SINTESIS, PEMURNIAN, DAN PENCIRIAN LAUROIL KLORIDA DARI ASAM LAURAT
DWI WIDYASTUTI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK DWI WIDYASTUTI. Sintesis, Pemurnian, dan Pencirian Lauroil Klorida dari Asam Laurat. Dibimbing oleh KOMAR SUTRIAH dan MUHAMMAD FARID. Klorida asam (RCOCl) adalah salah satu senyawa halida asam dan merupakan senyawa antara untuk sintesis turunan asam lemak, yaitu sebagai bahan asilasi. Lauroil klorida merupakan produk reaksi substitusi halogenasi asam laurat menggunakan tionil klorida (SOCl2). Penggunaan tionil klorida memiliki keuntungan, yaitu hasil samping yang terbentuk berwujud gas, rendemennya lebih besar, dan mudah digunakan. Percobaan ini melalui 4 tahapan, yaitu sintesis, pemvakuman, pemurnian, dan pencirian oleh perangkat spektofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR). Optimalisasi reaksi dilakukan dengan meragamkan waktu sintesis, yaitu 0.5, 1.5, 3, dan 5 jam, serta nisbah mol asam laurat_tionil klorida 1:1.2, 1:3, dan 1:5. Parameter yang digunakan untuk mengetahui tingkat keberhasilan sintesis adalah dengan teknik perbandingan 1800/1700 dengan mengukur nisbah absorbans senyawa pada bilangan gelombang 1800 cm-1 dan 1700 cm-1. Bilangan gelombang 1800 cm-1 mewakili serapan IR karbonil pada lauroil klorida, sedangkan bilangan gelombang 1700 cm-1 mewakili IR karbonil pada asam laurat. Aplikasi dari teknik ini dilakukan dengan membandingkan tinggi puncak serapan di 1800 cm-1 dan 1700 cm-1 dengan cara menarik garis dari masing-masing garis dasar spektrum (baseline). Kondisi optimum sintesis lauroil klorida didapatkan pada waktu reaksi 1.5 jam dan nisbah mol asam laurat_tionil klorida 1:3. Akan tetapi, rendemen tertinggi didapatkan pada saat kondisi waktu reaksi 1.5 jam dan nisbah mol 1:5, yaitu sebesar 95.64%. Teknik sintesis terbaik adalah dengan menambahkan asam laurat ke dalam tionil klorida.
ABSTRACT DWI WIDYASTUTI. Synthesis, Purification, and Characterization Lauroyl Chloride from Lauric Acid. Supervised by KOMAR SUTRIAH and MUHAMMAD FARID. Acid chloride (RCOCl) is one of acid halides and particularly used as intermediate compound for making fatty acid derivatives, which is well known as acylating agent. Lauroyl chloride is produced by substitution of halogenation lauric acid using thionyl chloride (SOCl2). Thionyl chloride has advantages that only gaseous byproduct is formed, give a good yield, and easy to use. This research was conducted through 4 steps which, i.e synthesizing, vacuuming, purifying, and characterizing by Fourier-Transformed Infrared (FTIR). Reaction optimalization was conducted by time variation (0.5, 1.5, 3, and 5 hours), and mole ratio (1:1.2, 1:3, and 1:5). The successful degree of synthesis was measured by comparison technique 1800/1700 at 1800 and 1700 cm-1 wave number. The 1800 cm-1 wave number represented IR carbonyl absorbance of lauroyl chloride, mean while 1700 cm-1 wave number represented IR carbonyl absorbance of lauric acid. The technique application was conducted by comparing the absorbance peak length at 1800 and 1700 cm-1. The optimum condition of lauroyl chloride synthesis occurred at 1.5 hours and 1:3 mole ratio of lauric acid_thionyl chloride. However, the highest yield occurred at 1.5 hours and 1:5 mole ratio of lauric acid_thionyl chloride, which is 95.64%. The best technique for synthesis was conducted by adding lauric acid into thionyl chloride.
