UTS KIMIA ORGANIK II

 

1.     Asam karboksilat dapat ditransformasi menjadi beberapa turunan. Buatlah skema reaksi perubahan dari suatu ester menjadi amida selanjutnya target akhirnya adalah benzoil khlorida.

Jawab :

Amida mempunyai sifat fisik yaitu berbentuk padat kecuali formamida yang berbentuk cair, tidak berwarna dan larut dalam pelarut-pelarut organik. Amida dapat dibuat dengan mereaksikan ester dengan amoniak cair, tetapi reaksi ini berjalan dengan lambat dibandingkan dengan reaksi antara halida asam atau anhidrida dan amonia. 

Disini saya mengambil etil benzoat sebagai senyawa ester yang kemudian direaksikan dengan amonium menghasilkan benzamida dan etanol. Adapun reaksinya dapat dilihat sebagai berikut :

 

Kemudian hasil reaksi diatas, yaitu benzamida di reaksikan dengan amonium klorida sehingga menghasilkan senyawa halida asam (benzoil klorida) dan amonia. Adapun reaksinya adalah sebagai berikut :

 

2.    Temukan manfaat dari benzoil khlorida, jelaskan bagaimana mekanisme senyawa benzoil khlorida berperan.

Jawab :

Benzoil klorida merupakan senyawa dari halida asam yang memilki banyak kegunaan, salah satunya yaitu sebagai bahan dasar dalam pembuatan senyawa lain untuk menghasilkan senyawa baru yang berfungsi sebagai surfaktan. 

Dari literatur yang saya baca, benzoil klorida ketika direasikan dengan asam glutamat maka akan menghasilkan suatu senyawa benzoil glutamida yang berperan penting sebagai surfaktan. Reaksi ini disebut dengan reaksi amidasi langsung.

Amidasi benzoil klorida dengan asam glutamat menghasilkan senyawa N-benzoyl glutamida berdasarkan prinsip HSAB (Hard Soft Acid Base) dimana H⁺ dari gugus NH₂ pada asam glutamat merupakan asam keras yang mudah bereaksi dengan Cl^- dari benzoyl klorida yang merupakan basa keras dan NH^- dari asam glutamat merupakan basa lemah yang kemudian bereaksi membentuk ikatan dengan gugus asil (R-C⁺=O) yang merupakan asam lemah. Reaksi untuk menjalankan reaksi ini digunakan pelarut aseton/air yang berfungsi untuk melarutkan asam glutamat. Adapun reaksinya, yaitu :

 

3.    Bila benzoil khlorida dikonversi menjadi asam benzoat. Buatlah tiga contoh turunan asam benzoat sebagai model, kemudian jelaskan pengaruh efek resonansi terhadap kekuatan tiga jenis asam benzoat yang anda modelkan.

Jawab :

Asam benzoat merupakan senyawa turunan benzena. Secara umum rumus molekul benzena memperlihatkan sifat ketakjenuhan dengan adanya ikatan rangkap. Menurut literatur yang saya baca ikatan rangkap dua karbon-karbon pada benzena tidak terlokalisasi pada karbon tertentu melainkan dapat berpindah-pindah. Gejala ini disebut resonansi. Adanya resonansi pada benzena ini menyebabkan ikatan pada benzena menjadi stabil, sehingga ikatan rangkapnya tidak dapat diadisi. Sedangkan kekuatan dari sifat keasaman turunan benzen tergantung pada nilai pKa dari senyawa tersebut. Semakin rendah pKa semakin kuat keasamannya.  Adapun  contoh turunan asam benzoat yang saya ambil disini yaitu aspirin, nitrobenzen, dan fenol.

a.   Aspirin

        Aspirin merupakan salah satu senyawa turunan dari asam     karboksilat yang memilki nilai pKa 3,5. Seperti yang telah di jelaskan di atas bahwa ikatan pada senyawa benzena dan turunannya bersifat stabil. Hal ini disebabkan karena adanya efek resonansi pada cincin benzen. Menurut saya sama halnya dengan aspirin, dari rumus struktur aspirin bisa kita lihat bahwa rantai benzena pada aspirin terdelokalisasi (mengalami resonansi), sehingga hal inilah yang menyebabkan aspirin stabil dan bersifat sedikit lebih asam. Oleh karena itu penggunaan aspirin dengan jangka panjang dapat menyebabkan timbulnya penyakit maag karena aspirin dapat menyebabkan iritasi lapisan mukosa pada lambung.  

