## Kimia Fisik : F.lcktrokimia

## SINTESIS XILTTOL DENGAN PROSES ELEKTROREDUKSI XILOSA
Adi Darniawan dan W.H Rahmanto
Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Diponegoro, Semarang

## ABSTRAK
Proses produksi xilitol sccara clcktrokataiitik dari D-.\ilosa daiam larutan sodium sulfat menggunakan timbal amalgam telah dipelajari. Produk yang dihasilkan ditentukan memakai HPLC. Katoda timbal amalgam digunakan untuk mempertinggi rendemen relatif faraday pada produksi xilitol melalui reaksi hidrogenasi katalitik heterogen dengan Hails. Pada densilas arus rendah dan konsentrasi D-xilosa yang tinggi. rendemen rclatif Faraday meningkat. Tidak banyak perbedaan jumlah xilitol y ang dihasiikan akibat variasi pH. Produk samping daiam jumlah yang sedikit juga dihasilkan.

## PE.NDAHULUAN
Xylitol merupakan pemanis yang banyak manfaatnya dan telah diterima sccara medis, dilihat dari sifatnya yang non kariogen (tidak menyebabkan kerusakan gigi) dan terdapatnya xylitol pada metabolisme
karbohidrat daiam tubuh manusia.
Xyiitol tclah direkomendasikan untuk
digunakan sebagai pemanis bagi penderita diabetes. Sclain itu xylitol telah dimanfaatkan pada bcrmacam teknologi pengolahan makanan!ul
Produksi
xylitol
umumnya diiakukan mclalui hidrogcnasi xylosa pada lekanan tinggi (di atas 80 barr)
dan tcmpcratur 353 K dcngan katalis nikcl. scmentara xylosa dipcrolch dari hidrolisis kayu atau biomassa lainnya|IJ.

## EKSPERIMEN
Bahan dan AJat Semua bahan kimia yang digunakan bcrdcrajal p.a (for analysis)dan digunakan tanpa pemurnian kcmbali. Katoda dibuat
dari logani Pb yang dipcrolch dari sisa accu dilcbur dan dicctak pada suatn cctakan dan dilapisi dcngan mcrkuri dcngan cam mcncclupkan clcktroda Pb icrscbut pada larntan Hg(NOi): sclania.
1 mcnit scdangkan anoda dipcrolch
dari batang karbon yang tcrdapat pada
batcrai 1.5 volt Untnk analisis
digunakan krotnatografi cair kincija tinggi (HPLC) Shimad/u LC-10A yang dilcngkapi dcngan dctektor rcfraksi menggunakan aquabidest sebagai
clucn. . Kolom yang digunakan adalah (Shimpack SCR- 101) yang panjangnya 30 cm dan dilcngkapi dcngan guard colom (SCR-H).
Kcberhasilan clcktrosinlcsis Kolbc dan mctoda rcduksi
monosakarida yang dipcrkcnalkan oleh Fischer mcnimbulkan minat lerhadap elcktrosinlesis karbohidrat dan denvatnya1''. Oleh karena itu rcduksi mcrupakan salaii satu mcioda yang dapat digunakan sebagai altcrnatif pengganti proses rcduksi katalitik
bertekanan tinggi. sccara clcktro kimia indeks
(R ID-6 A) ! 3.4.51 Beberapa pustaka membahas >ang rcduksi un.uamya
elektrokimiawi glukosa menunjukkan bains a proses rcduksi monosakarida ini agak komplcks dan dapal dipcngarulii oleh berbagai faktor
seperti bahan elcktroda. konsentrasi zat. densitas arus. pH. temperatur. komposisi katolil dan lain sebagains a.
Cs

## Metodc
Pcrcobaan diiakukan pada sc! elckirolisis terbuat dari gelas kaca. Sisi
katolit dan sisi anolit dipisahkan oleh mcmbran seniipcrmeabcl. Elcktrolisis dijaga pada suhu tctap 30° - 32° C
dengan
cara mcncmpatkan sel elcktolisis pada pcnangas berair. Pb amalgam digunakan scbagai katoda dan batang karbon digunakan scbagai anoda lalu mcnghubungkannya dengan sumbcr arus DC pada dcnsitas arus tetap 40 mAcm \ 20 mAcm " dan
3 mAcm'2.
faraday scbagai pengganti efisicnsi tcrhadap dcnsitas arus, konsentrasi D-xilosa dan pH sistcm cicktrolisis. Rcndcmen relatif faraday didcfinisikan scbagai perbandingan konsentrasi xilitol hasil percobaan
rclatif tcrhadap konsentrasi xilitol tcoritik berdasarkan persamaan faraday M = it/(2FV). Pada model percobaan ini, hanya rcaksi di katoda yang diamati dengan asumsi bahwa rcaksi anodik tidak mcmiliki pengaruh tcrhadap proses reduksi xilosa.
Menurut Pintauro' iV| bahwa rcaksi reduksi elektroorganik pada katoda biasanya terjadi dengan transfer langsung elektron ke reaktan pada permukaan elcktroda. Oleh karena itu scring dipilih logam yang memiliki ovcrpotcnsial hidrogen yang linggi seperti merkuri atau timbal untuk meminimalkan kehilangan arus karena adanya cvolusi hidrogen. Dari pcnclitian sebelumnya diketahui bahwa penggunaan merkuri sebagai katoda memcrlukan pengadukan yang intensif*31. Oleh karena itu pada percobaan ini dicoba digunakan Pb
arus Efisicnsi dihitung berdasarkan jumlah xilitol
yang terbentuk relatif terhadap jumlah anis xilitol tcoritik yang dihilung
berdasarkan hukum faraday. Xilitol yang
dihasilkan dianalisis dengan kroniatografi cair kineija tinggi (HPLC). Pcngukuran kadar xilitol yang terbentuk ditentukan berdasarkan Hias puncak kromatogram relatif tcrhadap xilitol standar

