MAKALAH APLIKASI KATALIS KINETIKA & KATALIS (CHE182206-02) Judul: Sintesis T-butil Eugenol dengan Katalis FeCl3 Disusun oleh: 1. Shafira Yasmin : 2017620017 2. Histin Hernisa : 2017620033 3. Stefanny : 2017620037 4. Alson Timothy : 2017620045 5. Laurencia Asti Imana : 2017620132 6. Aszahrah Hadi Surya : 2017620141 PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN 2021 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Laju reaksi secara umum dapat diartikan sebagai pengurangan konsentrasi pereaksi maupun penambahan konsentrasi hasil reaksi pada reaksi kimia per satuan waktu. Laju reaksi kimia dipengaruhi oleh beberapa faktor. Contoh faktor yang mempengaruhi reaksi adalah : Konsentrasi zat, luas permukaan, suh, tekanan dan katalis. Katalis adalah suatu zat yang bila dilibatkan dalam suatu reaksi kimia yang sesifik dapat mempercepat laju reaksi itu, akan tetapi katalis tidak akan bereaksi dengan zat dalam reaksi sehingga tidak akan terjadi perubahan pada jumlah dan konsentrasi katalis Katalis dangat berperan penting dalam industri kimia seperti industri energi,farmasi dan baha bakar dimana 75% proses sintesis bergantung pada ketersedian katalis. Katalis dalam industri kimia digunakan untuk mempercepat reaksi dan mengatur kecepatan dan pembentukan produk pada reaksi. Katalis bisa dibagi menjadi katalis homogen dan heterogen tergantung jenis fasa katalis dan reaktan katalis juga bisa terbuat dari zat organik dan non-organik. BAB II ISI 2.1 Proses alkilasi Friedel-Crafts Alkilasi Friedel-Crafts merupakan reaksi yang digunakan untuk sintesis t-butil eugenol dimana terjadi alkilasi cincin aromatik dengan alkil halida menggunakan asam Lewis kuat dengan bentuk MXn (FeCl3 dan AlCl3) sebagai katalisator. Makalah ini menjelaskan tentang proses alkilasi Friedel-Crafts dimana eugenol akan direaksikan dengan t-butil klorida menggunakan katalis FeCl3. Proses yang dilakukan terdiri dari tiga tahap. Pada tahap pertama t-butil klorida bereaksi dengan FeCl3 dan menghasilkan elektrofil yaitu karbokation t-butil. Fungsi katalis FeCl3 pada proses tahap pertama ini yaitu mempercepat pembentukan karbokation t-butil dan t-butil klorida serta mempermudah reaksi alkilasi yang tejadi pada cincin benzena eugenol. Tahap kedua terjadi penyerangan ikatan pi pada cincin benzena eugenol yang bersifat nukleofil terhadap karbokation t-butil yang bersifat elektrofil. Pada tahap ini gugus hidroksi pada eugenol akan berperan sebagai aktivator dan pengarah orto-para. Oleh karena itu substitusi yang terjadi pada t-butil berada pada posisi orto dari gugus hidroksi sehingga terbentuk ion benzenonium. Pada tahap ketiga atau tahap terakhir, ion H+ akan dilepas agara ion benzenonium stabil sehingga t-butil eugenol terbentuk. Ion H+ yang dilepas bereaksi dengan FeCl4- dengan hasil terbentuknya HCl dan FeCl3. 2.2 Katalis FeCl3 Katalis dapat diklasifikasikan menjadi katalis heterogen dan katalis homogen. Katalis dengan fasa yang sama dengan pereaksinya diklasifikasikan sebagai katalisis homogen. Biasanya proses katalitik yang berlangsung dalam fasa gas atau fase cair menggunakan katalis homogen. Pada katalis heterogen fasa antara katalis serta pereaksi berbeda, umumnya digunakan katalis padat, dan reaktannya berupa gas atau cairan (Hagen, 2006). Pada sintesis tbutil eugenol digunakan katalis FeCl3. Katalis FeCl3 disini merupakan katalis homogen yang digunakan dalam fasa cair. FeCl3 merupakan jenis katalis asam Lewis yang baik dan telah digunakan secara luas dan efektif dalam berbagai jenis reaksi kimia organik dan banyak digunakan dalam katalisis reaksi Friedel-Crafts (Díaz et al, 2006). Katalis asam Lewis merupakan katalis yang bekerja dengan meningkatkan reaktivitas substrat dengan menerima elektron tetapi tidak terlibat dalam reaksi itu sendiri (Salvia, 2018). 