DENGAN ASAM BUTIRAT
BAHAN DAN PERCOBAAN Bahan-bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tert- butil galaktosida yang telah disintesis dari galaktosa dan tert-butanol, asam butirat, benzene, dan natrium sulfat anhidrat. Semua bahan-bahan ini diperoleh dari E’Merck berkualitas p.a.
Pembuatan ester tert-butil-6-O-Butanoil Galaktosida
Sebanyak 1,5 ml tert-butil galaktosida yang diperoleh dari reaksi asetilasi antara galaktosa dengan tert-butanol dalam pelarut petroleum eter, dimasukkan kedalam labu leher tiga 500 ml yang dilengkapi dengan pengaduk magnet, thermometer, penangas minyak dan pendingin bola. Ditambahkan 0,2 g (0,0013 mol) p-TSA dan 100 ml benzene. Selamjutnya campuran direfluks selama ±16 jam. Setelah itu hasil reaksi didinginkan hingga suhu kamar dan dinetralkan dengan 0,2 g (0,0024 mol) natrium asetat, kemudian diaduk, lalu disaring. Filtrate yang diperoleh diekstraksi dengan corong pisah, dan diambil lapisan atas (fraksi benzene). Kemudian lapisan atas ini diuapkan melalui rotarievaporator untuk memisahkan pelarutnya dengan asam butirat yang berlebih. Residu yang diperoleh dianalisis melalui kromatografi
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
spektrofotometer FT-IR, 1H NMR, dan uji tegangan permukaan untuk menentukan nilai CMC dan HLB.
Pengukuran tegangan Permukaan dan Penentuan Nilai HLB tert- Butil-6-O-Butanoil Galaktosida
Dilarutkan tert-butil-6-O-butanoil galaktosida dalam aquadest dengan kadar 1%. Kemudian dari larutan induk ini diencerkan menjadi 0,00001%; 0,00005%; 0,0001%; 0,0003%; 0,0005%; 0,0008%; 0,001%; 0,003%; 0,005%; 0,007%; 0,01%; 0,02%; 0,03%; 0,04%; 0,05%; 0,06%; 0,1% dan 0,5%. Setelah itu alat Du Nuoy dikalibrasi pada suhu 30oC dengan aquadest (tegangan permukaan air = 71,06 dyne/cm) (Gennaro, 1990), sedangkan tegangan permukaan air hasil kalibrasi = 80,80 dyne/cm.
Kemudian diukur tegangan permukaan masing-masing konsentrasi larutan surfaktan diatas. Lalu ditetapkan tegangan permukaan dengan menggunakan factor koreksi. Dimasukkan harga- harga tegangan permukaan (dyne/cm -Vs- log konsentrasi larutan (%). Melalui kurva diperoleh nilai CMC dari surfaktan. Selanjutnya dari nilai CMC dapat dihitung nilai HLB dengan menggunakan persamaan dibawah ini:
𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻
= 7−0,362 𝑙𝑙𝑙𝑙 �𝐶𝐶𝐶𝐶
𝐶𝐶𝐶𝐶�
Dimana Cw = nilai CMC Co = 100 – Cw HASILDAN PEMBAHASAN HasilEsterifikasi tert-butil galaktosida dengan asam butirat dengan menggunakan pelarut benzene dan katalis asam p-TSA menghasilkan ester tert-butil-6-O-butanoil galaktosida dengan hasil reaksi sebanyak 1,8 g (93,26%). Hasil analisis spektrofotometer FT-IR memberikan puncak-puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 3435, 2966,
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
PEMBAHASAN
Tert-butil galaktosida diesterifikasi dengan asam butirat dengan bantuan katalis asam p-TSA pada kondisi refluks dalam pelarut benzene sehingga diperoleh ester tert-butil-6-O-butanoil galaktosida. Mekanisme reaksi yang terjadi diperkirakan seperti Gambar 3.1. berikut.
O HO HO OH O OH H+ C(CH3)3 +O H H O HO HO OH O C(CH3)3 O C H - O O HO HO OH O C(CH3)3 CH2 O C O - H O HO HO OH O C(CH3)3 CH2 O C O -
-
H+; - H2Otert-butil-6-O-butanoil galaktosida tert-butil galaktosida
benzena
Gambar 3.1. Mekanisme reaksi pembentukan ester tert-butil-6-O- butanoil galaktosida
Terbentuknya ester tert-butil-6-O-butanoil galaktosida didukung oleh spectrum FT-IR (Gambar 3.2). Puncak serapan pada bilangan gelombang 3435 cm-1 yang merupakan vibrasi hidroksil dari cincin galaktosida. Puncak pada bilangan gelombang 2966 cm-1, 2937 cm-1, dan 2877 cm-1, merupakan serapan khas dari vibrasi stretching –CH sp3 yang didukung oleh vibrasi bending –CH sp3 pada daerah bilangan gelombang 1411 cm-1 dan 1374 cm-1. Spectrum pada puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 1712 cm -1 merupakan vibrasi stretching dari gugus C=O (karbonil) dari ester, hal ini didukung dengan
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Gambar 3.2. Spektrum FT-IR tert-butil-6-O-butanoil galaktosida. Terbentuknya ester tert-butil-6-O-butanoil galaktosida juga didukung oleh spectrum 1H NMR (Gambar 3.3.). Pada daerah 0,9 ppm; 1,2 ppm; 1,8 ppm; 2,8 ppm; 3,8 – 4,2 ppm dan 4,5 ppm.
