Konversi Asam Stearat Menjadi Stearonitril Dengan Dipandu Teknik Termodegradasi

KONVERSI ASAM STEARAT MENJADI

STEARONITRIL DENGAN DIPANDU TEKNIK

TERMODEGRADASI

MUKHAMAD SALMAN

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Konversi Asam Stearat Menjadi Stearonitril dengan Dipandu Teknik Termodegradasi adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruaan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

ABSTRAK

MUKHAMAD SALMAN. Konversi Asam Stearat Menjadi Stearonitril dengan Dipandu Teknik Termodegradasi. Dibimbing oleh MUHAMMAD FARID dan ZAINAL ALIM MAS’UD.

Nitril merupakan senyawa antara penting dalam industri bahan kimia. Kajian secara komprehensif terhadap suhu dan waktu konversi asam lemak menjadi senyawa nitrilnya perlu dilakukan karena berpengaruh pada hasil sintesis. Pemantauan melalui teknik termodegradasi merupakan salah satu solusi dalam mengatasi masalah suhu reaksi. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan informasi suhu dan waktu reaksi yang akurat menggunakan sifat termodegradasi dari konversi asam lemak menjadi stearonitril. Stearonitril disintesis dengan memanaskan bahan baku asam stearat, urea, dan akuades di dalam tanur. Suhu pemanasan didasarkan pada hasil analisis termal bahan baku. Kondisi optimum untuk reaksi ini adalah pada 300 °C selama 3 jam yang ditunjukkan dengan termogram kalorimetri pemayaran diferensial, analisis termal diferensial, analisis termogravimetri, dan spektrum inframerah transformasi Fourier. Produk pemanasan tidak diperoleh dalam keadaan murni karena masih terdapat asam stearat. Senyawa amida didapati sebagai senyawa antara konversi ini.

Kata kunci: analisis termal, asam stearat, FTIR, nitril, urea.

ABSTRACT

MUKHAMAD SALMAN. Stearic Acid Conversion into Stearoitrile Guided by Thermodegradation Technique. Supervised by MUHAMMAD FARID and ZAINAL ALIM MAS’UD.

Nitrile is an important intermediate compounds in fine chemical industries. A comprehensive study of temperature and reaction time in fatty acids conversion into nitrile compounds is necessary to study their effect on the synthesis. Monitoring of reaction through thermodegradation technique is a solution to overcome the problem of the reaction temperature. The objectives of this research are to obtain information on temperature and reaction time accurately by using thermodegradation properties of stearic acid conversion into stearonitrile. The conversion was conducted by heating stearic acid, urea, and water in a furnace. The heating temperature was selected based on thermal analysis result of the raw materials. The optimum conditions for this reaction was at 300 °C for 3 hours which were confirmed by thermogram of differential scanning calorimetry, differential thermal analysis, thermogravimetric analysis, and Fourier transform infrared spectra. The products obtained were not pure and stearic acid was still observed. Amide compound was found as intermediate in this conversion.

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

KONVERSI ASAM STEARAT MENJADI STEARONITRIL

DENGAN DIPANDU TEKNIK

TERMODEGRADASI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2016

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat, dan karunia-Nya selama proses penelitian dan penyusunan sehingga karya ilmiah dengan judul Konversi Asam Stearat Menjadi Stearonitril dengan Dipandu Teknik Termodegradasi berhasil diselesaikan. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang dilaksanakan pada bulan Februari hingga Agustus 2015 di Laboratorium Terpadu (LT) IPB, Bogor.

Terima kasih penulis ucapan kepada Drs Muhamad Farid, MSi dan Dr Zaenal Alim Mas’ud, DEA selaku pembimbing yang senantiasa memberikan bimbingan, saran, serta motivasinya kepada penulis selama penelitian. Penghargaan penulis sampaikan juga kepada seluruh staf Laboratorium Terpadu, IPB dan staf Laboratorium Organik atas segala bantuan serta pengarahan yang diberikan selama penelitian.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan yang membantu penelitian di Laboratorium Terpadu, yaitu Agy Wirabudi Pranata, Denar Zuliandanu, Lestari Ainun Mardiyah, Rahmi Puspita Sari, dan Sujono atas saran, kritik, semangat, dan bantuan selama penelitian. Ucapan terima kasih juga kepada teman-teman CTO, teman seperjuangan di LT, dan teman-teman Kimia angkatan 48 atas motivasi, semangat, dan kebersamaan sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Terima kasih juga kepada Ibu, Ayah, dan keluarga Amin Harun atas doa, kasih sayangnya, dan dukungan kepada penulis selama ini.

Semoga laporan hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca.

