STUDI TEMPERATUR REAKSI KONDENSASI TERHADAP SINTESIS SENYAWA TURUNAN
FURFURAL DENGAN ASETON
Rizka Dwitya Puspitasari, Siti Mariyah Ulfa*, Edi Priyo Utomo
ABSTRAK
Furfural dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan bioenergi dengan memperpanjang
rantai karbonnya melalui reaksi kondensasi aldol Claisen Schmidt.Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui senyawa turunan
furfural yang diperoleh dari reaksi kondensasi antara
furfural dengan aseton pada berbagai temperatur reaksi.Selain itu untuk mengetahui pengaruh
temperatur reaksi terhadap rendemen produk yang dihasilkan. Reaksi kondensasi dilakukan
pada variasi temperatur00 C, ruang(300 C), dan refluks (600 C)selama 4
jam menggunakan
katalis NaOH. Furfural yang digunakan adalah furfural standar dan furfural hasil isolasi dari
tongkol jagung. Reaksi kondensasi antara furfural standart dengan aseton pada temperatur
00C, 300 C, 600 C menghasilkan rendemen produk sebesar 50%, 54,6%, 99%
(b/b).
Reaksi dengan menggunakan furfural isolasi menghasilkan rendemen 3%, 75%, 99% (b/b)
pada \ kondisi yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan temperatur reaksi \
menyebabkan peningkatan produk hasil reaksi kondensasi. Produk hasil kondensasi aldol
yang teridentifikasi adalah
4-(2 furanil)-3-buten-2-on
dari hasil karakterisasi menggunakan
UV-Vis, FT-IR, dan NMR.
PENDAHULUAN
Ketersediaan bahan bakar berbasis fosil yang semakin menipis mendorong para ilmuwan
melakukan penelitian tentang energi alternatif yang bersifat terbarukan. Potensi limbah
biomassa terbesar adalah tongkol jagung [1].Tongkol jagung biasanya hanya digunakan
sebagai bahan bakar secara langsung setelah dikeringkan [2]. Padahal bahan ini
mengandung 30-32% pentosan
yang dapat dihidrolisis dengan katalis asam menjadi furfural
[3]. Furfural mempunyai kegunaan sebagai pelarut dalam pemisahan senyawa jenuh dan tidak
jenuh pada industri minyak bumi [4]. Senyawa ini dapat digunakan sebagai bahan dasar
pembuatan bioenergi dengan cara memperpanjang rantai karbonnya untuk meningkatkan
densitas energinya [5].Perpanjangan rantai karbon dapat dilakukan melalui reaksi kondensasi
aldol tipe Claisen Schmidt. Keton atau aldehida dibutuhkan dalam reaksi sebagai
sumber hidrogen α (H-α) agar reaksi kondensasi dapat terjadi. Selain itu, dibutuhkan katalis
basa/asam untuk mempercepat laju reaksinya [6].Penelitian tentang kondensasi aldol telah
dilakukan oleh Barret (2006) antara furfural dan aseton dengan perbandingan 1:1
menggunakan katalis NaOH. Temperatur optimum reaksi ini adalah 25-1200C [7].
Penelitian berikutnya dilakukan oleh Shrikande (2007) dimana reaksi kondensasi antara
metoksi benzaldehida dengan sikloheksanon menunjukkan persen hasil terbesar pada
temperatur 60 oC yaitu 95% [8].Dari beberapa penelitian yang telah dilaporkan dapat
diketahui bahwa temperatur reaksi berpengaruh terhadap produk yang dihasilkan. Oleh
karena itu,perlu dilakukan penelitian mengenai reaksi kondensasi aldol antara
furfural dan
aseton dengan parameter temperatur reaksi untuk mengetahui rendemen produk serta
senyawa turunan furfural apa saja yang dihasilkan.
