SINTESIS VANILIN
Pada prinsipnya pembuatan vanilin semi sintetik dari minyak cengkeh melalui tahapan beberapa produk antara yaitu eugenol dan isoeugenol. Oleh karenanya sintesis vanilin ini dapat terjadi dengan dua cara, yaitu 1) Dengan memisahkan ter lebih dahulu noneugenol dalam minyak cengkeh dan 2) Sintesis Sintesi s dilakukan langsung di dalam minyak cengkeh tanpa perlu memisahkan non-eugenol, artinya non-eugenol baru dipisahkan setelah terbentuknya isoeugenol. Menurut Soemadiharga (1973), prinsip pembuatan vanilin dari eugenol adalah reaksi isomerisasi yang disusul dengan reaksi oksidasi. Proses yang dipilih untuk pembuatan produk vanilin sintet ik dengan bahan baku eugenol ini terdiri atas tiga tahapan proses, yaitu proses isomerisasi, proses oksidasi dan proses ekstraksi. Pembuatan vanilin sintetik ini menggunakan menggunakan pemanasan gelombang mikro, yaitu pada proses isomerisasi dan proses oksidasi. Pemakaian gelombang mikro untuk aktivasi reaksi telah diketahui dapat mempercepat laju reaksi dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan menggunakan pemanasan konvensional. Sehingga efisi ensi yang didapatkan dengan pemakaian gelombang mikro untuk proses pemanasan akan diperoleh lebih tinggi (Cisadesi, 2007). Menurut Carey (2003), oksidasi pada senyawa organik adalah proses peningkatan jumlah ikatan di antara karbon dan oksigen oksigen (ikatan C – O) O) atau penurunan jumlah ikatan karbon – hidrogen hidrogen (ikatan C – H). H). Menurut Sastrohamidjojo (2002), oksidasi isoeugenol menjadi vanilin oleh nitrobenzena dalam media alkali merupakan serangkaian t ransfer elektron dari OH – ke ke senyawa nitro melalui substrat tidak t idak jenuh. Adapun bahan tambahan yang digunakan pada proses produksi vanilin si ntetik, yaitu pada proses isomerisasi dibutuhkan KOH dan pada proses oksidasi dibutuhkan oksidator nitrobenzene, pelarut dimetil sulfoksida (DMSO), dan HCl serta pada proses ekstraksi dibutuhkan pelarut dietil eter. Masing-masing proses akan menghasilkan hasil samping yaitu, pada proses isomerisasi akan menghasilkan air dan sisa eugenol eu genol yang tidak bereaksi. Lalu, pada proses oksidasi akan menghasilkan hasil samping antara lain, asetal dehid, azobenzene, nitrobenzene, DMSO dan K-isoeugenolat yang tidak bereaksi, garam, dan air. Kemudian, hasil samping yang dihasilkan dari proses ekstraksi adalah residu (nitrobenzene, DMSO, garam, asam vanilat) dan dietil eter. Di bawah ini adalah tabel rincian dari hasil samping setiap proses produksi.
