Pembuatan Karboksimetil Selulosa - Prosedur Penelitian

Bab 3. METODE PENELITIAN

3.3. Prosedur Penelitian

3.3.3. Pembuatan Karboksimetil Selulosa

Sebanyak 4 gram serbuk pulp kertas dimasukkan ke dalam labu leher dua 500 mL lalu ditambahkan 30 mL isopropanol dan 30 mL NaOH 30%. Dirangkai alat refluks kemudian dipanaskan pada suhu 55^oC - 65^oC sambil diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 1 jam. Ditambahkan larutan 12 gram asam monokloroasetat dalam 40 mL isopropanol setetes demi setetes menggunakan corong penetes selama 1 jam dan

Selanjutnya dicuci dengan 50 mL etanol 96% lalu dikeringkan di dalam oven pada suhu 50^oC. Hasil yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan alat spektrofotometer FT-IR dan SEM.

3.3.4 Pembuatan O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa

Sebanyak 2 gram karboksimetil selulosa dimasukkan ke dalam labu leher tiga 500 mL lalu ditambahkan 40 mL isopropanol dan 30 mL NaOH 30%. Dirangkai alat refluks kemudian dipanaskan pada suhu 55oC - 65oC sambil diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 1 jam. Ditambahkan 30 mL etanol 96% dan 3 mL dietanolamina lalu dipanaskan selama 8 jam pada suhu 55ôC – 65ôC. Endapan yang terbentuk dipisahkan dan dicuci dengan 50 mL etanol 96% sebanyak 3 kali lalu dikeringkan di dalam oven pada suhu 50ôC. Hasil yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan alat spektrofotometer FT-IR dan SEM.

3.3.5 Pembuatan CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina

Sebanyak 2 gram karboksimetil selulosa dimasukkan ke dalam labu leher tiga 500 mL lalu ditambahkan 40 mL isopropanol dan 30 mL NaOH 30%. Dirangkai alat refluks kemudian dipanaskan pada suhu 55^oC - 65^oC sambil diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 1 jam. Ditambahkan 0,5 mL epiklorohidrin dan 30 mL isopropanol kemudian diaduk selama 8 jam pada temperature kamar. Selanjutnya, ditambahkan kembali 1 mL etilendiamina dan 0,5 mL epiklorohidrin lalu dipanaskan pada suhu 55oC – 65oC sambil diaduk selama 8 jam. Endapan yang terbentuk dipisahkan dan dicuci dengan 50 mL etanol 96% sebanyak 3 kali lalu dikeringkan di dalam oven pada suhu 50oC. Hasil yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan alat spektrofotometer FT-IR dan SEM.

3.3.6 Karakterisasi Hasil Reaksi

3.3.6.1 Analisis Gugus Fungsi FT-IR

Masing-masing serbuk selulosa, CMC, O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa, dan CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina dicampurkan dengan KBr anhidrat lalu dicetak sesuai plat hingga membentuk lapisan tipis, selanjutnya diukur spektrumnya dengan alat spektrofotometer FT-IR.

3.3.6.2 Analisis Morfologi dengan SEM

Analisis SEM dilakukan untuk mempelajari sifat morfologi dari zat hasil sintesis yang diperoleh. Hasil analisis SEM dapat kita lihat rongga-rongga hasil pereaksian selulosa-monokloroasetat, CMC-dietanolamina, dan CMC-epiklorohidrin/etilendiamina. Informasi dari analisis ini akan mendapatkan gambaran seberapa baik bahan-bahan tersebut tercampur.