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR LAMPIRAN vii

PENDAHULUAN 1

METODE 2

Waktu dan Tempat 2

Alat dan Bahan 2

Sintesis Nitril 2

Optimasi Sintesis 2

Pencirian Hasil 2

HASIL DAN PEMBAHASAN 3

Produk Konversi Nitril 3

Ciri-Ciri Nitril Hasil Konversi 4

Karakteristik Termal Campuran Bahan Baku 6

Kondisi Optimum Konversi 7

SIMPULAN DAN SARAN 10

Simpulan 10

Saran 10

DAFTAR PUSTAKA 11

LAMPIRAN 13

DAFTAR TABEL

1 Pengukuran titik leleh 4

2 Analisis perubahan massa produk pemanasan pada 300 °C 5

DAFTAR GAMBAR

1 Campuran bahan baku pada berbagai suhu selama 3 jam 3 2 Spektrum FTIR produk pemanasan pada 300 °C dan asam stearat 4 3 Termogram DSC dan DTA produk pemanasan pada 300 °C selama 3 jam 5 4 Termogram TGA produk pemanasan pada 300 °C selama 3 jam 5

5 Reaksi disosiasi amonium stearat 6

6 Termogram TGA-DTA campuran bahan baku 6

7 Spektrum FTIR produk pemanasan pada 100–300 °C selama 1 jam 8 8 Termogram DSC produk pemanasan pada 300 °C selama 1, 3, dan 5 jam 9 9 Perubahan entalpi pelelehan stearonitril dan asam stearat terhadap nisbah

C≡N/C=O produk pemanasan pada 300 °C 9

10Tahapan sintesis nitril melalui stearamida 10

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram alir penelitian 13

2 Spektrum FTIR urea dan produk pemanasan 300 °C 14

3 Serapan FTIR gugus-gugus fungsi pemanasan 15

1

PENDAHULUAN

Saat ini, sebanyak 75% dari total produksi nasional minyak sawit diekspor dalam bentuk minyak sawit kasar (CPO), minyak inti sawit (PKO), dan sebagian kecil diekspor dalam bentuk senyawa oleokimia (Sulistyanto dan Akyuwen 2011). Senyawa oleokimia adalah senyawa kimia yang diturunkan dari minyak dan lemak. Senyawa oleokimia dasar seperti asam lemak, asam lemak metil ester, lemak alkohol, lemak nitril, lemak amina, dan gliserol dapat diperoleh melalui reaksi kimiawi dan enzimatik (Broze 1999). Senyawa nitril merupakan senyawa antara dalam pembentukan senyawa oleokimia yang dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti dalam industri farmasi, pertanian, pengolahan air, dan sebagai pelarut (Hayes 2001; Patil et al. 2013). Senyawa nitril dengan rantai asam lemak banyak dibutuhkan dalam industri oleokimia (Fukushuma dan Terasaka 2011).

Konsumsi produk oleokimia dunia setiap tahun tumbuh sekitar 2–3%. Tahun 2014, produksi asam lemak nasional sebesar 700 ribu ton, sedangkan produksi lemak alkoholsebanyak 200 ribu ton. Dari jumlah tersebut, ekspor asam lemak sekitar 600 ribu ton, sedangkan ekspor lemak alkohol sebanyak 180 ribu ton (Hadisoebroto 2010). Saat ini, informasi terkait produksi dan ekspor lemak nitril nasional belum diperoleh karena lemak nitril belum dapat diproduksi di Indonesia. Namun demikian, kebutuhan lemak nitril akan terus meningkat setiap tahunnya, khususnya di Asia (Qayuum 2015). Oleh karena itu, kajian terkait produksi lemak nitril dari asam lemak menjadi hal yang penting untuk dilakukan.

Suhu reaksi konversi asam lemak menjadi senyawa nitril sangat bervariasi. Saat ini, informasi yang diperoleh terkait produksi senyawa nitril komersial menggunakan kisaran suhu 150–300 C selama 10 jam. Sari (2013) memperoleh nitril dari reaksi asam lemak dengan asetonitril dengan katalis asam pada suhu 115 °C selama 24 jam. Pada kajian lain, kondisi reaksi yang digunakan cukup ekstrem, yaitu sintesis nitril dari asam lemak dangan gas amonia pada suhu 280– 360 C (Corma et al. 2007) dan 300 C (Fukushuma dan Terasaka 2011). Dengan demikian, pengaruh parameter suhu reaksi menjadi sangat penting untuk dikaji secara lebih mendalam dan komprehensif.

2

METODE

Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari–Agustus tahun 2015 di Laboratorium Terpadu Kimia IPB, Laboratorium Biomassa Terpadu Unila, dan Laboratorium Pengujian–Batan Pasar Jumat.

