Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J

Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
51
ISOMERISASI SENYAWA 3-CARENE MENJADI 4CARENEMENGGUNAKAN KATALIS NaOHKLOROTOLUENA
Sita Dwi Fatmawati, Tatang Shabur Juliato, Dwiarso Rubiyanto
Program Studi Ilmu Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Islam Indonesia
[email protected]
INTISARI
Telah dilakukan isomerisasi 3-carene menjadi 4-carene dengan katalis NaOHklorotoluena. Katalis NaOH-klorotoluena dibuat dengan cara mereaksikan NaOH dan oklorotoluena. Hasil isomerisasi menunjukkan bahwa NaOH-klorotoluena tidak dapat
menjadi katalis pada isomerisasi 3-carene menjadi 4-carene. Namun, hasil reaksi dari
NaOH dan o-klorotoluena diasumsikan membentuk senyawa fenol yang dapat
mengkonversi 3-carene menjadi β-pinene. Persentase senyawa β-pinene yang dihasilkan
sebesar 0,72%.
Kata kunci: isomerisasi, 3-carene, 4-carene, NaOH-klorotoluena, β-pinene
PENDAHULUAN
kecil dimanfaatkan di dalam negeri.
Di Indonesia terpentin dihasilkan
Karena
komponen
utama
dari
pinus
terpentin adalah α-pinene, sehingga
dihasilkan
lebih banyak disintesis.Selain α-
sebagai hasil atas proses distilasi dan
pineneterdapat juga 3-carene.Salah
hasilbawahnya berupa gondorukem.
satu upaya pengembangan 3-carene
Produk
adalah
dari
getah
pinus
jenis
merkusii.Terpentin
gondorukem
dapat
dengan
mengkonversi
diolahlebih lanjut untuk bahan baku
sebagian dari 3-carene menjadi 4-
industri
antiseptik,
carene. Senyawa 4-carene berperan
perekat, cat,dan lain-lain.Sedangkan
dalam jalur sintesis memperoleh
terpentin dapat digunakan untuk
mentol dan isolimonen.
bahan
kosmetik,
baku
industri
minyak
Metode konversi 3-carene menjadi 4-
cat,bahan pelarut, isolasi, farmasi,
carenesendiri telah dikembangkan
dan lain-lain.
dari
Sebagian besar hasil dari minyak
sebelumnya. Penelitian yang telah
terpentin di Indonesia terkadang
dikembangkan
diekspor keluar negeri dan sebagian
Volume 2
penelitian-penelitian
No. 1
3-carene
dapat
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
disintesis
menghasilkan
52
4-
Pertama diambil 3-carene 10
carenedengan bantuan katalis basa
mL, xylene 10 mL, o-klorotoluena
organik. Penelitian sebelumnya telah
0,3
dilakukan sintesis 3-carene menjadi
kemudian dicampur di dalam gelas
4-carene
beker.
dengan
menggunakan
mL dan
0,3
Setelah
gram
itu
NaOH
campuran
katalis Na-klorotoluena dimana telah
dimasukkan ke dalam labu leher dua
diketahui bahwa katalis ini sangat
dan dimasukkan pemutar magnet
mahal dan sulit didapatkan. Oleh
kedalam
karena itu, peneliti ingin melakukan
dinyalakan kondensor. Lalu diatur
sintesis
temperatur
3-carene
menggunakan
dengan
katalis
lain
NaOH-klorotoluena.
labu.
Selanjutnya
pada alat hingga suhu
stabil. Setelah suhu stabil alat tidak
yaitu
perlu
NaOH
dimatikan,sampel
merupakan senyawa bersifat basa
diambilsetelah
kuat. Dengan demikian diharapkan
larutan hasil dianalisis menggunakan
katalis
GC-MS.
NaOH-klorotoluena
ini
merupakan katalis alternatif yang
sangat
ekonomis
didapatkan
Analisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini akan menjelaskan
memproduksi
proses dan hasil isomerisasi senyawa
3-carene
isolimonen.
menggunakan
organosodium.
