC selama 15 jam dengan penambahan 0,1 g aerosil (SiO2)

(32)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat dengan 2-butanol

Reaksi antara asam palmitat dengan 2-butanol dengan bantuan katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat menghasilkan 2-butil palmitat seperti terlihat pada gambar 4.1 :

O O O

HO +

H₂O + katalis

Gambar 4.1 Reaksi Asam Plamitat dengan 2-butanol Menggunakan Katalis Disilan Sulfonat

Reaksi esterifikasi ini dilakukan sebanyak 2 kali yaitu pada suhu 100oC selama 10 jam dan pada suhu 150oC selama 15 jam dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini :

Tabel 4.1 Hasil Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat 0,0194 mol dengan 2-butanol 0,399 mol dengan variasi waktu dan suhu reaksi

Suhu (oC)

Waktu (jam) Hasil Reaksi g (mol) Hasil Reaksi (%)

100oC 10 0,684 (0,0022) 13

150oC 15 2,437 (0,0078) 48

Spektrum FT-IR (neat) dari produk reaksi yaitu 2-butil Palmitat dapat dilihat pada Gambar 4.2 dan menunjukkan υC-H pada panjang gelombang 2923,07 cm-1 dan 2863,67 cm-1 diberikan oleh vibrasi regangan (asimetris dan simetris) C-H dari

(33)

hidrokarbon rantai panjang dan didukung juga oleh pita serapan pada panjang gelombang 721,64 cm-1 yang merupakan vibrasi tekukan rocking dari C-H rantai panjang. Dan υC=O pada panjang gelombang 1743 cm-1 diberikan vibrasi regangan gugus C=O dari ester , dan pita serapan ini telah bergeser sebesar 44,5 cm-1dari υC=O asam lemak. Dan υC-O-C pada 1377,57 cm-1 dan 1176,65 cm-1 diberikan oleh vibrasi regangan gugus C-O yang berasal dari ester asam lemak. Hal ini mengindikasikan bahwa reaksi esterifikasi antara asam palmitat dengan 2-butanol menggunakan katalis asam 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat telah berlangsung dan menghasilkan senyawa ester.

(34)

Spektrum 1H-NMR 2-butil palmitat (500 MHz, CDCl3) dapat dilihat pada Gambar 4.3.

(35)

Gambar 4.4 Expansi 1 Spektrum 1H-NMR dari 2-butil palmitat dari δ 0,84 ppm hingga δ 1,19 ppm (CDCl3)

Pergeseran kimia pada δ 0,8703 ppm dan δ 0,8833 (t) diberikan oleh 2 gugus CH3 dari A dan G, masing-masing triplet, tetapi karena pergeseran kimia kedua gugus ini sangat dekat, maka bentuk puncak yang terlihat seperti puncak kuartet. Hal ini dapat dijelaskan seperti pada Gambar 4.5.

(36)

Gambar. 4.5 perkiraan saling tumpang tindih 2 puncak triplet A dan G

Serta pergeseran kimia pada δ 1,18 ppm (d) menunjukkan integrasi 3 atom H menandakan 3 proton dari CH3-CH- (H), keberadaan atom O yang memiliki elektronegatifitas yang cukup besar mengakibatkan peak tersebut muncul lebih ke daerah downfield.

(37)

Gambar 4.6 Expansi 2 Spektrum 1H-NMR dari 2-butil palmitat dari δ 1,2 ppm hingga δ 1,6 ppm (CDCl3)

Pergeseran kimia pada δ 1,25 ppm (s) menunjukkan integrasi 26 atom H menandakan duapuluh enam proton CH3- (CH2)13- CH2- (B) dan pergeseran kimia pada δ 1,519 ppm (m) menunjukkan integrasi 2 atom H menandakan empat proton –CH-CH2-CH3 (F) serta pergeseran kimia pada δ 1,6 ppm (m) menunjukkan integrasi 2 atom H menandakan empat proton –(CH2)11-CH2-CH2- (C).

(38)

Gambar 4.7 Expansi 1 Spektrum 1H-NMR dari 2-butil palmitat dari δ 2,2 ppm hingga δ 4,9 ppm (CDCl3)

pergeseran kimia pada δ 2,24 ppm (t) menunjukkan integrasi 2 atom H menandakan dua proton dari –CH2-CH2-C=O (D) dan Pergeseran kimia pada δ 4,83 ppm (m) menunjukkan integrasi 1 atom H menandakan satu proton dari O-CH(CH3)-CH2- , hal ini menunjukkan bahwa telah terbentuk ester dengan gugus alkil dari alkohol sekunder (E).

(39)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa reaksi esterifikasi asam palmitat dengan 2-butanol dengan menggunakan katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilan sulfonat menghasilkan produk ester asam lemak yaitu 2-butil palmitat, dan reaksi yang berlangsung dipengaruhi oleh suhu dan waktu reaksi. Hal ini dapat dilihat dari peningkatan hasil reaksi dengan peningkatan suhu dan waktu reaksi. Dan katalis yang telah digunakan masih dapat diperoleh dari campuran hasil reaksi.

5.2. Saran

Reaksi esterifikasi dipengaruhi oleh suhu dan waktu reaksi, oleh sebab itu diharapkan kepada peneliti selanjutnya untuk melakukan variasi suhu yang lebih tinggi dan waktu reaksi yang lebih lama untuk mendapatkan produk reaksi yang optimum

(40)

DAFTAR PUSTAKA

Alonso, M. L., Christian, V. M., Maynor, A. C., Julio, M. S. 2006. Kinetics of the Fischer esterification of palm fatty acids with isopropanol and butyl-cellosolve. Ciencia y Tecnología, 24(2): 175-181, 2006

Boey, P. L., Ganesana, S., Maniamb, G. P. 2012. A new heterogeneous acid catalyst system for esterification of free fatty acid into methyl esters. Applied Catalyst A : General, 433-434 : 12-17

Clark, J.H. 2002. Handbook Of Green Chemistry And Technology. Newyork : Blackwell Science Ltd

Clark, J.H., 2002. Solid acids for green chemistry. Accounts of Chemical Research 35, 791–797.