3.3.6.3 Penentuan Derajat Substitusi (DS)

Sampel yang ditentukan derajat substitusinya yaitu CMC dengan menggunakan metode titrasi. Ditimbang sebanyak 0,1 gram CMC, dilarutkan dalam 5 mL NaOH 0,5 N dan diaduk selama 30 menit. Kemudian ditambahkan 3 tetes indikator fenolftalein lalu dititrasi dengan HCl 0,5 N hingga mencapai titik ekivalen. Derajat substitusi dihitung menggunakan persamaan berikut :

% DS = [ − ] , � � ^{x 100 %} DS = % � − % � (mmol/g) COOH = � + �

3.3.7 Perlakuan dan Analisis Penyerapan Ion Pb2+

3.3.7.1 Penentuan Waktu Kontak Optimum

Sebanyak 50 mL larutan standar Pb2+ 1000 ppm dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL, kemudian ditambahkan O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa sebanyak 0,1 g. Diaduk dengan pengaduk magnet selama 30 menit lalu campuran disaring menggunakan kertas saring Whatmann no. 42. Diatur pH filtrat hingga pH = 3 dengan menggunakan HNO3(p). Diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada �spesifik 283,3 nm. Dilakukan perlakuan yang sama dengan variasi waktu kontak 60 menit, 90 menit, 120 menit, dan 150 menit.

3.3.7.2 Karboksimetil Selulosa (CMC) dalam Larutan Standar

Sebanyak 50 mL larutan standar Pb2+ 1000 ppm dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL, kemudian ditambahkan karboksimetil selulosa sebanyak 0,1 g. Diaduk dengan pengaduk magnet selama waktu kontak optimum lalu campuran disaring menggunakan kertas saring Whatmann no. 42. Diatur pH filtrat hingga pH = 3 dengan menggunakan HNO3(p). Diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada �spesifik 283,3 nm. Dilakukan perlakuan yang sama dengan variasi larutan standar Pb²⁺ 2000 ppm, 3000 ppm, 4000 ppm, dan 5000 ppm.

3.3.7.3 O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa dalam Larutan Standar

Sebanyak 50 mL larutan standar Pb2+ 1000 ppm dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL, kemudian ditambahkan O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa sebanyak 0,1 g. Diaduk dengan pengaduk magnet selama waktu kontak optimum lalu campuran disaring menggunakan kertas saring Whatmann no. 42. Diatur pH filtrat hingga pH = 3 dengan menggunakan HNO3(p). Diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada �spesifik 283,3 nm. Dilakukan perlakuan yang sama dengan variasi larutan standar Pb²⁺ 2000 ppm, 3000 ppm, 4000 ppm, dan 5000 ppm.

3.3.7.4 CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina dalam Larutan Standar

Sebanyak 50 mL larutan standar Pb²⁺ 1000 ppm dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL, kemudian ditambahkan CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina sebanyak 0,1 g. Diaduk dengan pengaduk magnet selama waktu kontak optimum lalu campuran disaring menggunakan kertas saring Whatmann no. 42. Diatur pH filtrat hingga pH = 3 dengan menggunakan HNO3(p). Diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada �spesifik 283,3 nm. Dilakukan perlakuan yang sama dengan variasi larutan standar Pb²⁺ 2000 ppm, 3000 ppm, 4000 ppm, dan 5000 ppm.

3.4 Bagan Penelitian

3.4.1 Preparasi Pulp Kertas

Pulp Kertas

Serbuk Selulosa

dibleaching menggunakan 500 mL H₂O₂ 10% sambil

diaduk pada suhu 55^oC - 65^oC di atas hotplate selama

2 jam

dicuci dengan aquadest

dikeringkan di dalam oven pada suhu 50^oC

dihaluskan dengan blender hingga membentuk serbuk

dikarakterisasi

3.4.2 Pembuatan Karboksimetil Selulosa (CMC)

4 gram Selulosa

Filtrat

dimasukkan ke dalam labu leher dua 500 mL ditambahkan 30 mL isopropanol

ditambahkan 30 mL NaOH 30% dirangkai alat refluks

dipanaskan di atas hotplate pada suhu 55^oC - 65^oC sambil

diaduk selama 1 jam

ditambahkan larutan 40 mL isopropanol + 12 gr asam monokloroasetat setetes demi setetes menggunakan corong penetes selama 1 jam

