View
47
Download
3
Category
Preview:
DESCRIPTION
lkjh
Citation preview
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Penelitian ini berjudul “Peranan Katalis TiO2/SiO2-
Montmorrilonit pada Reaksi Konversi Sitronelal menjadi
Isopulegol”. Isopulegol merupakan intermediet penting
dalam minyak atsiri yang selanjutnya dapat dikonversi
menthol. Sitronelal dapat dikonversi menjadi isopulegol
melalui proses siklisasi (Yongzhong et al., 2004)
Dalam proses ini, diperlukan katalis asam untuk
mempercepat reaksi. Penelitian mengenai hal ini diperlukan
karena dalam konversi sitronelal menjadi isopulegol
diperlukan katalis yang memiliki selektivitas tinggi
mengingat isopulegol memiliki beberapa isomer lain.
Isopulegol juga merupakan senyawa penting untuk
membentuk menthol. Pembuatan menthol akan lebih efektif
jika senyawa isopulegol yang terkonversi banyak.
Menurut Sastrohamidjojo (2006), Indonesia belum mampu
mengolah minyak atsiri sebagai bahan mentah menjadi bahan yang
langsung digunakan dalam industri kosmetika. Akibatnya Indonesia hanya
menjadi pengimpor hasil olahan minyak atsiri yang harganya jauh lebih
mahal.
Minyak sereh wangi tipe Jawa mengandung sembilan komponen
yang telah diidentifikasi dengan kromatografi gas spektroskopi massa,
spektrofotometer inframerah, dan resonansi magnetik inti proton, yaitu: α-
pinena, limonene, linalool, sitronelal, sitronelol, geraniol, sitronelil asetat, β-
kariofilena, dan elamol (Sastrohamidjojo, 1981).
Turunan senyawa sitronelal dan geraniol seperti hidroksi sitronelal,
mentol sintetis, ester geraniol dan ester sitronelol banyak dibutuhkan
2
industri formulasi parfum berkualitas tinggi, flavor, fragrance, obat-obatan,
repellent, di samping itu minyak sereh wangi secara langsung juga dipakai
sebagai Top/Middle Note pada produk home care dan personal care karena
bermanfaat menenangkan, antiseptik, tolak nyamuk, membantu melemaskan
otot, dan bau harumnya membangkitkan gairah. Di Indonesia digunakan
untuk krim detergen dan produk pembersih rumah tangga (Sabini, 2006).
Tingginya kebutuhan turunan senyawa sitronelal dan geraniol
tersebut mendorong para ilmuwan mengembangkan metode sintesis yang
bersifat stereoselektif. Dalam penelitian ini akan dilakukan konversi
sitronelal menjadi pulegil asetat melalui (1) isolasi sitronelal dari minyak
sereh, (2) siklisasi-asetilasi sitronelal menjadi pulegil asetat. Siklisasi
intramolekular sitronelal dapat terjadi dengan cara mereaksikan sitronelal
dengan HCl, H2SO4, asam asetat anhidrida, Al2O3 aktif bersifat asam, zeolit,
bentonit, maupun lempung aktif. Reaksi tersebut menghasilkan isopulegol
yang merupakan senyawa prekursor pembentukan mentol melalui
hidrogenasi katalitik Raney-Ni (Priatmoko, 1990).
Katalis asam yang digunakan pada penelitian ini
adalah TiO2/SiO2-Montmorrilonit. Dalam penelitian ini, akan
diuji aktivitas asam dalam TiO2/SiO2-Montmorrilonit dalam
proses siklsasi sitronelal. Montmorilonit dipilih sebagai
material katalis karena melimpah, ekonomis, dan aman bagi
lingkungan. Montmorilonit mudah diperoleh karena
Indonesia merupakan negara yang kaya akan lempung alam
yaitu bentonit dimana di dalamnya terkandung
montmorilonit dalam jumlah besar.
I.2 Tujuan
1. Menguji aktifitas TiO2/SiO2-montmorilonit sebagai katalis pada
konversi sitronelal menjadi isopulegol.
I.3 Manfaat
1. Mengetahui aktivitas TiO2/SiO2-montmorilonit sebagai katalis pada
konversi sitronelal menjadi isopulegol.
3
2. Menjadi acuan penggunaan katalis yang ekonomis, mudah diperoleh dan
ramah lingkungan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
I.1 Tinjauan Pustaka
Anshori et al. (2008) telah melakukan siklisasi-asetilasi sitronelal
dikatalisis asam Lewis FeCl3 dan ZnCl2. Siklisasi sitronelal dengan
asam asetat anhidrida dikatalisis asam Lewis FeCl3 dapat
menghasilkan 60% campuran (-)-isopulegil asetat, (+)-
neoisopulegil asetat, (+)-isoisopulegil asetat dengan rasio
16:6:1 sedang untuk katalis asam Lewis ZnCl2 dihasilkan 63%
campuran (-)-isopulegil asetat, (+)-neoisopulegil asetat, (+)-
isoisopulegil asetat dengan rasio 122:43:1.
