tugas kimia katalis

LAPORAN KIMIA KATALISAKTIVITAS KATALIS UiO-66 UNTUK REAKSI SIKLISASI SITRONELAL MENJADI ISOPULEGOL

ADHISTI WIDDHIANTARINRP. 1411 100 128Dosen Pembimbing

Dra. Ratna Ediati, M.S., Ph.D

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2014

CATALYST CHEMISTRY REPORT

ACTIVITY OF UiO-66 CATALYST FOR CYCLIZATION REACTION OF CITRONELLAL TO BE ISOPULEGOL ADHISTI WIDDHIANTARINRP. 1411 100 128Supervisor Dra. Ratna Ediati, M.S., Ph.D

CHEMISTRY DEPARTEMENT

FACULTY OF MATHEMATICS AND SCIENCES

SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY

SURABAYA

2014

AKTIVITAS UiO-66 UNTUK REAKSI SIKLISASI SITRONELAL MENJADI ISOPULEGOL

LAPORAN KIMIA KATALIS

Disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Kimia Katalis program S-1Di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya

ADHISTI WIDDHIANTARINRP. 1411 100 128Dosen Pembimbing


JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014AKTIVITAS KATALIS UiO-66 UNTUK REAKSI SIKLISASI SITRONELAL MENJADI ISOPULEGOL


Disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Kimia Katalis program S-1Di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya ADHISTI WIDDHIANTARINRP. 1411 100 128Surabaya, 13 Juni 2014

Dosen Pembimbing


NIP. 19600622 198603 2 002

Mengetahui :

Ketua Jurusan Kimia,

Hamzah Fansuri, M.Si, Ph.D

NIP. 19691017 199412 1 001

LEMBAR PENGESAHAN


AKTIVITAS KATALIS UiO-66 UNTUK REAKSI SIKLISASI SITRONELAL MENJADI ISOPULEGOL

Disusun Oleh:Adhisti WiddhiantariNRP 1411 000 128Surabaya, 13 Juni 2014

Menyetujui,

Dosen Pembimbing

Dra. Ratna Ediati, M.S., Ph.DNIP. 19600622 198603 2 002Mengetahui:

Ketua Jurusan Kimia,

Hamzah Fansuri, M.Si, Ph.DNIP. 19691017 199412 1 001Bismillahirrahmanirrahim,,Karya ini kupersembahkan untukBapak dan Ibuku tercintaKakak dan adik-adikku tersayangDosen pembimbing Keluarga kecilku Chem11tsdan, seluruh teman-teman kimia serta anak PPO yang selalu memotivasiKATA PENGANTAR

Alhamdulillahirobbilalamin. Puji syukur kehadirat Allah SWT yang selalu melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik laporan kimia katalis yang berjudul Aktivitas Dan Keasaman Katalis Zn-UiO-66 untuk Reaksi Siklisasi Sitronelal Menjadi Isopulegol. Tulisan ini tidak akan terwujud tanpa bantuan, dukungan, doa serta dorongan semangat dari semua pihak. Untuk itu penulis berterima kasih kepada:

1. Ratna Ediati, MS., PhD, selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan pengarahan dan bimbingan selama proses penyusunan naskah Kolokium ini.

2. Hamzah Fansuri, M.Si, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Kimia atas fasilitas yang telah diberikan hingga laporan katalis ini dapat terselesaikan.

3. Kedua orang tua yang selalu memberi dukungan, doa, serta semangat yang tiada henti.

4. Teman-teman Chem11TS yang selalu membantu, memberikan semangat, doa dan dukungannya.

5. Semua pihak yang telah membantu yang tidak mungkin saya sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan laporan kimia katalis ini tidak lepas dari kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk dapat meningkatkan kualitas dan perbaikan lebih lanjut.Semoga laporan kimia katalis ini dapat memberikan manfaat bagi penulis dan pembaca.Surabaya, 13 Juni 2014 Penulis

