snkpk iv 2011 sbu

ISOLASI DAN SINTESIS 2-FURANALDEHIDA DARI LIMBAH
AMPAS TEBU
Suryadi Budi Utomo1*), Endang Susilowati1), dan Emi Kurniasih 1)
1
Prodi. Pend. Kimia, PMIPA FKIP, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
* Keperluan korespondensi, tel/fax : : 0271-648939, email: [email protected]
ABSTRAK
Penelitian ini memiliki tujuan untuk mengisolasi dan mensintesis 2-furanaldehida dari
limbah ampas tebu. Sintesis aldehida aromatis tersebut dilakukan melalui tiga tahap yaitu (1)
isolasi pentosan dari ampas tebu dengan ekstraksi kontinyu menggunakan pelarut etanoltoluena, (2) hidrolisis dan dehidrasi pentosan dengan katalis asam sulfat, dan (3) ekstraksi
pelarut diikuti dengan distilasi vakum untuk menghasilkan 2-furanaldehida. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa produk aldehida yang dihasilkan berwujud cairan kental yang berwarna
coklat dan berbau khas seperti almond. Berdasarkan analisis gugus fungsional dengan
spektrometer IR dan uji spesifik dengan reagen anilin-asetat serta karakteristik senyawa yang
dihasilkan maka dapat disimpulkan bahwa senyawa yang diisolasi dari ampas tebu dengan
metode ekstraksi soklet dan hidrolisis adalah senyawa 2-furanaldehida dengan rendemen
11,48 %.
Kata Kunci: Ampas tebu, anilin-asetat, ekstraksi kontinyu, hidrolisis, dan 2-furanaldehida
daya guna dan nilai ekonomi yang jauh lebih
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara agraris
tinggi. Pada publikasi ini akan dipaparkan
yang kaya akan hasil-hasil pertanian,
beberapa
salah satu diantaranya adalah tebu [1].
dilakukan oleh peneliti mengenai isolasi dan
Dalam proses produksi di pabrik gula,
sintesis 2-furanaldehida dari limbah ampas
ampas tebu dihasilkan sebesar ± 90% dari
tebu. Senyawa tersebut memiliki aplikasi
setiap tebu yang diproses, gula yang
yang cukup luas dalam beberapa industri
termanfaatkan hanya 5%, sisanya berupa
antara lain sebagai pelarut dalam industri
tetes tebu (molase) dan air. Selama ini
pengolahan minyak bumi dan pembuatan
pemanfaatan ampas tebu yang dihasilkan
pelumas pada pembuatan nilon. Selain itu 2-
masih
furanaldehida
terbatas
untuk
adsorben
[2],
kompos [3], dan bahan bakar boiler [4].
Mengingat begitu banyaknya jumlah
ampas tebu yang dihasilkan, sedangkan
senyawa
furfuril
hasil
penelitian
juga
intermediet
alkohol,
yang
berfungsi
untuk
telah
sebagai
pembuatan
tetrahidrofuran,
industri
farmasi, herbisida, dan pewangi [5].
pemanfaatannya masih sangat terbatas,
maka perlu difikirkan cara penanganan
PROSEDUR PERCOBAAN
lebih lanjut agar nantinya ampas tebu
Bahan
tidak menimbulkan masalah lingkungan
Bahan-bahan
yang
digunakan
dan bahkan dapat dimanfaatkan sebagai
dalam penelitian ini meliputi etanol, toluena,
bahan dasar berbagai produk dengan
asam sulfat, natrium klorida, dan anilin
dari
dengan menggunakan pemanas hot plate
E.Merck dengan kualitas analitical grade
stirer selama 5 jam. Berlangsungnya reaksi
kecuali akuades. Limbah ampas tebu
dipantau
diperoleh dari Pabrik Gula Tasikmadu
kromatografi lapis tipis. Ke dalam larutan
Karanganyar Jawa Tengah.
yang
Peralatan
ditambah dengan NaCl sebanyak 8 gram
asetat.
