## POLIMERISASI EUGENOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT PEKAT

## Ngadiwiyana

## Jurusan Kimia FMIPA Universitas Diponegoro

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  polimerisasi  kationik  terhadap  eugenol  dengan  menggunakan  katalis  asam sulfat pekat tanpa menggunakan media pelarut. Polimerisasi ini dilakukan pada suhu kamar, diperoleh hasil berbentuk padatan yang berwarna keungu-unguan dengan titik lebur 86 oC . Polimer yang terbentuk tidak larut dalamk air tetapi larut dalam aseton, etanol dan benzena. Identifikasi hasil dilakukan dengan spektrofotometri Infra Merah (FTIR) dan spektroskopi 1 H-NMR. Berat molekul poli(eugenol) ditentukan dengan metode viskometri, diperoleh harga Mv = 7800,75 atau DP = 48 Kata kunci: eugenol, polimerisasi, viskometri

## PENDAHULUAN
Dewasa ini polimer sintetik memegang peranan yang  sangat  penting  terutama  dalam  bidang industri. Para ahli kimia telah berhasil menggali ilmu  pengetahuan  yang  dapat  digunakan  untuk membuat  polimer  yang  sesuai  dengan  berbagai tujuan  tertentu,  dan  pengetahuan  tersebut mennyebabkan  industri  polimer  mengalami perkembangan  yang  sangat  pesat  dalam  empat puluh tahun terakhir ini. Salah satu polimer yang berhasil  disintesis  pada  tahun  1930  adalah poli(feniletena) atau polisterina (Cowd, 1991).
Sampai  saat  ini  minyak  cengkeh  masih menempati  urutan  pertama  dalam  jumlah volume ekspor  minyak atsiri Indonesia. Ekspor tersebut  masih  dalam  bentuk  minyak  cengkeh yang belum diolah maka harganya relatif rendah, sehingga  diperlukan  alternatif  lain  agar  miyak cengkeh  mempunyai  nilai  ekonomi  yang  lebih tinggi (Anwar,1994).
Eugenol  mengandung  gugus  fungsional  allil, alkoksi  dan  hidroksi,  yang  pada  prinsipnya eugenol dapat dipakai untuk pembuatan senyawa lain  yang  lebih  berguna.  Mengingat  adanya gugus  allil  (propenil)  pada  eugenol  yang merupakan  komponen  utama  minyak  cengkeh, dimungkinkan  untuk  dilakukan  polimerisasi menjadi  turunan  β–stirena.  Hasil  polimerisasi eugenol diharapkan dapat memberi nilai tambah pada produk turunan eugenol yang dikarenakanterjadi perubahan pada sifat- sifatnya.  Disamping  itu  penelitian  ini  dapat
memberi masukan untuk perkembangan industri polimer. Berdasarkan latar belakang masalah di atas,  maka  penelitian  ini  bertujuan  untuk melakukan polimerisasi eugenol secara kationik dengan  menggunakan  katalis  asam  sulfat  pekat dan mempelajari struktur polimer yang terbentuk dengan metode spektroskopi.
Dalam  polimerisasi  kationik,  pembawa  rantai adalah ion karbonium. Katalis dari polimerisasi ini  adalah  asam  Lewis  (penerima  pasangan elektron)  dan  katali  Friedel-Craft,  misalnya AlCl 3 , AlBr 3 , BF 3 , TiCl 4 , H 2 SO 4 dan asam kuat lainnya.  Mekanisme  polimerisasi  kationik meliputi tahap inisiasi, propagasi dan terminasi.
Adsi  proton  atau  pembentukan  ion  karbonium pada tahap inisiasi mengikuti hukum Markovnikov, yang sangat menentukan reaktifitas  dari  monomer  adalah  stabilitas  ion karbonium  yang  terbentuk  oleh  adisi  dari  ion inisiator.  Stabilitas  yang  dihasilkan  disebabkan oleh  resonansi  atau  efek  hiperkonjugasi.  Laju adisi untuk alken adalah sebagai berikut:
(CH 3 ) 2 C=CH 2 > CH 3 CH=CH 2 > CH 2 =CH 2
Biasanya  monomer  yang  dapat  membentuk  ion karbonium stabil dapat dengan mudah mengalami polimerisasi kationik.
Untuk  propagasi,  laju reaksiny  bergantung  dari stabilitas ion baru (yang terbentuk), makin stabil maka  laju  propagasi  semakin  besar.  Untuk terminasi,  reaksi  polimerisasi  kationik  dari olefin  seperti  polimerisasi  pada  stirena  oleh asam  berlangsung  sampai  semua  monomer
habis.  Kemungkinan  reaksi  terminasi  yang terjadi makin besar apabila konsentrasi monomernya rendah.
Penentuan  berat  molekul  polimer  secara viskometri, dilakukan dengan mengukur koefisien  viskositas  yang  dapat  ditentukan dengan penentuan laju alir larutan dalam kapiler, yaitu dengan mengukur laju alir dari pelarut dan beberapa  sampel  konsentrasi  polimer  dalam pelarut pada suhu penangas air yang konstan.
Persamaan Poisseuille digunakan untuk mengukur  viskositas  dari  waktu  alir  dalam kapiler, yaitu
η = B ρ t di mana B adalah konstanta viskometer, diukur dengan  kalibrasi  menggunakan  air.  ρ  adalah kerapatan  (berat  jenis)  larutan,  dengan  asumsi sama untuk tiap larutan karena kerapatan semua larutan  hampir  sama  dengan  air  dan  efek  dari variasi kerpatan tersebut hanya beberapa %.
Dari persamaan Poisseuille didapatkan: untuk pelarut murni:
o o o o t B   
untuk viskositas relatif:
o r     o o o t B t B    o t t 
untuk viskositas spesifik:
o o sp       1   o   1   r 
Untuk  menentukan  viskositas  intrinsik  ([η]) menggunakan persamaan Huggins:
C kH C sp 2
] [ ] [     
yaitu  dengan  membuat  grafik C sp  vs  C,  akan didapatkan [η] sebagai intersep.
Berat  polimer  ditentukan  dengan  persamaan Mark-Houwink-Sakurada:
[η] = K M a
M = massa molekul nisbi
harga K dan a adalah tetapan yang speisfik untuk polimer, pelarut dan temperatur.