DAFTAR ISIviiKATA PENGANTAR

viiiDAFTAR ISI

xDAFTAR GAMBAR

1BAB I

1PENDAHULUAN

11.1. Latar Belakang

11.2. Permasalahan

21.4. Manfaat

3BAB 2

3TINJAUAN PUSTAKA

32.1 Katalis

42.2. Metode Pembuatan Katalis

42.2.1. Metode Impregnasi

52.2.2. Metode Pengendapan (Presipitasi)

62.3. Katalis Zr-MOF (UiO-66)

72.4. Karakterisasi Katalis Zr-MOF ( UiO-66 )

72.4.1 Fourier Transform Infra Red Spectroscopy ( FTIR )

72.4.2 Difraksi Sinar X ( XRD )

82.4.3 Scanning Electron Microscopy ( SEM )

92.5. Siklisasi Sitronellal

112.6. Katalis Untuk Reaksi Sitronellal

122.7. Pelarut Untuk reaksi Sitronellal

132.8. Analisis Hasil Siklisasi Sitronellal

132.8.1. Kromatografi Gas

15BAB III METODOLOGI PENELITIAN

153.1 Alat dan Bahan

153.1.1 Alat

153.1.2 Bahan

153.2 Prosedur Kerja

153.2.1 Sintesis UiO-66

163.2.2 Uji Katalis UiO-66 pada Reaksi Siklisasi Sitronelal

17BAB IV

17HASIL DAN PEMBAHASAN

174.1. Perlakuan dan Pengamatan

21DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Ilustrasi Metode Impregnasi................................5

Gambar 2.2. Spektra FTIR untuk Zr-MOF ( UiO-66 )............7Gambar 2.3. Difraktogram untuk Zr-MOF ( UiO-66 )............8Gambar 2.4. Mikrograf SEM untuk Zr-MOF ( UiO-66 )........9Gambar 2.5. Siklisasi rasemat sitronelal mengasilkan (-) sitronelal dan (+)-sitronelal....................................................11

Gambar 2.6 Mekanisme reaksi siklinasi sitronellal menjadi isopulegol dengan katalis zirkonium hidroksida....................12

Gambar 4.1 Katalis Zr-MOF (Uio-66) dan Zn-Zr-MOF (Zn-Uio-66)...................................................................................19

Gambar 4.2. a) Sitronellal b) Toluen c) nitrobenzen.............20

Gambar 4.3. Rangkaian alat Refluks......................................21

Gambar 4.3. Rangkaian Alat Sentrifugasi..............................22

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangMetal Organik framework merupakan material berpori yang dapat digunakan sebagai katalis reaksi organik, pemisahan dan penyimpan gas, dll. Kelemahan utama MOF yaitu stabilitas termal yang rendah (Cavka dkk., 2008; Xiao dan Thomas, 2005 ). Stabilitas dipengaruhi oleh kekuatan ikatan kimia antara senyawa anorganik (logam) dan linker organik (Zhao dkk., 2013). Stabilitas hidrotermal dari MOF dapat ditingkatkan dengan peningkatan bilangan koordinasi dari ion logam (Low dkk., 2009). Zirkonium (Zr) yang merupakan unsur golongan IV dapat meningkatkan stabilitas karena dapat berinteraksi kuat dengan oksigen.Aktivitas katalitik dari Zr-MOF (UiO-66) telah diaplikasikan dalam beberapa macam reaksi organik seperti kondensasi cross-aldol dengan penambahan ligan fungsional NH2 (Vermoortele dkk., 2011) dan asetilisasi benzaldehid dengan metanol (Timofeeva dkk., 2014). Pada tahun 2001, telah dilakukan penelitian yang melaporkan bahwa aktivitas katalitik dari Zr dalam zirkonium hidroksida dimana dihasilkan katalis yang aktif dengan selektivitas tinggi dalam proses siklisasi sitronelal membentuk isopulegol. Sehingga berdasarkan uraian di atas, UiO-66 murni yang memiliki atom pusat Zr memungkinkan dapat digunakan dalam reaksi siklisasi sitronellal. 1.2. Permasalahan

Rumusan permasalahan pada penelitian ini adalah apakah katalis Uio-66 dapat digunakan untuk reaksi siklsasi sitronellal untuk menghasilkan isopulegol.1.3. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini dalah untuk mengetahui keaktifan dari katalis UiO-66 pada reaksi siklisasi sitronelal untuk menghasilkan isopulegol.

1.4. Manfaat

Manfaat dari penelitian ini adalah dapat mengetahui apakah katalis UiO-66 dapat digunakan dalam reaksi siklisasi sitronellal untuk menghasilkan isopulegol.BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Katalis

Katalis merupakan zat yang dapat meningkatkan laju reaksi tanpa ikut bereaksi (Moore dan Pearson, 1981). Definisi katalis ini kemudian disempurnakan menjadi suatu zat yang meningkatkan laju reaksi kimia tanpa terlibat secara permanen dalam reaksi tersebut (Augustine, 1996). Pembaruan ini dikarenakan ditemukan bukti-bukti bahwa katalis dan reaktan bereaksi sebelum reaksi terjadi. Dan di akhir reaksi katalis tidak tergabung dalam senyawa produk reaksi.

Kemampuan suatu katalis ditentukan oleh :

1. Selektivitas

Kemampuan katalis dalam mempercepat salah satu reaksi diantara beberapa reaksi lainnya untuk produk yang diinginkan dengan produk samping yang seminimal mungkin.