## IIASIL DAN PEMBAIIASAN
Hasil reduksi elcktrokimiawi dari xilosa ditampilkan dalam bentuk hubungan anlara rendemen rclatif
bcrlapis mcrkuri scbagai clektroda. Pb amalgam ini dipcrolch dcngan mclapisi Pb dcngan Hg mclalui
rcduksi tanpa listrik.
Dcngan mekanisme hidrogcnasi gugus karbonii pada permukaan clcktroda.
\
. C- OH v /'l \ \?=o — c -Nc o i \ ' 1 / * c—o /I 1 H i
Pada reaksi reduksi. hidrogen tcradsorpsi (Had,, pada permukaan cleklroda mclalui pemberian muatan
pada ion hidrogen ataupun pclarut prolonik seperti air.
Menurut Volmer'1ÿ adsorpsi hidrogen melalai tahap : Gambar 2 : Mekanisme hidrogcnasi gugns karbonii pada permukaan elektroda
ini juga dapat membcnluk H; mclalui kombinasi dua atom H.ld
(jalur Tafcl atau tahap rekombinasi)
atau mclalui reaksi atom H,„ls dcngan molekul air iainnya (jalur Heyrovsky atau tahap dcsorpsi clcktrokimia)
' 2 Ha* H,
Heyrovsky : H„ds + H:0 + c -* H2 + H;Q + c - > Had, + OH'
Hods ini bereaksi dcngan molekul xilosa membentuk xilitol,
C4H9O4CHO + 2 Hads -» CjiioOÿCftOH (xilosa) (xilitol) Tafel Jokic!1 memmjukkan bahwa mckanisme reduksi xilosa melibatkan OH
bcnluk clcklroaktif dari xiiosa.
a)
CHO CH’OH H -- OH Oil 11 -- OH ti¬ ll -- OH llO— —11 llO -- 11 I” *- 10 HC H H -- Oil II -- OH H -- OH CHi CH2 1 CHj - n 5 xilitol
a-D-xilosa (non elektroaktil’) D-xiiosa (electroektif) n C'.x 0,8 i.2 Gambar 1 : Mekanisme reduksi xilosa
Konsentraai (M)
Rendemen rclatif faraday juga mempcrlihatkan kctergantungan pada konsentrasi xilosa. Makin tinggi konsentrasi xilosa makin tinggi pula rendemen relatif faraday, lial ini menunjukkan bahwa reaksi reduksi
xilosa tergantung pada perpindahan massa atau difusi massa ke pcrmukaan elektroda.
b)
20 15 ' r - o 0.3 1.2 0.4 K.on.sentrasi (M)
E
Makin tinggi densitas arus.
makin rendah jurnlah xilitoi yang
sehingga
diperkirakan bahwa rcaksi reduksi xilosa tergantung pada rcaksi kimia katalitik heterogen yang tergantung pada liras dan bentuk ciektroda serta kuat arus. Kuat arus yang makin tinggi akan mempertinggi potensial scl dan menyebabkan reaksi evolusi gas
hidrogen semakin banyak sementara atom hidrogen yang mcrcduksi xilosa semakin scdikit (reaksi bersaing).
40 mAcm 20 mAcrn *2 3 mAcm-2
Gambar 3 : Grafik rendemen relatif faraday terhadap variasi konsentrasi cx-D- xilosa pada densitas ams (ÿ) 3, (0) 20 dan ( ) 40 mAcm'2 (a) pada kondisi asam
(b) kondisi basa da pat
dihasilkan Reaksi reduksi elektroorganik . pada
katoda
Pb
amalgam
menunjukkan bahwa rendemen relatif faraday tergantung pada densitas arus dan konsentrasi xilosa. Pada densitas arus rendah memberikan hasi! yang sangat baik. Rendemen relatif faraday meningkat tajam pada densitas arus
__ -t
rendah (3 mAcm'), sementara pada densitas arus di atas 20 mAcm 2 tidak terjadi peningkatan yang- begitu
berarti.
tidak
Sementara memberikan pengaruh yang berarti terhadap rendemen xilitoi yang dihasilkan, hanya saja pada keadaan basa memberikan hasil yang sedikit
pH
lcbili baik daripada kondisi asam, hal ini dapat dililiai dari rata-rata rcndcman rclatif faraday pada kondisi basa lebih tinggi dari kondisi asamnya.
Hal ini sejalan dcngan penelitian yang diiakukan Piszczek yang menunjukkan bahwa kcadaan basa menunjukkan hasil yang lebih baik daripada keadaan asam.
konsentrasi xilitol yang diliasilkan (70 - 95%) menunjukkan bahwa membran dapat mcmisahkan anolil dan katolit dcngan baik dan selcktif. Scbagian besar xilosa yang terdapat pada kompartmen katoda tereduksi. sementara dapat diasumsikan bahwa sedikit sckali
alau tidak ada xilosa yang menembus kompartemen anoda dan tcroksidasi menjadi asam xilonat.
kroinatogram
menunjukkan balnva reduksi xilosa pada densitas arus linggi akan memberikan produk sampingan yang lebih banyak daripada densitas arus rendah. Sementara pada pH basa produk samping y ang dihasilkan lebih banyak dibandingkan dengan pH
asam. Hal ini dapat pula dilihat pada wama Iarutan basa yang lebih
bervariasi. Produk samping yang mungkin terjadi adalah
deoksixilitol''” dan l-deoksipcmit',r” sebagai hasil reduksi lanjut dari xilitol. Tetapi jumlah produk sampingan tersebut sangatlah sedikit bila dibandingkan dcngan jumlah xilitol y ang dihasilkan.
Rendemcn rclatif faraday vang sangat tinggi (jauh di atas hasil teoritik) menunjukkan bahwa katoda Pb amalgam berfungsi sangat baik sebagai
katalis.
Diperkirakan
permukaan clektroda tidak rata atau berpori sehingga permukaan eiektroda sangat luas sehingga memperbesar jumlah H yang teradsorbsi Hal ini juga menunjukkan bahwa proses ini memiliki tingkat efisiensi yang tinggi dan mcmcrlukan cnergi yang jauh lebih rendah dibandingkan proses reduksi kimia biasa sehingga dapat dijadikan saiah satu altcmatif proses hidrogenasi xilosa.
Kuna
Kurva 2-
kromatogram
memperlihatkan hanva tcrdap3t dua puncak
besar
dan tingginya

