STUDY OF EPOXIDE DECYCLISATION OF CARYOPHYLENE OXIDE WITH SYNTHETIC ZEOLITE AS CATALYSTS | Haryadi | Indonesian Journal of Chemistry 21860 40947 1 PB

94

Indonesian Journal of Chemistry, 2004, 4 (2), 94 - 98

STUDY OF EPOXIDE DECYCLISATION OF CARYOPHYLENE OXIDE WITH
SYNTHETIC ZEOLITE AS CATALYSTS
Mempelajari Reaksi Pembukaan Cincin Epoksida Senyawa Kariofilena Oksida
Dengan Katalis Zeolit Sintetis
Winarto Haryadi, M. Muchalal
Chemistry Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Gadjah Mada University, Yogyakarta
Received 21 June 2004; Accepted 30 June 2004

ABSTRACT
The reaction of epoxide ring opening of caryophillene oxide has been done using zeolite H-Y, Hsodalit, and H-ZSM-5 as catalysts. The reactions were done in two types, there were in dioxane solvent at
temperature of 110 oC and without solvent at temperature of 175 oC. The catalyst weight was 10 % from
caryophillene oxide weight, and the time of reaction was four hours. The product of reaction was analyzed
using GC, FTIR, and GC-MS. The reactions of caryophillene oxide in dioxane solvent with the three kinds of
zeolites did not give any targeted product. Whereas, the reactions without solvent gave three main products,
there was one compound with one group of secondary hidroxyl (secondary alcohol), and two compounds of
ketone from caryophillene. The reaction product of caryophillene oxide obtained without using solvent with

the three type of catalysts were then compared. Conversion of three main products produced by H-ZSM-5
catalyst, H-sodalit catalyst and H-Y catalyst were 82.11 %, 54.92 % and 38.53 % respectively. For that
reason, the transformation of caryophillene oxide using H-ZSM-5 catalyst was considered to be the best
selective product. The alcohol product was resulted from reaction between caryophillene oxide and Bronsted
acid, and the ketone products was resulted from the reaction with Lewis acid in zeolite.
Keywords: Epoxide ring opening, HY, H-sodalit and HZSM-5.

PENDAHULUAN
Kariofilena oksida (C15H24O) (Gambar 1)
merupakan salah satu senyawa sesquiterpenoida
yang banyak dijumpai dalam berbagai tumbuhan,
seperti lada, tumbuhan famili Pinaceae (seperti
pinus) dan pepermint [1]. Treibs [2] telah dapat
mengisolasi kariofilena oksida dari fraksi pendidihan
tertinggi dari minyak cengkeh. Treibs [2], Ramage
[3], Arata [4] dan Kadarohman [5] telah dapat
mensintesis kariofilena oksida dari kariofilena.

H
H


O

H
Gambar 1 Struktur kariofilena oksida

Winarto Haryadi & M. Muchalal

Pembentukan kariofilena oksida dari senyawa
kariofilena yang merupakan limbah industri
eugenol,
diharapkan
akan
mempermudah
memperoleh senyawa turunan kariofilena karena
penataulangan kerangka karbon akan dapat
dikurangi. Hal ini disebabkan terbentuknya gugus
epoksida yang reaktif pada kariofilea oksida. Telah
banyak penelitian yang dilakukan untuk melakukan
reaksi pembukaan cincin epoksida pada kariofilena

oksida [1,4,6]. Akan tetapi belum ditemukan
pereaksi yang secara selektif menghasilkan produkproduk yang diinginkan. Hal ini disebabkan
penataulangan kerangka kariofilena masih terjadi.
Katalis zeolit asam, diharapkan dapat
memecahkan masalah ini. Adanya sifat khas dari
zeolit, yaitu kekuatan asam dan ukuran pori-pori
yang tertentu diharapkan zeolit dapat mengkatalisis
reaksi
pembukaan
cincin
epoksida
dan
menghasilkan produk yang lebih selektif.
Selain diharapkan memberikan selektivitas
yang lebih baik, dengan digunakan zeolit maka