2. Aktivitas

Kemampuan katalis untuk mengkonversikan reaktan menjadi produk yang diinginkan.

3. Stabilitas

Kemampuan lamanya katalis berada pada tingkat aktivasi dan selektivitas yang sesuai keadaan awal.

4. Regenerasi

Pengembalian keadaan katalis sesuai aktivitas dan selektivitas katalis yang semula.

5. Yield

Jumlah produk tertentu yang dihasilkan oleh satu satuan reaktan.

Berdasarkan fasanya katalis dibedakan menjadi dua yaitu katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang memiliki fase yang sama dengan fase reaktan sedangkan katalis heterogen adalah katalis yang memiliki fase yang berbeda dengan fase reaktannya. Katalis homogen memiliki selektivitas yang tinggi dibandingkan katalis heterogen namun sulit dipisahkan denga produk hasil reaksinya (Setyawan dan Handoko, 2003). 2.2. Metode Pembuatan Katalis

Metode pembuataan katalis ada bermacam-macam sesuai kebutuhan penelitian yang dilakukan. Metode-metode tersebut yaitu impregnasi, presipitasi, pertukaran ion dan sintesis langsung dengan metode hidrotermal. Metode yang sering digunakan yaitu metode impregnasi karena dapat memperoleh hasil dengan kemurnian tinggi dan proses yang mudah dilakukan (Schwartz, et al., 1995)

2.2.1. Metode Impregnasi

Pengertian impregnasi adalah proses penjenuhan total sesuatu menggunakan zat tertentu. Banyak katalis yang disintesis menggunakan metode ini karena kemudahan dalam pengerjaannya. Tujuan metode ini adalah mengisi pori-pori menggunakan larutan garam logam dengan konsentrasi tertentu. Metode ini meliputi 3 tahap yaitu, kontak pendukung (support), pengeringan pendukung, dan aktivasi katalis dengan aktivasi, reduksi atau perlakuan lainnya. Ada 2 macam metode impregnasi, yaitu :

1. Impregnasi Basah

Pendukung dicelupkan ke dalam larutan dengan volume berlebih selama waktu total impregnasi. Kemudian padatan disaring dan dikeringkan. Walapun metode ini mudah tapi dapat menghasilkan deposisi prekursor fasa aktif yang sangat banyak pada bagian luar pendukung. Distribusi ini bermanfaat bila dilihat dari sisi aplikasinya karena dapat mengurangi kebutuhan penetrsi reaktan ke dalam katalis sehingga dapat meningkatkan aktivitas katalis. Namun apabila terlalu lama dapat menyebabkan terjadinya abrasi pada permukaan katalis selama reaksi.

2. Impregnasi Kering

Pada metode ini jumlah larutan prekursor fasa aktif yang ditambahkan sama dengan volume pori pendukung. Kondisi pengeringan sangat mempengaruhi distribusi prekursor fasa aktif pada material pendukung. Oleh karena itu perlu dilakukan kontrol laju pengeringan.

Jika tidak ada interaksi antara larutan impregnasi dengan pendukung maka dapat disebut impregnasi tanpa interaksi sedangkan jika ada interaksi antara larutan impregnasi dengan pendukungnya maka disebut Impregnasi dengan interaksi. Dengan adanya interaksi ini maka didapatkan dispersi spesies aktif yang lebih baik. Ukuran logam ter-support dari metode impregnasi dengan interaksi yaitu sekitar 10 , sedangkan metode impregnasi tanpa interaksi jarang mencapai nilai dibawah dari 50 (Perego dan Perluigi, 1997).

