ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (4) (2018): 211 – 217

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa

## Carbonylation Reaction between Glycerol and Urea using CaO Catalyst
Sukirno a , Gema Fitriyano a,*
a Chemical Engineering Department, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia
* Corresponding author: gema_fitriyanost@yahoo.com
https://doi.org/10.14710/jksa.21.4.211-217
A r t i c l e   I n fo

## A b s t r a c t
Article history:
Received: 5 August 2018
Revised: 22 October 2018 Accepted: 22 October 2018 Online: 31 October 2018
Keywords: Glycerol;  CaO  catalyst; carbonylation  reaction; urea This study aims to utilize abundant glycerol because the production is more than the consumption.  The  use  of  glycerol  is  carried  out  through  a  carbonylation  reaction between glycerol and urea to obtain glycerol carbonate. In the carbonylation reaction, variations in the use of CaO catalysts were carried out at 130°C and 160°C and the use of ZnO  catalysts  at  160°C.  The  results  of  product  testing  using  GC-MS  showed  that  the desired glycerol carbonate was not detected, but 1,3-dioxol-2-one was detected as the reaction result in the largest amount. The carbonylation reaction using catalyst CaO 1 mol%  with  a  temperature  of  160°C  and  constant  stirring  for  3  hours  resulted  in  a conversion  of  92.86%  and  a  1.3-dioxol-2-one  yield  of  64.80%.  The  carbonylation reaction  using  ZnO  1  catalyst  mol%  at  160°C  and  constant  stirring  for  3  hours  can produce a conversion of 94.88% and a 1,3-dioxol-2-one yield of 30.06%.

## A b s t r a k
Kata Kunci: Gliserol; katalis CaO; reaksi karbonilasi; urea Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memanfaatkan  gliserol  yang  jumlahnya  berlimpah karena  produksinya  lebih  banyak  daripada  konsumsinya.  Pemanfaatan  gliserol dilakukan melalui reaksi karbonilasi antara gliserol dan urea untuk memperoleh gliserol karbonat.  Pada  reaksi  karbonilasi  dilakukan  variasi  penggunaan  katalis  CaO  yang dilakukan  pada  suhu  130°C  dan  160°C  dan  penggunaan  katalis  ZnO  pada  suhu  160°C. Hasil pengujian produk menggunakan GC-MS memperlihatkan bahwa gliserol karbonat yang diinginkan tidak terdeteksi, namun 1,3-dioxol-2-one yang terdeteksi sebagai hasil reaksi dalam jumlah terbesar. Reaksi karbonilasi yang menggunakan katalis CaO 1% mol dengan  suhu  160°C  dan  pengadukan  konstan  selama  3  jam  menghasilkan  konversi sebesar  92,86%  dan  rendemen  1,3-dioxol-2-one  sebesar  64,80%.  Reaksi  karbonilasi yang  menggunakan  katalis  ZnO  1%  mol  pada  suhu  160°C  dan  pengadukan  konstan selama 3 jam dapat menghasilkan konversi sebesar 94,88% dan rendemen 1,3-dioxol-
2-one sebesar 30,06%.