## KESIMPULAN
Bcrdasarkan hasiJ-liasil pcngamalan dan pcnibahasan yang iclah diulas di alas, maka dapal diatnbil kcsimpulan bahwa Pb amalgam bcrfungsi sangal baik scbagai clckiroda pada proses reduksi elektrokatalilik xilosa karena mempunvai overpotensial Iiidrogcn yang linggi dan dapat mengadsorpsi liidrogcn dengan baik. Rendemen relatif faraday mcningkat dengan lurunnya densitas arus rendah dan naiknya konsentrasi.
Variasi pH udak memberikan pengaruh yang besar terliadap proses, walaupun kondisi basa memberikan liasil yang lebih baik. Reduksi cicktrokaialilik mengliasilkan rendemen produk hidrogenasi yang linggi dan produk sampingan yang sedikit.
Suasana asam mengliasilkan produk sampingan yang lebih scdikil daripada suasana basa.
Dan melihat besamya manfaal pcnelilian ini hendaknya pcrlu adanya pengembangan lebih ianjul lerhadap proses hidrogenasi clcklrokataliiik scbagai sualu cara altemalif pengganli proses reduksi kimia biasa dalani proses produksi xiiitol atau senyawa yang sejenis. Dan pula pcnclitian ini dapal dilanjutkan ke sisfcm atau model yang betbeda.
Veapan Terima Kasih
Kami ucapkan banvak icrima kasih kepada Bapak Damin Sumardjo atas bimbingannya pada pcnclitian ini.

## REFERENSI
1. Ylikahri. R., 1979. Metabolic and Nutritional Aspects o/Xylitol. In Adv. in Food Resreh. 25. p.159 - 180.
2. Hyvonen. L.. and Koivistoinen. P.. 1982. Food Technological Evaluation of Xyltiol. In Adv. in Food Resre.. 28. p. 373 - 403. Academic Press. New York
Fcdoronko, M.. 1974, Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry.
29, Academic Press, New York
3.
Pintauro. P.N., and Anantharaman, V„ 1994, J. Electrochem. Soc, 141, p. 2729-
4.
2741
Pintauro, P.N., and Anantharaman, V., 1994, J. Electrochem. Soc, 141, p. 2742-
2752
5.
Pis/czck L., Gicldon, K., Wojtkowiak, S.Z., 1992 J. App. Electrochem. 22. p.
1055-1059
6.
7. Jokic. A.. Ristic, N„ Jaksic, M.M.. Spasojevic, M„ and Krstajic. N.. 1991. J.
App. Elec. Chem. 21. p.321 -326