dipanaskan selama 4 jam pada suhu 55^oC - 65^oC

dinetralkan dengan asam asetat glasial hingga pH=7 disaring

Endapan

dicuci dengan 50 mL etanol 96% dikeringkan di dalam oven pada

suhu 50^oC

CMC

Analisis FT-IR Analisis SEM

3.4.3 Pembuatan O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa

2 gram CMC

Filtrat

dimasukkan ke dalam labu leher tiga 500 mL ditambahkan 40 mL isopropanol

ditambahkan 30 mL NaOH 30% dirangkai alat refluks

dipanaskan pada suhu 55^oC- 65^oC sambil diaduk selama

1 jam

Endapan

dicuci dengan 50 mL etanol 96% sebanyak 3 kali

dikeringkan di dalam oven pada

suhu 50^oC

HASIL Na-CMC

ditambahkan 30 mL etanol 96% ditambahkan 3 mL dietanolamina

dipanaskan sambil diaduk pada suhu 55^oC-65^oC selama

8 jam didinginkan disaring

Analisis FT-IR Analisis SEM

3.4.4 Pembuatan CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina

2 gram CMC

Filtrat

dimasukkan ke dalam labu leher tiga 500 mL ditambahkan 40 mL isopropanol

ditambahkan 30 mL NaOH 30% dirangkai alat refluks

dipanaskan pada suhu 55^oC-65^oC sambil diaduk selama

1 jam

Endapan

dicuci dengan 50 mL etanol 96% sebanyak 3 kali

dikeringkan di dalam oven pada

suhu 50^oC

HASIL Na-CMC

ditambahkan 0,5 mL epiklorohidrin ditambahkan 30 mL isopropanol

diaduk menggunakan hotplate stirrer selama 8 jam pada temperatur kamar

ditambahkan 1 mL etilendiamina ditambahkan 0,5 mL epiklorohidrin

dipanaskan sambil diaduk pada suhu 55^oC-65^oC selama

8 jam didinginkan disaring

3.4.5 Perlakuan dan Analisis Penyerapan Logam Pb2+ dengan Zat Hasil Sintesis

3.4.5.1 Penentuan Waktu Kontak Optimum

50 mL Larutan Standar Pb²⁺ 1000 ppm

Filtrat

diatur pH hingga 3 dengan menambahkan HNO_{3 (p)}

diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada spesifik 283,3 nm.

Residu

dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL

ditambahkan 0,1 gram O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa

diaduk dengan pengaduk magnet selama 30 menit

disaring dengan menggunakan kertas saring Whatman no. 42



Hasil

Catatan : Dilakukan perlakuan yang sama pada variasi waktu 60 menit, 90 menit, 120 menit, dan 150 menit.

3.4.5.2 Penyerapan Logam Pb2+ dengan Karboksimetil Selulosa (CMC) dalam Larutan Standar

50 mL Larutan Standar Pb²⁺ 1000 ppm

Filtrat

diatur pH hingga 3 dengan menambahkan HNO_{3 (p)}

diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada spesifik 283,3 nm.

Residu

dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL ditambahkan 0,1 gram karboksimetil selulosa diaduk dengan pengaduk magnet selama 150 menit

disaring dengan menggunakan kertas saring Whatman no. 42



Hasil

Catatan : Dilakukan perlakuan yang sama pada larutan standar 2000 ppm, 3000 ppm, 4000 ppm dan 5000 ppm.

3.4.5.3 Penyerapan Logam Pb2+ dengan O-[N,N-bis(2hidroksietil)asetamido] selulosa dalam Larutan Standar

50 mL Larutan Standar Pb²⁺ 1000 ppm

Filtrat

diatur pH hingga 3 dengan menambahkan HNO_{3 (p)}

diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada spesifik 283,3 nm.

Residu

dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL

ditambahkan 0,1 gram O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa

diaduk dengan pengaduk magnet selama 150 menit

disaring dengan menggunakan kertas saring Whatman no. 42



Hasil

Catatan : Dilakukan perlakuan yang sama pada larutan standar 2000 ppm, 3000 ppm, 4000 ppm dan 5000 ppm.