SINTESIS, PEMURNIAN, DAN PENCIRIAN LAUROIL KLORIDA DARI ASAM LAURAT
DWI WIDYASTUTI
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Judul
: Sintesis, Pemurnian, dan Pencirian Lauroil Klorida dari Asam Laurat
Nama : Dwi Widyastuti NIM
: G44202069
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Drs. Komar Sutriah, M.Si NIP 131950979
Drs. Muhammad Farid NIP 132002064
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuann Alam Institut Pertanian Bogor,
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131578806
Tanggal lulus :
PRAKATA Alhamdulillahirobbilalamin. Berjuta syukur tercurahkan kepada Sang Maha Pengasih dan Penyayang, Allah SWT atas limpahan karunia-Nya yang tak berbatas sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “Sintesis, Pemurnian, dan Pencirian Lauroil Klorida dari Asam Laurat“. Karya ini disusun berdasarkan hasil penelitian dari bulan September 2006 sampai Juli 2007, di Laboratorium Kimia Organik dan Laboratorium Terpadu, Departemen Kimia FMIPA IPB. Terima kasih penulis ucapkan kepada Drs. Komar Sutriah, M.Si, dan Drs. Muhammad Farid atas limpahan ilmu, bimbingan, pendanaan, dan motivasi selama melakukan penelitian. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA dan Budi Arifin S.Si, yang telah banyak memberi saran dan arahan. Selain itu penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak, Ibu, dan Mamas yang telah memberikan doa, dukungan, semangat, dan kasih sayang kepada penulis, Seluruh staf dan laboran kimia organik dan Laboratorium Terpadu, kak Noviyan Darmawan atas Sofware IR-nya, pak Sabur atas pinjaman alatnya, om Em atas pinjaman alat rotavapornya, Ujel, Antie, dan Sarah atas persahabatan yang luar biasa, teh Ai atas motivasinya, Me-run atas pinjaman cartridge-nya, Mexindo 10 crew, Teddy yang selalu membantu merangkai alat sintesis, Obie, Steven, Tesar, Tuti, dan teman-teman 39 atas persahabatan, perhatian, ilmu, semangat yang diberikan, kebersamaan yang indah, serta semua pihak yang telah memberikan dukungan kepada penulis. Tidak lupa kepada pak Happy Trenggono dan pak Samsul Arifin atas motivasi dan pelatihan yang begitu luar biasa. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2007
Dwi Widyastuti
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 13 Mei 1984 sebagai anak kedua dari tiga bersaudara dari pasangan H. Sukamno dan Hj. Sumiarni. Tahun 2002 penulis lulus dari SMUN 28 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru di Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor. Pada tahun 2003, penulis aktif dalam kepanitiaan Mozaik Kimia dan aktif mengikuti berbagai seminar akademik maupun non-akademik. Penulis juga aktif menjadi asisten praktikum Kimia Lingkungan tahun ajaran 2005/2006 dan asisten Kimia Dasar tahun ajaran 2006/2007 untuk mahasiswa S1 Kimia. Penulis juga pernah melakukan praktik lapangan di Laboratorium Quality Control PT Bristol Myers Squibb, Tbk, dari bulan Juni sampai Agustus 2005.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR........................................................................................................vii DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................................vii PENDAHULUAN.............................................................................................................1 TINJAUAN PUSTAKA Klorida Asam....................................................................................................1 Asam Laurat......................................................................................................2 Lauroil Klorida..................................................................................................2 Sintesis Klorida Asam.......................................................................................3 Komponen Radas Sintesis.................................................................................3 FTIR..................................................................................................................3 Distilasi Vakum.................................................................................................4 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat..................................................................................................5 Metode...............................................................................................................5 HASIL DAN PEMBAHASAN Percobaan Awal Sintesis...................................................................................5 Optimalisasi Waktu Sintesis.............................................................................8 Penentuan Nisbah Mol......................................................................................9 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan.........................................................................................................10 Saran...............................................................................................................10 DAFTAR PUSTAKA.....................................................................................................10 LAMPIRAN....................................................................................................................12
