AlCl 3 YANG DIIMPREGNASI PADA SILIKA GEL

STUDI REAKSI ASILASI NAFTALENA DENGAN ASETIL KLORIDA MENGGUNAKAN KATALIS CAIRAN IONIK [BMIM]Cl/AlCl3 YANG DIIMPREGNASI PADA SILIKA GEL Amelia Nurul Rachma, Widyastuti Samadi, dan Riswiyanto Siswoyo

Departemen Kimia, FMIPA UI,Kampus UI Depok 16424 [email protected], [email protected], riswi @ui.ac.id

Abstract

Aromatic ketones as reactive intermediates are used for the production of fine chemicals, especially in the fragrance industry and pharmaceutical industry. On the industrial scale, the use of metal halide types of acids (AlCl3, FeCl3), which are preferred catalysts, creates work-up and effluent problems that cause environmental problems. To minimize the negative impact of the catalyst, alternative catalyst have been looking for and the ionic liquid catalyst as known as a green catalyst have been choice. Previous studies showed that the ionic liquid catalysts showed the effectiveness and has excellent selectivity for a chemical reaction. Thus, in this study, intend to compare the catalytic properties between several catalysts, such as AlCl3, ionic liquid [BMIM]Cl-Silica gel and [BMIM]Cl/AlCl3-Silica gel catalyst, by varying the temperature (room and the controlled temperature between 0ᵒ-5ᵒ C). The acylation reaction of naphthalene with acetyl chloride to produce Acetonaphthone. Determination of the catalytic properties ratio of the catalyst using GCMS, LCMS and FTIR. Acetonaphthone largest amount comes from the acylation reaction with [BMIM]Cl/AlCl3-Silica gel at a controlled temperature 0ᵒ-5ᵒ C amounted to 20.322%. Keywords: Friedel-Crafts acylation, catalyst, ionic liquid, [BMIM]Cl, acetonaphthone

1. PENDAHULUAN Reaksi asilasi Friedel-Crafts pada senyawa aromatik merupakan metode pilihan masa kini pada bidang kimia organik untuk mensintesis senyawa keton aromatik. Senyawa keton aromatik ini dapat digunakan sebagai senyawa intermediet reaktif 1 Studi reaksi..., Amelia Nurul Rachma, FMIPA UI, 2013

untuk menghasilkan produk kimia yang sering digunakan oleh masyarakat umum [1]. Bahkan, senyawa ini merupakan senyawa intermediet dasar dalam industri farmasi, fragrance, flavor, pewarna dan agrokimia [2]. Secara konvensional, reaksi asilasi elektrofilik dikatalisis oleh asam Lewis (seperti ZnCl2, AlCl3, FeCl3, SnCl4, dan TiCl4) atau asam protik kuat (seperti HF and H2SO4). Penggunaan logam halida dalam reaksi asilasi menimbulkan masalah yang terkait dengan terbentuknya kompleks kuat antara produk keton dengan logam halida itu sendiri, yang mendorong penggunaan lebih jumlah katalis dari stoikiometri reagennya. Hasil akhir dari reaksi tersebut biasanya memerlukan reaksi hidrolisis pada kompleks yang menyebabkan hilangnya katalis dan memberikan jumlah besar pada limbah buangan yang bersifat korosif [2]. Sehingga, katalis logam halida dianggap kurang efisien dan membahayakan bagi lingkungan. Pada umumnya reaksi asilasi memerlukan pelarut berbahaya yang mudah menguap, waktu reaksi yang cukup lama, sulit untuk di recovery dan dimurnikan kembali [3]. Oleh karena alasan tersebut, dalam beberapa dekade para ilmuwan melakukan berbagai penelitian untuk mencari katalis alternatif untuk mendapatkan reaksi asilasi Friedel-Crafts yang ramah lingkungan dan sesuai dengan tujuan umum dari ‘Revolusi Hijau’ proses kimia. Selain itu, juga untuk menemukan metode baru yang dapat meningkatkan efisiensi dari katalis [2]. Cairan ionik merupakan green catalyst menjadi perhatian ilmuwan sebagai katalis alternatif, terdiri dari anion dan kation senyawa garam dengan kompleksitas yang tinggi dan struktur kristal yang lemah membuat cairan ionik berwujud cairan. Sifat fisika dan kimia dapat diatur berdasarkan kombinasi jenis kation dan anion. Pemilihan kation akan mempengaruhi titik lebur, viskositas, dan stabilitas reduksi elektrokimia. Pemilihan anion akan mempengaruhi kelarutan dalam air atau pelarut lain, viskositas, stabilitas thermal, stabilitas oksidasi elektrokimia [4]. Ada tiga komponen penting dari cairan ionik ini. Yaitu, terdapat bagian kation, anion, dan subtituen alkil (R) yang juga merupakan bagian dari kation. Ketiga komponen itu bisa divariasikan untuk mendapatkan sifat fisika dan kimia yang berbeda. Memperpanjang gugus alkil (R) akan menurunkan kelarutan dalam air dengan cara meningkatkan hidrofobisitas dari kationnya [5]. Komponen cairan ionik ini terlihat pada Gambar 1.