Tabel 1. Hasil samping dari setiap proses produksi Proses Produksi
Hasil Samping
Isomerisasi
air dan sisa eugenol yang tidak bereaksi
Oksidasi
Asetaldehid, azobenzene, nitrobenzene, DMSO dan Kisoeuegenolat yang tidak bereaksi, garam dan air
Ekstraksi
residu (nitrobenzene, DMSO, garam, asam vanilat)
Banyak pelarut dan pereaksi yang digunakan dalam pembuatan vanilin sintetik ini, antara lain KOH, nitrobenzene, DMSO, dan HCl. Pereaksi dan pelarut ini mudah menguap, oleh karena itu, mereka dengan sengaja dilepaskan ke atmosfer setelah penggunaan. Di bawah ini adalah rincian mengenai toksisitas dari masing-masing pelarut yang digunakan pada pembuatan vanilin sintetik. a. KOH Beberapa senyawa alkohol juga memiliki sifat-sifat toksik, salah satunya adalah KOH. Gugus alkohol menyebabkan senyawa ini bersifat iritasi yang lebih besar dan narkose atau sebagai pembius, tetapi sifat-sifat ini tidak terdapat pada alkohol dengan molekul lebih besar. Disisi lain, alkohol dengan molekul besar larut dalam lemak. Sebagai akibatnya, mereka tinggal lebih lama di dalam tubuh, dan merusak organ-organ bagian dalam (to damage internal organs). Karena derajat penguapannya relatif rendah, maka masalah serius terhadap inhalasi uap KOH tidak umum terjadi. b. DMSO Dimetilsulfoksida adalah suatu solven yang juga sering digunakan. Ia bersifat polar, oleh karena itu ditemukan dalam penggunaan yang khusus. DMSO masuk ke kulit (penetrasi) secara efektif, tetapi memiliki sifat toksik yang rendah. Namun, ia membawa bahan-bahan kimia yang bercampur dengannya melewati kulit dan dapat menyebabkan konsekuensi yang serius bila ia bercampur dengan suatu toksikan yang kuat. DMSO dapat terinhalasi atau diabsorbsi melalui kulit sehingga merusak lever. Karbon disulfida sangat mudah menguap, dan memiliki uap bersifat berbahaya. Lebih signifikan lagi, ia m enyebabkan kerusakan yang serius terhadap otak dan susunan syaraf perifer ( peripheral nervous system). Ia juga berkontribusi terhadap penyakit jantung koroner (coronary heart disease). c. Nitrobenzene Nitrobenzene adalah senyawa yang mudah menguap dan terpapar secara luas dalam bentuk uap. Paparan nitrobenzene ke dalam tubuh menyebabkan kerusakan susunan syaraf
pusat, saluran pencemaan, dan sumsum tulang yang membentuk sel-sel darah merah. Para pekerja yang terpapar secara berlebihan (overexposed workers) menderita anemia dan menurunnya jumlah sel darah putih. Kontak dalam waktu yang lama dengan kulit menyebabkan kerusakan kulit mirip luka bakar, dan beberapa pekerja menjadi lebih sensit if. Studi epidemiologi terhadap para pekerja yang terpapar benzene dalam periode waktu yang lama menunjukkan bertambahnya pekerja yang menderita kanker, terutama kanker darah (leukimia). d. HCl Asam klorida adalah asam kuat yang paling tidak berbahaya untuk ditangani dibandingkan dengan asam kuat lainnya. Walaupun asam, i a mengandung ion klorida yang tidak reaktif dan tidak beracun. Asam klorida dalam konsentrasi menengah cukup stabil untuk disimpan dan terus mempertahankan konsentrasinya. Oleh karena alasan inilah, asam klorida merupakan reagen pengasam yang sangat baik. Dalam lingkungan industri, pencegahan merupakan tindakan yang lebih baik daripada membiarkan terjadi keracunan. Antisipasi dan tindakan keamanan harus merupakan upaya pertama. Prinsip kerja secara aman adalah penting, tetapi sering dianggap berlebihan karena mengeluarkan biaya lebih banyak dan tidak menghasilkan nilai tambah yang nyata pada produk. Pencegahan terjadinya keracunan dalam proses produksi di industri ini dapat dilakukan dengan mengurangi bahaya dan resiko yang mungkin dapat ditimbulkan pada pekerja dan lingkungan. Selain itu juga diusahakan upaya pengamanan seperti menyediakan tempat penyimpanan yang aman, tersedianya sarana air pembilas di tempat-tempat strategis, menyediakan dokter perusahaan, melengkapi pekerja dengan masker dan sarung tangan, dan sebagainya.
DIAGRAM ALIR SINTESIS VANILIN
Pembuatan produk vanillin sintetik menggunakan bahan baku eugenol yang berasal dari minyak cengkeh. Proses produksi vanillin sintetik terbagi menjadi 3 macam proses, yaitu proses isomerisasi, proses oksidasi dan proses ekstraksi. Di bawah ini adalah gambar diagram alir proses produksi vanillin sintetik.
Tahap pertama pembuatan vanilin sintetik adalah proses isomerisasi yaitu mengubah eugenol enjadi K-isoeugenolat dalam suasana basa. Proses i somerisasi eugenol menjadi isoeugenol dilakukan dengan menggunakan panas dari gelombang mikro yang didapatkan pada al at microwave. Proses ini menggunakan katalis basa kuat kalium hidroksida (KOH) yang proses konversi atau reaksi isomerisasinya terjadi pada sekitar suhu 120oC. Di bawah ini adalah gambar dari reaksi yang terjadi.