3.4.5.4 Penyerapan Logam Pb2+ dengan CMC-g-epiklorohidrin/ etilendiamina dalam Larutan Standar

50 mL Larutan Standar Pb²⁺ 1000 ppm

Filtrat

diatur pH hingga 3 dengan menambahkan HNO_{3 (p)}

diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom pada spesifik 283,3 nm.

Residu

dimasukkan ke dalam gelas beaker 250 mL

ditambahkan 0,1 gram CMC-g-epiklorohidrin/ etilendiamina diaduk dengan pengaduk magnet selama 150 menit

disaring dengan menggunakan kertas saring Whatman no. 42



Hasil

Catatan : Dilakukan perlakuan yang sama pada larutan standar 2000 ppm, 3000 ppm, 4000 ppm dan 5000 ppm.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

4.1.1 Hasil Analisis Menggunakan Spektrofotometer FT-IR

4.1.1.1 Hasil Analisis Spektrofotometer FT-IR Selulosa

Selulosa yang digunakan dalam penelitian ini adalah selulosa dari pulp kertas hasil olahan salah satu perusahaan di Sumatera Utara. Dari data spektroskopi FT-IR selulosa memberikan spektrum dengan puncak-puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3337 cm^-1, 2900 cm^-1, 2110 cm^-1, 1317 cm^-1, 1032 cm^-1, 899 cm^-1, 689 cm^-1 (Gambar 4.1).

4.1.1.2Hasil Analisis Spektrofotometer FT-IR CMC

Karboksimetil selulosa (CMC) merupakan hasil reaksi antara selulosa yang sudah dialkalisasi terlebih dahulu dengan NaOH sehingga suasananya menjadi alkali yang kemudian direaksikan dengan asam monokloroasetat yang dilarutkan terlebih dahulu dengan isopropanol dengan pemanasan pada suhu 55 - 65 ^oC selama 4 jam. Kemudian dicuci dengan etanol 96% lalu dikeringkan. Hasil yang diperoleh berupa karboksimetil selulosa (CMC) berupa serbuk halus berwarna putih yang selanjutnya dianalisis menggunakan spektroskopi FT-IR, di mana memberikan spektrum puncak-puncak serapan pada bilangan gelombang 3395 cm-1, 2918, cm-1, 2114 cm-1, 1588 cm-1, 1415 cm^-1, 1324 cm^-1, 1020 cm^-1, 920 cm^-1, 689 cm^-1 (Gambar 4.2).

4.1.1.3Hasil Analisis Spektrofotometer FT-IR O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa

O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa merupakan hasil reaksi antara CMC yang sudah dialkalisasi terlebih dahulu dengan NaOH sehingga suasananya menjadi alkali yang kemudian direaksikan dengan etanol dan dietanolamina dengan pemanasan pada suhu 55- 65oC selama 8 jam. Kemudian dicuci dengan etanol 96% lalu dikeringkan. Hasil yang diperoleh berupa O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa berupa serbuk halus berwarna kuning pucat yang selanjutnya dianalisis menggunakan spektroskopi FT-IR, di mana memberikan spektrum puncak-puncak serapan pada bilangan gelombang 3254 cm^-1, 2922 cm^-1, 2114 cm^-1, 1562 cm^-1, 1436 cm^-1, 1324 cm^-1, 1022 cm^-1, 866 cm^-1, 689 cm^-1 (Gambar 4.3).