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah botol kebutuhan oksigen kimia (COD), pengunci besi, tanur (Thermo scientific), penganalisis termogravimetri/termal diferensial (TGA/DTA) (Shimadzu DTG-60), kalorimetri pemayaran diferensial (DSC) (Shimadzhu DSC-60), dan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) (Shimadzu IRPrestige–21). Bahan yang dipakai untuk penelitian ini di antaranya asam stearat berasal dari Merck®_{, urea teknis, dan akuades.}

Sintesis Nitril

Sebanyak 2.98 g (0.01 mol) asam stearat, 0.30 g (0.005 mol) urea, dan 0.09 g (0.005 mol) akuades dimasukkan ke dalam botol COD. Campuran bahan baku dialiri gas nitrogen lalu ditutup oleh pengunci besi kemudian dipanaskan dengan beragam suhu dan waktu. Hasil pemanasan dianalisis dengan FTIR, DSC, DTA, dan TGA. Diagram alir kerja dapat dilihat pada Lampiran 1.

Optimasi Sintesis

Pada penelitian ini kondisi reaksi optimum ditentukan pada asam stearat dengan meragamkan suhu dan waktu reaksi. Suhu yang dipakai adalah 100, 150, 200, 250, dan 300 °C. Pada suhu terbaik selanjutnya waktu diragamkan selama 1, 3, dan 5 jam. Waktu dan suhu terbaik digunakan untuk menyintesis nitril.

Pencirian Hasil

Asam stearat, urea, campuran bahan baku, produk pemanasan 100–300 °C selama 1 jam, produk pemanasan 300 °C selama 3 jam, dan produk pemanasan 300 °C selama 5 jam dianalisis dengan FTIR, DSC, DTA, dan TGA.

Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR

Sebanyak 0.02 g sampel dicampur dengan 0.1 g KBr. Campuran dihaluskan kemudian dipanaskan dalam oven bersuhu 60 °C selama 24 jam. Setelah itu, sampel dianalisis dengan spektrofotometer FTIR dengan resolusi 8 cm-1_{, jumlah}

3

Analisis Termal dengan DSC

Sampel ditimbang sebanyak 10 mg. Setelah itu, sampel dicetak pada pelat aluminium untuk dianalisis termal. Kondisi alat diatur dan dioperasikan pada suhu 30–400 °C dengan laju pemanasan 10 °C per menit. Standar Al(OH)3 digunakan

sebagai pembanding dalam alat ini.

Analisis Termal dengan DTA dan TGA

Sampel ditimbang sebanyak 10 mg kemudian dimasukkan pada pelat platinum untuk dianalisis termal. Kondisi alat diatur dan dioperasikan pada suhu 30–400 °C dengan laju pemanasan 10 °C per menit. Standar pelat platinum digunakan sebagai pembanding dalam alat ini.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Produk Konversi Nitril

Asam lemak dikonversi menjadi nitril secara langsung dengan mereaksikan asam lemak, urea, dan air dalam tabung COD. Cara ini diharapkan dapat mempermudah dan mengurangi tahapan konversi. Asam lemak yang digunakan adalah asam stearat. Asam lemak merupakan asam lemah yang hanya terdisosiasi sebagian dalam air. Oleh karena itu, asam lemak kurang larut dalam air, tetapi mudah larut dalam bentuk garamnya. Urea digunakan sebagai sumber amonia (Tirtayasa 2012) dari hasil reaksinya dengan air yang selanjutnya menjadi sumber gugus nitril.

Campuran bahan baku dipanaskan pada suhu 300 °C selama 3 jam. Pada awal sintesis, campuran terlihat berupa padatan putih. Saat pemanasan pada 100 °C terbentuk 2 fase, yaitu cairan kuning dan padatan putih. Hal ini disebabkan asam stearat telah mencair sementara urea yang memiliki titik leleh yang lebih tinggi masih berupa padatan. Pada pemanasan 150–300 °C seluruh bahan mulai menjadi cairan kuning. Produk hasil pemanasan dibiarkan mendingin pada suhu ruang lalu terbentuk padatan coklat (Gambar 1).

(a) (b) (c)

4

Ciri

Terbentuknya stearonitril dicirikan oleh spektrum FTIR dan analisis termal. Spektrum FTIR menunjukkan puncak serapan

2245 cm-1_{, puncak serapan C}

2850 cm-1_{, serta puncak serapan}

gelombang 1475–1300 cm

dilaporkan oleh Sari (2013). Namun,

puncak serapan C=O di bilangan gelombang 1697 cm stearat. Hal ini dapat ditunjukkan pada hasil analisis termal. senyawa nitril telah terbentuk

Analisis DSC dan DTA berfungsi mengukur energi yang diserap dan diemisikan oleh sampel sebagai fungsi waktu dan suhu

DTA menunjukkan 2 puncak endoterm

senyawa (Gambar 3). Kisaran titik leleh sampel stearonitril sebesar 39.45 41.54 °C, hampir sama dengan stearonitril dari literatur (Tabel 1)

kisaran titik leleh asam stearat sebesar 63.19 disebabkan oleh struktur asam stearat

yang dibutuhkan untuk melelehkan bahan lebih sedikit dan pada suhu yang lebih rendah (Syamsu

melaporkan ada 4 bentuk kristal dan polimorf dari asam stearat memiliki titik leleh 64 °C.