## 1. Pendahuluan
Produksi  biodiesel  yang  semakin  meningkat menghasilkan  produk  samping  berupa  gliserol  dalam jumlah  besar,  hal  ini  merupakan  penyebab  utama melimpahnya  gliserol  serta  mengakibatkan  harganya dipasaran  semakin  turun.  Gliserol  yang  ada  saat  ini cenderung  belum  termanfaatkan,  karena  kebutuhan pemakaian  jauh  lebih  kecil  dan  tidak  sebanding dengan jumlah produksinya  yang  terakumulasi  setiap  tahunnya [1].
Sebenarnya  sudah  ada  beberapa  cara  untuk memanfaatkannya yaitu diolah sebagai bahan baku pada industri  pangan,  kosmetik,  farmasi,  tekstil  dan  bahan bakar  alternatif.  Selain  itu  ada  cara  lain  di  mana  diolah menjadi  turunannya  sebagai  bahan  baku  dalam pembuatan  hidrogen  dan  gas  sintetis  menggunakan proses reformasi [2].
Walaupun demikian ternyata masih banyak sisanya yang  belum  terolah,  sehingga  ada  kesempatan  untuk meningkatkan  potensi  dari  bahan  tersebut  dengan memanfaatkannya  sebagai  bahan  baku  pada  sintesis gliserol karbonat. Gliserol karbonat dapat dikembangkan
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (4) (2018): 211 – 217
menjadi  gliserol  karbonat  ester  yang  mampu diaplikasikan sebagai pelarut ramah lingkungan maupun sebagai pelumas bio[1].
Saat ini Gliserol karbonat banyak digunakan sebagai pelarut  pada  industri  kosmetik  atau  farmasi,  selain  itu juga  sedang  dikembangkan  sebagai  bahan  baku  pada pembuatan poliuretan dan pelumas bio. Gliserol karbonat memiliki  karakteristik  berfasa  cair,  toksisitas  rendah, reaktifitas lebih rendah dibandingkan gliserol, stabilitas oksidasi lebih baik dari pada gliserol, titik didih tinggi dan biodegradabilitas yang baik.
Gliserol  karbonat  dapat  dihasilkan  melalui  reaksi karbonilasi  gliserol  yang  dilakukan  menggunakan beberapa  jenis  bahan  baku  yang  berbeda.  Dengan menggunakan  bahan  baku  yang  berbeda  akan  ditemui nama reaksi yang berbeda antara lain reaksi phosgenasi antara gliserol dan phosgen di mana reaksi ini memiliki bahaya karena menggunakan bahan baku yang beracun. Selanjutnya  adalah  reaksi  karbonilasi  langsung  antara gliserol dengan karbon dioksida yang dioperasikan pada tekanan tinggi menggunakan katalis yang berbasis timah (Sn) tetapi menghasilkan yield yang relatif kecil.
Reaksi  lainnya  adalah  reaksi  karbonilasi  oksidatif antara  gliserol  dengan  gas  karbon  monoksida  dan oksigen  menggunakan  katalis  logam,  memiliki  bahaya karena  menggunakan  bahan  baku  yang  beracun  dan mudah terbakar.
Cara berikutnya adalah reaksi karbonilasi menggunakan  gliserol  dan  urea,  reaksi  ini  dapat menghasilkan  yield  yang  relatif  tinggi  tetapi  memiliki bahaya  yang  berasal  dari  produk  samping  berupa  gas ammonia [3].
Cara terakhir adalah reaksi transesterifikasi dengan karbonat  organik  seperti  dimetil  karbonat  atau  etilen karbonat. Meskipun reaksi transesterifikasi relatif aman dan  dapat  menghasilkan  yield  tinggi,  bahan  baku  yang mahal  dan sulit  didapatkan  juga menjadi  pertimbangan tersendiri jika ingin mengaplikasikan reaksi ini [4].
Reaksi  gliserolisis  urea  memiliki  keunggulan dibandingkan  reaksi  lainnya  dalam  mensintesa  gliserol karbonat.  Bahan  baku  yang  tidak  beracun,  murah  dan mudah  didapatkan  serta  kondisi  operasi  yang  tidak terlalu  ekstrim  menghasilkan  yield  yang  reatif  tinggi merupakan  kelebihan  dari  reaksi  gliserolisis  urea. Keberadaan produk samping berupa gas ammonia dapat dikendalikan,  yaitu  dengan  membuangnya  dari  sistem reaksi  menggunakan  pompa  vakum  sehingga  resiko bahaya keracunan dapat dihilangkan.
Beberapa  katalis  yang  pernah  dipakai  untuk  reaksi gliserolisis urea adalah jenis katalis logam oksida, garam logam, dan logam transisi. Penelitian yang dilakukan oleh Aresta dkk. [5]  menggunakan  katalis ɣ -ZrP  yang dikalsinasi  memberikan  yield  sebesar  80%.  Pada penelitian  yang  dilakukan  oleh  Wang dkk. [6],  katalis La 2 O 3 yang  dikalsinasi  pada  suhu  600°C  memberikan hasil  yield  tertingi  sebesar  90,8%.  Selanjutnya di  tahun 2012  pada  penelitian  yang  terpisah,  Fujita dkk. [7]  dan Park dkk. [8]  menemukan  bahwa  katalis  ZnCl  dapat menghasilkan yield sebesar 80%.
Katalis yang pernah dipakai untuk reaksi gliserolisis urea  pada  beberapa  penelitian  sebelumnya  yaitu ɣ -ZrP, La 2 O 3 dan ZnCl bukan hanya mahal tetapi ketersediaannya juga masih sulit didapatkan. Penelitian ini  akan  menggunakan  katalis  lain  yang  lebih memungkinkan  baik  dari  segi  harga,  ketersediaannya maupun kemampuan dalam meningkatkan laju reaksi.
Ada  beberapa  pilihan  lain  yang  dapat  digunakan sebagai katalis untuk reaksi gliserolisis urea yaitu katalis logam,  katalis  asam  atau  basa  yang  disisip  ke  dalam zeolit,  katalis  heterogen  asam  atau  basa  dan  katalis lipase.  Untuk  memudahkan  pemisahan  katalis  dari produk  maka  pertimbangan  menggunakan  katalis heterogen dapat dijadikan pilihan.
CaO  merupakan  katalis  basa  yang  sangat memungkinkan untuk digunakan pada reaksi karbonilasi gliserol karena merupakan katalis heterogen yang mudah dipisahkan dari produk sehingga tidak memberikan sifat korosif  terhadap  produk.  Selain  itu  katalis  CaO  juga memiliki kelebihan lainnya yaitu mampu beroperasi pada temperatur  tinggi,  mengandung  sedikit  pengotor,  tidak perlu dipreparasi sebelum pemakaian, sudah diproduksi secara  komersil sehingga  lebih  murah dan  lebih mudah didapatkan,  densitas  lebih  rendah  sehingga  melayang pada fasa cair saat bereaksi menyebabkan bidang kontak yang lebih besar jika dibandingkan dengan katalis zeolit atau katalis logam [9].
Dengan anggapan Gliserol karbonat dapat dihasilkan pada skala lab melalui reaksi karbonilasi gliserol dengan memanfaatkan  gliserol.  katalis  CaO  efektif  untuk  reaksi gliserolisis  urea,  kondisi  operasi  reaksi  gliserolisis  urea yang  efektif  dalam  mensintesa  gliserol  karbonat  adalah pada suhu antara 140C sampai 160°C selama 2 sampai 4 jam
Maka  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini  adalah reaksi  karbonilasi  antara  gliserol  dengan  urea menggunakan katalis CaO pada suhu 130°C dan 160°C dan menggunakan  katalis  ZnO  pada  suhu  160°C  dengan variasi waktu 1 jam, 3 jam dan 5 jam. Untuk menentukan karakteristik  produk  dilakukan  beberapa  pengujian  di antaranya  tampilan  fisik,  densitas,  viskositas  serta  GC- MS.