4.1.1.4Hasil Analisis Spektrofotometer FT-IR CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina

CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina merupakan hasil reaksi antara CMC yang sudah dialkalisasi terlebih dahulu dengan NaOH sehingga suasananya menjadi alkali yang kemudian direaksikan dengan epiklorohidrin dan etilendiamina dengan pemanasan pada suhu 55- 65^oC selama 8 jam. Kemudian dicuci dengan etanol 96% lalu dikeringkan. Hasil yang diperoleh berupa selulosa-g-epiklorohidrin/etilendiamina berupa serbuk halus berwarna kuning pucat yang selanjutnya dianalisis menggunakan spektroskopi FT-IR, di mana memberikan spektrum puncak-puncak serapan pada bilangan gelombang 3287 cm

-1, 2900 cm-1, 2116 cm-1, 1600 cm-1, 1417 cm-1, 1313 cm-1, 1061 cm-1, 868 cm-1, 689 cm-1

(Gambar 4.4).

4.1.2 Hasil Analisis Morfologi Menggunakan SEM (Scanning Electron

Microscopic)

4.1.2.1Hasil Analisis Morfologi SEM dari CMC

Adapun hasil SEM dari CMC dapat dilihat pada Gambar 4.5 berikut.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.5 SEM dari CMC : (a) perbesaran 250 kali, (b) perbesaran 1000 kali, (c) perbesaran 2000 kali, dan (d) perbesaran 3000 kali.

4.1.2.2Hasil Analisis Morfologi SEM dari O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa

Adapun hasil SEM dari O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa dapat dilihat pada Gambar 4.6 berikut.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.6 SEM dari O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa : (a) perbesaran 250 kali, (b) perbesaran 1000 kali, (c) perbesaran 2000 kali, dan (d) perbesaran 3000 kali.

4.1.2.3 Hasil Analisis Morfologi SEM dari CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina

Adapun hasil SEM dari CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina dapat dilihat dari Gambar 4.7 berikut.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.7 SEM dari CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina: (a) perbesaran 250 kali, (b) perbesaran 1000 kali, (c) perbesaran 2000 kali, dan (d) perbesaran 3000 kali.

4.2 Pembahasan

4.2.1 Analisis Menggunakan Spektrofotometer FT-IR

Spektroskopi FT-IR merupakan suatu teknik analisis yang dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi dari suatu molekul dalam suatu sampel. Analisis gugus fungsi dengan FT-IR telah dilakukan dengan menggunakan alat Agilent Technologies. Sampel yang dianalisis yaitu selulosa dari pulp kertas, CMC, O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido] selulosa, dan CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina hasil sintesis.

4.2.1.1 Analisis Selulosa dengan Spektrofotometer FT-IR

Selulosa yang digunakan berasal dari pulp kertas hasil olahan salah satu pabrik di

Sumatera Utara yang memiliki kadar α-selulosa lebih dari 90%. Sebelum dilakukan

analisis gugus fungsi, dilakukan pemucatan terlebih dahulu terhadap pulp kertas menggunakan H2O2 10%. Pemucatan ini dilakukan karena sampel yang digunakan berwarna putih kekuningan. Sehingga adanya H2O2 akan menghilangkan pigmen yang melekat pada selulosa.

Spektrum yang ditunjukkan dari data FT-IR memberi dukungan bahwa selulosa yang digunakan memiliki gugus O-H dengan munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 3337 cm-1 serta didukung oleh puncak serapan pada bilangan gelombang 1032 cm^-1yang menunjukkan vibrasi dari gugus C-O simetris dan puncak serapan pada bilangan gelombang 1317 cm-1 menunjukkan vibrasi C-O anti-simetris. Puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2900 cm-1 merupakan vibrasi stretching C-H yang didukung oleh vibrasi C-H bending pada bilangan gelombang 689 cm-1. Munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2110 cm-1 menunjukkan vibrasi C-C stretching dan didukung dengan bilangan gelombang 899 cm^-1 yang merupakan C-C bending.