## METODOLOGI PENELITIAN
Berdasarkan  tujuan  yang  ingin  dicapai,  maka penelitian ini terdiri dari beberapa tahap yaitu:

## Polimerisasi eugenol
Sebanyak  10  g  eugenol  dimasukkan  ke  dalam gelas  piala,  kemudian  ditambah  asam  sulfat pekat  (H 2 SO 4 98%)  bertetes-tetes  sampai terbentuk gel. Reaksi ini sangat eksotermis dan mengeluarkan  bau  yang  sangat  menyengat sehingga  harus  dilakukan  dalam  lemari  asam. Padatan  dicuci  dengan  air  kemudian  disaring dengan  penyaring  Buchner.  Residu  yang didapatkan  dicuci  dengan  air  sampai  netral, kemudian  dikeringkan  dan  ditimbang.  Analisis hasil  dilakukan  dengan  kromatografi  lapis  tipis (KLT),  penentuan  titik  lebur,  spektrofotometri infra merah dan 1 H resonansi magnetik inti.

## Penentuan berat molekul polimer dengtan metode viskometri
Sebanyak  0,2  g  poli(eugenol)  dilarutkan  dalam etanol  hingga  konsentrasinya  0,02  g/mL. kemudian  dibuat  variasi  konsentrasi  polimer melalui  pengenceran  dengan  etanol:  0,01500 g/mL;  0,01000  g/mL;  0,00500  g/mL;  0,00250 g/mL; dan 0,00125 g/mL. Dilakukan pengukuran waktu alir pelarut murni yaitu etanol dan masing-masing konsentrasi larutan polimer dengan  menggunakan  viskometer  Ubbelohde, sehingga  diperoleh  t 0 ,  t 1 ,  t 2 ,  t 3 ,  t 4 ,  t 5 dan  t 6 . Dengan  persamaan  Poisseuille  diperoleh  η sp /C lawan  C.  Dari  kurva  diekstrapolasi  ke konsentrasi (C) sama dengan nol diperoleh [η]. Dengan  persamaan  Mark-Houwink  dihitung berat molekul dari polimer dengan menggunakan harga K dan a yang sesuai.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Polimerisasi Eugenol
Polimerisasi eugenol dikerjakan dengan menggunakan katalis asam sulfat pekat, di mana dari hasil pengamatan polimerisasi 10 g eugenol dengan katalis asam sulfat pekat diperoleh hasil 7,32 gram (73,20 %). Polimer hasil merupakan padatan yang berwarna merah keunguan dengan titik lebur 86 o C, tidak larut dalam air tetapi larut dalam aseton, etanol, kloroform dan benzena.
Dari  analisis  hasil  dengan  spektroskopi  infra merah didapatkan keterangan bahwa hasil reaksi polimerisasi  eugenol  mempunyai  gugus-gugus sebagai  berikut:  adanya  pita  serapan  antara 3000-2926  cm -1 menunjukkan  pita  serapan  C sp 2 -H  dari  cincin  aromatis,  hal  ini  diperkuat dengan adanya pita serapan pada 1497 cm -1 serta pita  tajam  pada  daerah  1600  cm -1 merupakan karakteristik  jenis  vibrasi  rentangan  C=C aromatis.  Pita  serapan  pada  daerah  2278  cm -1 dan  diperkuat  pita  serapan  pada  1450  cm -1 merupakan  karakteristik  rentangan  C-H  dari gugus metil.
Bila dibandingkan dengan spektrum infra merah dari  eugenol  terdapat  perbedaan  dalam  hal munculnya  pita  serapan  pada  1620-1630  cm -1 dan  pita  serapan  pada  900  cm -1 yang  tidak terdapat  pada  spektrum  infra  merah  dari  hasil reaksi. Pita serapan pada daerah 1620-1630 cm -1 merupakan rentangan dari ikatan C=C allil. Hal ini diperkuat dengan pita serapan pada 900 cm -1 yang merupakan pita serapan dari C=CH 2 . Tidak adanya pita serapan pada daerah 1620-1630 cm - 1 dan 900 cm -1 pada spektrum infra merah hasil reaksi  menunjukkan  bahwa  hasil  reaksi  tidak lagi mempunyai ikatan rangkap gugus allil yang berarti  telah  terjadi  reaksi  terhadap  gugus  allil yang terdapat dalam eugenol.
