Transesterifikasi
Pertukaran tempat ester, juga disebut transesterifikasi, dapat terjadi antara dua monoester, mono dan polyester, atau dua polyester. Reaksi antara dua atau lebih polyester adalah reaksi yang terpenting. Beberapa interesterifikasi dapat terjadi tanpa katalis pada suhu tinggi (250 C atau lebih) atau dengan asam, alkali, atau katalis logam. Yang paling efektif adalah alkali logam alkoksida, yang dapat digunakan pada suhu serendah 0 C. Pertukaran tempat ester dapat terjadi secara acak, dengan hasil akhir dari kesetimbangan komposisi berhubungan dengan hukum probabilitas; atau dengan teknik khusus, dapat diatur kearah beberapa derajat pemisahan (segregasi) asam lemak radikal berdasarkan kepada derajat ketidakjenuhan atau panjang rantai, dengan atau tanpa pemisahan bersama ester-ester menjadi dua fraksi.
Aplikasi
Dikarenakan fakta bahwa lemak atau campuran lemak sering memiliki beberapa derajat keteraturan-dihasilkan baik secara alami maupun sintetis-sesuai distribusi komponen asam lemaknya, dalam perubahan komposisi sangat besar akan sering terjadi dari penyusunan kembali molekul secara acak. Minyak biji sayuran, sebagai contoh, minyak biji kapas, minyak kacang tanah, biji cokelat, cenderung untuk melakukan distribusi setiap asam lemak, sejauh ini jika mungkin, diantara molekul gliserida yang berbeda. Dengan distribusi acak dari seluruh radikal asam, lemak mengandung dua per tiga asam lemak jenuh akan mengandung hampir 30% gliserid yang sepenuhnya jenuh.
Transesterifikasi merupakan suatu reaksi organik dimana suatu senyawa ester diubah menjadi senyawa ester lain melalui pertukaran gugus alkohol dari ester dengan gugus alkil dari senyawa alkohol lain. Dalam reaksi transesterifikasi, senyawa ester direaksikan dengan suatu alkohol sehingga reaksi transesterifikasi juga disebut reaksi alkoholisis.
Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan, oleh karena itu adanya katalis dapat mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan dari reaksi. Sedangkan untuk memperoleh kelimpahan yang besar dari senyawa ester produk, salah satu pereaksi yang digunakan harus dalam jumlah berlebih. Katalis yang biasa digunakan dapat berupa asam kuat
ataupun basa kuat. Persamaan umum reaksi transesterifikasi :
RCOOR' + R''OH ===> RCOOR''+R'OH
Jika suatu molekul memiliki gugus alkohol dan sekaligus gugus ester di dalam strukturnya, maka dapat terjadi reaksi transesterifikasi intramolekul yang membentuk senyawa lakton sederhana atau ester siklik (Fessenden 1994: 281). Contoh reaksi transesterifikasi intramolekul dapat dilihat pada gambar 3.
Dalam suasana basa reaksi transesterifikasi berlangsung lebih cepat dibandingkan dalam suasana asam, karena reaksi berlangsung satu arah (irreversible) terhadap pembentukan alkil ester. Hal ini disebabkan senyawa basa juga berperan sebagai pereaksi, yaitu dalam pembentukan ion alkoksida.
Reaksi transesterifikasi yang terjadi dengan katalis asam akan memberikan kelimpahan alkil ester yang tinggi, tetapi reaksi berlangsung lambat. Hal ini dikarenakan dalam suasana asam, reaksi transesterifikasi berlangsung secara bolak-balik (reverrsible). Pada dasarnya reaksi memerlukan temperatur sekitar 100oC dan lebih dari 3 jam agar reaksi berlangsung sempurna.
Mekanisme reaksi transesterifikasi menggunakan katalis asam dapat terbagi menjadi lima tahap. Tahap pertama, oksigen karbonil diprotonasi oleh H+ dari katalis asam sehingga menambah muatan positif pada oksigen karbonil. Hal ini membuat karbon karbonil lebih elektrofilik dan aktif untuk bereaksi dengan alkohol ROH yang merupakan nukleofil lemah. Padatahap
kedua, alkohol menyerang atom karbonil yang lebih elektrofilik tersebut
dengan menggunakan elektron bebasnya. Pada tahap ketiga, proton ditansfer dari bagian alkohol ROH ke gugus R”O sehingga menjadi gugus pergi yang baik yaitu molekul alkohol lain R”OH. Molekul R”OH tersebut dilepaskan pada tahap keempat. Terakhir pada tahap kelima terjadi deprotonasi sehingga ikatanĪ karbonil terbentuk kembali dan terbentuklah produk ester dimana gugus R” diganti dengan R.
Reaksi transesterifikasi dengan katalis asam merupakan reaksi kesetimbangan, oleh karena itu untuk meningkatkan jumlah produk harus digunakan jumlah reaktan yang berlebih. Transesterifikasi minyak adalah reaksi antara minyak (trigliserida) dengan suatu alkohol dengan bantuan katalis menghasilkan suatu ester minyak atau turunan esternya. Pada transesterifikasi minyak, terjadi reaksi antara trigliserida dengan suatu alkohol menggunakan katalis asam kuat atau basa kuat, menghasilkan campuran alkil ester asam lemak dan gliserol (Prihandana, R. 2006: 36).