4.2.1.2 Analisis CMC dengan Spektrofotometer FT-IR

Karboksimetil selulosa (CMC) merupakan hasil reaksi antara selulosa yang sudah dialkalisasi terlebih dahulu dengan NaOH sehingga suasananya menjadi alkali yang kemudian direaksikan dengan asam monokloroasetat yang dilarutkan terlebih dahulu dengan isopropanol dengan pemanasan pada suhu 55 - 65 ^oC selama 4 jam. Kemudian dicuci dengan etanol 96% lalu dikeringkan.Penggunaan isopropanol sebagai pelarut inert berguna untuk meningkatkan derajat substitusi dalam reaksi,yang mana diketahui dengan adanya asam monokloroasetat dapat menurun derajat substitusi terhadap selulosa. Maka adanya pelarut inert isopropanol akan menjaga orde reaksi substitusi tetap optimal dalam reaksi. (Klemm. 1998)

Spektrum yang ditunjukkan dari data FT-IR memberi dukungan bahwa karboksimetil selulosa yang terbentuk memiliki gugus karbonil (C=O) yang berasal dari asam monokloroasetat dengan munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 1588 cm^-1 serta didukung oleh puncak serapan pada bilangan gelombang 1020 cm^-1 menunjukkan vibrasi dari gugus C-O simetris dan puncak serapan pada bilangan gelombang 1324 cm^-1 yang menunjukkan vibrasi dari gugus C-O anti-simetris. Puncak vibrasi C=O ini lebih rendah dari puncak vibrasi secara umum dikarenakan gugus karbonil yang terbentuk melekat melalui rantai eter yang mana lebih lemah ikatannya bila dibandingkan dengan rantai ester, sehingga vibrasi serapan yang dimunculkan juga ikut rendah.

Puncak serapan pada bilangan gelombang 3395 cm^-1 menunjukkan vibrasi OH dari selulosa. Puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2918 cm-1 merupakan vibrasi stretching C-H yang didukung oleh vibrasi C-H bending pada bilangan gelombang 689 cm-1, serta munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2114 cm-1 menunjukkan vibrasi C-C stretching dan didukung dengan bilangan gelombang 920 cm-1 yang merupakan C-C bending. Puncak serapan pada bilangan gelombang 1415 cm-1

menunjukkan vibrasi gugus metilena (-CH2-) dari penambahan asam monokloroasetat. Penambahan NaOH menyebabkan terjadinya alkalisasi oleh ion Na⁺ katalis terhadap gugus hidroksil pada atom C-6 membentuk Na-CMC dengan bantuan pelarut protik isopropanol. Penambahan asam monokloroasetat menyebabkan reaksi karboksimetilasi berlangsung di mana kation Na⁺ berikatan dengan anion Cl^- membentuk garam NaCl, sedangkan gugus metilen dari asam monokloroasetat yang bersifat

membentuk CMC. Hal ini juga didukung berdasarkan teori HSAB, di mana ion Na⁺ dari NaOH yang merupakan asam kuat (hard acid) cenderung bereaksi dengan ion Cl^- dari asam monokloroasetat yang merupakan basa kuat (hard base).

Berdasarkan dukungan teori ini, maka secara hipotesa reaksi selulosa dengan asam monokloroasetat untuk membentuk CMC dapat dilihat pada Gambar 4.8 berikut ;

O O O OH OH OH OH OH OH H H H H H H ^H H H H O n m NaOH O O O ONa OH OH ONa OH OH H H H H H H ^H H H H O n m ClCH₂COOH - m H₂O - m NaCl O O O OCH₂C OH OH OCH₂C OH OH H H H H H H ^H H H H O n Selulosa CMC O O OH OH

Gambar 4.8 Reaksi Pembentukan CMC melalui karboksimetilasi selulosa

4.2.1.3 Analisis O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa dengan Spektrofoto- meter FT-IR

terbentuknya ikatan antara gugus amina dari dietanolamina dan atom dari gugus karbonil (C=O) dari CMC sehingga membentuk amida tersier (-CONR2). (Klemm. 1998)