2 Studi reaksi..., Amelia Nurul Rachma, FMIPA UI, 2013

Gbr 1. Kation dan Anion dari Cairan ionik

Studi asilasi Friedel-Crafts menggunakan [BMIM]Cl dilakukan pertama kali oleh Deng et al. mengenai aplikasi cairan ionik sebagai katalis pada reaksi antara alkohol dengan asam asetat [6]. Pada pertengahan tahun 2012, Fairuz berhasil melakukan reaksi asilasi antara toluena dengan asetil klorida dengan katalis [BMIM]PF6 yang diimpregnasikan pada silika gel [7]. Sebagai katalis, cairan ionik merupakan senyawa yang sangat reaktif sehingga dalam penggunaannya perlu diimpregnasi pada suatu penyangga atau framework yang dalam hal ini adalah silika gel. Cairan ionik yang diimpregnasi menjadikannya suatu katalis heterogen yang akan bersifat lebih selektif sehingga diharapkan produk dengan jumlah optimum dapat terbentuk. Selain itu, silika gel berperan untuk memperbesar luas permukaan cairan ionik dan mudah untuk diregenerasi. Pada penelitian ini, akan dilakukan studi lebih mendalam mengenai efektivitas cairan ionik sebagai katalis pada reaksi asilasi naftalena dan asetil klorida menggunakan katalis [BMIM]Cl/AlCl3–Silika gel dengan cara membandingkan produk akhir, yaitu asetonafton dari hasil reaksi menggunakan tiga katalis berbeda, yaitu AlCl3, [BMIM]Cl–Silika gel, dan [BMIM]Cl/AlCl3–Silika gel. Reaksi asilasi dilakukan pada kondisi suhu ruang dan suhu yang dijaga antara 0˚-5˚C. 2. METODE PENELITIAN

2.1. Bahan-Bahan


Tetraetilortosilikat, TEOS 99% (Shintetsu), HCl 4 M, 1-buthyl-3-methylimidazolium chloride, [BMIM]Cl (Merck), Dietyl ether, Naftalena, Asetil Klorida (Merck), Aluminium Triklorida, Aquademin.

2.2. Sintesis Silika Gel

Silika gel dibuat dengan cara mencampurkan 10 mL TEOS (tetra etil orto silikat), 1,9 mL HCl 4M, dan 6 mL aquademin dalam labu evaporator. Campuran kemudian dirotavapor selama 3 jam hingga terbentuk sol gel. Sol gel pada dinding labu di ambil dan didiamkan selama 24 jam. Setelah itu, sol gel dipanaskan dalam oven pada suhu 110 °C selama 4 jam. Hasilnya ditimbang yang selanjutnya dikarakterisasi dengan FT-IR.

2.3. Sintesis [BMIM]Cl-SiO2 dengan menggunakan metode impregnasi

Katalis [BMIM]Cl-Silika Gel dibuat dengan cara mencampurkan 0.25 gram [BMIM]Cl, 1.25 gram silika gel, dan 2.5 mL eter, kemudian diaduk dengan magnetic stirrer selama 30 menit. Setelah itu, campuran dioven selama 1 jam pada suhu sekitar 55℃. Hasil reaksi kemudian dikarakterisasi menggunakan FT-IR.

