sintesis 2-hidroksi propil karboksilat dari asam...
TRANSCRIPT
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-4
1
Desulfurisasi pada minyak solar menyebabkan hilangnya
senyawa poliaromatik dan senyawa polar, sehingga terjadi
penurunan sifat pelumasan yang menjadikan kestandaran
minyak solar sebagai bahan bakar minyak tidak terpenuhi.
Salah satu upaya alternatif untuk meningkatkan sifat
pelumasan pada minyak solar adalah dengan penambahan zat
aditif. Pada penelitian ini dilakukan sintesis zat aditif 2-hidroksi
propil karboksilat melalui metode esterifikasi asam lemak
dengan metanol dibantu katalis BF3/metanol. Metil ester yang
terbentuk kemudian ditransesterifikasi dengan propilen glikol
dengan bantuan katalis K2CO3. Penentuan kandungan dan
struktur zat aditif dianalisa dengan KGSM. Dari hasil KGSM
diketahui bahwa zat aditif berupa campuran senyawa yang
terdiri atas 2-hidroksi propil kaprilat, 2-hidroksi propil laurat,
2-hidroksi propil miristat, 2-hidroksi propil palmitat, 2-hidroksi
propil oleat dan 2-hidroksi propil stearat.
Kata Kunci : zat aditif, asam lemak, esterifikasi, KGSM
I. PENDAHULUAN
inyak solar terdiri dari senyawa-senyawa hidrokarbon
(C8–C28), senyawa aromatik (benzen, toluen dan xilen),
belerang dan zat pencemar residu minyak mentah yang
menjadi perintis bahan bakar minyak solar itu sendiri [6].
Kandungan belerang dalam minyak solar harus lebih kecil
dari 0,5 % beratnya karena kadar belerang yang tinggi dapat
mempercepat keausan pada mesin yang disebabkan
terbentuknya asam belerang yang bersifat korosif [1]. Selain
itu, proses pembakaran minyak solar juga dapat menyebabkan
terjadinya hujan asam karena menghasilkan gas SO2 dan SO3
selama proses pembakaran [6], sehingga perlu dilakukan
pemurnian untuk mengurangi kandungan belerang tersebut
(desulfurisasi). Upaya desulfurisasi sendiri menyebabkan
hilangnya senyawa poliaromatik dan senyawa polar yang
terdapat dalam minyak solar [8] sehingga terjadi penurunan
sifat-sifat pelumasan pada minyak [2]. Penurunan sifat
pelumas ini dapat mempercepat ausnya mesin dan
mengganggu sistem injeksi bahan bakar [4]. Hal ini
menyebabkan kestandaran dari minyak solar sebagai bahan
bakar minyak tidak terpenuhi.
Salah satu upaya alternatif untuk meningkatkan sifat
pelumasan pada minyak solar adalah dengan penambahan zat
aditif [8]. Zat aditif minyak solar adalah zat yang
ditambahkan pada minyak solar untuk meningkatkan sifat-
sifat minyak solar atau memberikan sifat yang belum dimiliki
seperti meningkatkan angka setana, memperbaiki unjuk kerja
mesin dan mengurangi emisi gas buang. Zat aditif yang baik
tidak memberikan pengaruh negatif terhadap sifat-sifat yang
lain, baik sifat fisika maupun sifat kimia minyak solar [7].
Beberapa jenis zat aditif yang telah digunakan sebagai zat
aditif pelumas antara lain senyawa-senyawa golongan ester
asam lemak, dimer asam lemak tak jenuh, amina alifatik dan
asam monokarboksilat berantai panjang [3].
Limbah industri minyak goreng (minyak hitam) merupakan
salah satu alternatif sumber asam lemak untuk bahan baku
sintesis zat aditif solar. Minyak hitam ini dapat berasal dari
limbah produksi minyak goreng kelapa atau minyak goreng
kelapa sawit. Kandungan asam lemak dalam minyak kelapa
adalah asam laurat sebesar 44-51%, asam miristat sebesar 13-
18,5%, asam palmitat sebesar 7,5-10,5%, asam dekanoat
sebesar 4,5-9,5%, asam oleat 5-8,2%, asam stearat 1-3% dan
asam linoleat 1-2,6% [5]. Kandungan asam lemak tersebut
pada penelitian ini akan dijadikan sebagai bahan dasar untuk
mensintesis zat aditif pelumas pada minyak solar yaitu
senyawa 2-hidroksi propil karboksilat.