Spektrum yang ditunjukkan dari data FT-IR memberi dukungan bahwa O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa yang terbentuk memiliki gugus karbonil (C=O) yang berasal dari CMC dengan munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 1562 cm^-1 serta didukung oleh puncak serapan pada bilangan gelombang 1022 cm^-1 yang menunjukkan vibrasi dari gugus C-O simetris dan puncak serapan pada bilangan gelombang 1324 cm-1 yang menunjukkan vibrasi dari gugus C-O anti-simetris. Puncak vibrasi C=O ini juga lebih rendah dibanding puncak vibrasi C=O pada CMC. Hal ini dikarenakan pada O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa telah terjadi transformasi gugus fungsi dari gugus karboksilat menjadi gugus amida, di mana telah terjadi penurunan keelektronegatifan unsur-unsur yang saling berikatan yakni dari C-O-H karboksilat menjadi C-N-C amida yang menyebabkan kerapatan elektron ikatan menjadi berkurang dan ikut menyertakan penurunan pada vibrasi serapan.

Puncak vibrasi pada bilangan gelombang 3254 cm^-1 menunjukkan vibrasi O-H dari selulosa dan hidroksietil. Puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2922 cm^-1 merupakan vibrasi stretching C-H yang didukung oleh vibrasi C-H bending pada bilangan gelombang 689 cm^-1, serta munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2114 cm^-1 menunjukkan vibrasi C-C stretching dan didukung dengan bilangan gelombang 866 cm^-1 yang merupakan C-C bending. Puncak serapan pada bilangan gelombang 1436 cm^-1 menunjukkan vibrasi gugus metilena (-CH2-) yang overlap dengan gugus C-N amida yang terbentuk.

Senyawa CMC memiliki gugus karboksilat yang dialkalisasi oleh ion Na+ dari katalis membentuk Na-CMC. Kemudian gugus karbonil Na-CMC yang bertindak sebagai electron sink diserang oleh pasangan elektron bebas dari atom oksigen pada etanol yang bersifat nukleofil membentuk ester etil-CMC sebagai intermediate. Selanjutnya, penambahan dietanolamina menyebabkan proses amidasi berlangsung di mana pasangan elektron bebas dari nitrogen pada gugus amina yang lebih nukleofil dibanding etanol menyerang gugus karbonil intermediate dan membentuk O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa.

Berdasarkan dukungan teori ini, maka secara hipotesa reaksi CMC dengan dietanolamina dapat dilihat pada Gambar 4.9 berikut.

m NaOH m C₂H₅OH - m H₂O - m NaOH O O O OH OH OH OH H H H H H H ^H H H H O n O O O OCH₂C OH OH OCH2C OH OH H H H H H H ^H H H H O n O O O OH OH OH OH H H H H H H ^H H H H O n m NH(C₂H₄OH)₂ - m C₂H₅OH O O O OH OH OH OH H H H H H H ^H H H H O n CMC O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa O O OH OH OCH₂C O ONa OCH2C O ONa OCH2C O OC₂H₅ OCH₂C O OC2H5 OCH2C O OCH₂C O N(C₂H₄OH)₂ N(C2H4OH)2

Gambar 4.9 Reaksi Pembentukan O-[N,N-bis(2-hidroksietil)asetamido]selulosa melalui amidasi CMC. (Thanh. 2009)

4.2.1.4Analisis CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina dengan Spektrofotometer FT-IR

CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina merupakan hasil reaksi antara CMC yang sudah dialkalisasi terlebih dahulu dengan NaOH sehingga suasananya menjadi alkali yang

alkil halida dengan alkilena epoksida terhadap gugus karboksilat dari senyawa CMC. Selanjutnya akan terbentuk senyawa amina di mana oksiran yang bersifat reaktif dari epiklorohidrin akan diputus ikatannya oleh gugus amina dari etilendiamina dan membentuk senyawa amina sekunder (-NHR). (Klemm. 1998)