Semua
bahan
Peralatan
meliputi
berasal
yang
alat
gelas
digunakan
laboratorium,
dengan
telah
menggunakan
dihrolisis
dan
terdehidrasi
kemudian diekstraksi menggunakan corong
pisah sampai terbentuk 2 lapisan.
Fase
seperangkat alat refluks, shoklet, dan
organik yang mengandung senyawa 2-
distilasi, evaporator Buchi, timbangan
furanaldehida diambil.
elektronik, eksikator, plat KLT, lampu UV
Pemurnian 2-furanaldehida
254 nm dan 366 nm (Camac UV-Cabinet
Lapisan organik yang mengandung
II), pemanas dan pengaduk magnet,
2-furanaldehida didistilasi sederhana dan
mantle heater, pH meter (Lutron-208),
distilat ditampung pada suhu sekitar 78 dan
dan Spektrometer Infra Merah Shimadzu
110 C. Distilat berupa pelarut etanol dan
8201 PC.
toluena, sedangkan
Cara Penelitian
furanaldehida
Ekstraksi contoh ampas tebu dengan
dimurnikan dengan distilasi vakum dan
metode ASTM D 1105-96
distilat ditampung pada suhu sekitar 140 C
filtrat merupakan 2-
kasar
yang
selanjutnya
o
Ampas tebu dikeringkan dengan
cara
o
diangin-anginkan
kemudian
Karakterisasi
2-furanaldehida
yang
2-furanaldehida
yang
diperoleh
dihaluskan atau diblender dan diayak
Produk
dengan ukuran 100 mesh. Selanjutnya
diperoleh diidentifikasi dengan uji warna
sebanyak 10 gram ampas tebu halus
anilin asetat. 2-furanaldehida murni akan
diekstraksi
menunjukkan warna merah tua dengan
dengan
ekstraktor
soklet
menggunakan pelarut etanol:toluena (1:2)
adanya
sebanyak 300 ml selama 8 jam. Ekstraksi
Karakterisasi struktur 2-furanaldehida lebih
dilanjutkan
lanjut
dengan
pelarut
etanol
penambahan
dilakukan
anilin
analisis
asetat.
dengan
sebanyak 300 ml selama 2 jam. Semua
menggunakan spektrometer infra merah
pelarut yang telah mengandung pentosan
(FT IR, Shimadzu 8201 PC).
dikumpulkan
untuk
digunakan
pada
proses selanjutnya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesis 2-furanaldehida dari larutan
Isolasi dan Sintesis 2-furanaldehida dari
pentosan
Limbah Ampas Tebu
Campuran toluena-etanol
mengandung
Senyawa
2-furanaldehida
pentosan
merupakan senyawa yang kurang larut
refluks
dalam air, tetapi larut dalam alkohol, eter,
kemudian ditambah dengan 100 mL
dan benzena. Senyawa 2-furanaldehida
H2SO4
dapat
dimasukkan
ke
30%.
dehidrasi
senyawa
yang
dalam
Proses
dilakukan
alat
hidrolisis
melalui
dan
refluks
dibuat
pertanian
dari
yang
bahan
banyak
baku
limbah
mengandung
selulosa,
terutama
adalah
senyawa
hidrolisis dapat berlangsung lebih efektif dan
senyawa 2-furanaldehida dapat terbentuk
pentosan.
Limbah ampas tebu (bagasse)
lebih banyak daripada dilakukan proses
dapat dijadikan alternatif bahan baku
hidrolisis langsung terhadap sampel ampas
pembuatan
tebu. Hal ini dikarenakan apabila hidrolisis
karena
senyawa
di
2-furanaldehida,
dalam
mengandung
bagasse
selulosa
yaitu
masih
tebu dilakukan langsung terhadap ampas
pentosan
tebu, diperkirakan reaksi akan berlangsung
kurang efektif.
dalam jumlah yang cukup banyak.
