Jurnal Kimia Mulawarman Volume 7 Nomor 2, Mei 2011 Kimia F-MIPA Unmul
ISSN1693-5616
OKSIDASI GLISEROL MENGGUNAAN MOLEKUL OKSIGEN DALAM SISTEM KATALISIS HETEREOGENEUS DENGAN KATALIS Pd/-Al2O3 DAN PENAMBAHAN NaOH GLISEROL OXIDATION USING OXYGEN MOLECULE AT HETEREOGENEUS CATALYST SYSTEM BY Pd/-Al2O3 CATALYST AND BY ADDING OF NaOH Andriayani1), Saur L. Raja1), dan Henny T. Veranata2) 1) Departemen Kimia (Kimia Anorganik) FMIPA USU 2) Mahasiswa Departemen Kimia FMIPA USU E-mail:
[email protected]
Abstract Glicerol has been oxidized using molecular oxygen in heterogenous catalysis system with Pd/Al2O3 catalyst and adding sodium hydroside to produce sodium tartranate (37,67%). The product of reaction was characterized by FT-IR and 1H-NMR spectroscopy. Key word: Gliserol, Oksidasi, Heterogenous Catalysis, Pd/-Al2O3
A. PENDAHULUAN Secara kimia reaksi oksidasi dikelompokkan berdasarkan perubahan jenis ikatan yang terlibat seperti reaksi dehidrogenasi alkohol primer (-C-OH) menjadi aldehida (-CHO) dan karboksilat (-COOH), dehidrogenasi alkohol sekunder (R-C(OH)-R) menjadi keton (R-CO-R), pemutusan ikatan karbon-karbon pada senyawa yang memiliki gugus OH berdampingan (C(OH)-C(OH)-) menghasilkan dua mol aldehida atau keton, penggantian hidrogen oleh oksigen pada gugus metil atau -metilen dari senyawa karbonil, penambahan oksigen pada ikatan rangkap dan lain-lain (March, 1992). Kemudahan mengalami reaksi oksidasi gugus aldehida > alkohol primer > alkohol sekunder.Penggunaan molekul oksigen sebagai zat pengoksidasi memiliki banyak keuntungan, disamping bersifat sebagai pengoksidasi lunak (mild) juga mudah diperoleh dan ramah lingkungan.Tetapi biasanya memerlukan katalis seperti logam-logam transisi dan senyawa-senyawanya sebagai zat pengaktifasi (Neuman, 1998). Gliserol yang memiliki rumus kimia C3H5(OH)3 dengan dua gugus alkohol primer dan satu gugus alkohol sekunder. Gliserol merupakan hasil samping dari proses transesterifikasi antara triglesirida dengan metanol untuk menghasilkan biodiesel (metil ester). Juga dihasilkan dari reaksi hidrolisis minyak dengan katalis asam (Hart, 1983). Dengan adanya peningkatan produksi biodiesel maka akan terjadi pula peningkatan produksi gliserol. Gugus alkohol pada gliserol dapat mengalami reaksi oksidasi sehingga hal ini Kimia F-MIPA Unmul
menyebabkan gliserol merupakan bahan dasar yang potensial yang digunakan dalam mensintesis sejumlah besar zat lainnya (Cordona, 2007). Telah dilakukan oksidasi glukosa menggunakan molekul oksigen melalui sistem katalis triple paladium(II)-hidrokuinon-heteropolyacid dalam pelarut aseton/air menghasilkan asam glukuronat (Andriayani, 2000). Sistem reaksi berada pada kondisi homogen katalis dan reaktan berada pada satu fasa berupa larutan sehingga ada kesulitan untuk memisahkan produk dari katalisnya. Dalam sistem katalitik heterogen fasa katalis berbeda dengan reaktan, katalis berupa padatan sedangkan reaktan dapat berupa gas atau cairan. Sehingga ada kemudahan dalam memisahkan katalis dari produk dan sistem katalitik ini telah banyak diterapkan dalam industri-industri (Gates, 1992). Oksidasi gliserol menggunakan katalis Au/grafit dalam larutan NaOH menghasilkan natrium gliserat (Carrettin, 2004), oksidasi gliserol dengan hydrogen peroksida menggunakan silikat yang terikat pada logam (Ti, V, Fe) dan aluminophosfat dengan logam (Cr, V, Mn, Co) menghasilkan asam formiat dan ester monoformat dan sejumlah campuran asetal (McMorn, 1999), oksidasi gliserol menggunakan katalis Au-Pd pada karbon teraktivasi dengan perbandingan yang berbeda dalam fase cair menghasilkan aam gliserat dan asam glikolat (Villa, 2007). Dalam laporan ini kami melakukan reaksi oksidasi pada gliserol dalam sistem katalitik heterogen