2.3 Mekanisme Reaksi Berikut ini merupakan mekanisme reaksi dua tahap pembentukan t-butil klorida, dimana pada tahap pertama substrat akan terurai membentuk karbokation t-butil dan menghasilkan t-butil klorida pada tahap berikutnya. Gambar 2.1 Mekanisme pembentukan t-butil klorida (Setiawati, 2009) 2.3.1 Mekanisme Reaksi dengan Katalis Pada eugenol terdapat tiga gugus activator yang dapat mempengaruhi posisi penambahan t-butil, yaitu gugus metoksi (-OCH3), gugus hidroksi (-OH) dan gugus propenil (-CH2-CH=CH2). Selain itu sifatnya juga sebagai pengarah orto dan para, dimana gugus metoksi akan mengarahkan t-butil pada posisi orto (nomor 3) dan para (nomor 5), gugus hidroksi pada posisi orto (nomor 6) dan gugus propenil pada posisi orto (nomor 3 dan 5). Penomoran dapat dilihat pada Gambar 2.2. Gambar 2.2 Penomoran cicin benzena pada eugenol (Setiawati, 2009) Dengan bantuan katalis FeCl3 membentuk elektrofil t-butil+ yang mengikat pada ion klorida. Mengakibatkan t-butil bermuatan parsial positif bereaksi dengan cincin aromatik pada eugenol. Reaksi alkilasi Friedel-Craft ini sulit untuk dihentikan ketika telah terjadi substitusi tunggal, sehingga akan terjadi reaksi di-alkilasi membentuk di-t-butil eugenol. Mekanisme reaksi di-alkilasi dapat dilihat pada Gambar 2.4. Reaksi di-alkilasi terjadi pada 2 tahap, yaitu (Setiawati, 2009): 1. Gugus t-butil pertama mengalami reaksi substitusi dengan mudah pada atom C nomor 6 karena halangan sterik yang kecil, dimana hanya terdapat gugus hidroksi. 2. Gugus t-butil yang bersifat sebagai gugus activator, meningkatkan reaktivitas cincin benzene sehingga reaksi pada gugus t-butil kedua akan berlangsung lebih cepat. Gugus tbutil kedua tidak dapat memasuki atom C nomor 5 karena halangan sterik yang besar akibat meruahnya gugus t-butil dan propenil. Sehingga, t-butil kedua akan memasuki posisi orto terhadap gugus metoksi dan propenil (nomor 3). Gambar 2.3 Mekanisme reaksi pembentukan t-butil eugenol dengan katalis (Setiawati, 2009) Gambar 2.4 Mekanisme reaksi pembentuk di-t-butil eugenol dengan katalis (Setiawati, 2009) 2.3.2 Mekanisme Reaksi Tanpa Katalis Pembentukan t-butil eugenol tetap dapat dilakukan dengan waktu reaksi yang lebih lama. Reaksinya mengikuti reaksi substitusi nukleofilik 1 (SN1) yang terjadi dalam 2 tahap. Pada tahap pertama, terjadi pematahan alkil halide menjadi sepasang ion, yaitu ion klorida dan karbokation t-butil. Tahap kedua akan terjadi penggabungan t-butil dengan nukleofil (H2O) menghasilkan produk awal, yaitu t-butil augenol. Pada tahap terakhir akan terjadi pelepasan ion H+ dalam reaksi asam-basa yang cepat dan bolak-balik (Fessenden & Fessenden, 1986) Gambar 2.5 Mekanisme reaksi pembentukan t-butil eugenol tanpa katalis (Winata, 2010) 2.4 Paten Proses sintesis katalis FeCl3 yang dibutuhkan dalam proses sintesis t-butil Eugenol dipatenkan oleh Bai Xiaoguang , Bai Yanchun dan Bai Liaofan 2.5 Industri yang memproduksi Katalis FeCl3 1. Hunan Heaven Materials Development Co.,Ltd (China) http://www.heavenmaterials.com/eFenlei/64.html 2. Maharashtra Industries Directory https://www.maharashtradirectory.com/product/ferric-chloride.html 3. Shanghai Sky Chem Industrial Co, Ltd (China) https://bs.topchinasupplier.com/wholesale/China-Construction-Industry-AgentAnhydrous-Ferric-Chloride-96---Iron--Chloride--Fecl3-for-CAS--7705-080_1669559/ 4. Sigma- Aldrich https://www.sigmaaldrich.com/catalog/search&interface=All&N=0+16257685&mode =partialmax&lang=en&region=ID&focus=product 5. Chung Hwa Chemical Industrial