## 2. Metode penelitian

## 2.1. Reaksi karbonilasi gliserol
Prosedur  kerja  untuk  reaksi  karbonilasi  gliserol sebagai berikut menimbang gliserol 92,09 gram (1 mol), urea  60  gram  (1  mol)  dan  katalis  CaO  0,56  gram  (0,01 mol). Menyusun peralatan sesuai gambar rangkaian alat percobaan  di  ruang  asam  (Gambar  1.)  Memasukkan gliserol  dan  urea  ke  dalam  labu  kaca  sambil  dilakukan pengadukan sampai suhu 130°C. Setelah mencapai suhu 130°C  masukkan  katalis  CaO.  Menjaga  suhu  pada  130°C serta  kecepatan  pengadukan  pada  level  3  selama  waktu
reaksi yang ditentukan. Setelah waktu reaksi selesai hasil reaksi dipisahkan dari katalis mengunakan kertas saring. Melakukan  analisis  terhadap  produk  reaksi  karbonilasi gliserol

## Gambar 1. Skema alat percobaan

## Keterangan gambar
1. Hot plate magnetic stirrer 2. Labu kaca
3. Termometer
4. Karet sumbat
5. Alat suntik gas dan tee
6. Bubble soap flow meter

## 2.2. Tampilan produk
Analisis  yang  dilakukan  terhadap  tampilan  produk terkait fasa, warna, bau serta perubahannya akibat variasi jenis katalis dan waktu reaksi

## 2.3. Pengukuran densitas

## Pengukuran densitas menggunakan piknometer.

## 2.4. Pengukuran viskositas
Penentuan  viskositas  berdasarkan  ASTM  D-445 menggunakan viskometer Oswald [10]

## 2.5. Menghitung konversi
Mengukur laju alir gas ammonia mengguakan bubble soap  flow  meter.  Mengukur  konsentrasi  gas  ammonia dengan Gas  Chromatography atau  menggunakan  titrasi asam  basa.  Menhitung  jumlah  gas  ammonia  terbentuk selama  reaksi.  Dari  data  gas  ammonia  terbentuk kemudian  dihitung  jumlah  gliserol  terkonversi  dengan perhitungan stoikiometri
2.6. Analisis GC-MS
Hasil reaksi karbonilasi gliserol dianlisis menggunakan  GC-MS  ( Gas  Chromatograph – Mass Spectrometer ). Untuk mendapatkan data gliserol karboat, analisa  mulai  dilakukan  dari  suhu  150°C  sampai  500°C dengan memvariasikan kenaikan suhu 2, 3 dan 5°C tiap menit.

