Sintesis 5-Nitro-2-furfuraldiasetat menggunakan furtural, asam nitrat dan asam asetat anhidrida dengan katalis asam P-Toluenasulfonat - USD Repository

HALAMAN SAMPUL

SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm) Program Studi Ilmu Farmasi

Oleh: Carolus Borromeus Probo Bharoto Putro

NIM: 048 114 111

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2008

HALAMAN JUDUL

SINTESIS 5-NITRO-2-FURFURALDIASETAT MENGGUNAKAN

FURFURAL, ASAM NITRAT DAN ASAM ASETAT ANHIDRIDA

DENGAN KATALIS ASAM P-TOLUENASULFONAT

SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm) Program Studi Ilmu Farmasi

Oleh: Carolus Borromeus Probo Bharoto Putro

NIM: 048 114 111

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2008

PRAKATA Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Sintesis 5-Nitro-2-

Furfuraldiasetat Menggunakan Furfural, Asam Nitrat Dan Asam Asetat Anhidrida Dengan Katalis Asam p-Toluenasulfonat” sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar sarjana pada Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam penulisan skripsi ini, penulis mendapatkan bantuan dari banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada :

1. Rita Suhadi, M.Si., Apt. selaku Dekan Fakultas Farmasi Sanata Dharma

2. Lucia Wiwid Wijayanti, M.Si. selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan pengarahannya baik selama penelitian maupun penyusunan skripsi ini.

3. Jeffry Julianus, M.Si. selaku penguji atas segala masukan, kritik, dan sarannya.

4. Christine Patramurti, M.Si. Apt. selaku penguji atas segala masukan, kritik, dan sarannya.

5. Yohanes Dwiatmaka, M.Si. selaku Kepala Laboratorium Farmasi atas bantuannya sehingga penulis dapat bekerja di laboratorium dengan lancar.

6. Mas Parlan, Mas Kunto, dan Mas Bimo atas bantuannya selama peneliti bekerja di laboratorium

7. Mia, Dewi, Boriz, Robby, dan Vita, rekan seperjuangan dalam penelitian ini yang selalu membantu.

8. Bob, Coco, Adit, Leo, Fajar, Edvan, Budiarto dan Elvan, atas kebersamaannya selama di laboratorium.

9. Teman-teman UKF dolan-dolan, Kelas C 2004, FST 2004 dan teman-teman angkatan 2004 lain yang telah banyak membantu dan memotivasi.

10. Teman-teman Angkatan 2005, 2006, dan 2007 yang selalu berulang kali menanyakan dengan antusias kapan penulis mengajukan ujian terbuka.

11. Teman-teman m, terutama Jeliarko Palgunadi yang telah memberikan banyak masukan mengenai reaksi.

12. Keluarga yang telah mendukung penulis untuk tetap berjuang

13. Marlisa, Eva, dan Novianti yang telah meminjamkan sumber-sumber pustaka

14. Segenap rekan dan pihak-pihak yang membantu namun tidak dapat disebutkan satu persatu.

Akhir kata penulis menyadari bahwa karya penulisan skripsi ini jauh dari sempurna mengingat keterbatasan kemampuan dan pengalaman yang dimiliki.

Oleh karena itu, saran dan kritik yang sifatnya membangun sangat diperlukan oleh penulis demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangsih yang bermanfaat pada perkembangan ilmu pengetahuan.

Yogyakarta 10 Juni 2008 Penulis

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana karya ilmiah

Yogyakarta, 5 November 2007 Penulis, Carolus Borromeus Probo Bharoto Putro

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Carolus Borromeus Probo Bharoto Putro NIM : 048 114 111

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

SINTESIS 5-NITRO-2-FURFURALDIASETAT MENGGUNAKAN

FURFURAL, ASAM NITRAT DAN ASAM ASETAT ANHIDRIDA

DENGAN KATALIS ASAM

P-TOLUENASULFONAT

berserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal 31 Juli 2008

Yang menyatakan Carolus Borromeus Probo Bharoto Putro

INTISARI

Peningkatan nilai ekonomis dan aktifitas teraupetik dari furfural telah dilakukan dengan mensubstitusi gugus nitro dan ester pada posisi 5 dan 2 pada cincin furan yang menghasilkan 5-nitro-2-furfuraldiasetat. Senyawa golongan 2- nitrofuran ini diketahui mempunyai aktifitas bakteriostatik dan bakteriosida (Lednicer dan Mitscher, 1975). Senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat dapat disintesis dengan mereaksikan asam nitrat pekat dan asam p-toluenasulfonat yang ditambahkan bertetes-tetes pada asam asetat anhidrida yang kemudian ditambahkan furfural.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui apakah dari prosedur penelitian yang dilakukan didapatkan rendemen senyawa 5-nitro-2- furfuraldiasetat. Analisis hasil dilakukan secara kualitatif dengan organoleptis, uji kelarutan, penentuan titik lebur, uji kromatografi lapis tipis, elusidasi struktur

dengan spektroskopi inframerah dan spektroskopi resonansi magnetik inti (H - NMR)

Hasil dari penelitian adalah senyawa hasil sintesis berupa kristal coklat muda tidak berbau, larut dalam metanol, aseton, eter, kloroform, dan tidak larut dalam aquades, titik lebur 89-90°C, harga Rf yang berbeda dengan Rf furfural (Rf produk = 0,81; Rf furfural = 0,73). Hasil elusidasi dengan spektroskopi

inframerah dan H -NMR ditunjukkan dengan profil spektra yang diidentifikasi sebagai senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat. Berdasarkan hasil analisis di atas, dapat disimpulkan bahwa senyawa hasil sinteisis adalah 5-nitro-2-furfuraldiasetat dengan rendemen 9,32% Kata kunci: 5-nitro-2-furfuraldiasetat, furfural, asam p-toluenasulfonat, nitrasi

ABSTRACT

Increasing economic value and teraupetic activity of furfural was done by subtitute nitro and ester group on 5 and 2 position of furan ring yield 5-nitro-2- furfuraldiacetate. 5-nitro-2-furfuraldiacetate, a derivative of 2-nitrofurans are known to possess both bacteriostatic and bacteriocidal properties (Lednicer and Mitscher, 1975). This molecule could be synthesized by reacting concentrated nitric acid and p-toluenesulfonic acid and then it was added dropwisely to acetic anhydride followed by furfural.