2.4. Penentuan Kondisi Optimum pada Reaksi Asilasi Toluena dengan Asetil Klorida

Menggunakan Katalis [BMIM]PF6-Silika Gel Uji perbandingan sifat katalisis dari ketiga katalis ini dilakukan melalui reaksi asilasi naftalena dengan asetil klorida. Reaksi asilasi dengan katalis cairan ionik [BMIM]Cl/AlCl3-Silika Gel dilakukan pada keadaan yang berbeda, pada suhu kamar dan suhu yang dikontrol pada 0ᵒ-5ᵒC . Reaksi asilasi dengan katalis cairan ionik [BMIM]Cl/AlCl3-Silika Gel, dilakukan dengan cara mencampurkan 0.6106 gram naftalena, 0.17 mL asetil klorida, 2.4 mL sikloheksana, 0.31 gram AlCl3 dan 0.25 gram katalis [BMIM]Cl-Silika Gel yang telah dibuat sebelumnya. Campuran kemudian diaduk dengan magnetic stirrer selama 9 jam.


Reaksi asilasi dengan katalis AlCl3 dan katalis cairan ionik [BMIM]Cl-Silika Gel dilakukan pada kondisi suhu dengan hasil terbaik dari uji dengan katalis cairan ionik [BMIM]Cl/AlCl3-Silika Gel. Reaksi dengan katalis AlCl3 dilakukan dengan cara mencampurkan 0.6106 gram naftalena, 0.17 mL asetil klorida, 0.31 gram AlCl3, dan 2.4 mL sikloheksana dalam botol coklat. Campuran kemudian diaduk dengan magnetic stirrer selama 9 jam. Reaksi asilasi dengan katalis [BMIM]Cl-Silika Gel, dilakukan dengan cara mencampurkan 0.6106 gram naftalena, 0.17 mL asetil klorida, 2.4 mL sikloheksana dan 0.25 gram katalis [BMIM]Cl-Silika Gel yang telah dibuat sebelumnya. Campuran kemudian diaduk dengan magnetic stirrer selama 9 jam. Hasil reaksi yang terbentuk kemudian dikarakterisasi menggunakan FT-IR, GC-MS dan LC-MS.

2.5. Karakterisasi

Gugus fungsi dari silika gel maupun hasil impregnasi [BMIM]Cl-Silika gel dianalisis menggunakan Shimadzu IR Prestige-21. Produk asetonafton yang terbentuk dari hasil reaksi asilasi Friedel Crafts diidentifikasi menggunakan Fourier Transform InfraRed (FTIR) untuk menganalisis gugus keton (-C=O). Kemudian dilakukan pula karakterisasi menggunakan Liquid Chromatograpy Mass Spectroscopy (LCMS) dengan metode Polarity Mode Positive untuk melihat fragmentasi dari asetonafton (m/z 171). Selanjutnya karakterisasi menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS) untuk mendapatkan % produk asetonafton yang terbentuk. 3.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Silika gel dibuat dengan cara mencampurkan 10 mL TEOS (Tetra Etil Ortho Silikat), 1.9 mL HCl 4M, dan 6.5 mL aquades dalam labu evaporator. HCl berfungsi sebagai pemberi suasana asam dan juga sebagai katalis asam yang mempercepat terbentuknya hidrogel. Campuran kemudian dirotavapor selama 3 jam hingga terbentuk sol gel. Penggunaan rotavapor berfungsi agar pengadukan lebih sempurna. Sintesis silika gel ini meliputi dua tahap reaksi, yaitu reaksi hidrolisis dan reaksi kondensasi. Reaksi hidrolisis menghasilkan silika hidrogel dan etanol sebagai produk samping. Sol gel yang terbentuk akan menempel

pada dinding labu kemudian

dipindahkan ke dalam cawan penguap, setelah itu didiamkan selama 24 jam. Hal ini 5 Studi reaksi..., Amelia Nurul Rachma, FMIPA UI, 2013