## 3. Hasil dan diskusi
Penelitian tentang reaksi karbonilasi antara gliserol dengan  urea  dari  beberapa  variasi  yang  dilakukan menghasilakan produk dengan tampilan dan karakteristik yang berbeda. Untuk mengetahui pengaruh variasi  jenis  katalis  dan  waktu  reaksi  maka  pada penelitian  ini  dilakukan  karakterisasi  tampilan  fisik, densitas,  viskositas,  perhitungan  konversi  serta  analisa GC-MS  terhadap  produk  yang  dihasilakan  dari  reaksi karbonilasi  antara  gliserol  dengan  urea.  Hasil  dari pengujian tersebut dipaparkan sebagai berikut:

## 3.1. Tampilan produk
Tampilan  produk  dari  reaksi  karbonilasi  gliserol dengan katalis CaO pada suhu 130°C dengan waktu reaksi 1 jam, 3 jam dan 5 jam diperlihatkan pada gambar 2:
Gambar 2. Tampilan produk reaksi karbonilasi gliserol dengan katalis CaO suhu 130°C variasi waktu reaksi 1, 3 &
5 jam
Tidak  terjadi  perubahan  warna  pada  produk  yang didapatkan dari reaksi selama satu jam, tampilan produk ini  berupa  cairan  bening  yang  lebih  encer  daripada gliserol. Hal ini terjadi karena urea larut pada suhu 80°C reaksi  sehingga  volumenya  bertambah  menyebabkan produk  menjadi  lebih  encer  jika  dibandingkan  dengan gliserol.  Selain  itu  gliserol  telah  bereaksi  dengan  urea yang  larut  tersebut  sehingga  tidak  membentuk  kristal saat dikembalikan ke suhu ruang.
Pada  produk  yang direaksikan  selama  3  jam  terjadi perubahan  warna  dari  bening  menjadi  kuning  tanpa adanya  perubahan  bau.  Produk  ini  juga  lebih  encer daripada  gliserol  menunjukkan  semakin  banyak  jumlah bahan baku yang bereaksi. Jika tidak terjadi reaksi maka urea yang larut di dalam gliserol akan kembali ke bentuk awal menjadi kristal menyebabkan gliserol terperangkap di dalam urea.
Pada reaksi 5 jam tampilan produk berubah menjadi cairan berwarna oranye transparan. Produk ini juga tidak kental  seperti  gliserol  karena  hanya  sedikit  bahan  baku yang menguap. Seluruh produk pada kondisi operasi ini berbau  seperti  gas  ammonia  karena  mengandung ammonia terlarut pada produk.
Selanjutnya, tampilan produk dari reaksi karbonilasi gliserol  dengan  katalis  CaO  pada  suhu  160°C  dengan waktu reaksi 1 jam, 3 jam dan 5 jam disajikan pada gambar 3:
Gambar 3. Tampilan produk reaksi karbonilasi gliserol dengan katalis CaO suhu 160°C variasi waktu reaksi 1, 3 &
5 jam
Pada  reaksi  1  jam  produk  berwarna  kuning  seulas sedangkan  pada  reaksi  3  jam  produk  berwarna  oranye transparan,  keduanya  memiliki  bau  menyengat  seperti gas  ammonia.  Produk  ini  lebih  kental  dibandingkan produk dengan katalis CaO pada suhu 130 °C tetapi tidak kental  seperti  gliserol,  alasannya  suhu  yang  tinggi menyebabkan  cukup  banyak  bahan  baku  yang  bereaksi dan sebagian menguap.
Pada reaksi 5 jam produk memiliki tampilan cairan berwarna kuning kecokelatan dan berbau tengik, hal ini sangat  mungkin  terjadi  karena  disebabkan  oleh  bahan yang  terpapar  panas  cukup  lama  sepanjang  reaksi berlangsung.
Reaksi  karbonilasi  gliserol  yang  menggunakan katalis ZnO memiliki tampilan produk yang kental seperti gliserol, hal ini sangat berbeda dari tampilan produk yang menggunakan katalis CaO. Tampilan produk gliserolisis urea dengan katalis ZnO pada suhu 160°C dengan waktu reaksi 1 jam, 3 jam dan 5 jam diperlihatkan pada gambar 4:
Gambar 4 . Tampilan produk reaksi karbonilasi gliserol dengan katalis ZnO suhu 160°C variasi waktu reaksi 1, 3 &
5 jam
Pada  reaksi  1  jam  menghasilkan  produk  berwarna oranye  transparan  dan  berbau  menyengat  seperti  gas ammonia.  Pada  reaksi  3  jam  produk  berwarna  kuning kecokelatan  dan  pada  reaksi  5  jam  berwarna  coklat, keduanya berbau tengik.