55
Andriayani, Sinar L, Raja dan Henny T. V. Kimia F-MIPA USU
Oksidasi Gliserol
menggunakan molekul oksigen yang diaktifasi katalis Pd/-Al2O3 menggunakan natrium hidroksida. B. METODELOGI PENELITIAN 2.1. Alat dan Bahan Bahan-bahan yang digunakan: gliserol 98%, gas oksigen, paladium/-Al2O3(s), natrium hidroksida, metanol, NH325%, aseton, akuades dan gas oksigen (99,999%). Semua bahan buatan E’Merck sedangkan gas oksigen diperoleh dari PT. Aneka Gas Medan. Peralatan yang digunakan: satu set autoclave, labu leher tiga, hotplate stirrer, rotary evaporator, oil bath, pendingin bola, melting point, thermometer dan alat-alat gelas. Analisa FT-IR dan 1H-NMR dilakukan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA UGM dan di laboratorium Bea Cukai Medan. 2. Prosedur Oksidasi Gliserol (1,2,3-Propanatriol) Menggunakan Molekul Oksigen dengan Katalis Pd/-Al2O3 dalam kondisi basa Sebanyak 6 gram gliserol (65,21 mmol) dimasukkan ke dalam tabung autoclave yang dilengkapi dengan pengaduk magnet. Ditambahkan NH3 25% sebanyak 25 ml, katalis Pd/-Al2O3 sebanyak 0,06 g dan NaOH sebanyak 0,6 g. Tabung autoclave ditutup rapat, dialirkan gas oksigen hingga tekanan 300 psi dan dipanaskan pada suhu 600C. Waktu reaksi dihentikan
H2 C
OH
HC
OH
H2 C
OH
Gliserol
saat oksigen tidak dikosumsi lagi. Campuran reaksi disaring, kemudian filtratnya ditambahkan aseton lalu divakum, kemudian dilarutkan dalam akuades lalu divakum, sementara endapannya ditambahakan akuades, disaring filtrate divakum sehingga didapatkan endapan berwarna kekuningan. Produk padatan kuning dikarakterisasi dengan spektroskopi FT-IR dan 1H-NMR. C. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Oksidasi Gliserol Pada orientasi awal penelitian dilakukkan reaksi oksiadasi gliserol dengan molekul oksigen menggunakan katalis Pd/-Al2O3 dalam pelarut air tetapi reaksi berlangsung sangat lambat dan hanya sedikit terbentuk asam tartronat karena reaksi berlangsung setimbang. Pada orientasi kedua reaksi oksidasi gliserol dengan molekul oksigen menggunakan katalis Pd/-Al2O3 dengan penambahan NH3 25%.Oksigen yang terkosumsi hanya 25 psi hal ini mengakibatkan reaksi yang terjadi kurang sempurna. Kemudian pada campuran reaksi dilakukan penambahan padatan NaOH dan terjadi kosumsi gas oksigen lebih cepat menghasilkan garam dikarboksilat sebanyak 2,26 g (37,67%) dengan reaksi sebagai berikut:
O C ONa O2, Pd/g-Al2O3 NH3 25%, NaOH
HC
OH
C
ONa
O Garam natrium tartronat
Spektrum FT-IR (Gambar 1) menunjukkan pita serapan lebar pada bilangan gelombang 3377,51 cm-1 adanya gugus OH alkohol, didukung pita serapan C-OH alkohol sekunder pada 1072,23 cm-1 dan didukung literatur Pavia (1979). Serapan pada 2941,49 cm-1 disebabkan serapan –CH- tersier (metin). Terbentuknya garam dikarboksilat dibuktikan adanya dua serapan simetris dan asimetris. Pada bilangan gelombang 1594,65 cm-1 menunjukkan regangan asimetris –COO- (ion karboksilat). Pecahnya serapan pada puncak gugus karbonil disebabkannya terjadinya oksidasi pada kedua gugus alkohol primer pada atom C-1 dan C-2 menghasilkan asam dikarboksilat. Bilangan gelombang gugus karboksilat terjadi pada 1594,65 cm-1 yang cukup rendah hal ini disebabkan sudah terbentuk garam natrium karboksilat berupa gugus COO-. Hal ini didukung regangan simetris pada 1409 cm-1 yang lemah.Disimpulkan sudah terbentuk garam dinatrium karboksilat (garam natrium tartronat).Spektroskopi FT-IR dari produk garam Natrium Tatronat sudah berbeda dengan FT-IR Gliserol Standar pada lampiran 1.dan spektrum FT-IR Asam Tartronat pada Lampiran 2. 56
