Penggunaan Katalis Asam Fosfat Pada Reaksi Esterifikasi Asam p

Penggunaan Katalis Asam Fosfat Pada Reaksi Esterifikasi Asam p-Kumarat
Ihsan Charismawan, Firdaus, Nunuk Soekamto
Program Studi Kimia FMIPA Unhas
Abstrak
Penelitian tentang penggunaan katalis asam fosfat di dalam reaksi sintesis metil p-kumarat dari asam
p-kumarat dengan metanol telah dilakukan. Reaksi berlangsung di dalam alat Dean Strark trap pada
suhu 59 ̊C selama 36 jam menghasilkan kristal metil p-kumarat dengan titik leleh 138-139 ̊C dan
rendamen sebanyak 66,21%. Karakterisasi senyawa menggunakan analisis TLC, pengukuran titik leleh,
dan data spektroskopi FT IR, 1H dan 13C-NMR.
Kata Kunci: p-kumarat, metil p-kumarat, metanol, asam fosfat, esterifikasi
Abstract
Research about phosphoric acid as catalyst in synthesis reaction of methil p-coumaric from
p-coumaric acid and methanol have been done. The reaction was conducted using dean strark trap
apparatus, temperature was 59 ̊C for 36 hours gave methil p-coumaric as white cristall with melting
point 138-139 ̊C and 66,21% yield. The product compound was characterized using TLC analysis,
melting point, and spectroscopic data of FT-IR, 1H and 13C-NMR.
Keywords: p-coumaric acid, methyl p-coumaric, methanol, phosphoric acid, esterification
PENDAHULUAN
Senyawa sinamamida adalah salah
satu kelompok senyawa fenolik yang sangat
penting dan banyak diteliti karena sifat
bioaktivitasnya yang sangat tinggi. Studi tentang
epidemik telah menunjukkan bahwa konsumsi
makanan yang kaya akan senyawa fenolik dapat
memberikan korelasi penurunan timbulnya
penyakit kardiovaskular (Criqui dan Rinngel,
1994). Hal ini terjadi karena senyawa fenolik
dapat memperlambat proses penyempitan
pembuluh nadi dengan berfungsi sebagai
antioksidan terhadap lipoprotein-LDL dan
menetralkan radikal bebas pada daerah yang
mengalami tekanan oksidasi (Frankel dkk.,
1993; Meyer dkk., 1998)
Firdaus dkk. (2009) mensintesis
senyawa p-kumaramida dari asam p-kumarat,
kemudian melakukan pengujian terhadap sel
tumor leukemia P-388. Hasil pengujian terhadap
sel tumor leukemia P-388 menunjukkan
senyawa p-kumaramida memiliki aktivitas
biologis yang menarik, dengan IC50 = 44 μg/mL.
Menurut Anderson (1990), senyawa memiliki
aktivitas antikanker yang kuat jika nilai IC50 ˂
20 μg/mL.
Beragam
bioaktivitas
dari
sinamamida
mendorong banyaknya penelitian untuk
menemukan
senyawa-senyawa
turunan
sinamamida yang mempunyai aktivitas
farmakologi yang tinggi dan toksisitas yang
rendah (Widyarmoko dan Arie, 2006). Salah
satu senyawa turunan sinamamida yang berhasil
diisolasi dari ekstrak etil asetat kulit akar K.
hospita Linn adalah senyawa p-kumaramida(phidroksisinamamida).
Senyawa
ini
memperlihatkan aktivitas yang cukup tinggi
terhadap udang A. salina (180,53 μg/ml)
sehingga dapat diduga memiliki potensi sebagai
antitumor (Ilyas, 2008). Akan tetapi kandungan
senyawa p-kumaramida dalam kulit akar kayu K.
hospita Linn relatif sangat kecil (1,6 ppm) (Ilyas,
2008). Metode lain yang dapat dilakukan untuk
mendapatkan senyawa turunan p-kumaramida
adalah dengan mensintesis senyawa tersebut,
salah satu jalur sintesis adalah melalui reaksi
esterifikasi turunan p-kumaramida dengan
menggunakan asam p-kumarat sebagai kerangka
dasar, dilanjutkan dengan reaksi amidasi.