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Struktur asam laurat...............................................................................................2 2 Struktur lauroil klorida.......................................................................................... 3 3 Radas sintesis klorida asam...................................................................................3 4 Perangkat destilasi vakum.................................................................................... 4 5 Spektrum FTIR asam laurat (a) dan hasil sintesis dengan waktu reaksi 1.5 jam (b), 3 jam (c), dan 6.5 jam (d)....................................................................6 6 Spektum FTIR ragam sampel 1.75 g (a) dan 2.5 g (b)..........................................7 7 Spektrum FTIR palmitoil klorida..........................................................................7 8 Spektrum FTIR hasil sintesis dengan teknik penetesan ”tetes demi tetes”...................................................................................................7 9 Spektrum FTIR hasil sintesis dengan waktu reaksi 0.5 jam (a), 1.5 jam (b), dan 3 jam (c)......................................................................................8 10 Spektrum FTIR hasil sintesis dengan waktu reaksi 5 jam.....................................9 11 Grafik pengaruh waktu reaksi terhadap nisbah 1800/1700 ..................................9 12 Spektrum FTIR hasil sintesis dengan nisbah mol 1:3 (a), dan 1:5 (b)..................9 13 Spektrum FTIR hasil sintesis dengan nisbah mol 1:1.2 .....................................10 14 Grafik pengaruh nisbah mol asam laurat-tionil klorida terhadap nisbah 1800/1700...............................................................................................10
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian (sampel dengan waktu reaksi 1.5 jam dan nisbah mol 1:5)................................................................................................................13 2 Senyawaan yang dapat dihasilkan oleh klorida asam.........................................14 3 Mekanisme reaksi pembentukan klorida asam....................................................15 4 Data percobaan awal............................................................................................16 5 Data optimalisasi waktu sintesis..........................................................................16 6 Data penentuan nisbah mol..................................................................................16 7 Perangkat sintesis klorida asam………………………………………………...17 8 Perangkat FTIR....................................................................................................17
PENDAHULUAN Minyak sawit merupakan salah satu hasil pertanian yang sangat potensial untuk dikembangkan. Indonesia merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar kedua di dunia setelah Malaysia. Minyak sawit menjadi salah satu komoditas ekspor andalan penghasil devisa negara. Untuk itu, pemerintah memberikan prioritas yang tinggi terhadap pengembangan dan perluasan industri yang mengolah hasil pertanian. Untuk meningkatkan kontribusi minyak sawit terhadap kebutuhan dunia, diperlukan inovasi dalam proses maupun penggunaan minyak sawit tersebut. Ketaren (1986) menyatakan bahwa komposisi asam lemak minyak sawit antara lain asam laurat, miristat, palmitat, stearat, oleat, kaprilat, kaproat, dan linoleat. Derivatisasi asam lemak dalam minyak sawit menjadi klorida asam merupakan salah satu bentuk inovasi dari minyak sawit. Perkembangan industri yang pesat saat ini berakibat pada tingginya kebutuhan terhadap senyawa kimia yang sangat berguna dalam penerapannya di industri. Oleh karena itu, dibutuhkan senyawa kimia yang mampu bereaksi dengan cepat sehingga proses produksi dapat berjalan lebih efisien. Salah satu caranya ialah melalui pembentukan zat antara. Zat antara yang sering digunakan adalah klorida asam. Klorida asam mempunyai gugus pergi Cl yang mudah diserang oleh air. Oleh karena itu, tidak diharapkan klorida asam terdapat di alam, khususnya dalam sel tumbuhan atau hewan. Namun, derivat asam ini sangat berharga dalam sintesis senyawa organik lain karena sangat reaktif (Fessenden & Fessenden 1986). Gugus pergi Cl merupakan suatu nilai tambah karena mudah digantikan oleh gugus lain. Pembentukan senyawa antara dengan gugus pergi yang baik diharapkan dapat mempercepat jalannya reaksi sehingga akan relatif lebih cepat dan efisien jika dibandingkan dengan menggunakan trigliserida atau asam lemak. Amaludin (2007) menyatakan bahwa konversi asam lemak menjadi amina sekunder melalui lintas klorida asam dan amina primer menjadi prosedur alternatif yang dipilih, hal ini dikarenakan kecepatan dan kemudahan proses yang dilakukan. Aplikasi klorida asam sebagai senyawa perantara terdapat dalam industri pangan, kertas, antiseptik, insektisida, cat, plastik, farmasi, tekstil, pelarut, dan lain-lain.