Proses
sintesis
furanaldehida
dari
senyawa
sampel
Sampel
2yang
yang
digunakan
pada
percobaan ini adalah serbuk ampas tebu
mengandung pentosan dilakukan dengan
yang
cara
dilakukan dengan jalan diangin-anginkan.
menghidrolisis
pentosan
dengan
kering.
berlangsung
karena
suatu
terdapat dalam ampas tebu tidak ikut
monosakarida
(pentosan)
direaksikan
menguap. Sedangkan tujuan penghalusan
dengan larutan asam maka akan terjadi
sampel adalah untuk memperluas bidang
reaksi
permukaan sampel yang akan diekstraksi.
dan
dehidrasi.
Pada
Ekstraksi
reaksi hidrolisis senyawa pentosan akan
agar
senyawa
tebu
Hal
hidrolisis
bertujuan
ampas
menggunakan asam kuat. Hal ini dapat
apabila
ini
Pengeringan
dilakukan
yang
dengan
diperoleh senyawa pentosan. Kemudian
menggunakan
metode
sokletasi
karena
dianjutkan dengan reaksi dehidrasi yang
sampel
akan
diekstrak
dalam
menghasilkan senyawa
2-furanaldehida.
percobaan ini berwujud padat sehingga
Pada reaksi hidrolisis dan dehidrasi ini
proses ekstraksi yang efektif untuk sampel
menggunakan katalis asam kuat yaitu
padatan adalah ekstraksi kontinu (sokletasi).
asam sulfat.
Penggunakan
yang
metode
sokletasi
dilakukan
ini
karena pada metode ini ekstraksi dilakukan
didasarkan pada sifat senyawa pentosan
secara berkelanjutan sehingga pelarut yang
yang dapat larut dalam alkohol, benzena,
digunakan lebih sedikit dan juga lebih efektif
dan eter. Selain itu senyawa pentosan dan
dalam
2-furanaldehida bersifat sedikit nonpolar
diisolasi. Pelarut yang digunakan dalam
sehingga
pelarut
proses ekstraksi adalah toluena dan etanol.
memiliki kepolaran hampir sama (kaidah
Alasan pemilihan toluena adalah karena
like dissolve like).
toluena merupakan turunan dari senyawa
dapat
pada
larut
percobaan
dalam
Proses ekstraksi dilakukan untuk
mengisolasi
/
melarutkan
senyawa
mengikat
mempunyai
secara
Proses isolasi senyawa pentosan
yang
juga
ekstraksi
senyawa
keuntungan
yang
akan
benzena. Dan mempunyai toksisitas yang
lebih rendah daripada benzena.
proses
Setelah dilakukan ekstraksi, ekstrak
diharapkan
(larutan toluena-etanol) yang mengandung
senyawa pentosan yang dapat diubah
senyawa pentosan dihidrolisis dengan asam
menjadi senyawa 2-furanaldehida dapat
sulfat menggunakan alat refluks. Pemanas
terlarut dalam pelarut, sehingga reaksi
yang digunakan pada proses hidrolisis ini
pentosan.
ekstraksi
Dengan
terlebih
dilakukan
dahulu
adalah
hot
plate
katalis
H2SO4
stirer.
30%
Penggunaan
didasarkan
pada
Larutan toluena-etanol yang telah
dihidrolisis berwarna coklat tua. Hal ini
penelitian sebelumnya bahwa konsentrasi
sesuai
asam yang dapat menghidrolisis pentosa
furanaldehida yang merupakan cairan yang
dari ampas tebu yang maksimal adalah
berwarna kecoklatan dan berbau khas. Jadi
30%. Hidrolisis ini dilakukan selama ± 4,5
kemungkinan ekstrak yang telah dihidrolisis
jam dengan menggunakan katalis H2SO4
tersebut adalah larutan 2-furanaldehida.