dilakukan untuk menguapkan alkohol yang merupakan produk samping dan menstabilkan silika hidrogel yang terbentuk. Setelah itu, sol gel dipanaskan dalam oven pada suhu 100℃ selama 4 jam bertujuan untuk menguapkan aquades (air) yang bersisa pada reaksi dan mengubah silika hidrogel menjadi silika gel. Saat molekul air berkurang, maka permukaan silika gel menjadi lebih luas dan volume pori silika gel menjadi lebih besar sehingga adsorpsi fisik atau kimia akan menjadi lebih efektif dan efisien. Dengan pemanasan ini juga, gugus silanol yang sudah tidak terikat dengan molekul air siap untuk berikatan kovalen dengan gugus fungsi organik yang dalam penelitian ini adalah N dari cairan ionik [BMIM]Cl. Spektrum FTIR silika gel ditunjukkan pada Gambar 2.

Si-OH bebas vibrasi tekuk -OH Si-OH bebas vibrasi ulur

Si-OSi

Gbr 2. Data grafik FTIR silika gel Terdapat peak baru pada bilangan gelombang 3275.13 cm-1 yang merupakan peak dari gugus –OH pada gugus silanol (Si-OH). Gugus silanol (Si-OH) stretching memiliki daerah bilangan gelombang sekitar 3700-3200 cm-1. Selain itu, terlihat juga peak pada bilangan gelombang 460.99 cm-1 yang menunjukkan vibrasi tekuk dari gugus siloksan (Si-O-Si). Bilangan gelombang 802.39 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur simetrik dan pada bilangan gelombang 1089.78 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur asimetrik dari gugus silokan (Si-O-Si).


Katalis [BMIM]Cl-Silika Gel dibuat dengan cara metode impregnasi katalis cairan ionik [BMIM]Cl pada silika gel. Impregnasi dilakukan dengan mencampurkan 0.25 g [BMIM]Cl, 1.25 g silika gel, dan 2.5 mL eter, kemudian diaduk dengan magnetic stirrer selama 30 menit. Eter disini berfungsi sebagai cairan yang akan membantu immobilisasi katalis cairan ionik untuk masuk ke dalam silika gel. Setelah itu, campuran dioven selama 1 jam pada suhu sekitar 55℃. Hal ini dilakukan untuk menguapkan sisa eter yang digunakan. Hasil yang terbentuk berwujud serbuk berwarna putih. Hasil reaksi kemudian dikarakterisasi menggunakan FT-IR. Impregnasi bertujuan agar katalis yang terbentuk adalah katalis heterogen, sehingga ini memiliki fasa yang berbeda dengan substrat maka akan lebih mudah dalam proses pemisahan dari produknya. Selain itu, immobilisasi bertujuan untuk memperluas permukaan sentuh dari katalis cairan ionik dan untuk menggabungkan dua sifat menguntungkan. Katalis yang memiliki aktifitas dan selektifitas yang tinggi ditingkatkan

daya

ekonomisnya

karena

dapat

diregenerasi

karena

telah

diimpregnasikan pada silika gel. Interaksi yang terjadi antara silica gel dan katalis cairan ionik adalah ikatan hidrogen antara atom N dan atom H. Spektrum FTIR dari hasil impregnasi [BMIM]Cl-silika gel ditampilkan dalam Gambar 3.