## 3.2. Hasil pengukuran densitas
Secara  umum,  hasil  pengukuran  menunjukkan terjadinya  peningkatan  nilai  densitas  produk  yang dipengaruhi oleh bertambahnya waktu reaksi. Dari hasil pengukuran densitas produk pada suhu 40°C ditampilkan pada gambar 5:
Gambar 5. Pengaruh waktu reaksi terhadap densitas produk
Pada  reaksi  karbonilasi  gliserol  dengan  katalis  CaO suhu  130°C  belum  ada  perubahan  berarti  terhadap  nilai densitas  produk,  hal  ini  menunjukkan  belum  banyak gliserol  yang  terkonversi  menjadi  gliserol  karbonat  dan produk  samping  lainnya.  Sedangkan  pada  reaksi karbonilasi  gliserol  dengan  katalis  CaO  suhu  160°C menunjukkan  perubahan  signifikan  tetapi  hanya mencapai  densitas  1,35  g/mL  karena  sebagian  besar gliserol  sudah  terkonversi  sehingga  densitas  campuran tersebut tidak mencapai 1,4 g/mL.
Produk  dari  reaksi  karbonilasi  gliserol  yang menggunakan  katalis  ZnO  pada  suhu  160°C  memiliki denitas  yang  tinggi  dan  perubahan  nilai  densitasnya hanya sedikit dipengaruhi oleh waktu reaksi. Hal tersebut disebabkan  karena  beberapa  alasan  di  antaranya  hanya sedikit  gliserol  yang  terkonversi  menjadi  gliserol karbonat, gliserol terkonversi menjadi produk lain yang memiliki  densitas  yang  hampir  sama  nilainya,  katalis ZnO tidak dapat dipisahkan dari produk dan katalis ZnO tidak ikut menguap bersama komponen ringan lainnya.

## 3.3. Hasil pengukuran viskositas
Hasil  pengukuran  viskositas  produk  dari  reaksi karbonilasi  gliserol  yang  menggunakan  katalis  CaO menunjukkan  terjadinya  penurunan  nilai  viskositas, sedangkan  pada  penggunaan  katalis  ZnO  viskositasnya cenderung  semakin  meningkat  terhadap  pertambahan waktu  reaksi.  Gambar  6  yang  menunjukkan  data  hasil pengukuran viskositas produk pada suhu 40°C:
Gambar 6. Pengaruh waktu reaksi terhadap viskositas produk
Hasil  dari  pengukuran  viskositas  menunjukkan bahwa  produk  dari  reaksi  karbonilasi  gliserol  dengan
katalis CaO pada suhu 130°C memiliki nilai paling rendah. Viskositas  produk  yang  rendah  terjadi  bukan  karena gliserol  telah  terkonversi  menjadi  gliserol  karbonat, tetapi  karena  volume  gliserol  menjadi  meningkat disebabkan  keberadaan  urea,  suhu  reaksi  yang  rendah, urea  yang  larut  sudah  bereaksi  sebagian  sehingga  tidak kembali membentuk kristal.
Produk dari reaksi karbonilasi gliserol dengan katalis CaO  pada  suhu  160°C  menampilkan  kecenderungan menurunnya nilai viskositas, hal ini menandakan bahwa waktu  reaksi  mempengaruhi  jumlah  gliserol  yang terkonversi menjadi gliserol karbonat.
Viskositas produk ini cukup rendah akan tetapi tidak serendah viskositas gliserol karbonat murni, di mana hal tersebut  disebabkan  karena  produk  ini  merupakan campuran  dari  gliserol  sisa,  gliserol  karbonat  dan komponen lainnya yang terbentuk selama reaksi.
Pada  produk  dari  reaksi  karbonilasi  gliserol  yang menggunakan  katalis  ZnO  pada  suhu  160°C  memiliki viskositas  yang  sangat  tinggi  dan  viskositasnya cenderung  meningkat  seiring  bertambahnya  waktu reaksi. Hal ini disebabkan oleh gliserol yang terkonversi menjadi glycidol dan  katalis  ZnO  tidak  dapat dipisahkan dari produk.
Dari  hasil  pengukuran  densitas  dan  viskositas, didapatkan  produk  yang  paling  mendekati  karakteristik gliserol  karbonat.  produk  tersebut  berasal  dari  reaksi gliserolisis  urea  yang  menggunakan  katalis  CaO  pada suhu  160°C  dengan  waktu  reaksi  5  jam,  di  mana  nilai densitasnya sebesar 1,35 g/mL dan viskostas sebesar 96 cSt.
Tetapi tampilan dari produk ini berwarna oranye dan berbau tengik tidak sesuai dengan kriteria tampilan dari gliserol  karbonat  yang  merupakan  cairan  bening  yang tidak kental dan tidak berbau. dari informasi di atas maka produk  yang diprediksi mendekati  karakteristik  gliserol karbonat adalah hasil dari reaksi karbonilasi gliserol yang menggunakan katalis CaO pada suhu 160°C selama 3 jam. Produk  ini  memiliki  nilai  densitas  1,28  g/mL  dan viskositas 103 cSt dengan tampilan cair berwarna oranye transparan dan tidak berbau.