Gambar 2.1. Ilustrasi Metode Impregnasi

2.2.2. Metode Pengendapan (Presipitasi)

Metode pengendapan bertujuan untuk mengendapkan padatan dari larutan. Untuk mempercepat pengendapan cairan dapat dilakukan dengan 3 tahap presipitasi yaitu supersaturasi (keadaan lewat jenuh), nukleasi (pembentukan inti), dan pertumbuhan inti. Daerah supersaturasi tidak stabil dan dapat distabilkan dengan menaikkan konsentrasi, mnurunkan pelarut, menaikkan pH. Selanjutnya partikel yang telah mencapai keadaan lewat jenuh akan mengalami tahap nukelasi dan pertumbuhan inti. Nukleasi dapat terjadi secara spontan (nukleasi homogen) atau diawali dengan bahan tertentu (nukleasi heterogen), biasanya pengotor seperti debu atau kerak pada permukaan reaktan. Proses pertumbuhan tergantung pada konsentrasi, temperatur, pH, pematangan. Jika supersaturasi tinggi maka akan diperoleh padatan amorf. Tetapi jika terjadi pematangan dengan adanya larutan induk maka padatan amorf dapat menjadi. Partikel yang sedikit bahkaan tidak berinteraksi dengan air akan membentuk koloid hidrofobik dan lebih mudah melakukan flokulasi dan lebih mudah disaring, contoh arsen, trisulfida, perak klorida. Sedangkan untuk kebalikannya termasuk hidrofilik koloid (Perego dan Perluigi, 1997).2.3. Katalis Zr-MOF (UiO-66)Penambahan kation Zn4+ pada MOF menghasilkan stabilitas hidrotermal mencapai suhu 480-500C ( Cavka dkk., 2008 ). Zr-MOF disintesis dari ZrCl4 sebagai prekursor logam, BDC sebagai ligan organik dan DMF sebagai pelarut untuk terbentuknya struktur oktahedral Zr6O(OH) (Cavka dkk., 2008). Sistesis Zr-MOF menggunakan metode solvotermal dimana digunakan pelarut organik dengan tekanan dan suhu tinggi diatas titik didihnya. Peningkatan kestabilan disebabkan adanya ikatan kuat Zr-O yang termasuk dari karakteristik SBU (secondary building unit) yang ditunjukkan pada seluruh Zr-MOF (Wissmann, 2011). Dalam sintesis Zr-MOF (Uio-66), material Zr-MOF murni hanya diperoleh menggunakan pelarut DMF (Zhao dkk., 2013).

Pada penelitian sebelumnya, dihasilkan Zr-MOF dengan ukuran partikel 200nm, daerah BET 1080 m/g dan volume pori 0.52 cm/g (Cavka dkk., 2008). Penelitian selanjutnya didapatkan peningkatan pada luas daerah BET sebesar 1433 m/g dan volume pori sebesar 0.63 cm/g. Peningkatan kapasitas adsorpsi untuk penyimpanan gas dapat dilakukan melalui proses aktivasi (Abid dkk., 2011). 2.4. Karakterisasi Katalis Zr-MOF ( UiO-66 )

2.4.1 Fourier Transform Infra Red Spectroscopy ( FTIR )FTIR atau Fourier Transform Infra Red Spectroscopy digunakan untuk mengidentifikasi material dengan menenentukan gugus fungsi yang terdapat pada senyawa tersebut dan komposisi dari suatu campuran.

Gambar 2.2. Spektra FTIR untuk Zr-MOF ( UiO-66 ) ( Hussein Rasool dkk, 2012 ).Hasil spektra FTIR untuk material UiO-66 yang sebelum diaktivasi dengan sesudah diaktivasi dapat dilihat pada gambar 2.2 . Pada bilangan gelombang 1550-1630/cm muncul puncak yang mengindikasikan adanya gugus karboksilat yang berasal dari ligan BDC (Hussein Rasool dkk, 2012).

2.4.2 Difraksi Sinar X ( XRD )

Hasil dari karakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD) berupa struktur kristal dan kemurnian dari senyawa yang terdapat dalam sampel. Prinsip kerja dari difraksi sinar-X (XRD) adalah berkas sinar X akan ditembakkan pada material kristalin pada sudut dan sebagian akan dihamburkan oleh atom-atom di permukaan dan ada yang menembus ke atom-atom pada lapisan kedua.

Gambar 2.3. Difraktogram untuk Zr-MOF ( UiO-66 ) ( Hussein Rasool dkk, 2012 ).Hasil difraktogram pada material Zr-MOF ( UiO-66 ) yang sebelum diaktivasi dengan sesudah diaktivasi dapat dilihat pada gambar 2.3. Pada difraktogram tersebut menunjukkan bahwa Zr-MOF ( UiO-66 ) muncul puncak yang khas pada 2 = 7 hingga 8

2.4.3 Scanning Electron Microscopy ( SEM )

Analisis menggunakan SEM bermanfaat untuk mengetahui mikrostruktur (termasuk porositas dan bentuk retakan) suatu padatan. Selain itu SEM juga digunakan untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur, morfologi, komposisi dan informasi kristalografi permukaan partikel. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan partikel (Gedde, 1995).

Gambar 2.4. Mikrograf SEM untuk Zr-MOF ( UiO-66 ) ( Hussein Rasool dkk, 2012 ).Hasil mikrograf SEM dari material Zr-MOF (UiO-66) yan g ditunjukkan pada gambar 2.4. memiliki ukuran partikel sekitar 100 nm. Nilai ini berbeda dengan hasil penelitian sebelumnya yaitu ukuran partikel dari Zr-MOF ( UiO-66 ) yang didapatkan sebesar 200 nm ( Cavka dkk, 2008 ). Dapat ditarik kesimpulan bahwa dengan mengubah rasio antara ZrCl4 : BDC : DMF dapat mengubah ukuran partikel menjadi lebih kecil (Hussein Rasool dkk, 2012).