Works, Ltd (Taiwan) https://www.chciw.com.tw/index.php/eng/index/index.html 2.6 Industri yang secara Komersial Menggunakan Katalis FeCl3 FeCl3 atau besi (III) klorida merupakan salahsatu katalis yang digunakan dalam industri kimia. Katalis FeCl3 digunakan dalam industri etilen diklorida (EDC) yang kemudian dapat dilanjutkan untuk industri vinil klorida monomer (VCM). VCM merupakan bahan penting dalam produksi industri polimer polivinil klorida (PVC). Adapun pabrik yang memproduksi EDC dan VCM antara lain, 1. PT Asahimas Chemical (Indonesia) 2. PT Satomo Indovyl MonomerIndustri (Merak-Banten, Indonesia) 3. Dow (Plaquemine-Louisiana, Amerika Serikat) 4. Hanwa Chem Corp ( Yeu-Chun, Korea Selatan) Katalis FeCl3 juga digunakan dalam industri pembuatan monochlorobenzene (MCB). MBC merupakan bahan baku dalam pembuatan chloronitrobenzene, fenol, anilin, dan pelarut dalam proses. Pabrik yang memproduksi MBC antara lain, 1. Kureha Co., Ltd (Jepang) 2. Eastman Chemical Company (Amerika Serikat) 3. Chemieorganic Chemical, Pvt. Ltd (Mumbai, India) Selain sebagai katalis, FeCl3 mempunyai fungsi utama untuk memurnikan air dari kotoran sehingga digunakan dalam water treatment di industri salahsatunya tahap pretreatment pada industri pengolahan air laut. Adapun pre-treatment yang dilakukan berperan sebagai koagulan dan flokulan. FeCl3 juga berperan dalam produksi printed circuit board dan leaching agent dalam hidrometalurgi klorida seperti pada produksi silikon dari FeSi. BAB III KESIMPULAN Kesimpulannya, berdasarkan pemaparan diatas t-butil eugenol dapat dibuat dengan mereaksikan t-butil klorida dengan eugenol dan menggunakan katalis FeCl3. Proses yang terjadi adalah proses alkilasi Friedel-Craft. Katalis FeCl3 merupakan katalis asam Lewis homogen yang berperan mempercepat pembentukan karbokation t-butil dan t-butil klorida serta mempermudah reaksi alkilasi yang tejadi pada cincin benzena eugenol. Terdapat beberapa industri yang memproduksi katalis FeCl3 contohnya Chung Hwa Chemical Industrial Works di Taiwan. Selain digunakan pada proses sintesis t-butil eugenol katalis FeCl3 digunakan dalam berbagai macam industri yaitu etilen klorida, monochlorobenzene, serta dapat digunakan pada water treatment. DAFTAR PUSTAKA Díaz, D. D., Miranda, P. O., Padrón, J. I., Martín, V. S. (2006). Recent Uses of Iron (III) Chloride in Organic Synthesis. Bentham Science Publishers Ltd. Laguna. Fessenden, R. J., & Fessenden, J. S. (1986). Kimia Organik. Jakarta: Erlangga. Hagen, Jens. (2006). Industrial Catalysis. 2nd Edition. Wiley-VCH. Weinheim. Ingmar Persson, (2018). https://link.springer.com/article/10.1007/s10953-018-0756-6, diakses 13 Maret 2021 pukul 16.54. Mustofa, A. (2016). “Prarancangan Pabrik Monochlorobenzene dari Benzen dan Chlorine Kapasitas 175.000 Ton/Tahun”, Publikasi Ilmiah, Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Salvia, Vanessa. (2018). What is a Lewis Acid?. sciencing.com, https://sciencing.com/what-isa-lewis-acid-13712173.html. diakses 14 Maret 2021 pukul 16.00 Sandi, E.P. dan Firdayanti, W. (2019), “Pra Rencana Pabrik Pembuatan Etilen Diklorida dengan Proses Oksiklorinasi Kapasitas Produksi 300.000 Ton/Tahun”, Skripsi, Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya. Setiawati, L. (2009). Sintesis tersier-Butil Eugenol dari Eugenol dan tersier-butil Klorida dengan Katalis Besi (III) Klorida: Tinjauan terhadap Variasi Suhu Reaksi. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Winata, M. (2010). Sintesis tersier-butil Eugenol dari Eugenol dan tersier-butil Klorida dengan Katalis Besi (III) Klorida: Variasi Lama Pemanasan. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.