Menurut Kadu dkk (2011), reaksi
eseterifikasi dapat dilakukan dengan atau tanpa
katalis, namun untuk mendapatkan hasil yang
optimum harus menggunakan katalis dan dapat
berjalan baik jika dalam suasana asam. Katalis
yang sangat sering digunakan untuk reaksi
esterifikasi adalah seperti asam mineral kuat,
garam, dan resin penukar kation. Katalis asam
yang juga biasa digunakan pada reaksi
esterifikasi adalah seperti, H2SO4, H3BO3,
H3PO4, HCl dan H+ (Pinto dkk., 2005). Asam
sulfat paling banyak digunakan dalam industri
karena memberikan konversi tinggi dan laju
reaksi yang relatif cepat. Asam klorida banyak
dipakai untuk skala laboratorium, namun jarang
dipakai untuk skala industri karena sangat
korosif. Asam fosfat jarang digunakan sebagai
katalis dalam industri karena memberikan laju
reaksi yang relatif lambat, namun penggunaan
dan penanganannya di laboratorium lebih
mudah serta lebih ramah lingkungan. Akan
tetapi, pada reaksi esterifikasi olefinil pkumaramida, ikatan rangkap dikhawatirkan
akan terbuka pada penggunaan katalis H2SO4
menghasilkan bentuk karbokation yang dapat
diserang lebih lanjut oleh nukleofilik.
Gambar 1. Pengaruh H2SO4 terhadap ikatan
olefinil p-kumaramida
METODOLOGI
Bahan.
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini
adalah asam p-kumarat p. a, H3PO4, silika gel
7733, pipa kapiler, plat KLT, akuades,
kloroform p. a, metanol p. a, etil asetat p. a, nheksana p. a, aseton p. a, benzena p. a, HCl
2 M, Na2SO4 anhidrat, etanol p. a, Na2CO3,
kertas saring whatman 42, kertas pH universal
dan kertas saring biasa.
Alat.
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini
adalah labu alas bulat leher tiga, kondensor,
o
termometer
100
C, neraca
analitik,
spektrofotometer IR (Shimadzu seri FTIR8201PC), NMR, heating stirrer, dean-stark
apparatus, melting point apparatus, lampu KLT,
evaporator, corong Buchner, dan alat-alat gelas
yang umum digunakan dalam laboratorium.
Prosedur.
Asam p-kumarat sebanyak 0,5 gram (3 mmol)
ditambahkan dengan metanol sampai larut dan
1,4 mL (27 mmol) H3PO4 pekat (97%),
perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 2.
Larutan tersebut dimasukkan ke dalam labu alas
bulat leher tiga kemudian direfluks pada suhu
59 ̊C selama 12, 24, dan 36 jam reaksi (analisis
dengan KLT tiap 3 jam). Setelah direfluks
larutan didinginkan pada suhu kamar kemudian
dinetralkan dengan Na2CO3, dicuci dengan
aquades kemudian fase airnya diekstraksi
dengan kloroform (2x20 mL) fase organik yang
diperoleh digabung, dikeringkan dengan
Na2SO4 anhidrat, lalu dievaporasi sampai
diperoleh kristal putih. Endapan putih tersebut
direkristalisasi panas menggunakan kloroform :
n-heksana (1:2) sampai diperoleh kristal murni,
selanjutnya diukur titik lelehnya, dianalisis
dengan KLT dan diukur dengan spektroskopi
FTIR, 1H-NMR dan 13 C-NMR.
Hasil dan Pembahasan
Hasil reaksi esterifikasi asam p-kumarat
menggunakan katalis asam fosfat, dilakukan
dengan metode Dean stark trap dan melibatkan
benzena sebagai pemindah air secara azeotrop
antara benzena dan air adalah metil p-kumarat
berdasarkan uji KLT, titik leleh, dan elusidasi
struktur. Beberapa foto dokumentasi penelitian
dapat dilihat pada Lampiran 4.
Reaksi katalisis asam fosfat mula-mula
dilakukan selama 12 jam dan didapatkan hasil
dengan kromatogram seperti pada Gambar 2a
yang menunjukkan reaktan masih ada sehingga
reaksi dilanjutkan sampai 24 jam. Kromatogram
hasil analisis KLT dapat dilihat pada didapatkan
seperti Gambar 2b menunjukkan reaktan masih
terisisa sedikit. Reaksi dilanjutkan sampai
mencapai 36 jam dan dilakukan analisis KLT
yang terlihat satu noda pada Gambar 2c yang
berarti reaksi telah selesai. Proses kirstalisasi
dan rekristalisasi hasil reaksi dan diperoleh
kristal putih dengan titik leleh 138-139 ̊C yang
menandakan kemurniannya dan rendamen
sebesar 66,21% (0,3539 gr).