Crabtree, R. 2005, The Organomettalic Chemistry of The Transition Metal. Fourth Edition. New Jersey : Willey-Interface

Chorkendorf, I dan Niemantsverdriet, J.W. 2003.Concept of Modern Katalysis and Kinetics. Weinheim : Willey-VCH GmbH & Co

Corma, A., Garcia, H. 2008.Top Catal. 8:31

Demirbas, A. 2009. Progress and recent trends in biodiesel fuel. Energy Conversion and management.

Fang, L., Zhang, K., Chen, L., Wu, P. 2013. Carbon-Coated Mesoporous Silica Functionalized With Sulfonic Acid Group and Its Application to acetalization. Chinese Journal of Catalyst 34. 932-941

Fang, L., Zhang, K., Chen, L., Wu, P. 2010. Sci China Chem, 53 : 1481

Freedman, B., Pryde.E.H., Mounts. T.L., 1984, Variables Affecting the Yields of Fatty Esters from Transesterfied Vegetable Oils.

Gates, B.C,;Katzer,J.R.;Schuit.G.C.A. 1979. Chemistry Of catalytic processes. New York : McGraw-Hill Company.

Gerpen , J.V. 2005. Biodiesel processing and production. Fuel Processing Technology 86 1097– 1107,

(41)

Kang, S., Ye, J., Chang, J. 2013.Recents Advance in Carbon-Based Sulfonated Catalyst : Preparation and Appliucation. International Review of Chemical Engineering.5:2

Kouzu, M., Nakagaito, A., Hidaka, J. S. 2010. Pre-Esterification Of FFA In Plant Oil Transesterified Into Biodiesel With The Help of Solid Acid Catalysis of Sulfonated Cation-Exchange Resin. Journal of Applied Catalysis A : General, 405 : 36-44

Lou, W.Y., Zong, M.H., Duan, Z.Q.2008.Effecient production of Biodiesel From High Free Fatty Acid-Containing Waste Oils Using Various Carbohidrated-derived Solid Acid Catalyst. Bioresource Technology 99. 8752-8758

McMurry, J. 2012. Organic Chemistry. Eight Edition. Canada : Brooks/ Cole Learning

Muylaert, L., Verberckmoes, A., Spileers, J., Demuynck, A., Peng, L. 2013.Synthesis of Sulfonated Mesoporous Phenolic Resin and Their Application in Esterification and Assymetric Aldol Reaction. Material Chemistry and Physics 138. 131-139

Perry, R.H. and Green, D.W., 1984, Perry’s Chemical Engineering Handbook, 6th ed, Mc Graw Hill Book Company, Inc, New York.

Rajendran, A., Karthikeyan, C. 2011.Silica Sulphuric Acid Catalized Fischer Esterification Reaction Under Solventless Condition : A novel Green Chemical Reaction. American Chemical Science Journal-1. 28-36

Richtler, H.J. and Knault, J. 1984. Challenges To A Mature Industry, Marketing Economics of Oleochemicals in Western Europe. J.am.oil.chem.soc.vol.61.

Sleight, H. W. 1983. Catalyst Design And Section, Applied, Industry Catalyst. New York : Academic Press

Sidabutar, A. 2011. Penggunaan Polistirena Sulfonat Sebagai Katalis Transesterifikasi Minyak Jarak Pagar (Jatropha Curcas) Berkadar Asam Lemak Bebas Tinggi. Skripsi. Medan : Departemen Kimia FMIPA USU.

Singh, M., Singh, S., Singh, R.S .,Chisti, Y., Banerjee, U.T. 2007. Transesterification of primary and secondary alcohols using Pseudomonas aeruginosa lipase. Bioresource Technology 99. 2116–2120

Soerawidjaja, Tatang H., 2005, Minyak-lemak dan produk-produk kimia lain dari kelapa, Handout kuliah Proses Industri Kimia, Program Studi Teknik Kimia : Institut Teknologi Bandung.

Sugiyarto, K.H. 2003. Kimia Anorganik II. Edisi revisi. Universitas negeri Yogyakarta

(42)

Syukri, S. 1999. Kimia Dasar. Jilid I. Bandung : Penerbit ITB

Trimm, D.L. 2001. The Regeneration Or Disposalof Deactivated Heterogeneous Catalyst. 153-160

Ullman’s. 2011. Encyclopedia of Industryal Chemistry. 7th Edition. New York : Willey-VCH. 700-7005

Weerachanchai, P., Tangshatitkuilchai, C. Tangshatitkuilchai, M. 2012. Effect of reaction condition on the catalytic esterification of bio-oil. Korean Journal of chemical enggenering, 29(2) : 182-189

Xin, N., Li, J., Yang, L., Lu, X., Xu, L. 2013. Catalytic Synthesis of Sec-Butyl Acetate on Sulfoacid Resin. International Journal of a advancements in research and technology, volume 2. 1-5.

Yu, H., Jin, Z., Li, F., Peng, H. 2008. Synthesis And Characterization Of Sulfonated Single-Walled Carbon Nanotube And Their Performance As Solid Acid Catalyst. Journal Solid State Chem, 181 : 432-438

Zang, Q. Y., Xu, C., Zhou, K. Z. 2011. Synthesis of biodiesel with silica gel column chromatography catalyzed with immobilized K2CO3. Journal of fuel chemistry technology, 39(10) : 754-758

(43)

(44)