Ikatan N-H

Si-OH bebas vibrasi tekuk

Si-OH bebas vibrasi ulur

-Cl

Gbr 3. Grafik [BMIM]Cl-Silika gel


Analisa spektrum FTIR impregnasi [BMIM]Cl-Silika gel ditunjukkan pada Gambar 3. Terdapat peak pada daerah bilangan gelombang 3100 cm-1 yang merupakan peak dari ikatan =C-H stretching pada gugus aromatik, kemudian pada daerah bilangan gelombang 2966.52 cm-1 yang merupakan peak dari ikatan C-H pada gugus alkil. Sedangkan pada daerah bilangan gelombang 1570.06 cm-1 menunjukkan bahwa terdapat ikatan C=C stretching yang berasal dari gugus aromatik. Pada bilangan gelombang 1465.90 cm-1 menunjukkan bahwa terdapat ikatan C-N stretching pada gugus aromatik. Pada daerah bilangan gelombang 800-600 cm-1 muncul peak yang berasal dari gugus -Cl. Seluruh peak tersebut yang disebutkan merupakan peak yang berasal dari cairan ionik [BMIM]Cl. Peak yang berasal dari silika gel, ditunjukkan pada daerah bilangan gelombang 3161.33 cm-1 yang berasal dari ikatan O-H pada gugus silanol. Selain itu, terdapat daerah bilangan gelombang 1083.99 cm-1 yang merupakan peak vibrasi ulur asimetrik dari gugus siloksan dari struktur tetrahedral dan pada daerah bilangan gelombang 460.99 cm-1 yang merupakan peak vibrasi tekuk dari gugus siloksan (SiO-Si). Sedangkan interaksi antara silika gel dengan [BMIM]Cl ditunjukkan pada adanya broadening peak dan vibrasi dari ikatan N-H pada bilangan gelombang 3600 cm-1. Perbandingan dari spektrum silika gel dan impregnasi katalis ditunjukkan pada Gambar 4.

Gbr 4. Grafik Perbandingan silika gel dengan [BMIM]Cl-Siilika gel


Setelah

sintesis

[BMIM]Cl-silika

gel

dilakukan

dilanjutkan

dengan

uji

perbandingan reaksi asilasi dengan ketiga katalis. Pada reaksi asilasi dengan katalis [BMIM]Cl/AlCl3-silika gel dilakukan dalam dua kondisi suhu yang berbeda (suhu kamar dan suhu yang dikontrol 0˚-5˚C) dan menggunakan fraksi mol AlCl3 (XAlCl3) sebesar 0.57. Hal ini bertujuan agar diperoleh katalis asam Lewis yang lebih stabil saat [BMIM]Cl dengan AlCl3 membentuk senyawa anion kompleks.

Al2Cl7- adalah asam Lewis dan Cl- adalah basa Lewis. Ratio AlCl3 yang lebih besar dari pada [BMIM]Cl akan menyediakan konsentrasi Al2Cl7- yang lebih tinggi [3]. Produk yang terbentuk adalah asetonafton, cairan berwarna kuning. Karakterisasi pertama menggunakan FTIR sebagai uji kualitatif untuk menentukan gugus keton yang berasal dari produk, asetonafton. Gugus keton dari senyawa karboksilat berada pada daerah bilangan gelombang 1710-1720 cm-1 [8]. Spektrum FTIR dari hasil reaksi ditunjukkan pada Gambar 5.

Gbr 5. Spektrum FTIR reaksi asilasi dengan katalis cairan ionik [BMIM]Cl/AlCl3Silika Gel pada suhu yang dikontrol 0ᵒ-5ᵒC (kiri) dan suhu kamar (kanan)

Pada Gambar 5 menunjukkan adanya puncak dari vibrasi ikatan –C=O (gugus keton)

pada

bilangan

gelombang

1715.71

cm-1.

Karakterisasi

selanjutnya

menggunakan LCMS sebagai uji kualitatif untuk memastikan bahwa gugus keton berasal dari produk asetonafton, yaitu dilihat dari m/z asetonafton sebesar 170. Spektrum LC-MS dari hasil reaksi ditunjukkan pada Gambar 6.


Gbr 6. Spektrum LCMS reaksi asilasi dengan katalis cairan ionik [BMIM]Cl/AlCl3Silika Gel pada suhu yang dikontrol 0ᵒ-5ᵒC (atas) dan suhu kamar (bawah)

Pada Gambar 6 ditemukan puncak asetonafton pada m/z 171.3 dan fragmentasi yang tepat untuk senyawa asetonafton. Metode yang digunakan pada pengujian dengan LCMS ini yaitu Polarity mode positive. Selanjutnya dilakukan uji kuantitatif dengan GCMS. Metode GCMS pada reaksi asilasi dengan katalis [BMIM]Cl/AlCl3silika gel menggunakan suhu inlet sebesar 270˚C. Spektrum GCMS hasil reaksi ditunjukkan pada Gambar 7. Abundance