95

Indonesian Journal of Chemistry, 2004, 4 (2), 94 - 98


biaya produksi akan lebih rendah mengingat zeolit
yang telah digunakan dapat diolah kembali untuk
digunakan kembali setelah dilakukan beberapa
perlakuan [7].

optimum reaksi yang meliputi: (1). Temperatur
optimum, (2). Perbandingan kariofilena oksidakatalis, dan (3). Lama reaksi optimum. Produk yang
dihasilkan dianalisis dengan menggunakan GC, IR
dan GC-MS.

METODE PENELITIAN
Bahan
Zeolit sintesis H-Y, H-sodalit dan H-ZSM-5,
kariofilen oksida, dioksana, amonia dan dietileter.
Peralatan
Alat refluks, kromatografi gas (GC), kromatografi
gas
spektrometer
massa
(GC-MS),

spektrofotometer FTIR, alat-alat gelas laboratorium.
Prosedur Kerja
Penelitian dilakukan dengan memilih zeolit
metoda pereaksian dan zeolit yang paling selektif
untuk reaksi pembukaan cincin epoksida. Pemilihan
metoda pereaksian antara lain mereaksikan
kariofilena oksida yang dikatalisis oleh zeolit-zeolit
H-Y, H-sodalit dan H-ZSM-5 dalam pelarut dioksan
(sistem refluks) dan tanpa adanya pelarut (sistem
batch). Zeolit yang digunakan dikarakterisasi
dengan cara: (1). Menghitung kuantitas asam zeolit
dengan cara timbang, menggunakan gas NH3
sebagai absorbat (2). Karakterisasi dengan FTIR
untuk menentukan membandingkan rasio Si/Al tiap
zeolit secara kualitatif, dan (3). Karakterisasi
dengan SEM (Scanning Electron Microscop) untuk
melihat keseragaman permukaan zeolit.
Zeolit yang paling baik menghasilkan produk
utama, diteliti lebih lanjut untuk menentukan kondisi


Reaksi yang dikatalisis HY

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
karakterisasi
zeolit
menunjukkan
kuantitas asam HY > H-sodalit > H-ZSM-5, zeolit
yang digunakan memiliki situs asam Bronsted dan
Lewis, perbandingan Si/Al zeolit HY < H-sodalit <
H-ZSM-5, sehingga kekuatan asam Bronsted HY <
H-sodalit < H-ZSM-5. Kenampakan foto SEM
memperlihatkan
H-ZSM-5
lebih
tertutup
kenampakannya dibandingkan kedua zeolit lainnya.
Reaksi kariofilena oksida dalam pelarut
dioksan pada kondisi reaksi 110 oC, 10 % zeolit dan
lama reaksi 4 jam yang dikatalisis oleh ketiga zeolit

tersebut tidak menghasilkan produk yang berarti.
Untuk reaksi kariofilena oksida tanpa pada kondisi
reaksi 175 oC, 10 % zeolit dan lama reaksi 4 jam
yang dikatalisis oleh ketiga zeolit menghasilkan tiga
produk utama. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 2.
Dari kromatogram terlihat, pada tiap reaksi
dihasilkan tiga produk utama yang ditandai dengan
nomor 1, 2 dan 3. Konversi produk utama reaksi
yang dikatalisis oleh H-ZSM-5 adalah 82,11 %, Hsodalit adalah 54,92 % dan yang dikatalisis H-Y
adalah 38,53 %. Dengan demikian reaksi yang
dikatalisis oleh H-ZSM-5 dikatak lebih selektif.
Selektivitas katalis H-ZSM-5 diduga ditentukan
ukuran pori H-ZSM-5 yang berukuran sedang,
memiliki kekuatan asam Bronsted yang lebih tinggi
serta kenampakan permukaan yang lebih teratur.