Gambar 2. Kontrol waktu refluks menggunakan
KLT (kloroform:etil asetat 7:3) (a) 12 jam
pertama, (b) 24 jam kemudian, (c) 36 jam
terakhir
Pada umumnya, reaksi esterifikasi
adalah reaksi kesetimbangan sehingga perlu
dilakukan usaha untuk memindahkan produknya
sesaat setelah terbentuk. Pada reaksi esterifikasi
asam p-kumarat yang telah dilakukan, salah satu
produknya adalah air. Pemindahan air dari
sistem reaksi dilakukan dengan metode distilasi
azeotropik dengan benzena menggunakan Dean
Stark trap. Campuran azeotrop air-benzenametanol menguap pada suhu 58 oC. Adanya air
pada Dean Stark trap menunjukkan bahwa
reaksi telah berlangsung. Tidak bertambahnya
produk air
pada Dean
Stark trap
mengindikasikan bahwa reaksi telah selesai.
Pada penelitian ini, pembentukan air berhenti
setelah dilakukan refluks selama 36 jam. Reaksi
ini berjalan lambat disebabkan karena adanya
ikatan rangkap terkonjugasi yang dapat
menstabilkan
karbon
karbonil
setelah
terprotonasi. Campuran reaksi dinetralkan
dengan K2CO3 untuk menghindari terjadinya
ionisasi ester pada pH asam serta untuk
menghilangkan garam yang terdapat pada
campuran.
Produk yang diperoleh berupa kristal
berwarna putih dengan titik leleh sebesar 138139 ̊C berpendar hitam di bawah lampu UV λ
254 nm. Uji kemurnian dilakukan menggunakan
analisis KLT dengan tiga macam perbandingan
eluen. Kromatogram hasil analisis KLT sebagai
uji kemurnian kristal ditunjukkan pada Gambar
4.
Analisis
KLT
hasil
rekristalisasi
menggunakan pelarut n-heksana:etil asetat (7:3),
n-heksana : aseton (5:5), kloroform : etil asetat
(7:3), masing-masing memperlihatkan satu noda
pada kromatogramnya (Gambar 3).
Spektrum FTIR yang didapatkan
menunjukkan adanya gugus karbonil (C=O)
ester yang khas memberikan pita serapan
berintensitas kuat pada bilangan gelombang
1687,71 cm-1 dan didukung oleh serapan pada
1199,72 cm-1 dan 1172,72 cm-1 yang
menandakan adanya gugus C-O ester. Gugus
hidroksil (-OH) pada cincin fenil ditunjukkan
oleh spektrum pada
3379,29 cm-1.
bilangan
gelombang
Gambar 3. Uji kemurnian padatan menggunakan
eluen berbeda (a) n-heksana:etil asetat (7:3); (b)
n-heksana:aseton (5:5); (c) kloroform:etil asetat
(7:3)
Rentangan C-H aromatik ditunjukkan oleh pita
serapan pada bilangan gelombang 3045,60 cm-1
dan 3008,95 cm-1 yang didukung adanya serapan
C=C aromatik pada 1600,92 cm-1 dan 1514,12
cm-1. Serapan pada 1633,71 cm-1 menunjukkan
serapan C=C olefin. Gugus C-H alifatik
ditunjukkan oleh pita serapan pada 2951,09 cm1
yang didukung serapan pada 1357,39 cm-1
menunjukkan gugus metil (-CH3).
Gambar 4. Spektrum IR senyawa yang diuji
Analisis spektrum 1H-NMR senyawa 1 (Gambar
5) menunjukkan pada δ 5,9 ppm terdapat gugus
hidroksil (-OH). Pada δ 2,9 ppm (3H, s, H-1)
mengindikasikan adanya gugus metil (-CH3)
yang berasal dari gugus oksikarbon (-OCH3),
hal ini ditunjukkan dari nilai geseran kimia yang
lebih besar jika dibandingkan gugus metil yang
berikatan dengan karbon. Adanya gugus metil
membuktikan bahwa asam p-kumarat telah
mengalami esterifikasi. Pada δ 6,8 ppm (2H, d,
J = 9 Hz, H-6 dan H-10) dan δ 7,4 ppm (2H, d,
J = 9 Hz, H-7 dan H-9) terdapat dua jenis proton
ekuivalen yang menunjukkan adanya sistem
fenil di-substitusi. Selain itu, pada δ 6,3 ppm (1H,
d, J = 16 Hz, H-3) dan δ 7,6 ppm (1H, d, J = 16,
H-4) menunjukkan bahwa posisi kedua proton
berada dalam geometri trans.