Analisis  hasil  reaksi  polimerisasi  eugenol dengan  spektroskopi 1 H  RMI  didapatkan spektrum sebagai berikut:
Dari spektrum tersebut dapat diperoleh keterangan sebagai berikut:
Tabel 1.  Keterangan spektrum 1 H RMI poli(eugenol) Puncak Daerah Serapan (ppm) Kenampakan Keterangan A (57,9 %) 6,3-7 Multiplet 3 H dari Benzena B (45,4 %) 5-5,5 Multiplet 1 H dari – OH C + D (107,0 %) 3,6-4 2,2-3 Multiplet 6 H dari OCH 3 , -CH- dan –H 2 C- E (51,4 %) 1 Multiplet 3 H dari campuran CH 2 dan CH 3 CH 2 OH OCH 3 H C C H 2 C+D A - A A - C+D B n
Dari  hasil  kromatografi  lapis  tipis  yang menunjukkan  bahwa  senyawa  hasil  reaksi kurang  polar  dibandingkan  dengan  eugenol, hasil  spektrofotometri  infra  merah  yang menunjukkan adanya perubahan terhadap gugus allil  dari  eugenol  dan  hasil  spektrum 1 H  RMI yang menunjukkan atom-atom H senyawa hasil reaksi serta dari kenampakan fisisk hasil reaksi disimpulkan bahwa telah terjadi reaksi polimerisasi terhadap eugenol menjadi poli(eugenol).
Polimerisasi  eugenol  termasuk  polimerisasi kationik  karena  terdapat  spesies  terpropagasi yaitu  ion  karbonium  serta  mengalami  tiga langkah  reaksi  yaitu  inisiasi,  propagasi  dan terminasi. Apabila asam sulfat pekat ditambahkan  ke  dalam  eugenol  mak  akan menimbulkan  reaksi  inisiasi  untuk  membentuk ion  karbonium  (kation  baru)  dengan  cara  adisi elektrofilik. Reaksi ini diawali dengan pemindahan  (transfer)  elektron  di  mana monomernya sebagai donor elektron. Reaksinya adalah sebagai berikut:
H 2 C OH OCH 3 C H CH 2 H + H 2 C OH OCH 3 C H CH 3 H 2 C OH OCH 3 C H CH 3 HSO 4 H 2 C OH OCH 3 C CH 3 H (HSO 4 )
Reaksi  ini  jelas  terlihat  dengan  terjadinya perubahan  warna  larutan  menjadi  merah keunguan.  Reaksi  adisi  pada  tahap  inisiasi  ini mengikuti  hukum  Markovnikov,  di  mana stabilitas ion karbonium menentukan reaktifitas untuk  dapat  terjadinya  penggabungan  dengan monomer berikutnya. Dalam hal ini stabilitas ion karbonium disebabkan oleh efek hiperkonjugasi.
Pada  tahap  propagasi  melibatkan  pembentukan ikatan  kovalen  antara  rantai  kation  dengan monomer. Reaksinya adalah sebagai berikut:
H 2 C OH OCH 3 C H CH 2 H 2 C OH OCH 3 C CH 3 H (HSO 4 ) CH 2 OH OCH 3 CH 2 OH OCH 3 HC H 2 C CH CH 3
Kecepatan  reaksi  propagasi  tergantung  dari stabilitas ion yang terbentuk, makin satbil maka kecepatan propagasi akan makin besar.
Untuk  terminasi,  reaksi  polimerisasi  kationik dari  eugenol  dengan  katalis  asam  sulfat  pekat akan berlangsung sampai semua monomer habis. Pada  tahap  ini  terjadi  reaksi  penggabungan antara rantai terpropagasi (rantai ion karbonium) dengan monomer. Reaksi yang terjadi adalah:
CH 2 OH OCH 3 CH 2 OH OCH 3 HC H 2 C CH C H 2 CH 2 OH OCH 3 H C CH 3 CH 2 OH OCH 3 H C C H 2 n
unit pengulang n: derajat polimerisasi