II. METODE PENELITIAN
A. Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
beaker gelas, gelas ukur, neraca analitik, pengaduk magnetik,
termometer, evaporator vakum, botol vial, pHmeter, pinset,
oven, seperangkat alat distilasi, seperangkat alat ekstraksi,
seperangkat alat refluks, seperangkat alat Kromatografi Lapis
Tipis (KLT) dan seperangkat alat Kromatografi Gas
Spektrometer Massa (KGSM).
Bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah asam
lemak dari minyak kelapa, metanol, BF3/metanol, n-heksana,
asam asetat, dietil eter, HCl, H2SO4, K2CO3, Na2SO4
anhidrat, aquades, etil asetat dan propilen glikol.
B. Pembuatan Metil Ester
Esterifikasi asam lemak dilakukan dengan mencampur 88
mL minyak hitam dengan 76 mL metanol dalam labu leher
tiga. BF3/metanol sebanyak 31 mL ditambahkan ke dalam
campuran. Campuran kemudian direfluks selama 6 jam pada
75oC. Setelah itu campuran dimasukkan ke dalam corong
pisah dan diekstrak dengan aquades. Lapisan aqueous
(metanol) dibuang sebagai fraksi polar. Lapisan metil ester
Sintesis 2-Hidroksi propil karboksilat dari Asam
Lemak
Alvian Amri, Perry Burhan, Agus Wahyudi
Jurusan Kimia, FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Kampus FMIPA ITS Gedung J&K Sukolilo, Surabaya 60181
E-mail: [email protected]
M
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-4
2
kemudian dicuci dengan dietil eter dan ditambah Na2SO4
anhidrat untuk menghilangkan aquades yang tersisa. Setelah
didekantasi metil ester dibebaskan dari pelarutnya (dietil eter)
dengan rotary evaporator dan dilakukan analisa dengan KLT
untuk identifikasi awal terbentuknya produk metil ester.
C. Pembuatan 2-Hidroksi propil karboksilat
Pembuatan 2-hidroksi propil karboksilat dilakukan dengan
memasukkan 200 mL propilen glikol ke dalam labu leher tiga
dan ditambah 10 gram K2CO3 sambil diaduk dengan
pengaduk magnetik. Setelah terlarut sempurna, metil ester
sebanyak 45 mL ditambahkan sedikit demi sedikit dan
direfluks selama 6 jam pada suhu 150oC. Hasil reaksi yang
terbentuk selama reaksi diamati setiap satu jam dengan KLT.
Produk yang diperoleh dibiarkan sampai dingin dan
dinetralkan dengan penambahan larutan HCl tetes demi tetes
sambil dikocok sehingga pHnya menjadi 7. Campuran
dipindahkan ke corong pisah dan 2-hidroksi propil
karboksilat dicuci dengan etil asetat dan aquades. Kemudian
ditambahkan Na2SO4 anhidrat untuk membebaskan
campuran dari aquades. Pelarut (etil asetat) dibebaskan
dengan menggunakan rotary evaporator. Produk kemudian
diidentifikasi awal menggunakan KLT.
D. Analisa KGSM
Identifikasi komponen asam lemak, metil ester dan
senyawa 2-hidroksi propil karboksilat dilakukan dengan
Kromatografi Gas (KG) Hewlett-Packard 5890 Series II yang
digabung dengan Spektrometer Massa (SM) 5972 series
(Crosslinked 5% Ph Me Silicone (30 m x 0,25 mm x 0,25
µm). Cuplikan sebanyak 0,1 µL disuntikkan ke dalam KGSM
dengan kolom HP-5 SM menggunakan pelarut kloroform.
Kondisi operasi yang digunakan yaitu suhu penyuntikkan
cuplikan 70oC, peningkatan suhu 70-150oC dengan laju
10oC/menit, 150-300oC dengan laju 5oC/menit dan 300oC
isothermis selama 5 menit. Gas Pembawa yang digunakan
adalah helium dengan arus 1,2 mL/menit dan energi ionisasi
sebesar 70 eV.
E. Pemisahan 2-Hidroksi propil karboksilat
Senyawa 2-hidroksi propil karboksilat dipisahkan dari
campurannya menggunakan distilasi sederhana. Kolom yang
digunakan mempunyai panjang 30 cm, diameter internal 2
cm dan jarak antar kaca 1 cm. Peralatan distilasi dipasang.