Reaksi yang dikatalisis H-sodalit

Reaksi yang dikatalisis HZSM-5
Gambar 2 Kromatogram hasil reaksi kariofilena oksida yang dikatalisis beberapa zeolit pada

175 oC, 10 % zeolit selama 4 jam reaksi.

Winarto Haryadi & M. Muchalal

96
80

50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0

70

60

kadar (%)

kadar (%)

Indonesian Journal of Chemistry, 2004, 4 (2), 94 - 98

50
40
30
20
10
0

150

175

2 :1


200

10 : 1

20 : 1

perbandingan massa kariofilena oksidazeolit

suhu (oC)

kadar (%)

5 :1

50
45
40
35
30

25
20
15
10
5
0
1

2

3

4

5

6

waktu (jam)
produk 1
produk 3
sisa kariofilena oksida

produk 2
produk samping

Gambar 3 Hubungan pemilihan kondisi optimum reaksi pembukaan cincin epoksida
kariofilena oksida yang dikatalisis H-ZSM-5

Gambar 4 Spektrum IR kariofilena oksida (A) sebelum reaksi dan (B) Setelah reaksi dengan 10 %
H-ZSM-5 pada 175 oC selam 4 jam reaksi.
Kondisi optimum reaksi pembukaan cincin
epoksida yang dikatalisis oleh zeolit H-ZSM-5
adalah pada 10 % berat zeolit 175 oC selama 4
jam. Hal ini dapat dilihat dari grafik Gambar 3.

Winarto Haryadi & M. Muchalal

Hasil reaksi pada kondisi optimum dianalisis
dengan FTIR (Gambar 4) menunjukkan adanya
gugus fungsi baru, yaitu alkohol dan keton.

97

Indonesian Journal of Chemistry, 2004, 4 (2), 94 - 98

Gambar 5 Spektra masssa puncak nomor 1 (produk 1)
H
H

Al-

O

H

H
+

O

OH

OH

Si

H

+
H

H

H
- H+

H
H

OH

+

OH

kariofilena alkohol

Gambar 6 Mekanisme pembentukan kariofilena alkohol dengan katalis zeolit

Gambar 7 Spektra massa puncak nomor 2 (produk 2)

Gambar 8 Spektra massa puncak nomor 3 (produk 3)

Data fragmentasi GCMS (Gambar 5)
menunjukkan bahwa produk 1 diduga berupa
alkohol
sekunder
yang
pembentukannya
melibatkan reaksi kariofilena oksida (Gambar 6)
dengan situs asam Bronsted pada zeolit.
Produk 2 dan 3 memiliki sifat yang hampir
sama, karena puncak kromatogram yang tidak
terpisah satu sama lain serta fragmentasi
massanya memiliki kemiripan (Gambar 7 dan
Gambar 8).
Mengingat
adanya
kemiripan
data
fragmentasi, produk 2 dan 3 diduga merupakan
pasangan stereoisomer, dengan mekanisme
pembentukan (Gambar 9) diperkirakan melibatkan

Winarto Haryadi & M. Muchalal

reaksi kariofilena oksida dengan situs asam Lewis
pada zeolit.
KESIMPULAN
1. Zeolit asam dapat digunakan untuk membuka
cincin epoksida pada kariofilena oksida.
Selektivitas
reaksinya
dipengaruhi
oleh
kekuatan asam, ukuran pori dan keseragaman
kenampakan permukaan zeolit. Zeolit H-ZSM-5
yang memiliki kekuatan asam Bronsted lebih
tinggi dari zeolit HY dan H-sodalit, berukuran
pori sedang dan kenampakan permukaan lebih
teratur sehingga lebih selektif menghasilkan tiga
produk utama.