This research was aimed to know whether the synthesis pathway produces 5-nitro-2-furfuraldiacetate rendemen. The result was analyzed by qualitative test using organoleptic test, solubility test, melting point determination, thin layer chromatography separation, and structure elucidation using infrared spectroscopy

1 (IR) and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (H -NMR).

The result of this research showed the product was light brown odourless crystal, soluble in methanol, acetone, ether, chloroform, and insoluble in aquades, with melting point 89-90°C, and possessing different Rf value from furfural’s Rf value (Rf product = 0,81; Rf furfural = 0,73). The result of elucidation tested by

1 IR and H -NMR showed spectra profile identified as 5-nitro-2-furfuraldiacetate

molecule. Based on the data, the product of the synthesis pathway was 5-nitro-2- furfuraldiacetate with rendemen for about 9,32% _{Keyword s: nitrofurazon,} Keywords: 5-nitro-2-furfuraldiacetate, furfural, p-toluenesulfonic acid, nitration

DAFTAR ISI

PERSETUJUAN PEMBIMBING.......................................................................... iii PENGESAHAN SKRIPSI ..................................................................................... iv

DAFTAR TABEL

DAFTAR GAMBAR

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Obat-obat golongan nitroheterosiklik banyak digunakan sebagai agen

kemoterapi yang efektif untuk penatalaksanaan terapi berbagai penyakit infeksi yang disebabkan oleh mikrobia dan protozoa. Senyawa-senyawa nitroheterosiklik ini berperan cukup penting karena dapat mengantisipasi kasus resistensi mikroorganisme terhadap antibiotik

β-laktam dan turunan sulfonamida yang telah

banyak dilaporkan (Jawetz dan Adelderg, 1996). Namun, golongan senyawa nitroheterosiklik ini tidak mudah ditemukan pada produk alam. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian mengenai sintesis senyawa golongan nitroheterosiklik.

Turunan dari 2-nitrofuran telah diketahui mempunyai aktivitas bakteriostatik dan bakteriosida (Lednicer dan Mitscher, 1975). Walaupun mekanisme aksi senyawa golongan 2-nitrofuran ini masih belum diketahui secara pasti, namun diduga bahwa mekanisme aksinya adalah penghambatan kerja enzim sintesis DNA karena teroksidasi oleh gugus nitro. Atas dasar bahwa modifikasi struktur 5-nitrofuran pada posisi 2 dapat meningkatkan efektivitas serta aktivitas antibakteri secara luar biasa (Powers, 1975), maka dilakukan penelitian mengenai sintesis 5-nitro-2-furfuraldiasetat.

Pada penelitian ini digunakan furfural sebagai senyawa yang akan diderivatisasi. Furfural dapat diperoleh dari hidrolisis limbah agrikultur yang mengandung pentosa, seperti tongkol jagung dan sekam padi, dalam suasana asam. Penelitian mengenai sintesis turunan 2-nitrofuran ini diharapkan dapat meningkatkan nilai ekonomi dan terapeutik furfural hasil isolasi limbah agrikultur yang banyak tersedia di Indonesia.

Senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat dapat disintesis dengan mereaksikan asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat yang ditambahkan bertetes-tetes pada asam asetat anhidrida yang kemudian ditambahkan furfural (Tehrani, Zarghi, dan Fathali, 2003). Berdasarkan orientasi yang penulis lakukan terhadap prosedur sintesis senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat (Tehrani, Zarghi, dan Fathali, 2003), penulis tidak mendapatkan rendemen yang diharapkan. Diduga, telah terjadi reaksi pembukaan cincin furan oleh adanya asam sulfat (Eicher dan Hauptmann, 1995). Oleh karena itu, untuk menjaga stabilitas cincin furan (Eicher dan Hauptmann, 1995) dan mencegah hidrolisis gugus ester oleh adanya asam (Pavia, Lampman, dan Kriz, 1995) pada senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat maka pada penelitian ini dilakukan penggunaan katalis asam p-toluenasulfonat dan peningkatan pH (3,5-4,5) sebelum proses pemanasan.

Target molekul yang dihasilkan akan dilakukan pengujian kualitatif dengan organoleptis, uji kelarutan, penentuan titik lebur, uji kromatografi lapis tipis, elusidasi struktur dengan spektroskopi inframerah dan spektroskopi

resonansi magnetik inti proton (H -NMR)

1. Perumusan masalah

Apakah dari prosedur penelitian yang dilakukan menghasilkan rendemen senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat?

2. Keaslian penelitian

Sebelumnya pernah dilakukan penelitian mengenai sintesis 5-nitro-2- furfuraldiasetat menggunakan katalis asam sulfat (Tehrani, Zarghi, dan Fathali, 2003). Sejauh penulusuran pustaka yang penulis lakukan, belum pernah dilakukan penelitian mengenai sintesis senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat menggunakan

starting material furfural, asam asetat anhidrida, dan asam nitrat dengan katalis

asam p-toluenasulfonat

3. Manfaat penelitian

Penelitian ini dapat bermanfaat sebagai berikut:

a. Manfaat metodologis. Penelitian ini diharapkan dapat mengetahui apakah dari prosedur penelitian yang dilakukan menghasilkan rendemen senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat

b. Manfaat praktis. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan data ilmiah tentang alternatif pemanfaatan limbah agrikultur sekam padi dan tongkol jagung dengan mengisolasi furfural sehingga didapatkan 5-nitro-2-furfuraldiasetat

B. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah dari prosedur penelitian yang dilakukan menghasilkan rendemen senyawa 5-nitro-2- furfuraldiasetat