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
menunjukkan 9 proton yang merupakan geseran kimia dari proton CH3
yang terikat pada atom karbon tersier. Selanjutnya geseran kimia pada daerah 3,8 – 4,2 ppm menunjukkan 7 proton dari cincin galaktosida dan metilen yang berikatan dengannya. Sedangkan pada daerah 4,5 ppm menunjukkan 3 proton dari gugus hidroksil yang terikat pada cincin galaktosida.
Tabel 3.1. Tegangan permukaan (γ) tert-butil galaktosida
No. Konsentrasi surfaktan (%)
Log C Tegangan permukaan (γ) terbaca (dyne/cm γ setelah koreksi γ1 γ2 γ 3 γ(rata- rata) 1. 0,000010 -5,00 73,8 72,8 73,8 73,8 64,20 2. 0,000050 -4,30 70,8 70,8 70,7 70,7 61,59 3. 0,000100 -4,00 69,2 69,6 69,4 69,4 60,37 4. 0,000300 -3,52 67,3 67,7 67,5 67,5 58,72 5. 0,000500 -3,30 66,3 66,5 66,1 66,1 57,68 6. 0,000800 -3,09 65,3 65,3 65,3 65,3 56,81 7. 0,001000 -3,00 64,3 64,3 64,5 64,5 55,94 8. 0,003000 -2,52 63,3 63,3 63,5 63,5 55,24 9. 0,005000 -2,30 62,2 62,2 62,4 62,4 54,28 10. 0,007000 -2,15 61,6 61,6 61,6 61,6 53,59 11. 0,010000 -2,00 60,5 60,5 60,3 60,5 52,63 12. 0,020000 -1,69 57,5 57,5 57,6 57,5 50,02 13. 0,030000 -1,52 57,3 57,3 57,9 57,5 50,02 14. 0,040000 -1,39 57,7 57,7 57,5 57,5 50,02 15. 0,050000 -1,30 57,5 57,5 57,5 57,5 50,02 16. 0,060000 -1,22 57,3 57,3 57,9 57,5 50,02 17. 0,100000 -1,00 57,4 57,6 57,5 57,5 50,02 18. 0,500000 -0,30 57,4 57,5 57,6 57,5 50,02 Faktor koreksi 0,87
Pengukuran tegangan permukaan tert-butil galaktosida dilakukan dengan menggunakan tensiometer cincin Du Nuoy dengan konsentrasi bervariasi (Tabel 3.1). hasilnya diplotkan dengan konsentrasi sehingga diperoleh grafik tegangan permukaan – Vs – log C ( Gambar 3.4). dari gerafik ini terlihat tegangan permukaan menurun sejalan dengan naiknya konsentrasi larutan tert-butil galaktosida dalam air. Dan akhirnya menjadi konstan walaupun konsentrasi senyawa tersebut dinaikkan. Hal ini disebabkan karena galaktosa beragregasi
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
71.06 dyne/cm pada suhu 30oC. Dari harga CMC tersebut maka diperoleh harga HLB sebesar 3,93.
Selanjutnya dilakukan pengukuran tegangan permukaan ester tert-butil-6-O-butanoil galaktosida dengan konsentrasi yang bervariasi (Tabel 3.2). dari grafik tegangan permukaan - Vs – log C (Gambar 3.5) terlihat penurunan tegangan permukaan dengan naiknya konsentrasi tert-butil-6-O-butanoil galaktosida dalam air. Namun tegangan permukaan ini menjadi konstan walaupun konsentrasi terus dinaikkan, hal ini disebabkan karena senyawa ini beragregasi membentuk misel pada konsentrasi 0,006%, yang mana dapat menurunkan tegangan permukaan sebesar 46,11 dyne/cm. dari harga CMC tersebut maka dapat diperoleh harga HLB sebesar 3,50.