30% di dalam alat refluks. Untuk menjaga
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada
agar suhu konstan digunakan penangas
gambar penelitian.
digunakan suhu ± 60-70
C. Suhu ini
sifat
fisik
senyawa
2-
Larutan toluena-etanol yang sudah
minyak goreng. Pada proses hidrolisis
o
dengan
dihidrolisis tersebut kemungkinan masih
didasarkan pada penelitian sebelumnya
mengandung
oleh yang menyatakan bahwa suhu yang
senyawa
efektif
dilakukan pemisahan senyawa organik yang
untuk
menghidrolisis
o
pentosan
senyawa
anorganik.
pengotor
Sehingga
perlu
diisolasi
dari
refluks juga dimasukkan magnetic stirer
senyawa
organik
yang bertujuan untuk mengaduk ekstrak
dilakukan dengan menggunakan metode
pada saat proses hidrolisis. Penggunaan
ekstraksi menggunakan corong pisah. Ke
magnetic stirer ini bertujuan agar terjadi
dalam ekstrak dimasukkan NaCl, kemudian
tumbukan
senyawa
diekstraksi sampai terbentuk 2 lapisan.
pentosan dengan katalis asam kuat (asam
Lapisan atas berwarna kuning muda dan
sulfat) dalam sistem yang efektif dan
lapisan
homogen sehingga reaksi hidrolisis akan
Senyawa 2-furanaldehida lebih mudah larut
berlangsung
lebih
Dengan
dalam senyawa toluena-etanol, akan tetapi
penggunaan
ekstrak
toluen-
etanol dan NaCl larut dalam air sehingga
etanol), maka ukuran molekul pentosan
senyawa yang diperoleh (2-furanaldehida)
menjadi
bidang
akan lebih suka larut dalam toluena yang
antara molekul pentosan
berada pada lapisan atas. Hal ini didasarkan
dengan asam sulfat menjadi lebih besar,
pada sifat fisik dari toluena yang memiliki
sehingga tumbukan yang terjadi semakin
masa jenis kurang dari masa jenis air yaitu
banyak dan reaksi dapat berlangsung
0,8669 g/mL.
berkisar antara 60-70
antara
lebih
persentuhan
kecil
C. Dalam alat
molekul
optimal.
(larutan
sehingga
hidrolisis adalah sebagai berikut:
Pentosan menjadi pentosa
bawah
dari
diperoleh
Pemisahan
pengotornya
berwarna
Larutan
lebih optimal.
Reaksi yang terjadi pada proses
pengotornya.
dan
coklat
2-furanaldehida
tersebut
masih
ini
teh.
yang
mengandung
pelarut yang digunakan untuk ekstraksi
(toluena, etanol dan air), sehingga perlu
dilakukan pemurnian untuk memperoleh
senyawa
Pentosa menjadi senyawa furfural
2-furanaldehida
Pemurnian/pemisahan
furanaldehida
dengan
dari
yang
senyawa
pelarutnya
menggunakan
murni.
distilasi.
2-
dilakukan
Hal
ini
karena perbedaan titik didih antara pelarut
spektrometer IR (Infra Red) Shimadzu FTIR
dengan senyawa
2-furanaldehida cukup
8201 PC. Hasil dari analisis gugus fungsi
besar. Distilasi dilakukan sampai suhu ±
menggunakan spektrofotometer Infra Red
o
150 C. Pada suhu tersebut diperkirakan
(IR) dari senyawa yang diisolasi diperoleh
semua pelarut sudah menguap dan residu
spektum IR
yang
Gambar 3.
tertinggal
adalah
senyawa
2-
yang dapat dilihat pada
2-
Pada spektrum IR pada Gambar 3
furanaldehida memiliki titik didih 160 C.
tersebut terdapat puncak-puncak penting,
Sedangkan distilatnya merupakan pelarut
yaitu pada bilangan gelombang 3116,97
yang terdiri dari toluena dan etanol.
cm
Mekanisme reaksi perubahan pentosan
streching C-H aromatis yang diperkuat oleh
menjadi 2-furfuralehida dengan katalis
serapan pada 1604,77 cm
furanaldehida,
karena
senyawa
o
yang menunjukkan adanya vibrasi
-1
dan 1504,48
-1
asam dapat dilihat pada Gambar 1.