2.5. Siklisasi SitronellalSitronelal merupakan senyawa monoterpena yang mempunyai gugus aldehid, ikatan rangkap dan rantai karbon yang dapat memungkinkan untuk terjadi reaksi siklisasi aromatisasi. Reaksi siklisasi intramolekular sitronelal bisa terjadi dengan mereaksikan sitronelal dengan HCl, H2SO4, asam asetat anhidrida, dan dengan pengaruh Al2O3 aktif bersifat asam, zeolit, bentonit, maupun lempung aktif menghasilkan isopulegol yang merupakan senyawa prekursor pembentukan mentol melalui reaksi hidrogenasi katalitik Raney-Ni (Sastrohamidjojo, 1981; Priatmoko, 1990). Hidrogenasi isopulegol menghasilkan delapan stereoisomer mentol. Dan hanya (-)-mentol yang diturunkan dari hidrogenasi (-)-isopulegol yang memberi pengaruh rasa dingin dan pepermin pada mentol (Chuah et al., 2001).

Yongzhong et al (2005) melakukan penelitian reaksi siklisasi sitronellal dengan variasi suhu dan waktu reaksi yaitu, 25oC, 40oC, 60oC, 80oC dalam waktu 15 menit, 30 menit dan 60 menit. Dan hasil penelitian menunjukkan bahwa watu dan suhu optimum reaksi siklisasi sitronellal adalah pada suhu 80oC selama 60 menit. Berikut ini mekanisme Siklisasi rasemat sitronelal mengasilkan (-) sitronelal dan (+)-sitronelal

Gambar 2.5. Siklisasi rasemat sitronelal mengasilkan (-) sitronelal dan (+)-sitronelal.Iftitah (2005) mensintesis (-)-isopulegol dari (+)-sitronelal menggunakan berbagai variasi katalis Zn/-alumina. Produk sintesis terbaik diperoleh dengan menggunakan katalis Zn-2/-alumina dengan kandungan logam Zn 3,41% pada suhu reaksi 90-95 C dan lama reaksi 3 jam. Persen produk sebesar 95,48%, dan perbandingan masing-masing isomer untuk (-)-isopulegol: (+)-neoisopulegol: (+)-isoisopulegol: (+)-neoisoisopulegol sebesar 63,87: 17,87:10,54: 3,21.

2.6. Katalis Untuk Reaksi Sitronellal

Ravasio et al. (2000) melaporkan bahwa dapat dihasilkan sekitar 90% (-)-mentol dari (+)-sitronelal dalam satu tahap reaksi dan stereoselektivitas sampai 80% pada kondisi ringan (mild) menggunakan katalis Cu/SiO2. Reaksi ini juga memanfaatkan asam serta hidrogenasi pada permukaan katalisnya. Secara mengejutkan isopulegol dapat langsung dihidrogenasi pada kondisi, H2 1 atm dan suhu 90 C. Dari hasil penelitian lebih lanjut mengenai katalis tembaga yang ditambahkan dengan senyawa lainnya menghasilkan perolehan produk yang beraneka ragam.Aggarwal et al. (1998) telah menemukan Skandium Siklisasi intramolekular (+)-sitronelal dapat dilakukan dengan menggunakan katalis asam Lewis dan asam Brnsted. Keasaman Lewis yang berperan dalam proses siklisasi sitronelal terletak pada ikatan koordinasi ion logam tak jenuh, sedangkan keasaman Brnsted dalam proses yang sama terletak pada muatan positif parsial permukaan gugus -OH (Maki-Arvela et al., 2004). Berdasarkan penelitian Chuah et al. (2001) katalis zirkonium hidroksida dan zirkonia fosfat mempunyai aktivitas dan selektivitas yang sangat bagus dalam reaksi siklisasi sitronelal menjadi isopulegol. Molekul sitronellal berikatan dengan sisi asam lewis zirkonium melalui elektron bebas atom O karbonil dan elektron alkena sitronelal terhadap atom Zr diikuti dengan protonasi dari situs asam bronsted (Zr-O-H) terhadap atom O karbonil sitronelal.

Gambar 2.6 Mekanisme reaksi siklinasi sitronellal menjadi isopulegol dengan katalis zirkonium hidroksida.