METODE PENELITIAN
katalis
Tujuan
dari
isomerisasi senyawa 3-carene adalah
Bahan
untuk menghasilkan senyawa 4-
3-careneSigma Aldrich, Xylene J.T
Baker,
jam.
mudah
dan
dalam
12
o-klorotoluena
carene yang merupakan bahan baku
Schuchardt
utama untuk produksi isolimonen
OHG NaOH
pada proses lebih lanjut.
Alat
Dalam penelitian ini, katalis
Satu set alat gelas, seperangkat alat
refluks,
thermometer,
organosodium
magnetic
mereaksikan
stirrer, penangas air dan GC-MS
klorotoluena.
Shimadzu 2010 QS
mulanya
Prosedur Penelitian
dibuat
NaOH
dengan
dengan
Proses
dilakukan
o-
isomerisasi
dengan
mencampurkan 3-carene, xylene, o-
Volume 2
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
53
klorotoluena dan NaOH yang akan
175oC. Sampel yang diperoleh pada
digunakan. Setelah bahan tercampur
proses
kemudian direfluks selama 12 jam
menggunakan Gas Cromatography
(all night). Fungsi xylene dalam
Mass Spectrometry (GC-MS) untuk
proses isomerisasi adalah sebagai
mengetahui senyawa 4-carene yang
pelarut
terbentuk.
non
polar
yang
dapat
menghomogenkan sistem, sedangkan
larutan
o-klorotoluena
isomerisasi
dianalisis
Analisis Reaktan
berfungsi
Sebelum
dilakukan
membentuk katalis basa organik.
isomerisasi maka perlu diketahui
Perlakuan refluks bertujuan untuk
konsentrasi
menyempurnakan reaksi karena suhu
dengan cara menganalisis reaktan
optimal
untuk
tersebut. Analisis reaktan dilakukan
konversi 3-carene menjadi 4-carene
menggunakan GC-MS menghasilkan
yang
diperlukan
o
diatas suhu kamar yaitu 170 C –
reaktan
mula-mula
data sebagai berikut :
Gambar 1. Kromatogram 3-Carene
Gambar 1 menunjukkan kromatogram reaktan 3-carene. Pada waktu retensi 3,093
terdapat senyawa 3-carene dengan konsentrasi 100%.
Volume 2
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
54
Gambar 2. Kromatogram xylene
Gambar 2 menunjukkan kromatogram reaktan xylene. Kromatogram tersebut
terdapat 3 puncak, kemudian dari 3 puncak tersebut dipilih puncak dengan
konsentrasi tertinggi. Puncak dengan konsentrasi tertinggi pada waktu retensi
2,466 merupakan senyawa xylene dengan konsentrasi 85,6006%.
Gambar 3. Kromatogram o-klorotoluena
Gambar
3
adalah
yang diperlukan untuk mengkonversi
kromatogram reaktan o-klorotoluena.
3-carene menjadi 4-carene. Larutan
Kromatogram tersebut menunjukkan
yang diperoleh berwarna kuning
satu
agak
puncak
di
atas
dengan
konsentrasi
jernih.
Pada
akhir
reaksi
tertinggi yaitu pada waktu retensi
endapan katalis NaOH-klorotoluena
4,240
berwarna putih, endapan tersebut
konsentrasi
senyawa
o-
klorotoluena adalah 100%.
dimungkinkan endapan NaOH.
Katalis NaOH-klorotoluena
Hasil Analisis Dengan GC-MS
Isomerisasi 3-carene menjadi
Isomerisasi
3-carene
4-carene menggunakan padatan basa
Menggunakan
NaOH. Untuk menjadi katalis basa
klorotoluena
organik maka NaOH direaksikan
Larutan
Katalis
NaOH-
hasil
reaksi
dengan o-klorotoluena. Namun suhu
isomerisasi
optimal yang dicapai pada reaksi
dengan GC-MS dan menghasilkan
o
isomerisasi ini 163 C, suhu ini lebih
kemudian
dianalisis
data analisis sebagai berikut:
rendah dari suhu optimal refluks
Volume 2
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
55
 3-carene
Gambar 4. Kromatogram dengan katalis NaOH-klorotoluena
Dari gambar 4 diatas terdapat puncak dengan konsentrasi tertinggi, kemudian
diidentifikasi nama senyawa dari komponen-komponen tersebut. Data yang
diperoleh dapat ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Identifikasi senyawa dari komponen-komponen hasil isomerisasi
menggunakan katalis NaOH-klorotoluena
No.