Kimia F-MIPA Unmul
Jurnal Kimia Mulawarman Volume 7 Nomor 2, Mei 2011 Kimia F-MIPA Unmul
ISSN1693-5616
Gambar 1. Spektrum FT-IR Garam Natrium Tartronat (KBr) Spektrum 1H-NMR dalam pelarut DMSO-d6 (Gambar 2) menunjukkan adanya pergeseran kimia pada daerah 3,4 ppm yang disebabkan adanya proton –CH pada atom C2. Sedangkan pergeseran pada daerah 3,8 ppm disebabkan oleh adanya gugus –OH alkohol pada atom C2. Dimana geseran kimia hidroksi
bervariasi yaitu mulai dari 2,0-4,0 ppm; 3,5-5,5 ppm dan 6,1 ppm yang tergantung pada berbagai kondisi seperti pelarut, konsentrasi dan kemurnian serta ada tidaknya air dalam pelarut atau sampel (Pavia, 1979). Hal ini juga dapat dibandingkan dengan spektroskopi 1 H-NMR Gliserol standar (Lampiran 3).
Gambar 2. Spektrum 1H-NMR Garam Natrium Tartronat (DMSO-d6) IV. KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan: 1. Oksidasi gliserol menggunakan molekul oksigen diaktifasi katalis Pd/-Al2O3 dengan penambahan
padatan NaOH dihasilkan garam natrium tartonat sebanyak 2,26 g (37,67%). 2. Penggunaan pelarut yang berbeda mempengaruhi selektifitas reaksi dan banyaknya produk reaksi yang dihasilkan.
DAFTAR PUSTAKA 1. Andriayani. “Oksidasi Glukosa Menggunakan Molekul Oksigen Melalui Sistem Katalis Triple Pd(II)-HidrokuinonHeteropolyacid dalam Pelarut Aseton/Air”. Tesis Pasca Sarjana. Medan: Universitas Sumatera Utara (2000). 2. Carretin, S., McMorn, P., Johnston, P., Griffin, K. Kelly, C. J., Attard, G. A. dan Hutchings, G. J.,”Oxidation of Glycerol Using Supported Gold Catalyst”, Topics in Catalysis Vol. 27 Nos. 1-4 (2004) 3. Cordona, C.”Use of Glycerol from Biodiesel Production: Conversion to Added Value Product. Columbia: National University of Columbia (2007) 4. Gates, B.C. “Catalytic Chemistry”, New York: John Willey & Sons Inc (1992). Kimia F-MIPA Unmul
57
Andriayani, Sinar L, Raja dan Henny T. V. Kimia F-MIPA USU
Oksidasi Gliserol
5. 6. 7.
Hart, H. “Kimia Organik. Edisi Keenam. Bogor: Erlangga (1983) March, J.,”Advanced Organic Chemistry”, fourth edition, Jhon Wiley & Sons,Inc.,New York (1992) McMorn, P., Roberts, G. dan Hutching, G. J.,”Oxidation of Glycerol with Gidrogen Peroxide Using Silicat and Aluminophosphates Catalyst”, Catalyst Letters 63 (1999) 193-197 8. Neuman,. R. “Aromatization of Hidrokarbons by Oxidative Dehydrogenation Catalyzed by The Mixed Addenda Heteropolyacid H5PMo10V2O40 “. J. Org. Chem. 54 (19): hal. 4607-4610 (1989) 9. Pavia, D.L. dan Lampman, G.M.”Introduction to Spectroscopy: A Guide for student of Organic Chemistry”. Philadelphia. Saunders Golden Sunburst. (1979) 10. Villa, A., Campione, C. dan Prati, L.”Bimetallic Gold/palladium Catalyst for The Selective Liquid Phase Oxidation Glycerol”, Catalysis Letters, Volume 115, Nos. 3-4 (2007) Lampiran 1. Spektrum FT-IR Gliserol Standar
Lampiran 2. Spektrum FT-IR Asam Tartronat
Lampiran 3. Spektrum 1H-NMR Gliserol Standar
58
Kimia F-MIPA Unmul
Jurnal Kimia Mulawarman Volume 7 Nomor 2, Mei 2011 Kimia F-MIPA Unmul
Kimia F-MIPA Unmul
ISSN1693-5616
59