98

Indonesian Journal of Chemistry, 2004, 4 (2), 94 - 98

H
H
Si

O

AlO

H

O

+

Si

O

AlO

O

Al-

Al-

H
H

situs asam Lewis
pada zeolit

H

AlO
O
Al-

O

+
Si

CH3

H
suatu produk keton

Gambar 9 Perkiraan mekanisme pembentukan senyawa kariofilen-5-on dengan katalis zeolit

2. Produk utama yang terbentuk diduga berupa
produk alkohol sekunder dan dua produk keton
siklik yang memiliki kemiripan data fragmentasi
GC-MS.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada
Saudara Erwan Widyanto, S.Si dan Dr. Asep
Kadarohman atas bantuannya dalam penelitian dan
penulisan ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Yang, X and Deinzer, M, 1994, J. Nat. Prod., 57,
4, 514-517

Winarto Haryadi & M. Muchalal

2. Treibs, W., 1947, Chem. Abst., 33, 7282-7283.
3. Remage, G.R and Dawson, T.L, 1954, J.
Chem. Soc. 3382-3386
4. Arata, K., Hayano, K., and Shirahama, H,
1993, Bull.Chem.Soc.Jpn., 66, 218-223.
5. Collado, I.G., Hanson, J.R., Hitchock, P.B, and
Sanchez, A.J.M, 1997, J. Org. Chem., 62,
1965 – 1969.
6. Kadarohman,
A.,
1994
Mempelajari
Mekanisme dan Kontrol Reaksi Isomerisasi
Eugenol Menjadi Isoeugenol, Tesis Program
Pascasarjana UGM, Jogjakarta
7. Fasi, A., Palinko, I., and Kiricsi, I, 1999, J.
Catal., 188, 385 – 392

Dokumen yang terkait

QSAR STUDY OF XANTHONE DERIVATIVES AS ANTI PLASMODIAL AGENTS | Amanatie | Indonesian Journal of Chemistry 21443 40529 1 PB

0 0 6

Synthesis of Zeolite NaA from Low Grade (High Impurities) Indonesian Natural Zeolite | Mustain | Indonesian Journal of Chemistry 21250 40335 1 PB

0 0 5

Cyclic Acetalization of Furfural on Porous Aluminosilicate Acid Catalysts | Hartati | Indonesian Journal of Chemistry 21144 40229 1 PB

0 0 8

Removal of Sulphate and Manganese on Synthetic Wastewater in Sulphate Reducing Bioreactor Using Indonesian Natural Zeolite | Retnaningrum | Indonesian Journal of Chemistry 22710 54970 2 PB

0 1 8

STUDY OF Cr(VI) PHOTOREDUCTION CATALYZED BY CDO-ZEOLITE | Wahyuni | Indonesian Journal of Chemistry 21923 41010 1 PB

1 1 7

SYNTHESIS OF IRON OXIDE-MONTMORILLONITE COMPOSITE AND STUDY OF ITS STRUCTURAL STABILITY AGAINTS SULFURIC ACID | Wijaya | Indonesian Journal of Chemistry 21871 40958 1 PB

0 0 10

TITANIUM OXIDE DISPERSED ON NATURAL ZEOLITE (TiO 2 ZEOLITE) AND ITS APPLICATION FOR CONGO RED PHOTODEGRADATION | Fatimah | Indonesian Journal of Chemistry 21770 40856 1 PB

0 0 5

PREPARATION, CHARACTERIZATIONS AND MODIFICATION OF Ni-Pd NATURAL ZEOLITE CATALYSTS | Trisunaryanti | Indonesian Journal of Chemistry 21838 40925 1 PB

0 0 6

STUDY OF CATALYTIC CYCLISATION OF (+)-CITRONELLAL WITH Zn γ-ALUMINA AS CATALYST | Iftitah | Indonesian Journal of Chemistry 21852 40939 1 PB

0 0 5

Preparation of Pt-Zeolite Catalyst for Conversion of n-Octanol | Sadiana | Indonesian Journal of Chemistry 21949 41036 1 PB

0 0 8