Senyawa
-1
cm yang menunjukkan serapan dari vibrasi
2-furanaldehida
C=C. Serapan pada bilangan gelombang
-1
merupakan senyawa yang dapat bereaksi
2924,09 cm
positif dengan reagen anilin-asetat. Reaksi
aldehida.
Serapan
antara senyawa 2-furanaldehida dengan
gelombang
1712,79
reagen anilin-asetat memberikan warna
adanya gugus karbonil aldehida. Tidak
merah yang spesifik. Warna merah yang
adanya serapan yang tajam pada bilangan
terbentuk
gelombang 1300 cm
pada
reaksi
antara
2-
menunjukkan adanya gugus
furanaldehida dengan reagen anilin-asetat
adanya
gugus
tidak akan terbentuk jika gugus aldehid
selulosa dan lignin.
pada
cm
-1
OH
-1
bilangan
menunjukkan
menunjukkan tidak
yang
berasal
dari
rusak,
Karakteristik senyawa yang diisolasi
sebagai contoh karena oksidasi asam
yaitu berwujud cairan kental yang berwarna
piromusat atau reduksi menjadi furfural
coklat tua dan berbau khas seperti almond.
alkohol.
Berdasarkan analisis gugus fungsi dengan
pada
senyawa
Hasil
dengan
2-furanaldehida
reaksi
reagen
antara
senyawa
anilin-asetat
memberikan
warna
menyatakan
reaksi
tua
dengan
reagen
anilin-asetat
dan
yang
karakteristik senyawa yang dihasilkan maka
terhadap
dapat disimpulkan bahwa senyawa yang
senyawa 2-furanaldehida (Gambar 2). Hal
diisolasi dari ampas tebu dengan metode
ini berarti senyawa yang telah diisolasi
ekstraksi
kemungkinan
senyawa 2-furanaldehida.
adalah
merah
tersebut
spektrometer IR dan hasil reaksi senyawa
positif
senyawa
2-
Kelebihan
furanaldehida.
Analisis
selanjutnya
dilakukan
untuk mengetahui adanya gugus fungsi
soklet
dan
Isolasi
hidrolisis
dengan
adalah
Metode
Sokletasi
Senyawa
2-furanaldehida
yang
pada senyawa yang dihasilkan untuk lebih
dihasilkan dari 10 gram ampas tebu dengan
menguatkan bahwa senyawa tersebut
metode sokletasi adalah 1.1476 gram.
adalah 2-furanaldehida. Analisis gugus
Rendemen senyawa 2-furanaldehida yang
fungsi ini dilakukan dengan menggunakan
diperoleh adalah sebesar 11,476%.
yang
Berdasarkan penelitian terdahulu
furanaldehida yang diperoleh dari penelitian
dilakukan
ini adalah 11.476%.
Wikandari
[6]
Mitarlis
dan
mengenai
Retno
isolasi
2-
furanaldehida dengan metode hidrolisis
ampas tebu yang diperoleh kadar 2-
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis
menyampaikan
terimakasih
furanaldehida sebesar 11.05%. Hal ini
kepada DP2M DKTI yang telah mendanai
membuktikan bahwa metode ekstraksi
penelitian
soklet lebih efektif untuk mengisolasi
Berasing
senyawa 2-furanaldehida pada ampas
023/SP2H/PL/Dit.Litabmas/IV/2011 Tanggal
tebu daripada metode hidrolisis ampas
14 April 2011.
ini
melalui
dengan
Penelitian
Nomor
Hibah
Kontrak
tebu secara langsung. Hal ini karena
senyawa
organik
(pentosan)
yang
terdapat dalam ampas tebu telah diikat
terlebih dahulu oleh campuran pelarut
yaitu
toluena-etanol.