Sudarmiko (1995) melaporkan pembuatan lauroil klorida dari reaksi antara asam laurat dengan tionil klorida pada suhu ± 50 °C selama 6.5 jam, lalu menjadi 80 °C selama 1.5 jam menghasilkan lauroil klorida sebesar 97.4%. Penelitian ini bertujuan mensintesis lauroil klorida yang berasal dari asam laurat serta menentukan waktu optimum dan nisbah mol asam laurat berbanding tionil klorida yang tepat dari sintesis tersebut. Produk sintesis dimurnikan dengan distilasi vakum dan dicirikan dengan Spektrofotometer Inframerah Transformasi Fourier (FTIR).
TINJAUAN PUSTAKA Klorida Asam Halida asam (RCOX) adalah turunan asam lemak, karena tergantinya gugus hidroksil oleh halogen. Klorida asam (RCOCl) adalah salah satu senyawa halida asam yang paling banyak diketahui dan merupakan senyawa antara untuk sintesis turunan asam lemak lain, antara lain sebagai bahan asilasi untuk sintesis ester, amida, dan anhidrida asam. Lampiran 2 menunjukkan senyawaan yang dapat dihasilkan oleh klorida asam. Klorida asam sangat reaktif. Adanya gugus Cl yang terikat pada karbon positif karbonil, sehingga lebih mudah ditukar-gantikan daripada bila terikat pada karbon alkil (Fessenden & Fessenden 1986). Oksigen dan klorin merupakan gugus penarik elektron yang kuat sehingga karbon lebih bermuatan positif. Hal ini berarti nukleofil yang lemah pun dapat menyerang karbon. Fenomena inilah yang menyebabkan klorida asam sangat berguna sebagai zat antara untuk sintesis kimia lebih lanjut. Mekanisme reaksi antara suatu klorida asam dan nukleofil mengisyaratkan bahwa penukargantian Cl- tidaklah sesederhana reaksi SN2. Reaksi klorida asam meliputi dua tahapan, yaitu adisi nukleofil pada gugus karbonil dan eliminasi ion klorida. Reaksi ini disebut substitusi asil nukleofil yang berarti substitusi nukleofil pada suatu karbon asil (RCO-) (Fessenden & Fessenden 1986). Klorida asam dengan bobot molekul tinggi dapat didestilasi pada tekanan rendah tanpa mengalami penguraian. Semua klorida asam mempunyai aktivitas kimia yang tinggi dan mudah dihidrolisis oleh air maupun uap air. Umumnya klorida asam dibuat dengan cara klorinasi asam lemak atau melalui garam natriumnya, baik dengan atau tanpa pelarut.
Pada senyawaan berklorin, gugus Cl mudah menggantikan gugus hidroksil. Senyawa berklor itu adalah fosforus triklorida, fosforus pentaklorida, fosforus oksiklorida, dan tionil klorida. Beberapa jalur sintesis klorida asam, antara lain:
Klorida asam didapat setelah C=O klorosulfit terbentuk kembali disertai pelepasan SO2 dan HCl. Mekanisme reaksi pembentukan klorida asam ditunjukkan pada Lampiran 3. Asam Laurat
1. 2. 3. 4. 5. 6.