Abundance [_GCMS_SMT]*TIC: BMIM_CL1.D\ data.ms 18.580

[_GCMS_SMT]*TIC: BMIM_CL2.D\ data.ms

80000

60000

18.716 75000

55000

16.934

70000 65000

18.562 16.909 17.990

50000

15.185 16.510

60000

16.113

45000 16.805 16.621

55000 12.455

40000

50000 45000

12.427 35000

40000

30000

15.201 15.268

35000

25000 30000

20000 25000 20000

15000

15000

10000

10000

5000 5000

0

0

14.00

13.0014.0015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.00 Time-->

16.00

18.00

20.00

22.00

24.00

26.00

Time-->

Gbr 7. Spektrum GCMS reaksi asilasi dengan katalis cairan ionik [BMIM]Cl/AlCl3Silika Gel pada suhu yang dikontrol 0ᵒ-5ᵒC (kiri) dan suhu kamar (kanan)

Pada Gambar 7 didapatkan puncak dari senyawa asetonafton pada waktu retensi 15.187 (kiri) dan 15.201 (kanan) sesuai dengan hasil fragmentasinya pada m/z 171. Secara keseluruhan baik uji kualitatif atau pun uji kuantitatif ditunjukkan pada Tabel 1.


Tabel 1. Perbandingan

hasil

reaksi

asilasi

naftalena

dengan

katalis

[BMIM]Cl/AlCl3-Silika Gel

Suhu

Kamar Kontrol 0˚-5˚C

FTIR

LCMS

GCMS

Luas Area

Luas Area Puncak

Puncak –C=O

Asetonafton

2.165

1.9778x105

11.753%

4.36

4.2659x105

20.322%

%Produk Dari Total

Pada Tabel 1 menunjukkan bahwa reaksi asilasi pada suhu yang dikontrol pada 0˚-5˚C memiliki luas area dan %produk yang lebih besar dibandingkan dengan reaksi pada suhu kamar. Maka untuk reaksi berikutnya dengan katalis AlCl3 dan [BMIM]Clsilika gel akan berlangsung dalam kondisi suhu yang dikontrol pada 0˚-5˚C. Reaksi asilasi selanjutnya dilakukan dengan menggunakan masing-masing katalis AlCl3 dan [BMIM]Cl-silika gel. Hasil akhir reaksi diuji kualitatif dengan FTIR untuk menentukan gugus ketonnya (-C=O). Spektrum FTIR dari reaksi asilasi ditunjukkan pada Gambar 8.

Gbr 8. Spektrum FTIR reaksi asilasi pada suhu yang dikontrol 0ᵒ-5ᵒC dengan katalis cairan ionik AlCl3 (kiri) dan [BMIM]Cl-Silika Gel (kanan) Pada Gambar 8 terdapat puncak dari gugus keton (-C=O) pada bilangan gelombang 1715.71 cm-1. Uji kualitatif berikutnya dengan LCMS untuk memastikan bahwa produk keton yang terbentuk adalah asetonafton dilihat dari puncak m/z-nya sebesar 171. Namun, dalam penelitian ini untuk hasil reaksi asilasi dengan katalis


[BMIM]Cl-silika gel tidak dilakukan karakterisasi dengan LCMS. Spektrum LCMS dari reaksi ditunjukkan pada Gambar 9.

Gbr 9. Spektrum LCMS reaksi asilasi dengan katalis AlCl3 pada suhu yang dikontrol 0ᵒ-5ᵒC

Pada Gambar 9 ditemukan puncak m/z 171.2 yang berasal dari asetonafton, sesuai dengan hasil fragmentasi yang diperoleh. Selanjutnya dilakukan uji kuantitatif dengan GCMS untuk mendapatkan %produk asetonafton. Metode GCMS yang digunakan dengan suhu inlet 250˚C. Spektrum GCMS dari reaksi ditunjukkan pada Gambar 10.