Karena
DAFTAR RUJUKAN
[1] Anonim, 2002, Tanaman Obat Indonesia
(Tebu), BPPT.
ukuran
[2] Guntoro, D., Purwono, Sarwono, 2005,
molekul pentosan yang akan mengalami
Kompos “Bagase” Atasi Kelangkaan
hidrolisis lebih kecil, maka kemungkinan
Pupuk,
terjadinya
Pertanian, Fakultas Pertanian IPB,
tumbukan
efektif
antara
molekul dengan katalis menjadi semakin
besar sehingga reaksi hidrolisis dapat
berlangsung lebih efektif
Departemen
Budi
Daya
Bogor.
[3] Utomo, S.B. dan Susilowati, E., 2007,
Jurnal Enviro, 9 (1), 21-27.
[4] Sugito, J., 1992, Pembudidayaan Tebu di
KESIMPULAN
Toluena
Lahan Sawah dan Tegalan, cetakan
dan
etanol
dapat
pertama, Penebar Swadaya, Jakarta
dijadikan sebagai pelarut yang baik untuk
[5] Wijanarko, A., Witono, J.A., Wiguna,
ekstraksi senyawa pentosan dalam limbah
M.S., 2006, Journal of the Indonesian
ampas tebu (bagasse). Pentosan hasil
Oil and Gas Community, Komunitas
isolasi
Migas Indonesia.
selanjutnya
dapat
dijadikan
senyawa 2-furanaldehida melalui reaksi
hidrolisis
katalis
dan
asam
LAMPIRAN
dehidrasi
sulfat.
menggunakan
Rendemen
2-
[6] Mitarlis dan Wikandari, P.R., 2005, Indo.
J. Chem., 5 (3), 219-223.
+
O
C
H
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
+H
OH
OH
OH
C+
C
H
H
C
OH
HO
C
H
C
H
C
H
C
OH
H
HO
C
H
OH
H
C
OH
+
-H
+
-H
CH2OH
CH2OH
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
+
+
+H
H
CH2OH
CH2OH
Xilosa
OH
C
+H
-H
H
C
+
+
+
OH
OH2
C
H
H
C
OH
+
H
+H 2 O
H
C
H
C
OH
H
-H 2O
C
H
+H 2 O
OH
C
H
C
H
C
OH
C
OH
H
-H
HC
C
OH
C
C
H
C
H
O
OH
C
H
C
O
OH
H
CH2OH
H
H
+
OHC
+H2O
CH2
H
H
C
HC
OH
CH
OH
HC
O
H
H2C
C+
CHO
-H
+
C
HC
O
C
H2
+
CH
CH2OH
-H 2O
C
O
HC
C
CHO
+
C
H2
+
O
H
H2O +
+
+H
H
+
+H
-H
CH2OH
OHC
C
O
HC
C
C
OH
H
+H
OH
CH2OH
OHC
+
C
H
C+
H
H2O+
C
HC
C
CH2OH
CH2OH
+
-H
O
H
O
C
+
H
C+
+
O
-H
O
C
-H 2O
CH2OH
O
+H
OH
O
C
CH
C
H
2-Furfuraldehida
Gambar 1 Mekanisme reaksi perubahan pentosan menjadi 2-furanaldehida
furanaldehida
O
CH 3COOH
CH
H
C
+ H 2N
N
O
O
2-furanaldehida
Anilin
Kompleks Anilin Furfural
Gambar 2 Identifikasi 2-furanaldehida dengan uji warna
Gambar 3 Spektrum IR 2-furanaldehida hasil isolasi dan sintesis