METODA PENELITIAN
Bahan dan Alat
Bahan penelitian yang digunakan adalah H2SO4 dari Smartlab (98%), NaCl(10%), NaOH
(10%), furfural, metanol, Na2SO4 anhidrat dari Merck dengan derajat kemurnian p.a.dan
akuades. Alat penelitian yang digunakan adalah seperangkat alat distilasi, seperangkat alat
refluks, seperangkat alat kromatografi
lapis tipis, electro thermal
Mel-Temp® model 1102D,
neraca analitik Ohaus Precision Advanced, spektrofotometer UV-Vis Shimadzu
1601,
spektrofotometer FT-IR Shimadzu 8400S, dan
NMR Varian 400.Prosedur Isolasi dan
karakterisasi furfural dari tongkol jagung.Tongkol jagung dibersihkan dan dikeringkan
kemudian digiling hingga halus. Sebanyak 50 g serbuk tongkol jagung ditambahkan dengan
10% H2SO4 250 mL dan NaCl
62,5 g, kemudian diaduk hingga homogen dalam labu alas
bulat dan dipanaskan selama 5 jam. Setelah itu didapatkan lapisan atas (fasa air) dan lapisan
bawah (furfural) dalam labu penampung yang telah berisi kloroform.Lapisan organik
dipisahkan dan dikeringkan dari sisa air dengan Na2SO4 anhidrat.Pelarut kloroform diuapkan
dengan destilasi untuk mendapatkan 16 furfural murni.Karakterisasi furfural hasil isolasi
dilakukan berdasarkan sifat fisik yang meliputi warna, bau,dan massa jenis. Karakterisasi
senyawa hasil isolasi dengan Kromatografi Lapis Tipis (KLT),spektrofotometer UV-Vis dan
Kromatografi
Gas (KG). Reaksi kondensasi furfural dengan aseton pada berbagai temperatur
reaksi dan karakterisasi senyawa hasil kondensasi.Reaksi kondensasi dilakukan dengan
mereaksikan furfural dan aseton dengan perbandingan
mol 1:1. Sebanyak 2,4 g furfural (2,07
mL; 0,025 mol); 1,45 g aseton
(1,84 mL; 0,025 mol);10% NaOH 10 mL, dan 8 mL metanol
diaduk dalam labu alas bulat leher tiga pada temperatur 0 oC, 300 C, dan 600 C.Setelah 4 jam,
campuran hasil reaksi dinetralkan dengan HCl 10%.Produk berbentuk pasta maupun padatan
dipisahkan dengan penyaringan dan dekantasi. Produk padatan yang terbentuk
direkristalisasi dengan metanol dan diukur titik leburnya menggunakan electro thermal.
Karakterisasi produk hasil reaksi dilakukan menggunakan spektrofotometer UV-Vis, FT-IR,
dan NMR.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Isolasi dan karakterisasi furfural hasil isolasi dari tongkol
jagung.
Pada penelitian ini dilakukan hidrolisis furfural dari tongkol jagung sebanyak enam
kali. Volume
furfural total yang didapatkan adalah 18 mL (20,295 g) dengan persen hasil sebesar 6,76%,
berwarna coklat gelap, beraroma manis,dengan massa jenis 1,13 g/mL. Identifikasi furfural
isolasi dilakukan menggunakan Kromatografi Lapis Tipis (KLT) dengan eluen nheksana:etil
asetat
(9:1), kemudian dibandingkan nilai Retardaction factor (Rf) antara furfural standar dan
hasil isolasi. Nilai Rf furfural isolasi adalah 0,175 sedangkan
furfural standar adalah 0,187.
Hasil KLT menunjukkan nilai Rf furfural isolasi hampir sama dengan standar sehingga
hidrolisis berhasil mengisolasi
furfural dari tongkol jagung. Untuk idetifikasi menggunakan
spektrofotometer UV-Vis didapatkan nilai panjang gelombang maksimum (λmax) furfural
isolasi dan furfural standar berturut-turut adalah 275 nm dan 276,5 nm. Dari kedua hasil
tersebut nilai λmax juga hampir sama sehingga hasil isolasi adalah furfural.
Reaksi kondensasi aldol furfural dengan aseton pada
berbagai temperatur
Reaksi kondensasi dilakukan dengan mereaksikan furfural dan aseton dengan perbandingan
mol 1:1 menggunakan katalis NaOH 10% pada temperatur 0
°C,30 °C, dan 60 °C selama 4
jam.
Prediksi produk yang dihasilkan dapat dilihat pada pembentukan produk pertama (P1)
terjadi melalui reaksi kondensasi Claisen Schmidt antara C=O karbonil pada furfural dengan
ion enolat dari aseton. Enolat ini dihasilkan dari eliminasi H-α pada aseton oleh adanya basa
NaOH. Reaksi selanjutnya adalah dehidrasi P1 menjadi produk yang lebih stabil yaitu
4-(2-furanil)-3-buten-2-on (P2).Karakterisasiterhadap produk reaksi dilakukan dengan
pengukuran titik lebur,nilai Rf, dan spektrofotometer UV-Vis. Pengukuran titik lebur dilakukan
terhadap sampel A3 danA4. Hasil pengukuran didapatkan titik lebur berturut turut adalah 87-91
°C dan 133-137°C. Hal ini menunjukkan bahwa rekristalisasi dapat mengurangi pengotor pada
senyawa tersebut ditinjau dari semakin tingginya titik lebur produk setelah direkristalisasi.