BAB II PENELAAHAN PUSTAKA A. Sintesis 5-nitro-2-furfuraldiasetat Senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat dapat disintesis dengan membuat asam

nitrat pekat dan asam sulfat pekat yang ditambahkan bertetes-tetes pada asam

o o

asetat anhidrida pada suhu -5 C sampai 5

C. Furfural ditambahkan pada larutan ini pada kondisi yang sama. Campuran diaduk dalam pendingin es selama satu jam kemudian ditambahkan air pada suhu kamar. Setelah tiga puluh menit dan pH diusahakan sekitar 2,5-2,7, campuran dipanaskan selama satu jam pada suhu

55 C. Endapan yang terbentuk dikumpulkan dan direkristalisasi dengan etanol (Tehrani, Zarghi, dan Fathali, 2003).

Dalam sintesis 5-nitro-2-furfuraldiasetat terjadi reaksi nitrasi dan esterifikasi pada furfural. Reaksi nitrasi pada furfural berhubungan dengan teori sustitusi elektrofilik pada cincin furan dan reaksi esterifikasi furfural erat kaitannya dengan teori pembentukan gem-diol pada aldehid.

1. Cincin furan

Furan adalah suatu heteropentasiklik yang beranggotakan atom oksigen (O). Berdasarkan deskripsi dari struktur elektron furan, diasumsikan bahwa semua

atom terhibridisasi sp . Overlapping dari lima orbital atom 2p z menghasilkan orbital molekul π (π-MOs), dimana salah satunya berikatan (bonding) dan dua antibonding. (Eicher dan Hauptmann, 1995). Setiap atom karbon menyumbangkan satu elektron dan dua elektron dari atom oksigen kepada struktur siklik terkonjugasi. Oleh karena enam elektron ini terdistribusi pada lima atom, maka kerapatan elektron π pada setiap atom cincin lebih besar daripada satu atom. Dengan demikian furan mengalami kelebihan elektron

π heterosiklik (Eicher dan Hauptmann, 1995). _{O 106,5} O _O

110,65 _O 106,07

(a) (b)

O O 136,2 pm

1 2 α α'

5 136,1 pm

4 143,0 pm β' β

Gambar 1. hibrisasi sp2 (a), besar sudut ikatan (b), panjang

ikatan (c), dan posisi atom-atom dari furan (d) (Eicher dan

Hauptmann, 1995)

2. Aldehid

Aldehid merupakan dua dari sekian banyak kelompok senyawa organik yang mengandung gugus karbonil. Aldehid mempunyai sekurangnya satu atom hidrogen yang terikat pada karbon karbonilnya. Gugus lain dalam suatu aldehid dapat berupa alkil, aril atau H. (Fessenden dan Fessenden, 1986)

R H

Gambar 2. Struktur umum dari aldehid (Fessenden dan Fessenden, 1986)

2 Gugus karbonil terdiri dari sebuah atom karbon sp yang dihubungkan

ke sebuah atom oksigen oleh ikatan sigma dan sebuah ikatan pi. Ikatan-ikatan sigma gugus karbonil terletak dalam suatu bidang dengan sudut ikatan kira-kira

120° di sekitar karbon sp . Gugus karbonil dalam aldehid bersifat polar, dengan elektron-elektron dalam ikatan sigma dan ikatan pi. Elektron dalam ikatan pi tersebut mudah tertarik ke oksigen yang bersifat elektronegatif. Selain pengaruh atom elektronegatif yang menyebabkan suatu molekul menjadi polar, kepolaran juga ditentukan oleh momen dipol yang merupakan ukuran terhadap derajat kepolaran. Momen ikatan dan tetapan dielektrik ikut menentukan suatu molekul termasuk polar atau nonpolar. (Fessenden dan Fessenden, 1986)

Oksigen gugus karbonil aldehid mempunyai dua pasang elektron menyendiri. Oleh karena itu, gugus karbonil akan mudah diserang elektrofil atau nukleofil.

R R C O C O E Nu R

Gambar 3. Reaksi penyerangan gugus karbonil

oleh elektrofil dan nukleofil (Fessenden dan Fessenden, 1986)

Ikatan karbon-hidrogen biasanya stabil, nonpolar dan pasti tidak bersifat asam. Tetapi dengan adanya suatu gugus karbonil terjadilah hidrogen yang Keasaman ini disebabkan oleh dua hal yaitu pertama karena adanya efek induktif oleh penarikan elektron, yang kedua karena adanya stabilitas resonansi dari ion enolat bila kehilangan atom hidrogen sehingga ion enolat terstabilkan dengan adanya delokalisasi muatan ion. (Fessenden dan Fessenden, 1986)

O O

C C C

Gambar 4. Efek induktif dari penarikan elektron (Fessenden dan Fessenden, 1986) O O O O O O C C C C CH C C CH C

Gambar 5. Stabilitas resonansi ion enolat (Fessenden dan Fessenden, 1986)

3. Substitusi elektrofilik pada furan

Dengan analogi dengan benzena, furan dapat bereaksi dengan reagen elektrofilik, lebih sering dengan substitusi. Furan dapat mengalami substitusi

elektrofilik 10 lebih cepat daripada benzena dibawah kondisi yang sama. Alasan pertama adalah energi resonansi dari furan sangat kurang dibandingkan dengan benzena. Alasan kedua adalah cincin furan mengalami kelebihan elektron

π sedangkan pada benzena kerapatan elektron π adalah satu pada setiap atom.