Campuran sebanyak 100 mL dimasukkan ke dalam labu
distilasi. Air pendingin dialirkan dan distilat pada rentang
suhu 165-260oC ditampung sebagai senyawa yang di-
perkirakan adalah 2-hidroksi propil karboksilat.
F. Analisa KLT dan KLT 2D
Komponen asam lemak, metil ester dan 2-hidroksi propil
karboksilat diidentifikasi menggunakan metode KLT.
Komposisi eluen yang digunakan pada penelitian ini adalah
n-heksana : dietil eter : asam asetat ( 80:20:1 (v/v)).
Selanjutnya plat KLT disemprot dengan H2SO4, kemudian
dipanggang. Noda hasil KLT diamati di bawah sinar UV.
Analisa komponen-komponen 2-hidroksi propil karboksilat
juga dilakukan dengan metode KLT 2D. Komposisi eluen
yang digunakan pada KLT 2D ini adalah n-heksana : dietil
eter : asam asetat ( 40:20:1 (v/v)).
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Identifikasi Asam Lemak dari Sampel
Bahan dasar dari sintesis zat aditif 2-hidroksi propil
karboksilat pada bahan bakar solar adalah senyawa asam
lemak. Sintesis senyawa ini menggunakan bahan dasar
minyak hitam. Minyak hitam merupakan limbah produksi
minyak goreng yang berbahan baku kelapa. Minyak hitam ini
mengandung senyawa asam lemak dalam jumlah yang cukup
banyak. Penggunaan minyak hitam sebagai sampel
dimaksudkan untuk memanfaatkan limbah produksi minyak
goreng kelapa, sebagai pengganti senyawa asam lemak
murni. Sehingga komponen-komponen asam lemak dari
sampel perlu diketahui terlebih dahulu sebelum dilakukan
reaksi esterifikasi. Identifikasi asam lemak dari sampel
dilakukan dengan metode KGSM dengan kolom HP-5 SM.
Hasil identifikasi sampel dengan KGSM ialah sebagai
berikut:
Gambar 1. Kromatogram sampel (minyak hitam)
Komponen-komponen asam lemak yang terdapat dalam
sampel berdasarkan interpretasi kromatogram KGSM sampel
(minyak hitam) ialah seperti pada Tabel 1 berikut :
Tabel 1.
Interpretasi kromatogram KGSM sampel (minyak hitam)
No. Asam Lemak M+ Waktu Retensi (menit)
1 Asam Kaprilat 144 8,60
2 Asam Dekanoat 172 11,01
3 Asam Laurat 200 15,01
4 Asam Miristat 228 18,40
5 Asam Palmitat 256 21,40
6 Asam Oleat 282 23,84
7 Asam Stearat 284 24,46
B. Esterifikasi
Reaksi esterifikasi asam lemak dengan katalis BF3/metanol
merupakan reaksi reversibel sehingga untuk mendapatkan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-4
3
metil ester maksimal maka kesetimbangan reaksi harus
bergeser ke kanan. Untuk meningkatkan kesetimbangan
reaksi bergeser ke kanan maka komponen reaktan harus
berlebih yaitu metanol. Pada penelitian ini perbandingan
molar asam lemak dan metanol yang digunakan yaitu 1:6
dengan asam lemak sebanyak 88 mL dan metanol 76 mL.
Metil ester yang diperoleh berwarna kuning. Analisis pertama
untuk mengetahui produk yang diharapkan (metil ester) telah
terbentuk, dipantau dengan KLT menggunakan eluen n-
heksana : dietil eter : asam asetat (80:20:1). Hasil KLT
menunjukkan bahwa karakteristik noda pada KLT asam
lemak berbeda dengan karakteristik noda KLT produk. Noda
baru yang timbul pada KLT produk menunjukkan
terbentuknya senyawa baru hasil reaksi. Produk yang
diharapkan ialah metil ester dianalisis dengan KGSM.
Kromatogram produk ialah seperti berikut :
Gambar 2. Kromatogram produk (metil ester)
Senyawa-senyawa ester yang terbentuk berdasarkan
interpretasi kromatogram KGSM produk (metil ester) ialah
seperti pada Tabel 2 berikut :
Tabel 2.