Gambar 1. Reaksi perubahan eugenol menjadi isoeugenol dengan KOH
Setelah itu, tahap kedua adalah proses oksidasi. Reaksi oksidasi k-isoeugenolat menjadi vanilin menggunakan oksidator nitrobenzene. Nitrobenzene tersebut digunakan untuk mengubah K-isoeugenolat menjadi K-vanilat dan menghasilkan hasil samping berupa azobenzene dan asetaldehid. Sastrohamidjojo (2002) mengatakan reaksi oksidasi isoeugenol dapat dilakukan dengan menggunakan oksidator nitrobenzene. Reaksi oksidasi ini berlangsung dalam fase organik, sehingga untuk membawa oksidator nitrobenzene ke dal am fase organik dibutuhkan pelarut dimetil sulfoksida (DMSO). Agar reaksi berjalan sempurna, jumlah oksidator dan pelarut yang digunakan harus melebihi jumlah bahan yang akan direaksikan. Berdasarkan literatur di atas maka pada tahap oksidasi ini ditambahkan pula DMSO dan dipanaskan dalam oven gelombang mikro. Di dalam oven gelombang mikro terjadi radiasi gelombang mikro yang diserap oleh bahan dan mengubah energi radiasi menjadi energi panas yang akan memanaskan larutan sampel secara langsung sehingga akan menaikkan suhu larutan dan terjadi reaksi oksidasi. Reaksi oksidasi isoeugenol dengan oksidator nitrobenzene dalam suasana basa menghasilkan kalium vanilat seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2. Reaksi oksidasi menggunakan nitrobenzene Untuk merubah kalium vanilat menjadi vanilin maka dilakukan tahapan hidrolisis menggunakan asam. Pada tahapan ini ion K+ pada senyawa vanilat digantikan oleh ion OHdan garam KCl hasil reaksi terendapkan sehingga dapat dipisahkan dari komponen vanilin. Reaksi hidrolisis vanilin dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Selanjutnya garam kali um vanilat yang terbentuk diasamkan dengan HCl. Reaksinya :
Gambar 3. Reaksi oksidasi pembentukan vanilin (Soemadiharga,1973)
Hasil akhir dari tahapan hidrolisis adalah terbentuknya dua lapisan yaitu lapisan atas (air) yang mengandung vanilin dan lapisan bawah yang mengandung azobenzene, asetaldehid, DMSO dan reaksi hasil samping lainnya. Vanilin yang terdapat pada lapisan atas hasil reaksi oksidasi dan hidrolisis selanjutnya diekstraksi menggunakan dietil eter. Menurut Carey (2003), dietil eter mem punyai tingkat volatil tinggi dan titik didih yang rendah (350C) sehingga mudah digunakan pada saat proses penguapan. Dietil eter digunakan untuk memisahkan komponen vanilin dari air dan campuran lain hasil oksidasi yang ikut tercampur seperti nitrobenzene, dimetil sulfoksida, azobenzene dan asetaldehid, sehingga vanilin terikat dengan pelarutnya (dietil eter). Kemudian dilakukan destilasi atau penguapan pelarut untuk memisahkan campuran vanillin dan pelarut dietil eter, sehingga pada akhirnya akan didapatkan produk vanillin sintetik. Di bawah ini adalah gambar dari diagram alir proses produksi vanilin sintetik.
DAFTAR PUSTAKA
Carey, F.A. 2003. Organic Chemestry. Fifth Edition. McGraw-Hill. New York. Cisadesi, Rosi. 2007. Pembuatan Vanilin Semi Sintetik dari Isoeugenol Minyak Cengkeh dengan Pemanasan Gelombang Mikro. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian Bogor. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Sastrohamidjojo, H. 1981. A Study of Some Indonesian Essential Oils. Disertasi. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. Soemadhiharga et al., 1973. Sintesa Vanilin Dari Eugenol Minyak Daun Cengkeh. Balai Penelitian Kimia. Bogor