2.7. Pelarut Untuk reaksi Sitronellal

Pelarut memiliki pengaruh penting dalam reaksi siklisasi sitronellal karena pelarut dapat meningkatkan atau mengurangi adsorpsi reaktan ke sisi aktif katalis (Yongzhong et al., 2004). Pada penelitian Yongzhong selanjutnya telah ditemukan pelarut yang optimal dalam siklisasi sitronellal pada beberapa katalis yaitu, Zr-zeolit beta, Al-MSU-SFAU dan HY.

Zr-zeolit beta merupakan katalis yang bersifat kurang polar atau disebut juga bersifat hidrofobik. Hal ini dikarenakan katalis ini disintesis dalam medium fluorida. Ketika katalis Zr-zeolit beta dimasukkan dalam pelarut polar maka katalis ini akan menyukai konsentrasi molekul yang bersifat kurang polar daripada yang bersifat polar sehingga konsentrasi sitronellal yang diserap pori-pori katalis akan menjadi tinggi. Sedangkan konsentrasi sitronellal oleh pori-pori katalis akan menjadi kecil jika dilarutkan pada pelarut non polar dan menyebabkan reaksi siklisasi sitronellal menjadi lambat.

Pada katalis Al-MSU-SFUA dan HY memiliki sifat hidrofilik yaitu bersifat polar. Jadi jika digunakan pelarut non polar maka konsentrasi sitronellal yang terserap pori-pori katalis menjadi tinggi dan menjadi rendah apabila digunakan pelarut polar. Sehingga pembentukan isopulegolpun akan lebih cepat (Yongzhong et al., 2004). Dengan demikian pemilihan pelarut sangat penting untuk mengetahui aktivitas dan selektivitas katalis.2.8. Analisis Hasil Siklisasi Sitronellal

2.8.1. Kromatografi GasKromatografi gas merupakan salah satu metode pemisahan campuran. Alat ini dapat digunakan untuk analisis kuantitatif gas, cair, dan zat padat. Prinsip dari pemisahan secara kromatografi gas adalah penyebaran cuplikan diantara dua fasa. Campuran akan terpisah dengan partisi sampel antar fasa gas bergerak dan fasa diam yang berupa cairan dengan titik didih tinggi (tidak mudah menguap) yang terikat pada zat padat penunjangnya. Untuk mengidentifikasi puncak-puncak kromatogram dapat dilakukan dengan senyawa standar dalam (internal standard). Senyawa internal standard merupakan senyawa yang sudah diketahui konsentrasinya dan harus berbeda dengan senyawa yang dianalisis. Dengan senyawa internal standard ini dapat ditentukan konsentrasi analit dari sampel yang dianalisis secara kuantitatif.

Syarat-syarat senyawa yang digunakan sebagai senyawa internal standard adalah :

a. struktur yang dimiliki serupa dengan struktur senyawa yang dianalisis.b. tidak bereaksi dengan senyawa yang dianalisis.c. dapat terpisah dengan baik dengan puncak yang lain.d. Memiliki konsentrasi yang mendekati konsentrasi yang dianalisis.e. Terelusi dekat dengan puncak senyawa yang dianalisis. (Mcnair dan Bonelli, 1988)Langkah pertama yang harus dilakukan dalam melaksanakan metode internal standard ini adalah menyiapkan larutan standar dan menentukan besarnya respon faktor (RF) dari masing-masing komponen terhadap internal standard. Selanjutnya campuran dari stanar dan cuplikan diinjeksikan ke dalam kromatogram ( Adnan, 1997).Ada beberapa variabel yang digunakan dalam perhitungan kromatografi gas (GC), yaitu : rasio jumlah analit, rasio respon analit, dan respon faktor.

Rasio jumlah analit = (2.1)Rasio respon analit = (2.2)

Dimana,Cx = jumlah analit (mg/mL)

CSI = jumlah standar internal (mg/mL)

Ax = luas area analit

ASI = luas area standar internal

Respon Faktor (RF) digunakan untuk menghitung respon detektor yang berbeda antara senyawa analit dan senyawa internal standar.Respon Faktor (RF) = (2.3)

Konsentrasi analit = Respon rasio analit x RF x Konsentrasi SI

(2.4)BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah gelas kimia, gelas ukur, neraca analitik, botol timbang, botol reaksi, pengaduk magnetik, pengaduk kaca, pipet tetes, corong Buchner, pompa vakum, botol vial, kondensor refluks, termometer, labu leher dua, penangas, oven, Difraksi Sinar-X ( XRD ), Spektrofotometer FTIR, Scanning Electron Microscopy ( SEM ), Instrumen Analisis Termogravimetri, Surface Area Analyzer, dan Kromatografi Gas.3.1.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Zirkonium tetraklorida (ZrCl4), Zink diklorida (ZnCl2), N,N-dimetilformamida (DMF), 1,4-asam benzendikarboksilat (BDC), kloroform (CHCl3), Sitronelal, Toluena, dan Nitrobenzena.3.2 Prosedur Kerja