Interpretasi kromatogram KGSM produk (metil ester)
No. Produk Esterifikasi M+ Waktu
Retensi
Luas Area
(%)
1 Metil kaprilat 158 12,44 4,80
2 Metil dekanoat 186 16,27 5,51
3 Metil laurat 214 20,81 22,82
4 Metil miristat 242 24,88 15,75
5 Metil palmitat 270 29,04 12,78
6 Metil oleat 296 32,41 12,02
7 Metil stearat 298 32,73 5,64
C. Pembuatan 2-Hidroksi propil karboksilat
Sintesis 2-hidroksi propil karboksilat ini menggunakan
katalis K2CO3 karena dapat menghasilkan ester yang
maksimal dan menghindari terbentuknya sabun. Pada reaksi
sintesis ini, K2CO3 berfungsi untuk mengaktifkan nukleofil
yaitu propilen glikol. Hal ini dilakukan karena propilen glikol
merupakan nukleofil besar sehingga harus diaktifkan terlebih
dahulu dengan cara pengambilan proton oleh K2CO3.
Campuran direfluks pada suhu 150oC selama 6 jam sehingga
reaksi diharapkan dapat berjalan sempurna karena propilen
glikol memiliki titik didih 185oC. Pemantauan produk
dilakukan dengan KLT setiap 1 jam sampai reaksi berjalan
sempurna. Hasil pemantauan KLT dengan eluen n-heksana :
dietil eter : asam asetat (80:20:1) menunjukkan bahwa produk
telah terbentuk pada saat reaksi berjalan selama 1 jam.
Senyawa 2-hidroksi propil karboksilat yang terbentuk
memiliki pH 9 sehingga perlu ditambahkan HCl hingga pH 7
untuk menetralkan basa katalis K2CO3. Senyawa 2-hidroksi
propil karboksilat kemudian dicuci dengan 100 mL etil asetat
dan 90 mL aquades. Zat aditif ini terekstrak dalam etil asetat
sedangkan garam KCl dan sisa propilen glikol terekstrak
dalam aquades. Na2SO4 anhidrat ditambahkan ke dalam
larutan yang berfungsi untuk mengikat air. Lapisan etil asetat
diuapkan dengan rotary vacuum evaporator. Zat aditif
kemudian dianalisis KGSM. Kromatogramnya seperti
Gambar 3 berikut :
Gambar 3. Kromatogram produk (2-hidroksi propil karboksilat)
Zat aditif minyak solar yang terbentuk berdasarkan
interpretasi kromatogram KGSM produk (2-hidroksi propil
karboksilat) ialah seperti pada Tabel 3 berikut :
Tabel 3.
Interpretasi kromatogram KGSM produk (2-hidroksi propil karboksilat)
No. Zat Aditif M+ Waktu
Retensi
Luas
Area
(%)
Titik
Didih(oC)
1 2-hidroksi
propil kaprilat 202 11,43 3,90 167,15
2 Metil dekanoat 186 14,59 4,18 182,95
3 2-hidroksi
propil laurat 258 18,49 49,68 202,45
4 2-hidroksi
propil miristat 286 22,03 19,00 220,15
5 2-hidroksi
propil palmitat 314 25,54 12,25 237,70
6 2-hidroksi
propil stearat 342 28,45 7,67 252,25
7 2-hidroksi
propil oleat 340 28,83 1,59 254,15
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-4
4
Berdasarkan hasil interpretasi kromatogram KGSM di atas
diketahui bahwa senyawa hasil sintesis merupakan senyawa
turunan dari tabel 4.2. Hal ini menunjukkan bahwa
komponen senyawa metil ester berhasil disintesis menjadi
senyawa 2-hidroksi propil karboksilat, yaitu metil kaprilat
menjadi 2-hidroksi propil kaprilat, metil laurat menjadi 2-
hidroksi propil laurat, metil miristat menjadi 2-hidroksi
propil miristat, metil palmitat menjadi 2-hidroksi propil
palmitat, metil oleat menjadi 2-hidroksi propil oleat dan metil
stearat menjadi 2-hidroksi propil stearat. Metil dekanoat
secara teoritis dapat disintesis menjadi 2-hidroksi propil
dekanoat, tetapi pada penelitian ini 2-hidroksi propil
dekanoat tidak terbentuk. Campuran senyawa 2-hidroksi
propil karboksilat selanjutnya digunakan sebagai zat aditif
minyak solar.