Reaksi substitusi elektrofilik dari furan, seperti benzena, terjadi dengan mekanisme adisi-eliminasi. (Eicher dan Hauptmann, 1995) Regioselektivitas heterosiklik dari reaksi substitusi ini dapat dijelaskan bahwa energi relatif dari keadaan transisi akan memegang peranan penting untuk menghasilkan produk yang diharapkan dari reaksi substitusi yang terjadi yang banyak menghasilkan produk. Penyumbang resonansi untuk intermediet yang dihasilkan dari serangan ion nitronium pada karbon 2 dan karbon 3 pada tiofena akan dibandingkan sebagai berikut:

Gambar 6. Regioselektifitas dari substitusi elektrofilik pada tiofena (Ege, 1989)

Karbokation yang terjadi ketika ion nitronium menyerang karbon 2 dari thiofena lebih stabil daripada yang lain karena merupakan hal yang paling mungkin yaitu delokalisasi muatan yang lebih besar. Reaksi ini tentu saja mempunyai tingkat energi yang paling rendah sehingga secara mudah, karbokation intermediet kehilangan proton dan produk yang dihasilkan mempunyai cincin aromatik yang stabil (Ege, 1989).

Oleh karena campuran asam nitrat dan asam sulfat akan merusak heterosiklik, agen penitrasi yang lebih tidak terlalu reaktif (mild) dibuat dengan melarutkan asam nitrat dalam asam asetat anhidrida. Asetat anhidrida dapat bereaksi sebagai agen penghidrasi untuk menghasilkan ion nitronium dari asam nitrat (Ege, 1989).

Prosedur sintesis tersebut (Tehrani, Zarghi, dan Fathali, 2003) menggunakan katalis asam sulfat untuk membuat ion nitronium dari asam nitrat.

Adanya asam sulfat pekat dapat menginduksi polimerisasi pada kation. Asam sulfat encer menyebabkan hidrolisis menjadi senyawa 1,4-dikarbonil. Serangan nuklofilik oleh air terjadi pada posisi-3 dari furan terprotonasi. Akhirnya, pada pembalikan (reversion) dari sintesis Paal-Knoor, 2-hidroksi-2,3-dihidrofuran menghasilkan senyawa 1,4-dikarbonil hexan-2,5 seperti pada gambar 2 (Eicher dan Hauptmann, 1995).

Gambar 7. Mekanisme pembukaan cincin furan

(Eicher dan Hauptmann, 1995) Oleh karena dengan adanya katalis asam sulfat pekat dapat menginduksi pembukaan cincin furan, maka pada penelitian ini menggunakan asam p- toluenasulfonat sebagai katalis. Sulfonat adalah suatu ester anorganik dengan rumus umum RSO

2 OR.

O HO S O

Gambar 8. Rumus Struktur asam p-toluenasulfonat

Suatu sulfonat mempunyai gugus alkil atau aril yang terikat langsung pada atom belerang. Asam p-toluenasulfonat (4-metilbenzenasulfonat) lazim disebut tosilat, karena mempunyai kemungkinan stabilisasi resonansi dari anion yang kehilangan proton dari gugus hidroksilnya, merupakan suatu asam kuat dengan nilai pKa sebesar -0,6. Anion tosilat terstabilkan oleh resonansi dan merupakan basa yang sangat lemah. (Fessenden dan Fessenden,1986). _O _{S O} _{S O S O} _{O O} _O O O

Gambar 9. Resonansi anion tosilat

4. Reaksi esterifikasi pada aldehid

Aldehid dapat bereaksi dengan gugus karboksil membentuk ester. Syarat yang harus dipenuhi adalah gugus aldehid terlebih dahulu diadisi oleh air dalam suasana asam membentuk suatu 1,1-diol, yang disebut gem-diol, atau hidrat. Reaksi itu reversibel, dan biasanya kesetimbangan terletak pada sisi karbonil (Fessenden dan Fessenden, 1986).

O OH

H R H O R

2 OH

suatu aldehid suatu hidrat (dua OH pada C)

Gambar 10. Reaksi umum pembentukan gugus 1,1-diol (Fessenden dan Fessenden, 1986)

Dengan adanya gugus karboksil dan alkhol dalam suasana asam dan pemanasan, maka dapat terjadi reaksi esterifikasi. Esterifikasi berkataliskan asam dan merupakan reaksi yang reversibel.

O O

H , kalor

R'OH R OH H O

2 R OR'

suatu asam suatu suatu ester karboksilat alkohol

Gambar 11. Reaksi umum pembentukan ester (Fessenden dan Fessenden, 1986)

5. Kristalisasi

Senyawa organik yang berwujud padat pada temperatur ruangan biasanya dimurnikan dengan kristalisasi. Teknik dasarnya adalah melarutkan materi dalam pelarut yang panas dan kemudian mendinginkannya secara perlahan. Materi yang terlarut akan menurun kelarutannya pada temperatur yang lebih rendah dan akan terpisah dari larutan ketika didinginkan. Fenomena ini disebut sebagai kristalisasi jika kristal tumbuh perlahan dan selektif atau bisa juga disebut presipitasi jika prosesnya cepat dan tidak selektif. Kristalisasi adalah proses yang equilibrium dan menghasilkan materi yang sangat murni. Kristal akan terbentuk dan kemudian tumbuh lapis demi lapis secara reversibel. Dalam hal ini kristal akan “memilih” molekul yang benar dalam larutan. Pada presipitasi, kristal

lattice terbentuk secara cepat sehingga pengotor ikut terjebak dalam lattice. Oleh

karena itu, dijaga supaya proses purifikasi tidak terlalu cepat (Pavia, Lampman, dan Kriz, 1995).

Proses kristalisasi sangat tergantung pada perbedaan yang besar pada kelarutan material pelarut yang panas dan pada pelarut yang dingin. Ketika pengotor merupakan senyawa yang mempunyai kelarutan yang sama pada pelarut panas dan dingin maka proses purifikasi sulit untuk ditempuh dengan cara kristalisasi (Pavia, Lampman, dan Kriz, 1995).

B. Uji Pendahuluan

Uji pendahuluan dilakukan dengan tujuan mengetahui karakteristik dari senyawa hasil reaksi, biasanya meliputi pemeriksaan organoleptis, pemeriksaan titik lebur, pemeriksaan kelarutan, dan perhitungan rendemen.

1. Pemeriksaan organoleptis

Uji dilakukan untuk melihat bentuk, warna, rasa dan bau dari senyawa hasil reaksi. Uji ini merupakan uji paling sederhana tanpa bantuan alat.