3.2.1 Sintesis UiO-66

Pada sintesis UiO-66 berdasarkan perlakuan sebelumnya didapatkan dari perbandingan mmol 1,5 : 1,5 : 405,38 DMF. Kemudian, dilarutkan 0,382 gram ZrCl4 dan 0,2409 gram 1,4-asam benzendikarboksilat (BDC) kedalam 30 mL N,N-dimetilformamida (DMF). Larutan campuran kemudian dimasukkan kedalam botol reaksi tertutup dan dipanaskan pada suhu 140C selama 6 jam dalam keadaan statis. Setelah itu, campuran didingkan dan disaring. Padatan yang diperoleh dicuci menggunakan 30 mL DMF selama 24 jam kemudian direndam dalam 30 mL kloroform selama 24 jam. Perendaman menggunakan kloroform dilakukan sebanyak dua kali. Selanjutnya, padatan dikeringkan dalam kondisi vakum pada suhu 60C selama 4 jam. Padatan yang diperoleh kemudian dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer FTIR, XRD, SEM, Surface Area Analyzer, dan TGA.3.2.2 Uji Katalis UiO-66 pada Reaksi Siklisasi Sitronelal

Uji katalis UiO-66 pada reaksi siklisasi sitonelal dilakukan dengan mereaksikan 0,6275 gram sitronelal, 5 gram pelarut toluen, 0,2 mL nitrobenzena dan 0,05 gram katalis UiO-66 kedalam wadah tertutup berupa labu leher dua yang dilengkapi dengan termometer dan dihubungkan dengan kondensor refluks. Reaksi dilakukan dengan cara pengadukan menggunakan pengaduk magnetik. Campuran dipanaskan selama 1 jam pada suhu 80C dalam keadaan statis. Kemudian larutan hasil reaksi dimasukkan dalam botol vial dan akan dikarakterisasi menggunakan kromatografi gas.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN4.1. Perlakuan dan Pengamatan

Telah dilakukan penelitian reaksi siklisasi sitronellal dengan menggunakan katalis Zr-MOF (Uio-66) dan Zn-Zr-MOF (Zn-Uio-66). Dibuat variasi konsentrasi Zn pada katalis Zn-Zr-MOF (Zn-Uio-66) yaitu 5%, 10%, dan 20%.

n

Gambar 4.1 Katalis Zr-MOF (Uio-66) dan Zn-Zr-MOF (Zn-Uio-66).

Selain itu terdapat beberapa bahan yang digunakan dalam penelitian reaksi siklisasi sitronellal ini, yaitu toluen, sitronellal, dan nitrobenzen.

a b c

Gambar 4.2. a) Sitronellal b) Toluen c) nitrobenzen.

Penelitian reaksi siklisasi sitronellal diawali dengan menimbang 0,05 gram katalis UiO-66 (A), Zn-Uio-66 5% (B), Zn-Uio-66 10% (C), Zn-Uio-66 20% (D) dan dimasukkan kedalam wadah tertutup berupa labu leher dua. Masing-masing katalis tersebut ditambahkan , 0,6275 gram sitronelal, 5 gram pelarut toluen, 0,2 mL nitrobenzene. Pengamatan dari masing-masing campuran terssebut yaitu :

Campuran A = Campuran berwarna kuning dan sedikit keruh, katalis tidak larut. Campuran B = Campuran berwarna putih dan sedikit keruh, katalis tidak larutCampuran C = Campuran berwarna putih dan sedikit keruh, katalis tidak larutCampuran D = Campuran berwarna putih dan sedikit keruh, katalis tidak larutSetelah semua tercampur, labu leher dua dilengkapi dengan termometer dan dihubungkan dengan kondensor refluks. Reaksi dilakukan dengan cara pengadukan menggunakan pengaduk magnetik. Campuran dipanaskan selama 1 jam pada suhu 80C dalam keadaan statis.

Gambar 4.3. Rangkaian alat Refluks

Pengamatan setelah direfluks yaitu :Campuran A = Campuran berwarna kuning dan sedikit keruh, katalis tidak larut.

Campuran B = Campuran berwarna putih dan sedikit keruh, katalis tidak larut

Campuran C = Campuran berwarna putih dan sedikit keruh, katalis tidak larut

Campuran D = Campuran berwarna putih dan sedikit keruh, katalis tidak larut

Setelah direfluks campuran disentrifugasi untuk memisahkan katalis dari campuran tersebut.