Spektrum yang ditunjukkan dari data FT-IR memberi dukungan bahwa CMC-g-epiklorohidrin/etilendiamina yang terbentuk memiliki gugus karbonil (C=O) yang berasal dari CMC dengan munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 1600 cm -1. Hal ini juga didukung oleh puncak serapan pada bilangan gelombang 1061 cm-1 yang menunjukkan vibrasi dari gugus C-O simetris dan puncak serapan pada bilangan gelombang 1313 cm-1 yang menunjukkan vibrasi dari gugus C-O anti-simetris. Puncak vibrasi C=O ini ternyata lebih tinggi dibanding puncak vibrasi C=O pada CMC. Ini mengindikasikan telah terjadi transformasi gugus fungsi dari gugus karboksilat menjadi ester yang ikatannya lebih kuat. Berubahnya gugus H dari karboksilat menjadi C-O-C pada C-O-CMC-O-C-g-epiklorohidrin/etilendiamina meningkatkan efek induksi pada senyawa sehingga menjadikan kerapatan elektron di antara penyusun ikatan semakin besar dan menyebabkan vibrasi serapannya juga ikut meningkat.

Puncak vibrasi pada bilangan gelombang 3287 cm^-1 menunjukkan vibrasi O-H dari selulosa yang overlap dengan vibrasi N-H. Puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2900 cm^-1 merupakan vibrasi stretching C-H yang didukung oleh vibrasi C-H bending pada bilangan gelombang 689 cm^-1, serta munculnya puncak vibrasi pada bilangan gelombang 2116 cm^-1 menunjukkan vibrasi C-C stretching dan didukung dengan bilangan gelombang 868 cm^-1 yang merupakan C-C bending. Puncak serapan pada bilangan gelombang 1417 cm-1 menunjukkan vibrasi gugus metilen (-CH2-) yang overlap dengan gugus C-N amina yang terbentuk.

Interaksi CMC dengan NaOH menyebabkan terjadinya alkalisasi oleh ion Na+

katalis terhadap karbonil CMC membentuk Na-CMC. Penambahan epiklorohidrin menyebabkan reaksi esterifikasi di mana kation Na+ berikatan dengan anion Cl

-membentuk garam NaCl, sedangkan gugus metilen dari epiklorohidrin yang bersifat elektrofil diserang oleh gugus karboksilat dari CMC yang bersifat nukleofil dan membentuk 2-oksiranilmetil karboksimetil selulosa . Hal ini juga didukung berdasarkan teori HSAB, di mana ion Na⁺ dari Na-CMC yang merupakan asam kuat (hard acid) cenderung bereaksi dengan ion Cl^- dari epiklorohidrin yang merupakan basa kuat (hard base). Selanjutnya, penambahan etilendiamina menyebabkan reaksi aminasi berlangsung

sangat reaktif terhadap serangan nukleofil yang menyebabkan pecahnya ikatan C-O-C oksiran. Pasangan elektron bebas dari nitrogen pada gugus amina yang bersifat nukleofil akan menyerang dengan gugus metilen sekunder yang bersifat electron sink, sebab karbokation metilen tersier lebih stabil dibanding karbokation sekunder, sehingga ikatan mengarah ke gugus metilen sekunder dan membentuk CMC-g-epiklorohidrin/ etilendiamina.

Berdasarkan dukungan teori ini, maka secara hipotesa reaksi CMC dengan epiklorohidrin/etilendiamina dapat dilihat pada Gambar 4.10 berikut ;

m NaOH - m H₂O - m NaCl O O O OCH₂CH-CH₂ OH OH OCH₂CH-CH₂ OH OH H H H H H H ^H H H H O n O O O OCH₂C OH OH OCH₂C OH OH H H H H H H ^H H H H O n O O O OH OH OH OH H H H H H H ^H H H H O n O O O OH OH OH OH H H H H H H ^H H H H O n O CH2-CH-CH2-Cl

Dalam dokumen Sintesis Senyawa Turunan Selulosa Melalui Transformasi CMC Meliputi Amidasi Menggunakan Dietanolamina Serta Esterifikasi/Aminasi Menggunakan Epiklorohidrin/ Etilendiamina dan Pengujiannya Sebagai Pengadsorpsi Ion Timbal (Halaman 11-87)