2. Pemeriksaan titik lebur

Pemeriksaan titik lebur merupakan suatu aspek penting yang seringkali dilakukan dalam penelitian sintesis suatu senyawa. Hal ini dapat dibenarkan dari suatu produk sintesis senyawa. Ketajaman jarak lebur senyawa merupakan kriteria kemurnian suatu senyawa. Pada umumnya suatu senyawa mempunyai

kemurnian yang baik apabila jarak leburnya tidak lebih dari 2

C, rentangan lebih besar dari harga ini dapat dikatakan senyawa kurang murni (MacKenzei, 1967).

Dalam uji titik lebur didapatkan 2 temperatur. Temperatur yang pertama adalah suhu dimana senyawa mulai meleleh. Temperatur yang kedua adalah suhu dimana semua massa dari kristal berubah menjadi cairan yang jernih. Semakin murni suatu senyawa semakin kecil range antara temperatur pertama dan temperatur kedua (Pavia, Lampman, dan Kriz, 1995). Titik lebur senyawa 5-nitro- 2-furfuraldiasetat adalah 90°C (Tehrani, Zarghi, dan Fathali, 2003).

3. Pemeriksaan kelarutan

Istilah kelarutan tidak saja merupakan standar atau uji kemurnian dari suatu zat, tetapi lebih dimaksudkan sebagai informasi dalam penggunaan, pengolahan dan peracikan suatu bahan, kecuali apabila disebutkan khusus dalam judul tersendiri dan disertai cara ujinya secara kuantitatif (Anonim, 1995).

Tabel 1. Istilah kelarutan zat menurut Farmakope Indonesia IV (Anonim, 1995)

Jumlah bagian pelarut yang digunakan untuk

Istilah kelarutan

melarutkan 1 bagian zat

Sangat mudah larut Kurang dari 1 Mudah larut 1 sampai 10 Larut 10 sampai 30 Agak sukar larut 30 sampai 100 Sukar larut 100 sampai 1000 Sangat sukar larut 1000 sampai 10.000 Praktis tidak larut Lebih dari 10.000

4. Uji pemisahan menggunakan sistem KLT

Kromatografi merupakan proses diferensiasi komponen-komponen cuplikan yang ditahan secara selektif oleh fase diam. Pada dasarnya semua kromatografi menggunakan dua fase yaitu fase diam dan fase gerak. Pemisahan- pemisahan tergantung pada gerakan relatif dari dua fase ini. (Sastrohamidjojo, 2001).

Fase diam dalam kromatografi lapis tipis adalah bahan penyerap atau adsorben (Stahl, 1969). Fase diam yang umum dan paling banyak digunakan adalah silika gel yang dicampur dengan CaSO

4 untuk menambah daya lengket

partikel silika gel pada pendukung (pelat) (Mulja dan Suharman, 1995). Fase gerak adalah medium angkut dan terdiri atas satu atau beberapa pelarut. Fase ini bergerak dalam fase diam karena adanya gaya kapiler (Stahl, 1969). Fase gerak

untuk mengelusi 5-nitro-2-furfuraldiasetat adalah kloroform-metanol (90:10 / v ) (Anonim, 1995).

Indentifikasi dari senyawa yang terpisah (bercak/noda) pada lapisan tipis dapat dilakukan dengan tanpa reaksi kimia atau penyemprotan reagen (Stahl, 1969). Identifikasi senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat dilakukan dengan menyemprot reagen yang berisi larutan fenilhidrazina HCl (Anonim, 1995)

Jarak pengembangan senyawa pada kromatogram biasanya dinyatakan dengan angka Rf atau hRf. Harga Rf didefinisikan sebagai perbandingan jarak antara senyawa dari titik awal dengan jarak tepi muka pelarut dari awal (Stahl, 1969).

C. Elusidasi Struktur

1. Spektroskopi inframerah

Penggunaan spektroskopi inframerah pada bidang kimia organik hampir

menggunakan daerah 650 – 4000 cm . Daerah dengan frekuensi lebih rendah 650

cm disebut inframerah jauh dan daerah dengan frekuensi lebih tinggi dari 4000

cm disebut inframerah dekat. (Sastrohamidjojo, 2001) Inti-inti atom yang terikat oleh ikatan kovalen mengalami getaran

(vibrasi) atau osilasi (oscillation), dengan cara serupa dengan dua bola yang terikat oleh suatu pegas. Bila molekul mersap radiasi inframerah, energi yang diserap menyebabkan kenaikan dalam amplitudo getaran atom-atom yang terikat itu. Jadi molekul in berada dalam keadaan vibrasi tereksitasi (exicited vibration

state; energi yang terserap ini akan dibuang dalam bentuk panas bila molekul ini

kembali ke keadaan dasar). (Fessenden dan Fessenden, 1986) Suatu ikatan dalam sebuah molekul dapat menjalani pelbagai macam osilasi; oleh karena itu suatu ikatan tertentu dapat menyerap energi pada lebih daripada satu panjang gelombang. Energi pada panjang gelombang ini menyebabkan kenaikan vibrasi tekuk (bending vibrations). Tipe vibrasi yang berlain-lainan ini disebut cara fundamental vibrasi (fundamental mode of

vibration). Banyaknya energi yang diabsorpsi oleh suatu ikatan bergantung pada

perubahan dalam momen ikatan seperti vibrasi atom-atom yang saling berikatan- lebih besar perubahan dalam momen ikatan mengakibatkan absorpsi sejumlah energi juga lebih besar. Ikatan non-polar tidak mengabsorpsi radiasi infra merah non polar relatif menyebabkan absorpsi lemah. Pada ikatan polar menunjukkan absorpsi yang kuat. (Fessenden dan Fessenden, 1986).