Gambar 4.3. Rangkaian Alat Sentrifugasi

Setelah katalis telah terpisah dari campuran selanjutnya larutan hasil reaksi dimasukkan dalam botol vial dan dikarakterisasi menggunakan kromatografi gas.DAFTAR PUSTAKAAbid H. R., Pham G. H., Ang H.-M., Tade M. O. and Wang S. (2012). Adsorption of CH4 and CO2 on Zr-metal organic frameworks. Journal of Colloid and Interface Science 366, 120124.

Adnam, M.,(1997), Teknik Kromatografi untuk Analisis Bahan Makanan, Edisi Pertama, Cetakan Pertama, ANDI, Yogyakarta.Aggarwal, Varinder. K. et al. (1998). Scandium trifluoromethanesulfonate, an efficient catalyst forthe intermolecular carbonyl-ene reaction and the intramolecularcyclization of citronellal.;Tetrahedron Lett., 39 (14), 1997-2000.

Agustine, R.L., (1996), Heterogenous Catalysis for the Synthetic Chemist, first edition, Marcel Dokker, Inc., New York. Cavka J.H., Jakobsen S., Olsbye U., Guillou N., Lamberti C., Bordiga S., Lillerud K.P. (2008). A new zirconium inorganic building brick forming metal organic frameworks with exceptional stability. Journal of the American Chemical Society 130, 13850-13851.Chuah G. K., Liu S. H., Jaenicke S., Harrison L. J. (2001) Cyclisation of Citronellal to Isopulegol Catalysed by Hydrous Zirconia and Other Solid Acids. Journal of Catalysis 200, 352-359. Gedde U. W. ( 1995 ). Polymer Physic, Edisi Pertama. Chapman & Hall. London. Iftitah, E.D., (2005), Sintesis Isopulegol dari (+)-Sitronellal Menggunakan Kataalis Zn/beta-Al2O3, Tesis FMIPA UGM, Yogjakarta.Low J.J., Benin A.I., Jakubczak P., Abrahamian J.F., Faheem S.A., Willis R.R. (2009). Journal of the American Chemical Soiety 131, 1583415842.Maki-Arvela, P., Kumar, N., Nieminen, V., Sjoholm, R., Salmi, T., and Yu. Mirzin, D., (2004), J. Catal., 225:155-169.McNair, H.N., dan Bonelli, E.J., (1988), Dasar Kromatografi Gas, Penerbit ITB, Bandung.

Moore, J.W and Perason, R.G., (1981), Kinetic and Mechanism, third edition, John Wiley and Sons, Inc., New York.

Perego, C and Villa, P., (1997), Catalyst Preparation Methods, Catalysis Today, 34, 281-305.

Priatmoko, P., (1990), Sintesis Mentol dari Sitronellal Hasil Isolasi dari Minyak Sereh. Tesis FMIPA UGM. Jogjakarta.

Ravasio N., N. Poli, R. Psaro, M. Saba and F. Zaccheria. (2000),Bifunctional copper catalysts. Part II. Stereoselective synthesis of (-)-menthol starting from (+)-citronellal, Topics in Catalysis 13.195199.

Sastrohamidjojo, H., (1981), Study of Some Indonesian Essential Oil, Disertasi S3 FMIPA UGM, Yogjakarta.

Schwartz, J.A., Contescu C., Contescu A., (1995), Methods for Preparation of Catalytic Materials, Chemical Review, 95, American Chemical Society, USA.

Setyawan, D dan Handoko, P., (2003), Aktivitas Katalis Cr/Zeolit dalam Reaksi Konversi Katalitik Fenol dan Metil Isobutil Keton, Jurnal Ilmu Dasar, Vol. 4, No. 2, F.MIPA Universitas Jember.

Timofeeva M. N., Panchenko V. N., Jun J. W., Hasan Z., Matrosova M. M. and Jhung S. H. (2014) Effects of linker substitution on catalytic properties of porous zirconium terephthalate UiO-66 in acetalization of benzaldehyde with methanol. Applied Catalysis A: General 471, 9197.Vermoortele F., Ameloot R., Vimont A., Serre C., De Vos D. (2011) An amino modified Zr-terephthalate metal organic framework as an acid base catalyst for cross aldol condensation. Chemical Communications 47, 1521-1523.

Yongzhong, Z., Yuntong, N., Jaenicke, Chuah, G.K. (2005), Cyclisation of Sitronellal over Zirconium Zeolit Beta- Highly Diastereoselective Catalys to ()-Isopulegol, Journal of Catalysis, 229, 404-413.Zhao Q., Yuan W., Liang J. and Li J. (2013) Synthesis and hydrogen storage studies of metalorganic framework UiO-66. International Journal of Hydrogen Energy, 1-6.iii

Documents

tugas kimia katalis