## Hasil Penentuan Berat Molekul Poli(eugenol)
Dalam  penentuan  berat  molekul  poli(eugenol) digunakan  metode  viskometri  dan  didapatkan hasil yang disajikan dalam tabel berikut:
Tabel 2.  Data pengukuran berat molekul poli(eugenol) C (g/mL) t (detik) η r (t/t o ) η sp (η r - 1) C sp 
etanol 100% 583,68 0,00125  588,42  1,00812 8,12.10 - 3 6,4967 0,0025 598,49  1,02538 2,54.10 - 2 10,1493 0,005 625,82  1,07219 7,22.10 - 2 14,4393 0,01 672,22  1,15169 1,52.10 - 1 15,1692 0,015 741,29  1,27002 2,70.10 - 1 18,0018 0,02 887,26  1,52010 5,20.10 - 1 26,0056
Dengan  program  regresi  linier  terhadap  grafik
C spesifik  versus C (konsentrasi) didapatkan harga titik  potong  (interesep)  yang  merupakan  [η] sebesar  7,2978.  Karena  tidak  terdapatnya kepastian  harga  K  dan  a  untuk  poli(eugenol), sehingga  didalam  penentuan  berat  molekul poli(eugenol)  digunakan  harga  K  dan  a  dari senyawa polimer yang mirip dengan poli(eugenol),  yaitu  menurut  Brandrup  dan Immergut  untuk  polistirena  harga  K  =  11.10 -3 dan a = 0,725 sehingga didapatkan berat molekul poli(eugenol)  sebesar  7800,75  dengan  derajat pengulang (DP) 48.

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Eugenol dapat dipolimerisasi secara kationik menggunakan katalis asam sulfat pekat
2. Berat molekul poli(eugenol) dapat ditentukan dengan metode viskometri, dan berat molekul poli(eugenol)  sebesar  7800,75  dengan  DP 47,6.

## DAFTAR PUSTAKA
Anwar,  C.,1994,  The  Conversion  of  Eugenolin to  more  Valuable  Substances,  Desertasi, FMIPA UGM, Yogyakarta.
Cowd,  M.A.,  1985,  Polimer  Chemistry,
diterjemahkan oleh Harry Firman, 1991.
Daly,  W.H.,  S.  Moulay,  1986,  Synthesis  of Poly(vinylcatechols), J. Polym. Sci.
Polymer Symposium.
Fessenden,  R.J.,  J.S.  Fessenden,  1989,  Organic
Chemistry, diterjemahkan oleh A. Hadyana
Pudjaatmaka,  1991,  Kimia  Organik,  jilid  I,
Penerbit Airlangga, Jakarta.
Guenther, E., 1952, The Essential Oil, volume V,
D. Van Norstrand Co. Inc., New York.
Hardjono Sastrohamidjojo, 1985, Spektroskopi,
Edisi Pertama, Penerbit Liberty,
Yogyakarta.
Intiningsih,  1995,  Polimerisasi  Amilisoeugenol dengan  Katalis  Asam  Sulfat  Pekat,  skripsi, FMIPA-UGM, Yogyakarta.
Ketaren, S., 1985, Pengantar Teknologi Minyak Atsiri, PN Balai Pustaka, Jakarta.
March, J., 1977, Advanced Organic Chemistry, Reactions,  Mechanisms,  and  Structures,
Second Edition, Mc. Graw Hill International
Book Company, Aucklan.
Norman,  R.O.C.,  1978,  Principle  of  Organic Synthesis,  2 nd edition,  Chapman  and  Hall,
London.
Rosenthal,  L.C.,  1990,  A  Polymer  Viscosity Experiment with No Right Answer, J. Chem.
Educ.
Setiadi,  T.,  1986,  Ekspor  Minyak  Atsiri Indonesia,  Proceeding  Diskusi  Minyak
Atsiri V, Departement Perindustrian Indonesia.
Solomons,  T.W.G.,  1982,  Fundamental  of Organic  Chemistry,  John  Willey  and  Son, New York.
Steven,  M.P.,  1975,  Polymer  Chemistry  An Introduction,  Addison  Weshley  Publishing
Company, Inc., London. Sudri, N.M., 1989, Studi Polimerisasi
Metilisoeugenol  dengan  Katalis  Boron Trifluorida  Dietil  Eter  Kompleks,  skripsi, FMIPA-UGM, Yogyakarta.
Vogel,  A.I.,  1956,  Text  Book  of  Practical Organic  Chemistry,  Third  edition,  The English  Language  Book  Society  and Longman, New York.