R-COOH + PCl5 → R-COCl POCl3 + HCl 3R-COOH + PCl3 → 3R-COCl P(OH)3 3R-COONa + PCl5 → 3R-COCl 2NaCl + (NaPO3)n 2R-COONa + POCl3 → 2R-COCl NaPO3 + NaCl R-COOH + (C6H5)3 P + CCl4 → R-COCl + (C6H5)3 PO + CHCl3 R-COOH + SOCl2 → R-COCl SO2 + HCl
+ + + +
+
Setiap jalur sintesis tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan. Penggunaan PX (fosforus halida) dihadapkan pada kontaminasi produk oleh fosforus yang nantinya sulit dipisahkan. Oleh karena itu, tionil klorida sering digunakan karena lebih mudah pembuatannya, rendemennya lebih besar, dan produk samping reaksi bersifat atsiri (SO2 dan HCl) (Sudarmiko 1995). Selain itu, sisa reagen juga mudah dihilangkan. Tionil klorida adalah larutan berwarna agak kekuningan, menguap di udara, dan titik didihnya 78.8 °C. Pada suhu 150 °C, reagen ini mengalami penguraian menjadi sulfur klorida, sulfur dioksida, dan klor (Sudarmiko 1995). Sejumlah reaksi dapat berlangsung dengan konfigurasi tetap terjaga (retensi), yaitu bahan semula dan produknya berkonfigurasi sama. Salah satu reaksi yang menunjukkkan hal itu ialah penggantian OH oleh Cl melalui perlakuan dengan tionil klorida (SOCl2). Reaksi tersebut mengikuti persamaan laju derajat kedua, tetapi tidak dengan ragam SN2 karena akan mengakibatkan pembalikan konfigurasi pada produk (Sykes 1989). Konversi asam karboksilat menjadi klorida asam berlangsung melalui reaksi substitusi asil nukleofilik. Elektron bebas oksigen pada asam karboksilat bertindak sebagai nukleofilik menyerang atom sulfur dari SOCl2 membentuk tetrahedral atom sulfur (ion oksonium). Pada intermediet terjadi eliminasi Cl- dari ion oksonium dan deprotonasi anhidrida asam membentuk klorosulfit. Gugus C=O pada klorosulfit sangat aktif terhadap serangan nukleofilik walau reaksi lebih lemah dan Cl- cukup nukleofilik membentuk C-Cl.
Asam laurat atau asam dodekanoat merupakan asam lemak jenuh yang tersusun atas 12 atom C (Gambar 1). Asam lemak ini merupakan salah satu di antara tiga asam lemak jenuh yang tersebar luas di alam, selain asam stearat dan palmitat. Asam laurat sebagian besar terdapat pada lemak Lauraceae. Beberapa jenis lemak Lauraceae seperti Litsea longifolia mengandung asam laurat sebanyak 88 % dari total asam lemak. Selain itu, sebanyak 45-50 % asam laurat juga ditemukan pada lemak Palmae. Sumber utama asam lemak ini adalah minyak kelapa dan minyak inti sawit.
Gambar 1 Struktur asam laurat. Sifat-sifat fisik asam laurat antara lain berwujud padat pada suhu ruang, berwarna putih, mudah mencair jika dipanaskan, memiliki bobot molekul 200.32 g/mol, titik leleh 42_45 °C, titik didih 225 °C (100 mmHg), indeks bias 1.4323, bobot jenis 0.833 (Hawley 1981). Asam laurat tidak larut dalam air (0.0055 g/100 g air pada 20 °C), larut dalam dietil eter serta sedikit larut dalam etanol (1 g/2 mL) dan propanol (1 g/2.5 mL) (Markley KS 1960). Asam laurat larut dalam lemak karena karakter gugus hidrokarbon lebih besar dibandingkan dengan karakter gugus karboksilnya. Asam laurat digunakan sebagai bahan baku utama dalam industri sabun. Selain itu, asam laurat juga digunakan dalam industri pembuatan lauroil klorida, lauril alkohol, lauramida, dan lauronitril. Lauroil Klorida Lauroil klorida (C11H23COCl) merupakan produk reaksi substitusi halogenasi asam laurat menggunakan SOCl2. Senyawa ini berupa cairan berwarna putih dengan bobot molekul 218.77 g/mol, titik beku -12 °C, titik didih 145 °C (18 mmHg), indeks bias 1.4459 (20 °C), titik nyala 140 °C, serta terdekomposisi dalam air dan alkohol