Produk pemanasan yang diperoleh Oleh karena itu, dapat dikonfirmasi bah 1697 cm-1 _{merupakan gugus}

Tabel 1 Pengukuran titik leleh Puncak

Gambar 2 Spektrum FTIR produk pemanasan pada 300 stearat

%T

Ciri-Ciri Nitril Hasil Konversi

Terbentuknya stearonitril dicirikan oleh spektrum FTIR dan analisis termal. TIR menunjukkan puncak serapan C≡N pada bilangan gelombang , puncak serapan C–C dan C–H pada bilangan gelombang 2926 dan , serta puncak serapan tekuk C–H pada CH3- dan -CH2- di bilangan

1300 cm-1 _{(Gambar 2). Hasil ini relatif sama dengan}

dilaporkan oleh Sari (2013). Namun, pada spektrum FTIR ini masih O di bilangan gelombang 1697 cm-1 _{yang berasal}

stearat. Hal ini dapat ditunjukkan pada hasil analisis termal. Berdasarkan hasil ini senyawa nitril telah terbentuk, tetapi masih mengandung senyawa lain.

dan DTA berfungsi mengukur energi yang diserap dan diemisikan oleh sampel sebagai fungsi waktu dan suhu. Termogram DSC dan

puncak endoterm, yang menunjukkan titik leleh dari Kisaran titik leleh sampel stearonitril sebesar 39.45 , hampir sama dengan stearonitril dari literatur (Tabel 1), s

asam stearat sebesar 63.19–64.40 °C. Penurunan titik leleh dari disebabkan oleh struktur asam stearat yang menjadi lebih amorf sehingga energi yang dibutuhkan untuk melelehkan bahan lebih sedikit dan pelelehan berlangsung

ndah (Syamsu et al. 2008). Gandolfo et al.

bentuk kristal dan polimorf dari asam stearat, salah satunya . Hal ini disebabkan oleh pengaruh kristalisasi larutan. yang diperoleh belum murni, yaitu masih terdapat asam stearat ena itu, dapat dikonfirmasi bahwa serapan IR pada bilangan gelombang

gugus karbonil dari asam stearat. Pengukuran titik leleh

Terbentuknya stearonitril dicirikan oleh spektrum FTIR dan analisis termal. N pada bilangan gelombang menunjukkan titik leleh dari setiap Kisaran titik leleh sampel stearonitril sebesar 39.45–

sedangakan titik leleh dari lebih amorf sehingga energi pelelehan berlangsung et al. (2003) salah satunya oleh pengaruh kristalisasi larutan. yaitu masih terdapat asam stearat. wa serapan IR pada bilangan gelombang

Analisis TGA

ataupun suhu. Termogram TGA dan stabilitas termal dari sampel.

perubahan massa (Gambar 4 dan Tabel 2) kisaran 37–198 °C, yaitu

TGA karena massa yang hilang merupakan air kisaran 198–224 °C

yang hilang adalah air molekular, karbon dioksida, dan amonia terjadi pada kisaran 225

menunjukkan bahwa

termogravimetri (DTG) merupakan turunan pertama dari termogram TG Termogram DTG menunjukkan perubahan massa

digantikan dengan kehadiran puncak yang luas massa.

Tabel 2 Analisis perubahan massa produk pemanasan pada 300

Kisaran Suhu ( 37– 198– 225–

Gambar 4 Termogram TGA produk pemanasan pada 300

Gambar 3 Termogram DSC (a) dan DTA (b) produk pemanasan pada 300 selama

Endo

TGA mengukur perubahan massa sampel sebagai

Termogram TGA juga memberikan informasi tentang komposis dan stabilitas termal dari sampel. Termogram TGA menunjukkan

(Gambar 4 dan Tabel 2). Tahap pertama berlangsung yaitu pelelehan produk pemanasan, tetapi tidak terdeteksi oleh TGA karena massa yang hilang merupakan air permukaan. Tahap kedua

menunjukkan kehilangan massa yang lebih besar yang hilang adalah air molekular, karbon dioksida, dan amonia

kisaran 225–301 °C. Kehilangan massa yang

bahwa produk telah mengalami dekomposisi. Termogram Derivat termogravimetri (DTG) merupakan turunan pertama dari termogram TG

ermogram DTG menunjukkan perubahan massa pada termogram TGA yang digantikan dengan kehadiran puncak yang luasnya sebanding pada perubahan