H-1
H-7 &
H-9
H-6 &
H-10
H-3
H-4
-OH
Gambar 5. Spektrum 1H-NMR senyawa yang diuji
Spektrum 13C-NMR memperlihatkan adanya 8
sinyal yang mewakili 10 karbon. Sinyal ini
terdiri atas satu oksikarbon (-OCH3) pada
δ 51,87 ppm, satu gugus karbonil (-CO) pada
δ 168,27 ppm, dan terdapat 8 karbon sp2 pada
geseran di atas 100 ppm yang berasal dari 2
karbon alkena
(115,21 ppm C-3 dan
144,94 ppm C-4) dan 6 karbon aromatik
C-6
C-10
C-4
C-2
C-8
(127,23; 130,15; 116,05 dan 158,05 ppm).
Sinyal pada geseran 116,05 ppm (C-7 dan C-9)
dan 130,15 ppm (C-6 dan C-10) menunjukkan
intensitas sinyal yang lebih tinggi dibandingkan
sinyal lainnya, hal ini mengindikasikan terdapat
dua jenis karbon ekuivalen dalam satu sistem
cincin fenil di-substitusi.
C-7
C-9
C-3
C-5
C-1
Gambar 6. Spektrum 13C-NMR senyawa yang diuji
Berdasarkan analisis data spektoskopi
FT IR, 1H-NMR, dan 13C-NMR, struktur
senyawa yang diuji telah sesuai dengan senyawa
target yang diharapkan yaitu metil p-kumarat
dengan struktur seperti ditunjukkan pada
Gambar 7. Mekanisme reaksi yang dapat terjadi
pada pembentukan senyawa metil p-kumarat
dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 7. truktur senyawa metil p-kumarat
Gambar 8. Reaksi pembentukan metil p-kumarat dari asam p-kumarat dengan metanol
KESIMPULAN
Senyawa metil p-kumarat (t.l 138-139
o
C) dapat disintesis melalui reaksi esterifikasi
asam p-kumarat dengan metode Dean Strak trap
dengan perbandingan 3 mmol asam p-kumarat
dengan 3 mmol metanol menggunakan 27 mmol
katalis asam fosfat pada suhu refluks 59 oC
selama 36 jam dengan rendamen sebanyak
66,21% (0,3539 gr).
DAFTAR PUSTAKA
Anderson, J. E., Goetz, C. M., and McLaughlin,
J. L., 1990, A Blind Comparison of Simple
Bench-top Bioassays and Human Tumour
Cell Cytotoxicities as Antitumor Prescreen,
J. Phytochemical analysis, 6:107 - 111.
Crique, M.H., Ringel, B.L., 1994, Does Diet or
Alcohol Explain The French Paradox?,
Lancet, 344:1719-1723.
Firdaus, Soekamto, N. H., dan Karim, A., 2009,
Sintesis Senyawa
pHidroksinamamida dari Asam p-Kumarat
Melalui Reaski Esterifikasi dan Amonolisi,
J. Chemica Acta,:Vol. 2:2, 37-43.
Frankel, E. N., Kanner, J., German, J. B., Park,
E., Kinsella, J. E., 1993, Inhibition of
Oxidation of Human Low-Density
Lipoprotein by Phenolic Sustances in Red
Wine, Lancet., 341:454-457.
Ilyas, A., 2008, Isolasi dan Idenfikasi Metabolit
Sekunder dari Ekstrat Etilasetat Kulit Akar
Tumbuhan Kleinhovia hospita Linn.
(Paliasa) dan Uji Toksitasnya Terhadap
Artemia salina Leach, Tesis tidak
dipulikasikan,
Program
Pascasarjana
Universitas Hasanuddin, Makassar.
Kadu, S. S., Kulkarni, S. J. and Tapre, R. W.,
2011, Kinetics of Esterificaion of
p-tert.
butyl Cyclohexanol with Acetic Acid Over
Ion Exchange Resin Catalyst, Institute of
Technology,
Nirma
University,
Ahmedabad 382-481.
Pinto, A. C., Guarieiro, L. L. N., Rezende, M. J.
C., Ribeiro, ed N. M., Torres, E. A., Lopes,
W. A., de P Pereira, P. A & de Andrade, J.
B. 2005. Biodiesel: An overview. Braz
Chem Soc 16(6B): 1313-1330.
Widyarmoko dan Arie, 2006, Sintesis n-(pBromofenil)-p Metoksisinamamida dari
Materi Awal Asam-p-Metoksisinamat:
Metode
Pereaksi
Kopling
Disikloheksilkarbodiimida,
Universitas
Airlangga, Surabaya.