## 3.4. Hasil analisis GC-MS
Hasil  analisis  GC-MS  terhadap  produk  reaksi karbonilasi gliserol yang ditampilkan pada tabel berikut ini:
Tabel 1. Komposisi produk dari reaksi karbonilasi gliserol pada kondisi operasi yang berbeda
Nama Komponen Katalis CaO 130°C 3 jam (%) Katalis CaO 160°C 3 jam (%) Katalis ZnO 160°C 3 jam  (%) Carbamic acid 63,27 - 16,61 Glycerol 22,15 - - Urea 4,67 - 7,86 Glycidol 4,44 - 39,11 1,3-Dioxol-2-one 5,48 69,79 29,20 (R)-4- Hydroxymethyl oxazolidin-2-one - 30,21 7,22
Pembentukan  komponen  yang  terdeteksi  pada produk dari reaksi karbonilasi gliserol dijelaskan melalui mekanisme reaksi pada gambar 7 di bawah.
Gambar 7 Skema reaksi karbonilasi gliserol dengan katalis CaO
Mekanisme  reaksi  karbonilasi  gliserol  diawali  dari gliserol  yang  kontak  dengan  katalis  CaO  (tahap  1),  di mana  salah  satu  gugus  hidroksil  primer  pada  gliserol diserang  oleh  atom  kalsium  sehingga  melepaskan  satu atom hidrogen. Atom hidrogen pada gliserol terikat pada oksigen  milik  katalis  CaO  yang  melepaskan  satu tangannya dari atom kalsium [11].
Selanjutnya katalis CaO yang terikat dengan senyawa yang  terbentuk  pada  tahap  satu  mengaktifkan  gugus karbonil pada urea menyebabkannya menjadi nukleofilik, atom  oksigen  pada  gugus  hidroksil  primer  gliserol menyerang  atom  karbon  pada  senyawa  urea  sehingga melepas  satu  atom  hidrogen  dan  satu  tangan  amina. Selanjutnya  membentuk  senyawa  antara  gliserol-CaO- karbamida dengan melepas gas ammonia (tahap 2).
Jika pada tahap 3 tidak terjadi kontak antara senyawa gabungan  gliserol-CaO-karbamida  dengan  senyawa gliserol  lainnya  atau  reaksi  terhenti  maka  katalis  CaO akan  terlepas  dari  senyawa  gabungan  gliserol-CaO- karbamida  dan  membentuk  senyawa  gliserol  karbamat atau asam karbamat.
Pada  tahap  3,  jika  terjadi  kontak  antara  senyawa gabungan  gliserol-CaO-karbamida  dengan  senyawa gliserol  lainnya.  Maka  dari  kontak  tersebut  karbamida melepaskan satu tangan amina dan gliserol melepaskan gas hidrogen dari gugus hidroksil primer.
Selanjutnya  gugus  hidroksil  sekunder  menyerang atom  karbon  pada  senyawa  karbamat  sehingga membentuk  senyawa  siklik  yaitu  gliserol  karbonat. (tahap 4).
Laju  reaksi  pada  tahap  2  lebih  cepat  dibandingkan laju reaksi pada tahap 3, hal ini terjadi karena perubahan struktur  urea  menjadi  gliserol  karbamat  yang menyebabkan urea tidak lagi membentuk padatan kristal saat dikembalikan pada suhu ruangan.
Pada  tahap  ke  5  gliserol  karbonat  yang  sudah didapatkan  memiliki  kemungkinan  untuk  bereaksi membentuk  glikidol  dengan  melepaskan  karbon dioksida, reaksi ini disebut dekarbonilasi.
Jika  pada  tahap  ke  3  senyawa  gabungan  gliserol- CaO-karbamida kontak dengan senyawa gliserol lainnya dengan  melepaskan  air  dan  tidak  melepaskan  gugus
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (4) (2018): 211 – 217
amida. Maka produk yang akan terbentuk adalah (R)-4- Hydroxymethyloxazolidin-2-one [12].