Analisis perubahan massa produk pemanasan pada 300

Kisaran Suhu (°C) Kehilangan Massa

% mg

–198 1.07 0.124

–224 2.65 0.306

–301 41.98 4.850

rmogram TGA produk pemanasan pada 300 °C selama 3 jam

(a) (b)

Termogram DSC (a) dan DTA (b) produk pemanasan pada 300 selama 3 jam

Endo

5

sebagai fungsi waktu memberikan informasi tentang komposisi Termogram TGA menunjukkan 3 tahapan berlangsung pada pelelehan produk pemanasan, tetapi tidak terdeteksi oleh Tahap kedua pada yang lebih besar; diduga yang hilang adalah air molekular, karbon dioksida, dan amonia. Tahap ketiga sangat drastis Termogram Derivat termogravimetri (DTG) merupakan turunan pertama dari termogram TGA. termogram TGA yang sebanding pada perubahan

Analisis perubahan massa produk pemanasan pada 300 °C

mg 0.124 0.306 4.850

6

Produk pemanasan masih

asam stearat bereaksi atau terjadi reaksi balik dari produk hasil reaksi antara asam stearat dan urea

cenderung terurai menjadi

(Gambar 5). Jika terjadi disosiasi, amonia akan hilang dari campuran reaksi sehingga reaksi ke arah nitril tidak terjadi.

Karakteristik Termal Campuran Bahan Baku

Hasil analisis termal pada campuran bahan baku memperoleh data kondisi awal sampel selama pemanasan. menunjukkan puncak endoterm

berturut-turut merupakan titik leleh asam stearat dan urea lebar pada 298.3 °C yang

dari interaksi asam stearat dan Termogram TGA-DTA

dengan massa yang hilang sekitar 0.53 mg (4.6%). Puncak endoterm ini mengindikasikan pelepasan

10.99 mg (92.3%) pada rentang suhu 150 drastis ini menunjukkan campuran bahan baku senyawa baru. Penggunaan lain DTA

(Tg). Suhu ini tidak terlihat sebagai puncak yang jelas

perluasan baseline dari termogram transformasi dari padatan yang kaku

pada campuran bahan baku menunjukkan puncak perbedaan arah puncak ke

pengaturan pada alat yang digunakan. Gambar

Gambar 6 Termogram Endo

masih mengandung asam stearat. Diduga belum terjadi reaksi balik dari produk-antara amonium

asam stearat dan urea. Amonium stearat yang terbentuk cenderung terurai menjadi gas amonia dan asam induknya saat pemanasan

. Jika terjadi disosiasi, amonia akan hilang dari campuran reaksi nitril tidak terjadi.

Karakteristik Termal Campuran Bahan Baku

nalisis termal pada campuran bahan baku digunakan untuk memperoleh data kondisi awal sampel selama pemanasan. Termogra

puncak endoterm tajam pada suhu 70.9 °C dan 133.2 °C merupakan titik leleh asam stearat dan urea serta puncak endoterm

yang menunjukkan titik leleh senyawa baru yang dan urea (Gambar 6).

DTA menunjukkan puncak endoterm pada

massa yang hilang sekitar 0.53 mg (4.6%). Puncak endoterm ini lepasan air permukaan. Selanjutnya, massa yang hilang sekitar

rentang suhu 150–300 °C. Massa yang hilang drastis ini menunjukkan campuran bahan baku yang terdekomposis

Penggunaan lain DTA ialah untuk mengukur suhu transisi ini tidak terlihat sebagai puncak yang jelas dan hanya tampak

termogram pada suhu sekitar 180 °C. Tg menunjukkan

yang kaku menjadi cairan. Termogram DSC dan DTA pada campuran bahan baku menunjukkan puncak-puncak endoterm. Namun, perbedaan arah puncak ke atas dan ke bawah disebabkan oleh perbedaan pengaturan pada alat yang digunakan.

Gambar 5 Reaksi disosiasi amonium stearat

Termogram TGA-DTA campuran bahan baku

7 Campuran bahan baku juga dianalisis menggunakan FTIR. Asam stearat diketahui memiliki gugus fungsi karbonil pada bilangan gelombang 1710–1780 cm-1 (Pavia et al. 2009). Data spektrum asam stearat menunjukkan serapan tersebut pada bilangan gelombang 1710 cm-1_{. Selanjutnya urea memiliki gugus}

fungsi ulur amida simetris dan asimetris berturut-turut pada bilangan gelombang 3180 dan 3350 cm-1 _{serta gugus fungsi karbonil pada bilangan gelombang 1650–}