Waktu
Retensi
Senyawa
%Area
1.
3,253
xylene
29,40
2.
3,936
o-klorotoluena
2,33
3.
4,194
Beta-pinene
0,72
4.
4,530
3-carene
53,53
Pada
penggunaan
kromatogram
NaOH-
adalah 53,53%. Hal ini menunjukkan
puncak,
NaOH-klorotoluena
tidak
dapat
kemudian dari ke 6 puncak tersebut
digunakan
katalis
pada
terlihat ada dua puncak dengan
reaksi isomerisasi 3-carene menjadi
konsentrasi tertinggi yaitu puncak 2
4-carene karena senyawa 3-carene
dan puncak 6. Dari Tabel 4 diketahui
tidak terkonversi menjadi 4-carene.
bahwa puncak 2 adalah pelarut
Persamaan Reaksi NaOH Dengan
xylene sedangkan puncak 6 adalah
o-klorotoluena
klorotoluena
katalis
persentase area senyawa 3-carene
terlihat
6
sebagai
senyawa 3-carene. Dari tabel diatas,
Volume 2
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
Untuk menunjukkan bahwa
senyawa
4-carene
tidak
56
terbentuk adalah dengan persamaan
dapat
reaksi dibawah ini :
CH3
CH3
Cl
OH
+
NaOH
NaCl
+
Katalis isomerisasi 3-carene
menjadi 4-carene
Gambar 5. Persamaan reaksi NaOH dengan o-klorotoluena
Dari
persamaan
reaksi
diatas
isomerisasi
menunjukkan bahwa atom Cl pada
carene.
senyawa o-klorotoluena merupakan
Spektrum
gugus pergi yang baik (leaving
carene
group) sehingga akan mengikat ion
3-carene
Massa
Untuk
+
menjadi
4-
Senyawa
3-
memastikan
bahwa
Na . Sedangkan atom C nomor 2
senyawa tersebut adalah 3-carene
pada
maka
senyawa
toluene
yang
dapat
dilihat
pada
data
kekurangan elektron, kemudian ion
spektrometri massa yang tersedia,
OH-
pada
yang
elektronegatif
karena
waktu
retensi
4,530
kelebihan elektron menjadi pendonor
diidentifikasi sebagai senyawa 3-
elektron
pada atom C tersebut.
carene karena memiliki m/z 136,
NaOH dapat bereaksi dengan o-
dimana bobot molekul ini merupakan
klorotoluena namun tidak bereaksi
bobot molekul dari 3-carene.Selain
katalitik
gugus
itu hasil fragmentasi spektrometri
hidroksi yang terikat pada senyawa
massa menampilkan spektrum 3-
toluena. Sehingga katalis NaOH-
carene sebagai berikut :
karena
adanya
klorotoluena tidak dapat digunakan
sebagai
Volume 2
katalis
pada
reaksi
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
CH3
57
CH3
CH3
CH3
CH3
m/z = 136
CH3
m/z = 121
CH3
CH3 H
CH3
m/z = 121
CH3
m/z = 105
Gambar 6. Spektrum 3-carene
Dari spektrum diatas diperoleh fragmentasi senyawa 3-carene. Kelimpahan
fragmentasi yang paling stabil ditunjukkan pada m/z 93. Uraian fragmentasi
senyawa 3-carene adalah sebagai berikut:
C
CH3
CH3
m/z = 105
m/z = 93
Gambar 7. Fragmentasi 3-carene
Volume 2
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
58
Senyawa Baru Yang Terbentuk
4,194 dengan persentase area 0,72%.
Dari
Hal
Konversi
Menggunakan
3-carene
Katalis
klorotoluena
analisis
terbentuk
pada
senyawa
dapat
mengkonversi
senyawa 3-carene menjadi β-pinene
GC-MS
karena membentuk gugus fenol pada
menunjukkan terdapat senyawa baru
yang
dimungkinkan
NaOH yang bereaksi dengan o-
NaOH-
klorotoluena
Hasil
ini
Gambar
reaksi
10.