## 3.5. Hasil perhitungan konversi, selektivitas dan yield produk
Data  hasil  perhitungan  konversi,  selektivitas  dan yield ditampilkan pada tabel berikut:
Tabel 2. Nilai konversi, selektivitas dan yield dari reaksi karbonilasi gliserol selama 3 jam dengan penggunaan
katalis berbeda No  Katalis Konversi (%) Selektivitas (%) Yield (%) 1 CaO a 19,13 7,48 1,43 2 CaO b 92,86 69,79 64,80 3 ZnO 94,88 31,69 30,06
Keterangan: CaO a adalah katalis CaO yang digunakan pada reaksi dengan suhu 130°C, CaO b adalah katalis CaO yang digunakan  pada  reaksi dengan  suhu  160°C,  katalis ZnO digunakan pada reaksi dengan suhu 160°C
Nilai selektivitas didapatkan dari jumlah 1,3-dioxol- 2-one  yang  terdapat  pada  produk  cair  dari  masing- masing  sampel  yang  telah  diuji  menggunakan  GC-MS. Sampel yang digunakan adalah produk reaksi karbonilasi gliserol dengan katalis CaO pada suhu 160°C selama 3 jam, produk  reaksi  karbonilasi  gliserol  dengan  katalis  CaO pada  suhu  130°C  selama  3  jam  dan  produk  reaksi karbonilasi gliserol dengan katalis ZnO pada suhu 160°C selama 3 jam.
Katalis  CaO  yang  dioperasikan  pada  reaksi gliserolisis  urea  dengan  suhu  160°C  selama  3  jam merupakan  kondisi  operasi  terbaik  pada  penelitian  ini karena  mampu  menghasilkan  yield  sebesar  64,8%. Jumlah 1,3-dioxol-2-one yang  terbentuk  dipengaruhi oleh suhu reaksi, waktu reaksi dan jenis katalis.
Katalis  ZnO  yang  dioperasikan  pada  reaksi karbonilasi  gliserol  dengan  suhu  160°C  selama  3  jam sebenarnya  dapat  menghasilkan  produk  gliserol karbonat, tetapi reaksi yang berlangsung sudah melewati produk  gliserol  karbonat  dan  menyebabkan  terjadinya reaksi  dekarbonilasi  terhadap 1,3-dioxol-2-one yang sudah  terbentuk.  Sehingga  jumlah 1,3-dioxol-2-one berkurang dan terkonversi sebagian menjadi glikidol, hal ini dikuatkan oleh meningkatnya viskositas pada produk seperti  dijelaskan  sebelumnya  pada  hasil  pengujian viskositas [13].
Katalis CaO pada suhu 130 °C memberikan hasil yang tidak  signifikan  karena  sebagian  besar  gliserol terkonversi  menjadi  asam  karbamat  dan  hanya memberikan yield sebesar 1%.

## 4. Kesimpulan
Dari  variasi  kondisi  operasi  yang  dilakukan  pada reaksi  karbonilasi  gliserol,  belum  mampu  menkonversi gliserol  menjadi  gliserol  karbonat.  Produk  yang dihasilkan  dari  reaksi  karbonilasi  gliserol  terdiri  dari beberapa komponen, 1,3-dioxol-2-one terdeteksi sebagai komponen  yang  paling  banyak  jumlahnya.  Komponen
lainnya  adalah carbamic  acid , glycidol dan (R)-4- Hydroxymethyloxazolidin-2- one.
Jumlah  gliserol  yang  terkonversi  pada  reaksi karbonilasi gliserol dipengaruhi oleh waktu reaksi. Pada penelitian  ini  jumah  gliserol  terkonversi  sangat signifikan diperlihatkan pada reaksi karbonilasi gliserol yang  dijalankan  selama  3  jam,  sedangkan  pada  reaksi selama  5  jam  hanya  memberikan  sedikit  penambahan jumlah  gliserol  terkonversi  dibandingkan  pada  reaksi selama 3 jam.
Waktu reaksi menyebabkan produk reaksi karbonilasi  gliserol  dengan  katalis  CaO  mengalami peningkatan  densitas  dan  penurunan  viskositas  karena gliserol  sudah  terkonversi  menjadi 1,3-dioxol-2-one , tetapi  pada  produk  reaksi  karbonilasi  gliserol  dengan katalis  ZnO  mengalami  peningkatan  densitas  dan viskositas  juga  ikut  meningkat  karena  pembentukan glycidol menyebabkan produk menjadi kental.