Serapan-serapan pada spektra IR dapat membrikan informasi mengenai

O R C OR'

gugus-gugus suatu senyawa. Gugus ester ( ) dapat memberikan

serapan pada gugus C=O pada 1735 cm dimana gugus yang terkonjugasi dengan atom O dan R’ akan memberikan pergeseran serapan ke arah kiri sedangkan gugus C-O akan memberikan 2 serapan atau lebih, satu lebih kuat dari pada yang

lainnya, pada rentang 1300-1000 cm . Regangan C-H memberikan serapan

sekitar 3000 cm

1. Jika gugus tersebut mempunyai sifat aromatik maka absorpsi

CH berada di sebelah kiri 3000 cm 1). Gugus nitro biasanya memberikan ser
1 -1

yang kuat pada 1600-1500 cm dan 1390-1300 cm . Gugus furan yang tersubstitusi pada posisi 2 memberikan serapan 100-1072 yang kurang kuat

(middle weak) (Pavia,1995). Serapan medium 815-795 cm memberikan informasi mengenai kibasan (wag) C-H pada furan yang tersubstitusi pada posisi

2. Gugus aldehid dapat memberikan serapan pada regangan C=O rata-rata pada

1725 cm . Sistem konjugasi yang menempel pada aldehid akan menggeser serapan ke arah kanan. Regangan C-H pada gugus aldehid, terdiri dari serapan-

1 -1

serapan lemah kira-kira pada 2750 cm dan 2850 cm (Pavia, Lampman, dan Kriz, 1995)

2. Spektroskopi NMR

Inti-inti atom unsur-unsur dapat dikelompokkan sebagai mempunyai spin atau tidak mempunyai spin. Suatu inti berspin akan menimbulkan medan magnet yang kecil, yang terperikan oleh suatu momen magnetik nuklir, suatu vektor. Nuklida-nuklida yang mempunyai spin dapat dimanfaatkan dalam spektroskopi NMR, mereka menyerap energi tidak pada radiofrekuensi yang sama (Fessenden dan Fessenden, 1986).

Dalam spektroskopi NMR, suatu medan magnet luar diciptakan oleh suatu magnet tapalkuda permanen atau suatu elektromagnet. Kuat medan luar ini dilambangkan dengan H o ,dan arahnya dinyatakan oleh sebuah anak panah. Bila molekul yang mengandung atom-atom hidrogen ditaruh dalam medan magnetik luar, maka momen magnetik (dari) tiap inti hidrogen, atau proton, mengambil salah satu dari sikap (orientasi) dilihat dari medan magnet luar itu. Kedua orientasi yang diambil oleh momen magnetik nuklir itu adalah paralel atau antiparalel terhadap medan luar (Fessenden dan Fessenden, 1986).

Bila gabungan khusus antara kuat medan magnet luar dan radio frekuensi, menyebabkan suatu proton berpindah dari keadaan paralel ke keadaan antiparalel, maka dikatan proton itu dalam resonansi. Istilah resonansi magnetik nukir berarti “inti-inti dalam resonansi dalam medan magnet” (Fessenden dan Fessenden, 1986).

Medan magnet yang sebenarnya dialami oleh sebuah proton dalam sebuah molekul tertentu adalah gabungan dua medan: (1) medan magnet luar (H o ) yang dipasang dan (2) medan magnet molekul imbasan (induced), suatu medan magnet kecil yang terimbas dalam molekul itu oleh H o . Medan magnet yang dialami oleh sebuah proton juga diubah oleh keadaan-keadaan spin (dari) proton- proton tetangganya. Proton-proton (dari) sebuah molekul berubah keadaan pada aneka ragam kombinasi antara H o dan radiofrekuensi, karena proton-proton ini ada dalam lingkungan molekular (dan magnetik) yang berlain-lainan. Karena berbeda-beda dalam penyerapan energi oleh proton-proton, maka dapat diperoleh suatu spektrum dari perbagai macam proton Proton yang lebih mudah terbalik akan menyerap energi pada H o lebih rendah; proton-proton ini akan menimbulkan

peak bawah-medan (downfield;lebih ke kiri). Proton yang sukar membalik akan

menyerap energi pada H o tinggi dan menimbulkan peak yang atas medan (upfield; lebih ke kanan) (Fessenden dan Fessenden, 1986).

Dalam suatu spektrum NMR, posisi serapan oleh sebuah proton tergantung pada kuat netto medan magnet lokal yang mengitarinya. Medan lokal ini merupakan hasil medan terapan H o dan medan molekul terimbas yang mengitari proton itu dan berlawanan dengan medan terapan. Jika medan imbasan sekitar sebuah proton itu relatif kuat maka medan itu melawan H dengan leibh

kuat dan diperluas medan terapan yang lebih besar untuk membawa proton itu agar beresonansi. Dalam hal ini, proton itu dikatakan terperisai (shielded) dan absorpsinya terletak di atas medan dalam spektrum itu. Atau sebalilknya jika medan imbasan di sekitar sebuah proton itu relatif lemah, maka medan yang dipakai juga lemah dan membawa proton ini ke dalam resonansi. Proton itu dikatakan tak terperisai (deshielded) dan absorbsinya muncul di atas medan (Fessenden dan Fessenden, 1986).

Terperisai dan tak terperisai adalah istilah relatif. Untuk memperoleh pengukuran yang kuantitatif diperlukan suatu titik rujukan (referensi). Senyawa yang dipilih untuk titik rujukan adalah tetrametilsilana (TMS) yang proton-

protonnya menyerap pada ujung kanan dalam spektrum H -NMR. Geseran kimia dilaporkan dalam nilai δ, yang dinyatakan sebagai bagian tiap juta (ppm) dari radiofrekuensi yang digunakan. Pada 60 MHz, 1,0 ppm ialah 60 Hz; jadi suatu nilai

δ sebesar 1,0 ppm berarti 60 Hz bawah-medan dari posisi absorpsi TMS yang dipasang pada 0 ppm.(Fessenden dan Fessenden, 1986) Sebuah proton yang tidak memiliki proton tetangga yang secara magnetik tak-ekuivalen dengannya, akan menunjukkan sebuah peak tunggal, yang

disebut singlet, dalam spektra H -NMR. Sebuah proton yang memiliki satu proton tetangga yang tak-ekuivalen dengannya, akan memberikan suatu isyarat yang terbelah menjadi satu peak rangkap, atau doblet. Jika sebuah proton (H a ) mempunyai tetangga berupa dua proton yang ekuivalen satu sama lain, tetapi tidak ekuivalen dengan dirinya, maka isyarat NMR H a adalah suatu triplet (2 + 1 =3). Jika kedua proton itu yang ditandai dengan H , ekuivalen, maka keduanya

memberikan sinyal yang terpisah oleh H a menjadi suatu doblet (Fessenden dan Fessenden, 1986).