D. Pemisahan 2-Hidroksi propil karboksilat
Zat aditif 2-hidroksi propil karboksilat didapat dengan
didistilasi pada rentang suhu 165oC-260oC. Volume produk
yang digunakan adalah 100 mL. Setelah dilakukan distilasi
sederhana, distilat yang diperoleh ialah distilat pada suhu
150oC. Distilat pada titik didih 150oC menunjukkan bahwa
distilat yang diperoleh bukan merupakan komponen
penyusun zat aditif. Zat aditif 2-hidroksi propil karboksilat
setelah didistilasi tidak dapat terpisah menjadi komponen-
komponen penyusun campurannya. Sehingga dilakukan
pemisahan komponen-komponen zat aditif 2-hidroksi propil
karboksilat ini menggunakan KLT 2D. Komposisi eluen yang
digunakan adalah n-heksana : dietil eter : asam asetat
(40:20:1 (v/v)). Hasil KLT 2D zat aditif ialah seperti pada
Gambar 4 berikut :
Gambar 4. Hasil KLT 2D zat aditif 2-hidroksi propil karboksilat
Beberapa noda yang tampak pada hasil KLT 2D di atas
menunjukkan bahwa zat aditif 2-hidroksi propil karboksilat
ini terdiri dari beberapa senyawa. Berdasarkan hasil KLT 2D,
noda-noda yang terpisah dapat digunakan sebagai acuan
bahwa komponen-komponen penyusun zat aditif dapat
dipisahkan.
IV. KESIMPULAN
Senyawa 2-hidroksi propil karboksilat yang diharapkan
menjadi zat aditif minyak solar disintesis dari asam lemak
limbah industri minyak goreng kelapa PT. Ikan Dorang,
Surabaya. Sintesis dilakukan dengan esterifikasi asam lemak
menggunakan metanol dan katalis BF3 dilanjutkan dengan
transesterifikasi metil ester menggunakan propilen glikol dan
katalis K2CO3 sehingga dihasilkan senyawa 2-hidroksi propil
karboksilat. Zat aditif ini berupa campuran senyawa yang
terdiri atas 2-hidroksi propil kaprilat, 2-hidroksi propil laurat,
2-hidroksi propil miristat, 2-hidroksi propil palmitat, 2-
hidroksi propil oleat dan 2-hidroksi propil stearat. Campuran
setelah didistilasi tidak terpisah menjadi komponen-
komponen penyusunnya.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis pada kesempatan ini menyampaikan rasa
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. R. Y.
Perry Burhan, M.Sc. selaku dosen pembimbing atas semua
saran, arahan dan bimbingan selama proses penelitian dan
Drs. Agus Wahyudi, MS. selaku dosen pembimbing 2 atas
semua saran, bimbingan dan diskusi selama ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ahadiat, N., “Minyak Solar Mutu dan Penggunaan”, Lembaran Publikasi
Lemigas (1987)1, 12-18
[2] Anastopolous, G., Lois, E., Karonis, D.,” Impact of Oxygen and Nitrogen
Compounds on The Lubrication Properties of Low Sulfur Diesel Fuel”,
J. Chem. Engineering (2005)30, 415-426
[3] Craig, R. J., Panzer, J., Wisotsky, M. J and Beltzer, M., (1986), Anti Wear
Additives in Alkanol Fuels, US Patent 4.609.376
[4] Daniel, P., Goodrum, Geller, John, W., (2004), Effect of Specific Fatty
Acid Methyl Esters on Diesel Fuel Lubricity, Georgina Athens. Fuel 83,
2351-2356
[5] Ketaren, S., (1986), Minyak dan Lemak Pangan, UI Press, Jakarta
[6] Menezes, (2006), Effect of Ethers and Ether/Ethanol Additive on the
Physicochemical Properties of Diesel Fuel and on Energy Test, Fuel 85,
815-822
[7] Puppung, P. L., (1996), Pengaruh Penambahan Aditif Bahan Bakar
Diesel ABD 01 terhadap Unjuk Kerja Mesin, Lemigas
[8] Rezende, M. J., Perruso, R. P., Avazedo, D. A dan Pinto, A. C., (2005),
Characterization of Lubricity Improver Additive in Diesel by Gas
Chromatography-Mass Spectrometry, Journal of Chromatography A
1063, 211-215