Karakterisasi senyawa hasil kondensasi menggunakan KLT didapatkan nilai Rf yang berbeda
dengan furfural standar sebagai starting material
yang menunjukkan telah terbentuk produk
hasil kondensasi. Sedangkan untuk hasil karakterisasi menggunakan spektrofotometer UV-Vis
didapatkan panjang gelombang maksimum (λmax) sampel lebih besar dari λmax furfural
standar maupun furfural isolasi. Panjang gelombang maksimum yang semakin besar ini terjadi
karena adanya pertambahan ikatan rangkap terkonjugasi pada produk hasil kondensasi. Jenis
kromofor
yang menyerap sinar UV adalah gugus C=O yang memiliki pasangan elektron bebas
terkonjugasi dengan transisi n π*. Selain itu, terjadi transisi πà π* dengan jenis kromofor
yang menyerap sinar UV adalah senyawa yang memiliki orbital
molekul π yaitu C=C.
Berdasarkan Tabel 1 diketahui bahwa semakin tinggi temperatur reaksi dari 0°C, 30°C, 60°C
semakin meningkatkan massa produk dan rendemen yang dihasilkan. Karakterisasi
menggunakan FT IR dilakukan pada sampel A4 (0°C) yang dibandingkan dengan furfural
standar.Berdasarkan karakterisasi FT-IR terhadap sampel A4, serapan fermi doublet yang
merupakan ciri khas dari C−H aldehida pada bilangan gelombang 2848,67-2812,02 cm-1
tidak tampak pada produk hasil kondensasi. Selain itu serapan
C=O aldehida pada 1674,10
cm-1 bergeser menjadi 1620,09 cm-1 yang menunjukkan serapan khas karbonil pada keton.
Serapan C=C pada bilangan gelombang 1568,02 cm-1 bergeser ke 1552,59 cm-1
.Pergeseran ini terjadi akibat perpanjangan ikatan karbon pada struktur produk bilangan
gelombang 1568,02 cm-1 bergeser ke 1552,59 cm-1. Pergeseran ini terjadi akibat
perpanjangan ikatan karbon pada struktur produk yang terbentuk. Berdasarkan hasil
karakterisasi FT-IR diprediksikan bahwa produk yang terbentuk adalah
4-(2-furanil)
3-buten-2-on (P2).Analisa lebih lanjut terhadap sampel dilakukan menggunakan NMR dan
berdasarkan spektra NMR dapat diprediksikan terdapat satu produk utama yang teridentifikasi
yaitu 4-(2-furanil) 3-buten-2-on. Hal ini didukung dengan adanya puncak spesifik pada nomor 1
dengan pergeseran kimia 2,34 ppm dengan splitting singlet untuk atom H padametil
(−CH3).
Selain itu adanya splitting double doblet pada 6,50-6,51 ppm (J =1,8 dan 3,4 Hz) untuk H
pada metin (−CH=CH−). Nilai kopling konstan yang sama menunjukkan kedua proton berada
pada lingkungan yang berdekatan. Sedangkan
splitting doblet pada 6,67-6,70 ppm (J = 3,4
Hz) menunjukkan −CH=CH− alkena pada cincin furan. Selain itu, terdapat splitting doblet pada
6,90 ppm (J = 15,6 Hz) menunjukkan CH=CH alkena pada cincin furan.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa peningkatan
temperatur reaksi kondensasi aldol antara furfural dengan aseton pada
00c
, 300c
0c
, dan 60
oC meningkatkan rendemen produk yang dihasilkan. Analisis terhadap sampel menunjukkan
produk yang terbentuk adalah 4-(2 furanil)-3-buten-2-on.
DAFTAR PUSTAKA
1. Agustina, S. E., 2004,
Biomass Potential as Renewable Energy Resources in Agriculture, Proceedings of
International Seminar on Advanced Agicultural
Engineering and Farm Work Operation, Bogor, 25-26 Agustus 2004.
2. Hidajati, N., 2006, Pengolahan Tongkol Jagung sebagai Bahan Pembuatan Furfural, Jurnal Ilmu Dasar, 8, 48-53, Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Negeri Surabaya, Surabaya.
3. Yuwono, S. D. dan Susanto, H., 2000, Model
Development for Waste Utilization of Agricultural Wastes as Furfural Source, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses, Jurusan Teknik Kimia Universitas Diponegoro, Semarang.