Penurunan tegangan permukaan ini desebabkan karena senyawa tersebut memiliki gugus hidrofob dan hidrofil. Ujung hidrofil dari molekul ditarik oleh molekul air pada permukaannya, tetapi bagian hidrofob ditolak oleh molekul air. Akibatnya suatu lapisan tipis terbentuk diatas permukaan air, dan mematahkan ikatan hydrogen air pada permukaan, sehingga tegangan permukaan air semakin menurun. Tabel 3.2. Tegangan permukaan (γ) ester tert-butil-6-O-butanoil
galaktosida
No. Konsentrasi surfaktan (%)
Log C Tegangan permukaan (γ) terbaca (dyne/cm γ setelah koreksi γ1 γ2 γ 3 γ(rata- rata) 1. 0,000010 -5,00 65,9 65,7 65,5 65,7 57,15 2. 0,000050 -4,30 63,3 63,3 63,4 63,3 55,07 3. 0,000100 -4,00 62,8 62,8 62,7 62,8 54,63 4. 0,000300 -3,52 61,3 61,4 61,5 61,4 53,40 5. 0,000500 -3,30 60,8 60,8 60,8 60,8 52,89 6. 0,000800 -3,09 60,1 60,0 59,9 60,0 52,20 7. 0,001000 -3,00 59,6 59,6 59,5 59,6 51,85 8. 0,003000 -2,52 58,9 58,9 58,9 58,9 51,24 9. 0,005000 -2,30 58,0 58,4 58,2 58,2 50,63
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Bila dibandingkan tegangan permukaan air tanpa penambahan surfaktan, air dengan penambahan tert-butil galaktosida dan air dengan penambahan tert-butil-6-O-butanoil galaktosida, maka tegangan permukaan air dengan penambahan tert-butil-6-O-butanoil galaktosida yang paling rendah (Gambar 3.4.).
Hal ini disebabkan karena pada tert-butil-6-O-butanoil galaktosida lebih banyak dijumpai gugus hidrokarbon yang bersifat menolak air dibandingkan dengan tert-butil galaktosida. Karena itu tert- butil-6-O-butanoil galaktosida lebih bersifat non-polardibandingakn dengan tert-butil galaktosida. Semakin non-polar suatu surfaktan maka akan lebih cepat beragregasi membentuk misel. Sehingga konsentrasi pembentukan misel akan lebih rendah. Dengan demikian diperoleh harga HLB yang lebih kecil dibandingkan dengan surfaktan yang bersifat lebih polar.
Dari harga HLB yang diperoleh tert-butil-6-O-butanoil galaktosida tersebut termasuk suatu surfaktan non-ionik yang berfungsi sebagai zat pengemulsi dengan system disfersi w/o (air dalam minyak), dimana senyawa ini memiliki gugus hidrofilik yaitu gugus hidroksil dan gugus lipofil yaitu gugus ester, eter dan alkil yang merupakan cirri khas suatu surfaktan.
KESIMPULAN
Senyawa tert-butil-6-O-butanoil galaktosida dapat dibentuk melalui reaksi esterifikasi antara tert-butil galaktosida dengan asam butirat menggunakan katalis asam para-toluen sulfonat, dengan
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Log C (% ) T eg an g an P er m u kaan ( d y n e/ cm ) Log C γ tert-butil galaktosida γ tert-butil-6-O-butanoil galaktosida CMC CMC
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
DAFTAR PUSTAKA
C.Deroanne. 2008. Enzymatically prepared n- alkyl esters of glucuronic acid: The effect of freeze-drying conditions and hydrophobic chain length on thermal b ehavior. Journal of Colloid and Interface Science. 321: 154 – 158.
Gennaro, R.A. 1990. Remingtin’s Pharmaceutical Science. 18th Ed. Easton. Vensilvania: Marck Publishing Company.
Kirk, O., D.P. Flemming, and C.F. Claus. 1998. Preparation and Properties or a New Type of Carbohydrate-Base Cationic Surfactant. J.Sur. & Det. 1(1): 37 - 40.
Martin, A., J. Swarbick and A. Cammarata. 1993. Farmasi Fisisk. Edisi ke-3. Jilid II Jakarta: UI-Press.
Otto, R.T., U.T. Bornscheuer, C. Syldatk, R.D. Schmid. 1998. Lypase-
catalyzed synthesis of arylaliphatic ester of β-D(+)-glucose, n- alkyl- and arylglucosides and characterization of their surfactant properties. Journal of Biotechnology. 64: 231 – 237.
Sabeder S., M. Habulin, Z. Knez. 2006. Lipase-catalyzed synthesis of fatty acid fructose ester. Journal of Food Engineering. 77: 880 – 886.
Skageralind, P., K.Larson, M. Barfoed, and Hult. 1997. Glucoside Ester Synthesis in Component B. Lypase. J.Am.Oil Chem. Soc. 74. 1: 39 – 42.
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011