Katalis zirkonium hidroksida dan zirkonia fosfat menurut hasil
penelitian Chuah et al. mempunyai aktivitas dan selektivitas yang sangat baik
untuk siklisasi sitronelal menjadi isopulegol. Keberadaan situs asam Lewis
dan Bronsted katalis sangat penting dalam siklisasi sitronelal. Menurut Iftitah
menggunakan katalis Zn/γ-Alumina dalam pelarut metanol untuk mensintesis
senyawa yang sama dari sitronelal. Hasil yang diperoleh adalah konversinya
mencapai 95,48% dan stereoselektivitas terhadap (-)-isopulegol 63,87%.
Maki-Arvela, et al. menyatakan bahwa zeolit dan bahan-bahan
mesopori sangat baik digunakan untuk siklisasi sitronelal menjadi isopulegol
pada atmosfer nitrogen dan dalam pelarut sikloheksan. Stereoselektivitas
terhadap masing-masing isomer isopulegol hanya dipengaruhi oleh kestabilan
senyawa intermediet isopulegol terprotonasi, bukan dipengaruhi oleh tinggi
4
rendahnya konsentrasi asam Bronsted, asam Lewis, dan daerah permukaan
tertentu suatu katalis.
Senyawa-senyawa pulegil asetat, dan pulegol adalah jenis senyawa
organik cincin 6 sederhana. Untuk menentukan besaran fisik senyawa
tersebut metode semiempiris sudah cukup memadai. Metode semiempirik
PM3 dapat digunakan karena dirancang untuk memproduksi panas
pembentukan dan struktur geometri dari sejumlah besar molekul organik.
Kesalahan mutlaknya lebih kecil dibanding metode AM1 dan MNDO.
Sedangkan Yongzhong et al. (2004) menguji stereoselektivitas
pada proses katalisis siklisasi sitronelal menggunakan Zr-Zeolit β,
mikro/mesopori Al-MSU-SFAU, mikropori Al-MSU-SFAU dan katalis
mikropori HY. Semua sampel menunjukkan aktivitas spesifik pada sitronelal
untuk membentuk isopulegol dengan selektifitas > 97%. Diastereoselektifitas
yang tinggi untuk (±)-isopulegol mendekati 93% ditemukan pada Zr-Zeolit β,
sedangkan Al-MSU-SFAU dan HY menunjukkan selektivitas yang lebih
rendah yaitu mendekati 65%.
Wahyuningrum et al. (2012) telah melakukan uji kinetika reaksi
siklisasi-asetilasi sitronelal menjadi isopulegil asetat dengan menggunakan
katalis Zr4+-Zeolit β, hasil yang diperoleh yaitu k = 3,262 – 4,673 mmol.
(menit.gram katalis)-1 dan KSIT/KAA sebesar 3,542.
5
BAB III
LANDASAN TEORI, HIPOTESIS, DAN RANCANGAN
PENELITIAN
I.2 Landasan Teori
Citronella oil adalah minyak atsiri dengan nilai ekonomis yang
tinggi dan penting dalam dunia industri. Sumber utama minyak tersebut
adalah minyak sereh. Hingga tahun 2005, Indonesia merupakan negara
penyuplai hampir 40% dari kebutuhan citronella oil untuk kepentingan
beberapa industri. Komponen utamanya yang terdiri atas sitronelal,
sitronelol dan geraniol adalah senyawa kimia yang memiliki nilai ekonomis
yang besar untuk kepentingan bahan baku industri fragrance dan industri
farmasi. Namun demikian industri minyak sereh di Indonesia masih
berkembang pada kawasan industri hilir karena fokus pengembangannya
masih terbatas pada produksi minyak sereh belum terolah yang merupakan
bahan baku (raw material) pada produksi selanjutnya sebagai produk
ekspor. Pengubahan komponen utama minyak sereh dalam hal ini
kandungan sitronelal yang mencapai 80% menjadi bahan setengah jadi atau
bahan jadi akan meningkatkan nilai ekonomis minyak sereh tersebut, antara
lain melalui konversi sitronelal menjadi isopulegol. Isopulegol adalah
produk intermediate yang mahal karena banyak digunakan dunia green
6
medicine serta menjadi senyawa intermediate untuk produksi menthol yang
digunakan secara luas dalam industri farmasi, industri sabun dan pasta gigi.