Secara stoikiometri, berdasarkan reaksi transesterifikasi diatas, reaksi 1 mol trigliserida membutuhkan 3 mol alkohol. Penggunaan jumlah alkohol yang berlebih dapat meningkatkan perolehan alkil ester, dan beberapa aspek lain termasuk tipe katalis (basa atau asam), perbandingan molar antara minyak dan alkohol, suhu, kemurnian pereaksi (terutama kandungan air) dan kandungan asam lemak bebas yang ada berpengaruh terhadap proses reaksi transesterifikasi.
BIODIESEL
Hampir semua biodiesel diproduksi dengan metode transesterifikasi dengan katalisator basa karena merupakan proses yang ekonomis dan hanya memerlukan suhu dan tekanan rendah. Hasil konversi yang bisa dicapai dari proses ini adalah bisa mencapai 98%. Proses ini merupakan metode yang cukup krusial untuk memproduksi biodiesel dari minyak/lemak nabati. Proses transesterifikasi merupakan reaksi dari trigliserin (lemak/minyak) dengan bioalkohol (methanol atau ethanol) untuk membentuk ester dan gliserol. Minyak nabati dengan kadar asam lemak bebas (ALB)-nya rendah (< 1%), bila lebih, maka perlu pretreatment karena berakibat pada rendahnya kinerja efisiensi. Padahal standar perdagangan dunia kadar ALB yang diijinkan hingga 5%. Jadi untuk minyak nabati dengan kadar ALB >1%, perlu dilakukan deasidifikasi dengan reaksi metanolisis atau dengan gliserol kasar. Secara sederhana reaksi transesterifikasi dapat digambar sebagai berikut :
100 lbs Minyak Nabati + 10 lbs Methanol -100 lbs Biodiesel + 10 lbs gliserol
R1, R2, dan R3 adalah alkil dari ester. Selama proses esterifikasi, trigliserin bereaksi dengan alkohol dengan katalisator alkalin kuat (NaOH, KOH atau sodium silikat).
Jumlah katalisator yang digunakan dalam proses titrasi ini adalah cukup menentukan dalam memproduksi biodiesel. Secara empiris, 6,25gr/l NaOH adalah konsentrasi yang memadai. Reaksi antara biolipid dan alkohol adalah reaksi dapat balik (reversible) sehingga alkohol harus diberikan berlebih untuk mendorong reaksi kekanan dan mendapatkan konversi yang sempurna.
Pada reaksi transesterifikasi dimana R1, R2, R3, merupakan rantai panjang dari atom karbon dan hydrogen, yang disebut sebagai sama lemak. Ada beberapa tipe rantai dari minyak nabati yaitu :
Palmitik R = - (CH2)14 – CH3 16 karbon termasuk R (16 :0)
Stearik R = - (CH2)16 – CH3 18 karbon , 0 double bond (18 : 0)
Oleat R = - (CH2)7 CH = CH (CH2)7CH3 18 karbon , 1 double bond (18 : 1)
Linoleat R= -(CH2)7CH=CH-CH2–CH=CH(CH2)4CH3 18 karbon , 2 double bond (18 : 2)
Linolenik R=-(CH2)7CH=CH-CH2–CH=CH-CH2-CH=CHCH2-CH3 18 karbon , 3 double bond (18 : 3)
Apabila triolein dalam minyak nabati beraksi dengan methanol akan menghasilkan 3 molekul methil oleat inilah yang disebut sebagai biodiesel dan satu molekul gliserol.
Apabila dihitung berat molekul triolein adalah sebagai berikut :
Karbon = 57 x 12,0111 = 684,63
Hidrogen = 104 x 1,00797 = 104,83
Oksigen = 6 x 16,000 = ......96,000
Total = 885,46 gram per mole
Berat molekul triolein 885,45 sehingga berat 1 molekul triolein 885,46 grm. Tiga molekul methanol beratnya 96,12 grm, 3 molekul methil oleat beratnya 889,5 grm sedangkan berat satu molekul gliserol 92,12grm
Methanol yang ditambahkan pada pembentukan triolein biasanya antara 60 – 100% ekses methanol reaksinya sempurna, reaksinya sebagai berikut :
Triolein + n Methanol Methyl Oleat + Gliserol + m Methanol
Katalis
885,46gr Triolein bereaksi dengan 2 x 32,04gr – 192,24 gr dengan katalis Natrium Hidroksida atau Potasium Hidrosida akan menghasilkan 3 x 296,50gr = 889,50 gr methil oleat dan 92,10 gr gliserol serta 96,12 xsmethanol. Bila 100 lb minyak nabati dan terbentuk 100 % xs methanol, neraca massa sebagai berikut :
Minyak Nabati seberat 100 lb direaksikan dengan Methanol = 21,71 lb akan terbentuk 100,45 lb biodiesel, 10,40 lb glyserol dan 10,86 lb xs Methanol. Apabila berat jenis dari triolein = 0,8988 (kg/lt), methanol = 0,7914 (kg/lt), ethil oleat = 0,8739 (kg/lt), gliserol = 1,2613 (kg/lt), dengan dasar 100 lt minyak nabati dan reaksi pembentukan biodiesel dengan 24,45 lt methanol maka akan diperoleh hasil 103,3 lt methil oleat dan 7,42 lt gliserol dan 12,33 xs methanol.
0 comments:
Posting Komentar