1700 cm-1 _{(SDBS 2015). Data spektrum urea menunjukkan serapan-serapan}

tersebut berturut-turut pada bilangan gelombang 3221, 3502, dan 1674 cm-1

(Lampiran 2). Spektrum FTIR campuran bahan baku menunjukkan penambahan ciri khas gugus fungsi urea pada gugus fungsi asam stearat, yaitu ulur N–H primer asimetris 3344 cm-1_{, simetris pada 3197 cm}-1_{, tekuk N–H di 1595 cm}-1_{, dan tekuk}

tak-sebidang N–H di 783 cm-1 _{(Gambar 7). Hal ini menunjukkan kereaktifan}

gugus fungsi dari setiap senyawa, yaitu karboksilat, karbonil, dan amida. Adanya basa seperti urea dapat memecah ikatan ester dengan adanya air sehingga karbonil dari asam stearat dapat membentuk ikatan amida. Selain itu, asam karboksilat pada asam stearat dapat mengalami ionisasi menjadi ion karboksilat (-CO2–).

Serapan ini muncul pada bilangan gelombang 1600 cm-1 _{yang tumpang-tindih}

dengan puncak karbonil (Lodha dan Netravali 2005).

Kondisi Optimum Konversi

Optimasi kondisi reaksi konversi asam stearat menjadi stearonitril dengan meragamkan suhu menjadi 100, 150, 200, 250, dan 300 °C. Pada suhu terbaik diragamkan menjadi 1, 3, dan 5 jam. Pemantauan dilakukan dengan spektrum FTIR dan analisis termal. Berdasarkan hasil optimasi konversi terbaik adalah pemanasan 300 °C selama 3 jam. Pemanasan campuran bahan baku dilakukan dari suhu 100–300 °C selama 1 jam. Hal ini didasarkan pada analisis termal yang menunjukkan terbentuknya senyawa molekular pada suhu 298.3 °C. Suhu di bawah 100 °C hanya menunjukkan interaksi fisis antara dari asam stearat dan urea karena masing-masing berada dalam fase padatan, sedangkan pada suhu di atas 300 °C asam stearat dan urea mengalami dekomposisi menjadi senyawa-senyawa yang lebih kecil (Pubchem 2015).

Spektrum FTIR pada Gambar 7 menunjukkan bahwa pada produk pemanasan suhu 300 °C terdapat serapan nitril pada bilangan gelombang 2245 cm-1_{, sedangkan produk pada suhu 100–200 °C menunjukkan serapan ulur N–H}

primer pada bilangan gelombang 3394 dan 3190 cm-1 _{yang semakin meningkat}

8

Secara umum lama waktu pemanasan tidak me spektrum FTIR (Lampiran 2)

perubahan entalpi (∆H) pada

perubahan energi yang terkandung dalam materi menjadi kalor pada tekanan tetap. Perubahan

Oleh karena itu, optimasi waktu pemanasan didasarkan pada perubahan entalpi dari data DSC dengan membandingkan

karbonil (C=O) pada spektrum

Termogram DSC pada Gambar setiap pemanasan dengan kisaran

dan 63–67 °C yang merupakan titik leleh asam stearat. pelelehan (∆H°m) asam stearat meningkat

pemanasan (1, 3, dan 5 jam 245.26 J/g. Sementara itu,

jam diperoleh berturut-turut sebesar N-H

OH C-H

Gambar 7 Spektrum FTIR produk pemanasan pada 100

%T

Secara umum lama waktu pemanasan tidak mengubah gugus fungsi pada (Lampiran 2). Namun, pada analisis termal terlihat

pada setiap pemanasan. Perubahan entalpi merupakan energi yang terkandung dalam materi menjadi kalor dan berlangsung erubahan kalor bernilai sebanding dengan massa suatu zat. Oleh karena itu, optimasi waktu pemanasan didasarkan pada perubahan entalpi dari data DSC dengan membandingkan nisbah luas puncak nitril (C

pada spektrum FTIR.

Termogram DSC pada Gambar 8 menunjukkan 2 puncak endoterm setiap pemanasan dengan kisaran 39–41 °C yang merupakan titik leleh stearonitril

merupakan titik leleh asam stearat. Perubahan asam stearat meningkat seiring dengan bertambahnya la

1, 3, dan 5 jam) diperoleh berturut-turut sebesar 119.93, 231.81, dan 245.26 J/g. Sementara itu, ∆H°m stearonitril dari pemanasan selama 1, 3, dan 5