Mekanisme
reaksi
pembentukan senyawa β-pinene dari
isomerisasi yaitu senyawa β-pinene
3-carene
yang ditunjukkan pada waktu retensi
dengan
senyawa
fenol
adalah sebagai berikut :
Cl
O -H +
+
NaOH
senyawa fenol
O -H +
H
H
H
3-carene
H+
β-pinene
Gambar 8. Mekanisme reaksi 3-carene menjadi β-pinene
Volume 2
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
Mekanisme
diatas
reaksi
pada
menjelaskan
59
gambar
Dari hasil penelitian isomerisasi
bahwa
3-carene menjadi 4-carene dengan
pemanasan dapat memutus ikatan
katalis
pada atom C nomor satu sehingga
disimpulkan bahwa :
sepasang elektron berpindah ke atom
1. NaOH-klorotoluena tidak efektif
yang
untuk
berpindah
isomerisasi 3-carene menjadi 4-
atom
C
1
menyebabkan
negatif
(karbanion),
senyawa
2. Senyawa fenol yang dihasilkan
dimana
dari reaksi NaOH dengan o-
fenol
klorotoluena diasumsikan dapat
bersifat asam. Ikatan rangkap pada C
mengkonversi senyawa 3-carene
3 memberikan sepasang elektron
menjadi β-pinene. Senyawa β-
pada atom karbon cabang yang
pinene yang terbentuk sebanyak
kekurangan
0,72%.
diketahui
bahwa
fenol
reaksi
carene.
karbanion tersebut mengikat H+
pada
pada
dapat
C nomor 1. Sepasang elektron yang
tersebut
katalis
berbeda
senyawa
elektron
sehingga
senyawa tersebut stabil menjadi βpinene.
Kesimpulan
DAFTAR PUSTAKA
Albert B, Booth, Jekyii Island, Ga., assignor to Hercules Incorporated,
Wilmington, Del., a corporation of Delaware., 1968, Isomerization of 3Carene to 4-carene and Further Conversion of 4-carene,(Cl.260-675.5).
Anikeev. V. I , Yermakova. A, 2009, Thermal transformations of monoterpene
compounds in supercritical lower alcohols, Boreskov Institute of Catalysis
SB RAS.
Atkins, Peter W., Julio de Paula, 2006, Physical Chemistry 4th Edition, WileyVCH, Weinheim
Chafidz, A, 2011, Pengaruh Jumlah Mol Natrium Hidroksida Terhadap Kadar
Isoeugenol pada Isomerisasi Eugenol Menggunakan Pelarut Etilen Glikol,
Universitas Brawijaya
Pavia, Donald L., Gary M. Lampman, 2006. Introduction to Organic Laboratory
Techniques (4th Ed.). Thomson Brooks/Cole.
Sastrohamidjojo, H., 2004, Kimia Minyak Atsiri, Liberty, Yogyakarta.
Sastrohamidjojo, H., 2007, Kromatografi, Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta.
Volume 2
No. 1
Agustus 2014
Indonesian Journal of Chemical Research – Indo.J.Chem.Res.
60
SIDS, 2001, 2-chlorotoluene, SIDS International Assessment Report, Orlando
Sjamsul, A., 1986, Kimia Organik Bahan Alam, Departemen Pendidikan dan
Kebudayaan, Jakarta.
Stolle, A., 2008, Study On The Pyrolysis Behavior Of Some Monoterpenes And
Monoterpenoids- A Mechanistic And Kinetic Overview, Friedrich-Schiller
University Jena, Jena
Stolle, A., Ondruschka, 2009, Thermal Rearrangements of Monoterpenes and
Monoterpenoids, Friedrich-Schiller University Jena, Jena
Upm-Kymmene Corporation, 2012, Process And Apparatus For Producing
Hydrocarbons By Hydrogenating A Terpene Feed, Paten No EP 2454343
A2
Wibowo W., P.S Wahyudi, 2002, Aplikasi Reaksi Katalisis Heterogen untuk
Pembuatan Vanili Sintetik (3-hidroksi-2-metoksibenzaldehida) dari
Eugenol (4-allil-2-metoksifenol) Minyak Cengkeh, Universitas Indonesia,
Depok
Volume 2
No. 1
Agustus 2014