## 5. Referensi
[1]  Alexandre  Bevilacqua  Leoneti,  Valquiria  Aragão- Leoneti,  Sonia  Valle  Walter  Borges  de  Oliveira, Glycerol  as  a  by-product  of  biodiesel  production  in Brazil: Alternatives for the use of unrefined glycerol,
Renewable Energy , 45, (2012) 138-145
https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.02.032
[2]  Muhammad Ayoub, Ahmad Zuhairi Abdullah, Critical review  on  the  current  scenario  and  significance  of crude  glycerol  resulting  from  biodiesel  industry towards  more  sustainable  renewable  energy industry, Renewable and Sustainable Energy Reviews , 16, 5, (2012) 2671-2686 https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.01.054
[3]  Peter  D.  Godfrey,  Ronald  D.  Brown,  Andrew  N. Hunter,  The  shape  of  urea, Journal  of  Molecular
Structure , 413-414, (1997) 405-414
https://doi.org/10.1016/S0022-2860(97)00176-2
[4]  Pan Saiyong, Liping Zheng, Nie Renfeng, Xia Shuixin, Chen  Ping,  Hou  Zhaoyin,  Transesterification  of glycerol  with  dimethyl  carbonate  to  glycerol carbonate over Na – based zeolites, Chinese Journal of
Catalysis , 33, 11-12, (2012) 1772-1777
https://doi.org/10.1016/s1872-2067(11)60450-6
[5]  Michele  Aresta,  Angela  Dibenedetto,  Francesco Nocito, Carla Ferragina, Valorization of bio-glycerol: new catalytic materials for the synthesis of glycerol carbonate via glycerolysis of urea, Journal of Catalysis , 268, 1, (2009) 106-114 https://doi.org/10.1016/j.jcat.2009.09.008
[6]  Liguo  Wang,  Yubo  Ma,  Ying  Wang,  Shimin  Liu, Youquan  Deng,  Efficient  synthesis  of  glycerol carbonate  from  glycerol  and  urea  with  lanthanum oxide  as  a  solid  base  catalyst, Catalysis Communications , 12, 15, (2011) 1458-1462
https://doi.org/10.1016/j.catcom.2011.05.027
[7]  Shin-ichiro  Fujita,  Yuki  Yamanishi,  Masahiko  Arai, Synthesis  of  glycerol  carbonate  from  glycerol  and urea  using  zinc-containing  solid  catalysts:  A homogeneous  reaction, Journal  of  catalysis ,  297,
(2013) 137-141 https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.10.001
[8]  Jong-Ho  Park,  Ji  Sik  Choi,  Soo  Kyoung  Woo,  Sang Deuk Lee, Minserk Cheong, Hoon Sik Kim, Hyunjoo Lee,  Isolation  and  characterization  of  intermediate catalytic species in the Zn-catalyzed glycerolysis of urea, Applied  Catalysis  A:  General ,  433,  (2012)  35-40 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.04.031
[9]  Lu  Chen,  Shoujie  Ren,  X.  Philip  Ye,  Lactic  acid production  from  glycerol  using  CaO  as  solid  base catalyst, Fuel Processing Technology , 120, (2014) 40-
47 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2013.11.019
[10] ASTM D445-06, Standard Test Method for Kinematic Viscosity  of  Transparent  and  Opaque  Liquids  (and Calculation  of  Dynamic  Viscosity),  in,  ASTM International, West Conshohocken, 2006.
[11]  Fidelis Stefanus Hubertson Simanjuntak, Tae Kyung Kim,  Sang  Deuk  Lee,  Byoung  Sung  Ahn,  Hoon  Sik Kim,  Hyunjoo  Lee,  CaO-catalyzed  synthesis  of glycerol  carbonate  from  glycerol  and  dimethyl carbonate: Isolation and characterization of an active Ca  species, Applied  Catalysis  A:  General ,  401,  1-2,
(2011)
220-225
https://doi.org/10.1016/j.apcata.2011.05.024
[12] Maria J Climent, Avelino Corma, Pilar De Frutos, Sara Iborra,  Maria  Noy,  Alexandra  Velty,  Patricia Concepción,  Chemicals  from  biomass:  synthesis  of glycerol  carbonate  by  transesterification  and carbonylation  with  urea  with hydrotalcite  catalysts. The role of acid – base pairs, Journal of catalysis , 269, 1, (2010) 140-149 https://doi.org/10.1016/j.jcat.2009.11.001
[13] Swapna  M.  Gade,  Mudassir  K.  Munshi,  Batul  M. Chherawalla,  Vilas  H.  Rane,  Ashutosh  A.  Kelkar, Synthesis  of  glycidol  from  glycerol  and  dimethyl carbonate  using  ionic  liquid  as  a  catalyst, Catalysis Communications , 27, (2012) 184-188
https://doi.org/10.1016/j.catcom.2012.07.003