turut sebesar 55.24, 139.91, dan 133.75 J/g (Gambar 9) C=O

H C≡N

Spektrum FTIR produk pemanasan pada 100–300 °C selama 1 jam

Nisbah luas puncak C

stearonitril yang terbentuk dibandingan Pada penelitian ini p

tinggi sehingga kondisi ini optimum ditunjukkan dengan m

stearat setelah 3 jam

diterima oleh produk pemanasan ber stearonitril yang tebentuk

stearat menunjukkan

meningkat. Hal ini mengindikasikan massa asam stearat banyak. Oleh karena itu,

nitril pada suhu 300 °

Sintesis nitril dari asam

hasil analisis termal dapat dijelaskan sebagai berikut mencapai suhu 150–

kembali sampai suhu 300 TGA pada kisaran suhu 30 Tahap pertama ialah

tahap ketiga adalah hilanganya air Gambar 9 Perubahan entalpi

terhadap

Gambar 8 Termogram DSC produk pemanasan pada 300 Endo

luas puncak C≡N/C=O pada pemanasan 300 °C menunjukkan

yang terbentuk dibandingan dengan asam stearat dari residu reaksi. Pada penelitian ini pemanasan selama 3 jam memiliki nisbah C

sehingga kondisi ini optimum untuk menghasilkan nitril. menurunnya ∆H°mstearonitril dan meningkatnya

jam. Menurunnya ∆H°m stearonitril menunjukkan

produk pemanasan berkurang sehingga mengindikasikan yang tebentuk berkurang. Sementara itu, meningkatnya

menunjukkan bahwa kalor yang diterima oleh produk pemanasan meningkat. Hal ini mengindikasikan massa asam stearat yang tebentuk

Oleh karena itu, suhu dan waktu optimum konversi asam stearat menjadi °C selama 3 jam.

intesis nitril dari asam stearat dengan urea berdasarkan spektrum analisis termal dapat dijelaskan sebagai berikut. Campuran

–200 °C akan membentuk stearamida yang jika dipanaskan kembali sampai suhu 300 °C akan membentuk stearonitril. Selain itu, term TGA pada kisaran suhu 30–400 °C menunjukkan 3 tahap kehilangan

pertama ialah pelepasan air permukaan dan karbondioksida,

hilanganya air molekuler. Amonia yang dihasilkan dari reaksi Perubahan entalpi pelelehan stearonitril dan asam stearat

terhadap nisbah C≡N/C=O produk pemanasan pada 0

Termogram DSC produk pemanasan pada 300 °C selama 1, 3, dan 5 jam Endo dan meningkatnya ∆H°masam

menunjukkan kalor yang indikasikan massa Sementara itu, meningkatnya ∆H°m asam

oleh produk pemanasan yang tebentuk lebih n waktu optimum konversi asam stearat menjadi

spektrum FTIR dan Campuran bahan baku saat yang jika dipanaskan C akan membentuk stearonitril. Selain itu, termogram tahap kehilangan massa. dan karbondioksida, tahap kedua Amonia yang dihasilkan dari reaksi

dan asam stearat pada 300 °C Nisbah

C≡N/C=O

10

urea dan air selanjutnya akan bereaksi dengan asam stearat sehingga terbentuk stearamida dan stearonitril.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Senyawa nitril didapatkan dari pemanasan asam lemak jenuh, dengan mereaksikan asam stearat dengan urea dan air. Kondisi optimum reaksi didapatkan pada suhu 300 °C selama 3 jam berdasarkan hasil dari FTIR, DSC, DTA, dan TGA. Hasil pencirian produk pemanasan menunjukkan bahwa senyawa nitril telah terbentuk, tetapi tidak dalam keadaan murni karena masih mengandung asam stearat. Senyawa amida didapati sebagai senyawa antara konversi dalam asam ini.

Saran

Komposisi antara asam stearat dan urea perlu diragamkan dengan nisbah mol tertentu serta penggunaan alat pemanas yang lain agar didapatkan produk yang lebih murni. Studi katalis diperlukan untuk menurunkan suhu reaksi, demikian pula studi lanjutan mengenai jumlah rendemen. Analisis difraksi sinar-X dan spektrofotometri massa dapat memberikan gambaran lebih lengkap perubahan senyawa dari setiap perlakuan.

11

DAFTAR PUSTAKA

[SDBS] Spektral Data Bases System. 2015. SDBS Compounds and Spectral Search [Internet]. [diunduh 2015 Agu 24]. Tersedia pada: http:// sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi.

Alves R, da Silva Reis TV, da Silva LCC, Storpírtis S, Mercuri LP, do Rosário Matos J. 2010. Thermal behavior and decomposition kinetics of rifampicin polymorphs under isothermal and non-isothermal conditions. Braz J Pharm Sci. 46:343–351.

Bilyeu B, Brostow W, Menard KP. 2000. Epoxy thermosets and their application. II. Thermal Analysis. J Mat Educ. 22(4-6):107–129.

Broze G. 1999. Handbook of Surfactant, Surfactant Science Series, and Part A: Properties. New York (US): CRC.

Corma A, Sara I. Alexandra V. 2007. Chemical route for the transformation of biomass into chemical. Chem Rev. 107:2411–2502.