Abundance

Abundance TIC: ALCL3_U.D\ data.ms

1.4e+07

TIC: NON_ALCL3.D\ data.ms

9.114

9.139 1.4e+07

1.3e+07 1.2e+07

1.2e+07

1.1e+07 1e+07

1e+07

9000000 8000000

8000000

7000000 6000000

6000000

5000000 4000000

4000000

3000000 2000000

2000000

1000000 8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

22.00

24.443

25.895

21.272 24.00

8.00

26.00

10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00

Time-->

Time-->

Gbr 10. Spektrum GCMS reaksi asilasi pada suhu yang dikontrol 0ᵒ-5ᵒC: dengan katalis AlCl3 (kiri) dan dengan katalis cairan ionik [BMIM]Cl-Silika Gel (kanan)


Hasil spektrum GCMS pada Gambar 10 menunjukkan, reaksi asilasi dengan katalis AlCl3 terdapat puncak asetonafton pada waktu retensi 25.895 sesuai dengan hasil fragmentasinya. Sedangkan reaksi asilasi dengan katalis cairan ionik [BMIM]Clsilika gel tidak menunjukkan adanya puncak dan fragmentasi yang tepat dari asetonafton. Pada kedua spektrum juga muncul puncak dari naftalena pada waktu retensi 9.114 (kiri) dan 9.139 (kanan). Hasil dari uji kualitatif dan kuantitatif dari ketiga reaksi asilasi dengan katalis berbeda, ditampilkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Perbandingan hasil reaksi asilasi naftalena dengan katalis AlCl3, katalis cairan ionik [BMIM]Cl-Silika Gel dan [BMIM]Cl/AlCl3-Silika Gel pada suhu dikontrol 0ᵒ-5ᵒC

Katalis

AlCl3 [BMIM]Cl-Silika Gel [BMIM]Cl/AlCl3Silika Gel

FTIR

LCMS

Luas Area Puncak

Luas Area Puncak

–C=O

Asetonafton

GCMS %Produk Dari Total

0.761

9.6162x104

2.171%

1.05

-

-

4.36

4.2659x105

20.322%

Tabel 2 menunjukkan bahwa apabila diurutkan nilai luas area dan %produk dari yang terbesar terbesar, yaitu reaksi asilasi dengan katalis [BMIM]Cl/AlCl3-silika gel (suhu yang dikontrol pada 0ᵒ-5ᵒC) > katalis [BMIM]Cl/AlCl3-silika gel (suhu kamar) > AlCl3 (suhu yang dikontrol pada 0ᵒ-5ᵒC) > katalis [BMIM]Cl-silika gel (suhu yang dikontrol pada 0ᵒ-5ᵒC ). Diihat dari luas area puncak yang terbentuk, nilai yang dilakukan pada reaksi suhu yang dikontrol pada 0ᵒ-5ᵒC besarnya hampir 2x lipat dari nilai reaksi yang dilakukan pada suhu kamar. Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi asilasi Friedel-Crafts. Reaksi asilasi ini merupakan reaksi subtitusi elektrofilik aromatik yang menjadikan gugus asetil sebagai gugus elektrofil [9]. Pada awal reaksi, AlCl3 akan berperan sebagai asam Lewis karena memiliki kemampuan sebagai akseptor elektron. Senyawa elektrofil


(karbokation) akan berikatan atau tersubstitusi pada naftalena yang akan membentuk suatu asil naftalena. Namun, dengan adanya kehadiran katalis cairan ionik terlebih dulu membentuk senyawa anion kompleks yang memiliki sifat asam Lewis yang lebih asam dan bentuk yang lebih stabil [10]. Sehingga penarikan elektron dari asetil klorida semakin mudah dan cepat. [BMIM]Cl juga berfungsi sebagai jembatan yang mendekatkan fasa padat dari AlCl3 dengan fasa cair dari asetil klorida agar reaksi dapat berlangsung lebih cepat. OH

OH Si OH

OH

O

OH

Si OH

OH O

N

Si OH

N C Al 2 2-

l8

OH OH Si

OH

OH

OH

O

Si

OH

Si

O

OH

OH

O N

N

Al2Cl7 -

O

Cl

O

O

H

H+

HCl +

Gbr 11. Mekanisme reaksi asilasi dengan katalis [BMIM]Cl/AlCl3-silika gel

Reaksi asilasi yang hanya menggunakan katalis [BMIM]Cl-silika gel tidak dapat berlangsung. Karena [BMIM]Cl memiliki sifat basa Lewis, sehingga tidak dapat menarik elektron dari asetil klorida membentuk karbokation atau suatu senyawa elektrofil.