Geseran kimia untuk senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat ialah 7,71 (singlet, 1H, C-H); 7,30 (doblet, 2H, H-C

4 furan); 6,74 (doblet, 2H, H-C 3 furan);

2,18 (singlet, 6H, CH ) (Tehrani, Zarghi, dan Fathali, 2003)

3 D. Landasan Teori

Reaksi yang terjadi pada sintesis 5-nitro-2-furfuraldiasetat adalah reaksi nitrasi dan esterifikasi. Secara umum, untuk melakukan reaksi nitrasi perlu dibuat suatu agen elektrofilik berupa ion nitronium yang merupakan reaksi antara asam dapat merusak heterosiklik maka dibuat suatu agen penitrasi yang lebih tidak terlalu reaktif. Agen penitrasi ini dibuat dengan melarutkan asam nitrat dengan katalis asam kuat dalam asam asetat anhidrida. Asam asetat anhidrida dapat bereaksi sebagai agen penghidrasi untuk menghasilkan ion nitronium dari asam nitrat. Oleh karena adanya asam sulfat dapat menyebabkan hidrolisis menjadi senyawa 1,4-dikarbonil maka pada penelitian ini digunakan katalis asam p- toluenasulfonat.

Reaksi esterifikasi dapat terjadi pada gugus aldehid. Syarat utama yang harus dipenuhi adalah adanya adisi oleh molekul air dengan adanya suasana asam pada gugus aldehid sehingga membentuk suatu gugus 1,1-diol. Dengan adanya gugus alkohol, dan karboksil dalam suasana asam dan pemanasan, maka dapat terjadi reaksi esterifikasi. Reaksi in bersifat reversibel. Hasil reaksi dilakukan uji pendahuluan dengan pemeriksaan organoleptis, titik lebur, kelarutan, dan uji pemisahan menggunakan KLT serta elusidasi struktur menggunakan instrumen

1 spektroskopi inframerah dan H -NMR.

E. Hipotesis

Berdasarkan reaktifitas furfural yang direaksikan dengan asam nitrat dan asam asetat anhidrida dengan adanya katalis asam p-toluenasulfonat diduga dihasilkan senyawa 5-nitro-2-furfuraldiasetat.

BAB III METODE PENELITIAN A. Jenis Penelitian Penelitian ini termasuk penelitian non eksperimental. B. Definisi Operasional 1. Starting material: merupakan senyawa yang digunakan dalam sintesis yang

merupakan senyawa awal, dalam hal penelitian ini adalah furfural, asam asetat anhidrida, dan asam nitrat

2. Katalis: merupakan senyawa yang digunakan untuk meningkatkan laju reaksi kimia. Dalam penelitian ini digunakan p-toluenasulfonat

3. Molekul target: merupakan senyawa yang diharapkan terbentuk pada penelitian yaitu 5-nitro-2-furfuraldiasetat

C. Variabel Penelitian

Variabel Penelitian: Rendemen 5-nitro-2-furfuraldiasetat

D. Alat Dan Bahan Penelitian

1. Alat penelitian

Seperangkat alat gelas yang lazim untuk kegiatan sintesis, seperangkat

instrument untuk elusidasi yaitu: IR (Prestige-21 Shimadzu), H -NMR (JOEL-

MY60), pH meter/indikator pH universal (Merck ), corong Buchner, mesin vakum, labu hisap, kertas saring, magnetic stirrer, kompor dan magnet elektrik, alat uji titik leleh (Elektrothermal 9100), dan sistem KLT (pelat kaca, chamber pengembang)

2. Bahan penelitian

Furfural for synthesis (Merck), asam p-toluenasulfonat GR (Merck), asetat anhidrida analytical reagent (Analar), asam nitrat extra pure (SIMAC), etanol 96% teknis (Bratachem), aquades, natrium hidroksida teknis (Bratachem), kloroform teknis (Bratachem), methanol teknis (Bratachem), eter teknis (Bratachem), aseton teknis (Bratachem), silika gel GF (Merck), kloroform p.a

254

(Merck), dan metanol p.a (Merck)

E. Tatacara Penelitian

1. Cara sintesis

Campuran asam nitrat pekat (2,5 ml) dan asam p-toluenasulfonat (1 g dilarutkan dalam air sesedikit mungkin hingga larut) ditambahkan bertetes-tetes

o o

pada 26 ml asam asetat anhidrid pada suhu -5 C sampai 5

C. Ke dalam larutan ini ditambahkan furfural 3 ml, dalam kondisi yang sama. Campuran diaduk dalam pendingin es selama 1 jam. Kemudian, campuran ditambahkan 23,3 ml air pada suhu kamar. Sesudah 30 menit, pH diusahakan sekitar 3,5-4,5. Campuran

dipanaskan pada suhu 55 C selama 1 jam. Kemudian, campuran diaduk dengan magnetik stirer pada suhu 0°C-15°C selama 2 jam. Campuran didiamkan di dalam lemari pendingin sampai terbentuk endapan. Endapan yang terbentuk disaring lalu dilakukan pencucian pada suhu kamar dengan air sampai tetesan pada corong merah. Endapan yang terbentuk dikumpulkan dan dilarutkan dengan etanol teknis 96% panas 50 ml dan diaduk dengan magnetik stirer sampai larut. Endapan disaring panas-panas dengan corong Buchner dan labu hisap. Fase etanol panas kemudian didinginkan pada suhu ruang sampai timbul kristal. Kristal kemudian disaring dengan kertas saring yang telah ditara menggunakan alat corong Buchner dan labu hisap. Kristal yang terkumpul di simpan dalam desikator