Gambar 1. Mekanisme Dasar dari Konversi Sitronelal menjadi Isopulegol
(Yongzong et al, 2005)
Secara teoritik sebagaimana ditampilkan oleh reaksi pada Gambar
1, proses konversi sitronelal menjadi isopulegol berlangsung dalam suasana
asam. Peranan asam dalam mekanisme reaksi adalah sebagai katalisator dan
peranan tersebut dapat berupa katalis homogen maupun heterogen. Selain
suplai bahan kimia yang relatif sulit dan tergantung pada impor, katalis
homogen tidak dapat dipakai berulang dan tidak ramah lingkungan. Untuk
mengatasi permasalahan ini, penggunaan katalis heterogen menjadi
alternatif dimana katalis heterogen spesifik dilaporkan banyak memberikan
keuntungan terutama kepraktisan pemisahan produk dan katalis dapat
digunakan berulang kali karena mudah diregenerasi sehingga lebih ramah
lingkungan. Katalis padat berbasis mineral silika-alumina seperti zeolit dan
lempung banyak dilaporkan berpotensi sebagai katalis heterogen untuk
reaksi ini (Fuentes et a.l, 1998).
Karakteristik stabilitas dan keasaman permukaan material
merupakan hal penting dalam mekanisme reaksi. Untuk peningkatan
aktivitas dan selektivitas dalam reaksi, modifikasi material oleh logam atau
7
oksida logam sangat dimungkinkan. Hal ini mendorong pengembangan
katalis heterogen guna mendukung pengembangan industri konversi
citronella oil di Indonesia yakni upaya sintesis dan pengujian katalis
heterogen bersumber pada potensi lokal. Salah satu yang menjadi kajian
menarik dalam hal ini adalah penggunaan mineral alam montmorillonit atau
yang lebih dikenal dengan nama dagang bentonit yang dimodifikasi dengan
katalis oksida logam spesifik untuk reaksi konversi sitronellal menjadi
isopulegol.
Gambar 2. Mekanisme Reaksi Sitronelal dengan Asam Asetat
Anhidrida Katalis FeCl3 (Anshori et al., 2008)
8
Penelitian terdahulu telah melaporkan evaluasi penggunaan katalis
montmorillonit dan ZrO2 teremban pada montmorillonit dengan cara
pilarisasi. Peningkatan aktivitas katalitik terjadi pada pengembanan.
Meskipun aktivitas katalitik tidak dipengaruhi oleh jalur sintesis
montmorillonit terpilar oksida ZrO2, namun selektivitas reaksi dalam
memproduksi isopulegol ditentukan oleh karakter fisikokimiawi katalis
yang dibentuk selama mekanisme sintesis. Evaluasi aktivitas katalis TiO2
teremban pada montmorillonit belum pernah dilaporkan, namun sintesis
TiO2 teremban melalui teknik pilarisasi sendiri dalam banyak literatur
menjumpai kendala berkaitan dengan stabilitas ionik Ti4+ pada pH yang
sangat rendah sehingga justru dapat menyebabkan kerusakan struktur
montmorillonit (Yuan et al., 2006).
Gambar 3.
Mekanisme Reaksi Sitronelal dengan Asam Asetat Anhidrida (Siklisasi
Intramolekular) Yang Dikatalisis ZnCl2 (Anshori et al., 2008)
9
Upaya untuk tetap dapat memanfaatkan sifat aktivitas TiO2 dan
Montmorillonit adalah pengembanan TiO2 ke dalam montmorillonit
teremban oksida lain yang relatif lebih stabil, misalnya silika (SiO2). Sifat
fisik SiO2-Montmorillonit memungkinkannya untuk dijadikan sebagai
pengemban berdasar sifat stabilitas termal, kapasitas pertukaran kation dan
luas permukaan spesifiknya yang tinggi (Fatimah, 2008).
Evaluasi aktivitas katalis TiO2/SiO2-Montmorillonit dalam reaksi
konvesi sitronelal menjadi isopulegol adalah fokus dalam penelitian ini.
Studi awal melibatkan perbandingan produk reaksi terkatalisis TiO2/SiO2-
Montmorillonit terhadap produk terkatalisis pengembannya (SiO2-
Montmorillonit) serta produk reaksi tanpa katalis. Selanjutnya peranan
katalis TiO2/SiO2-Montmorillonit dipelajari dengan analisis pengaruh
jumlah katalis dalam reaksi terhadap aktivitas, selektivitas serta konversi
total reaksi. Parameter-parameter uji aktivitas meliputi aktivitas katalis,
selektivitas terhadap isopulegol dan konversi total menjadi acuan
keberhasilan reaksi. Dalam hal ini, aktivitas katalis didefinisikan sebagai
banyaknya citronelal yang terkonversi menjadi produk relatif terhadap
citronelal yang bereaksi, selektivitas sebagai prosentase isopulegol yang
terbentuk relatif terhadap produk konversi serta koversi total sebagai
prosentase sitronelal yang terlibat dalam reaksi relatif terhadap jumlah
mula-mula. Berikut adalah gambar representasi struktur TiO2/SiO2-
Montmorillonit (Kloprogge et al, 1999):
10
Recommended