4. KESIMPULAN Sintesis silika gel berhasil dilakukan dengan TEOS sebagai prekursor. Immobilisasi katalis cairan ionik ke dalam silika gel berhasil dilakukan dengan metode impregnasi. Penggunaan katalis cairan ionik [BMIM]Cl dalam reaksi asilasi Friedel-Crafts antara naftalena dan asetil klorida dengan adanya kehadiran AlCl3 sangat berpengaruh. Dilihat dari %produk hasil GCMS terbesar yaitu reaksi asilasi dengan katalis [BMIM]Cl/AlCl3-silika gel sebesar 20.322%. Reaksi asilasi FriedelCrafts antara naftalena dan asetil klorida lebih baik dilakukan pada suhu yang dikontrol 0ᵒ-5ᵒC. Sifat katalitik dari katalis dari yang terbaik katalis [BMIM]Cl/AlCl3silika gel > katalis AlCl3 > katalis [BMIM]Cl -silika gel. Sehingga dapat dikatakan hasil penelitian sebanding dengan teori yang dinyatakan.

DAFTAR ACUAN

[1] Yadav G.D dan A.V. Joshi. 2002. A green route for the acylation of resorcinol with

acetic acid. India. [2] Sartori, Giovanni and Raimondo Maggi. 2005. Use of Solid Catalysts in Friedel-

Crafts Acylation Reactions. Italy. [3] Shahnaz Ghassemi, Jeff Dishman, Rebecca Previs. Microwave-Assisted Friedel-

Crafts Reaction in the Presence of Ionic Liquids. Virginia. [4] Paul J. Dyson and Tilmann J. Geldbach. 2007. Applications of Ionic Liquids in

Synthesis and Catalysis. The Electrochemical Society Interface. [5] J. Earle, Martyn. dan K.R. Seddon. 2000. Ionic Liquid. Green Solvents For the

Future. UK. [6] Sang-gi Lee, Jung Hwan Park. 2002. Metallic Lewis acids-catalyzed acetylation of

alcohols with acetic anhydride and acetic acid in ionic liquids: study on reactivity and reusability of the catalysts. South Korea. [7] Fairuz. 2012. Studi Reaksi Asilasi Toluena dan Benzena Menggunakan Katalis

Cairan Ionik [BMIM]PF6/AlCl3-Silika Gel. Depok: Departemen Kimia FMIPA UI. [8] Beni K, Hendrik. 2010. Fourier Transform InfraRed. [9] Riswiyanto. 2009. Kimia Organik. Jakarta: Erlangga


[10] Dirk De Vos, Charlie Van Doorslaer, Igor Ignatyev, Pascal Mertens, Koen

Binnemans. Catalysis in Ionic Liquids. Faculty of Bioscience Engineering, K.U.Leuven [11] Fessenden, Ralph J. dan Joan S. Fessenden. 1986. Kimia Organik. Jakarta:

Erlangga [12] Jayanti, Purwanita. 2010. Reaksi Subtitusi Nukleofilik Antara Benzil Klorida dan

Kalium Sianida Menggunakan Katalis Silika Gel/[BMIM]Cl. Depok: Departemen Kimia FMIPA UI. [13] Linscheid, Michael, dkk. 1994. Application of Liquid Chromatography-Mass

Spectrometry. Britain: IUPAC. th

[14] L. Pavia, Donald, dkk. 2001. Introduction to Spectroscopy 4 Edition. United State

of America: Brooks/Cole. [15] Setyawati, Yuliga. 2012. Studi Reaksi Alkilasi Benzena dengan Diklorometana

Menggunakan Katalis Cairan Organik. Depok: Departemen Kimia FMIPA UI. [16] Sheldon, Roger. 2001. Catalytic Reactions in Ionic Liquids. Laboratory of Organic

Chemistry and Catalysis, Delft University of Technology, Julianalaan 136, Delft BL-2628, The Netherlands. [17] Sunardi.

2005. Penuntun Praktikum Kimia Analisis Instrumentasi. Depok:

Departemen Kimia FMIPA UI.


AlCl 3 YANG DIIMPREGNASI PADA SILIKA GEL

Recommend Documents