2. Uji pendahuluan dan elusidasi struktur a. Uji organoleptis. Produk diamati bentuk, warna, dan bau.

b. Uji kelarutan. Dalam tabung reaksi, kurang lebih 10 mg serbuk hasil sintesis ditetesi pelarut 0,1 ml, bila perlu dilakukan penggojogan, jika belum larut ditambahkan pelarut setiap 0,1 ml dan diamati jumlah pelarut yang ditambahkan hingga senyawa hasil reaksi tepat larut. Pelarut yang digunakan untuk uji kelarutan adalah aqudes, metanol, aseton, eter, dan kloroform

c. Uji titik lebur. Sedikit serbuk hasil sintesis diisikan kedalam tabung

kapiler kemudian dimasukkan pada thermophan dengan suhu 60 C (dibawah titik

lebur teoritis 5-nitro-2-furfuraldiasetat yaitu 90

C). Kristal diamati dan dicatat suhu pada saat pertama melebur hingga semua massa kristal mencair.

d. Uji KLT. Dilakukan uji KLT dengan sistem normal dengan menotolkan furfural dan senyawa hasil sintesis (fase diam = silika gel GF 254, fase gerak = kloroform P : metanol P = 9:1, pelarut aseton, detektor = 750 mg fenilhirazina HCl P dalam 50 ml air, ditambahkan 25 ml HCL P, tambahkan air hingga 200 ml. Tiap bercak larutan uji pada harga R f lebih kurang 0,7) (Anonim, 1995)

e. Elusidasi struktur. Dilakukan dengan instrumen spektroskopi

inframerah (Prestige-21 Shimadzu) dan spektroskopi H -NMR (JOEL-MY60) di fakultas MIPA UGM Yogyakarta

3. Analisis hasil

a. Data organoleptis. Data organoleptis senyawa hasil sintesis dibandingkan dengan furfural untuk mengetahui perbedaan bau, warna dan wujud.

b. Data uji kelarutan. Kelarutan senyawa hasil sintesis dibandingkan dengan furfural pada pelarut aquades, metanol, aseton, eter, dan kloroform.

c. Data uji titik lebur. Semakin sempit range temperatur pertama dan kedua pada titik lebur senyawa hasil sintesis, maka senyawa tersebut semakin murni.

d. Data kromatogram KLT. Jika hasil elusi totolan senyawa hasil sintesis terdapat bercak tunggal, senyawa hasil sintesis tersebut murni.

e. Data spektra inframerah dan H -NMR. Spektra inframerah senyawa hasil sintesis dibandingkan dengan spektra inframerah furfural untuk mengetahui perbedaan gugus-gugus. Posisi proton pada senyawa hasil sintesis diketahui dari

1 data spektra H -NMR.

f. Perhitungan rendemen. Senyawa hasil reaksi yang sudah murni dihitung dengan persamaan: Rendemen = Berat senyawa hasil percobaan x 100%

Berat senyawa secara teoritis

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Sintesis 5-nitro-2-furfuraldiasetat Reaksi nitrasi pada cincin furan dilakukan dengan membuat suatu ion nitronium dengan campuran asam nitrat dan katalis asam p-toluenasulfonat. Keunggulan yang diberikan dengan penggunaan asam p-toluenasulfonat

dibandingkan dengan asam sulfat adalah suasana reaksi yang dihasilkan lebih tidak reaktif; tidak terjadi lonjakan suhu yang drastis sehingga pengontrolan suhu reaksi lebih mudah dan kemungkinan terjadinya reaksi pembukaan cincin furan sangat kecil.

Reaksi pembukaan cincin furan pada furfural sangat dipengaruhi oleh keberadaan proton. Reaksi substitusi elektrofilik proton terhadap cincin furan merupakan mekanisme pembukaan cincin furan. Asam sulfat mempunyai nilai pKa = -9 sehingga keberadaan asam sulfat akan berpotensi untuk terjadi reaksi

pembukaan cincin furan 10 kali lebih spontan daripada asam p-toluenasulfonat yang nilai pKa = -0,6. Berikut adalah mekanisme reaksi pembukaan cincin furan pada furfural terinduksi oleh adanya asam sulfat.

H H O O H O O O

H O O O O O O H 2-oxopentanedial

H Gambar 12. Mekanisme pembukaan furfural karena adanya asam sulfat

O O S O H S O H O O Gambar 13. Mekanisme deprotonasi asam p-toluenasulfonat

H O N O H H O N N O H O H O O O O Gambar 14. Mekanisme pembentukan ion nitronium

Ion nitronium ini akan bereaksi dengan asetat anhidrida membentuk nitroasetat (gambar 15) yang sangat berguna untuk membentuk suasana yang lebih tidak reaktif ketika proses nitrasi cincin furan. Bagaimanapun juga, karena campuran asam nitrat dan asam sulfat akan merusak heterosiklik, agen penitrasi yang lebih tidak terlalu reaktif dibuat dengan melarutkan asam nitrat dalam asam asetat anhidrida (Ege, 1989). Oleh karena itu, diperlukan suatu nitroasetat sebagai agen penitrasi cincin furan. Pencampuran antara ion nitronium dengan asetat anhidrida perlu dijaga suhu antara -5ºC sampai dengan 5ºC bertetes-tetes untuk menghindari reaksi eksotermis yang mengakibatkan menguapnya ion nitronium.

O O O O O O N O

O N O O O O O O H O N O O H H O H

Gambar 15. Mekanisme pembentukan nitroasetat

Gugus aldehid pada cincin furan akan membentuk suatu 1,1-diol, yang disebut

gem-diol, atau hidrat dengan adanya air dan asam (Fessenden dan

Fessenden,1986)

O H O O O H H

H H O

2 H O H H O O H O H O H