Fukushuma T, Terasaka M, penemu; Kao Corporation. 2011 Mar 29. Process for producing aliphatic nitriles. US Patent 7915442.

Gandolfo FG, Bot A, Floter E. 2003. Phase diagram of mixtures of stearic acid and stearyl alcohol. Thermochimica Acta. 404:9–17.

Hadisoebroto K. 2010. Wilmar Masuk, Industri Oleokimia Bergairah [Internet]. [diunduh 2015 Agu 24]. Tersedia pada:http://indonesiacompanynews.word press.com.

Hayes KS. 2001. Industrial processes for manufacturing amines. Applied Catalysis A: General. 221:187–195.

Lodha P, Netravali AN. 2005. Thermal and mechanical properties of environment-friendly ‘green’ plastics from stearic acid modified-soy protein isolate. Ind Crop Prod. 21:49–64.

Miyawaki Y. 1998. Major contribution of crude palm oil and palm kernel oil in the oleochimcal industry. Di dalam: International Oil Palm Conference: Comodity ofthe past, today, and the future; 1998 Sep 23–25; Bali (ID), Indonesia.

Patil UD, Kuwar AS, Nikum AP, Desale KR, Mahulikar PP. 2013. Effective and facile synthesis of nitriles from aldoximes by using SnCl4. IJCR. 5(1):24–27. Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. 2009. Introduction of

Spectroscopy. Ed ke-4. Wahington (US): Thomson Learning.

Pubchem. 2015. Pubchem Compound Summary [Internet]. [diunduh 2015 Agu 24]. Tersedia pada: http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.

Reda SY. 2011. Evaluation of antioxidants stability by thermal analysis and its protective effect in heated edible vegetable oil. Cienc Technol Aliment. 31(2):475–480.

Roe ET, Scanlan JT, Swern D. 1949. Fatty acid amides. I. Preparation of amides of oleic acid and the 9,10-dihidroxystearic acid. J Am Chem Soc. 71(6):2215–2218.

Sari RP. 2013. Sintesis nitril satu-wadah dari asam lemak jenuh [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

12

Economics and Finance Research, IPEDR. Singapura (SG): IACSIT Press. 4:281–289.

Syamsu K, Pandji C, Lumbanraja ER. 2008. Pengaruh penambahan polioksietilen-(20)-sorbitan monolaurat pada karakteristik bioplastik poli-hidroksialkanoat (PHA) yang dihasilkan Ralstonia eutropha pada substrat hidrolisa pati sagu. J Tek Pert. 18(1):41–46.

Tirtayasa LM. 2012. Pra rancangan pabrik pembuatan oleamida dari asam oleat dan urea dengan kapasitas produksi 10 000 ton/tahun [skripsi]. Medan (ID): Universitas Sumatra Utara.

13

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Urea _Stearat Asam Air

Pencampuran

Pemanasan 100, 150, 200, 250, dan

300 °C selama 1 jam

Uji FTIR

Uji DSC, DTA, dan TGA

Uji FTIR

Uji DSC, DTA, dan TGA

Pemanasan 300 °C selama 3 dan 5 jam

14

Lampiran 2 Spektrum FTIR urea dan produk pemanasan 300

(b) Produk pemanasan 300 -C-H

-CH N-H

(c) Produk pemanasan 300

Spektrum FTIR urea dan produk pemanasan 300 °C

(b) Produk pemanasan 300 °C selama 1 jam , 3 jam , dan 5 jam a) Urea

C=O C≡N

H

C=O C≡N

CH

roduk pemanasan 300 °C urea 1:2 dan urea 1:3

, dan 5 jam

Lampiran 3 Serapan FTIR

Lampiran 4 Termogram DSC

Bilangan Gelombang (cm Asam Stearat 150 °C

- -

Serapan FTIR pada pemanasan 1 jam

Termogram DSC dan TGA produk pemanasan pada 200

Bilangan Gelombang (cm-1_{) Literatur}a

(cm-1₎

150 °C 200 °C 300 °C

- 3464

2600 3300–2600 3300–2600 3400–2400

3336 3394 - 3350

3190 - 3180

16

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Brebes pada tanggal 3 Februari 1994 dari ayah Maman Suparman dan ibu Salamah. Penulis lulus dari SMA Negeri 2 Brebes pada tahun 2011 dan pada tahun yang sama penulis diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alan melalui Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) Tulis.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia TPB pada tahun ajaran 2013–2014. Penulis juga aktif dalam organisasi Ikatan Keluarga Mahasiswa TPB (IKMT) 2011/2012 dan Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM) FMIPA 2012–2014. Penulis juga terliat dalam beberapa kepanitiaan di antaranya sebagai Ketua Komisi Pemilihan Raya FMIPA tahun 2013, Ketua Lokakarya FMIPA tahun 2013, dan Staf Divisi Acara Open House tahun 2012.