b.   Nitrobenzen

        Kemampuan subtituen mendelokalisasi elektron pada anion yang         terbentuk setelah proton dilepaskan, juga mempengaruhi     tingkat keasaman senyawa nitrobenzen. Semakin panjang jalur         delokalisasi, semakin stabil anion yang terbentuk dan semakin         asam senyawa tersebut. Subtituen nitro (-NO₂), merupakan     subtituen yang keberadaannya tidak hanya sebagai penarik        elektron tapi juga menambah jalur delokalisasi. Kemampuan       mendelokalisasi elektron atau resonansi inilah yang         menyebabkan     senyawa nitrobenzena memiliki pKa rendah sehingga tingkat keasamannya tinggi. 

c.     Fenol

Fenol memiliki -OH terikat pada rantai benzennya. Saat ikatan hidrogen-oksigen pada fenol terputus, didapatkan ion fenoksida , C₆H₅O^-. Pada saat itu salah satu elektron bebas dari atom oksigen overlap dengan elektron dari rantai benzene sehingga mengakibatkan delokalisasi. Delokalisasi membuat ion fenoksida lebih stabil dari seharusnya sehingga fenol menjadi asam. Selain itu keasaman fenol dipengaruhi oleh adanya resonansi pada benzenanya. Akibat resonansi ini, maka kesetimbangan bergeser  arah pembentukannya. Hal ini tidak terdapat pada alkoksida. Dengan demikian  fenol memiliki keasaman yang lebih tinggi dibandingkan dengan alkohol. Selain itu, efek resonansi ini juga menyebabkan tidak ada penyerangan antara gugus -OH dari fenol. Berikut beberapa bentuk resonansi dari fenol.

4.    Usulkan turunan asam benzoat yang anda gunakan pada soal no.3 dapat dibiodegradasi oleh suatu mikroorganisme, bagaimana hasil akhir penguraiannya?

Jawab :

Berdasarkan literatur penelitian yang saya baca bahwa biodegradasi benzene dapat dilakukan oleh bakteri Halofilik dan Halotolerant di bawah kondisi aerobik. Bakteri halofilik mendegradasi benzena sebagai sumber karbon tunggal dengan menggunakan tanah air garam. Benzena dan turunannya seperti toluena, etil benzena, xilena, dll dapat terdegradasi dalam jangka waktu 1 sampai 2 minggu. Kemampuan bakteri untuk memineralisasi rantai benzena ini dapat dilihat dari kemampuan kakteri mengkonversi atau  mengubah 14C benzena menjadi 14 CO₂. Setelah di analisis ternyata Marinobacter spp. adalah anggota dominan dalam biodegradasi ini.

 
Biodegradasi tersebut dimulai dengan menambahkan 10 g tanah (berat basah) untuk menduplikasi botol 1 liter kapasitas yang mengandung 500 ml garam-garam mineral menengah (MKM). MSM mengandung (dalam gram / liter): NaCl, 145, MgCl2, 0,5, KH2PO4, 0,45, K2HPO4, 0,9, NH4Cl, 0,3, KCl, 0,3. Udara di ruang atas yang disajikan sebagai sumber oksigen. Botol ditutup dengan sumbat karet hitam dengan lubang di tengah yang cocok dengan memotong 3-in tabung Hungate. Tabung ditutup dengan berlapis Teflon septa dan tutup aluminium. Sebuah jarum suntik kaca kedap gas 100-ml digunakan untuk memperkenalkan 22 ml benzena murni (~ 245 umol) untuk setiap botol. Botol-botol diinkubasi statis dalam gelap pada suhu kamar. Setelah 7 sampai 8 bulan pengayaan berkelanjutan, benzena konsisten terdegradasi dalam waktu 18 hari dengan kecepatan sekitar 12 umol / hari. Secara keseluruhan penelitian telah menunjukkan kemampuan bakteri halofilik dan halotolerant dengan cepat mendegradasi senyawa benzena dalam kondisi aerobik, dan aktivitas tersebut dapat ditingkatkan secara nyata dengan penambahan pertumbuhan nutrisi seperti YE (ragi).

Jadi hasil akhir dari biodegradasi ini adalah senyawa yang lebih sederhana dan sudah tidak berbahaya lagi seperti CO₂

BIODEGRADASI SENYAWA ORGANIK

Biodegradasi Fenol

Fenol (C6H6O) merupakan senyawa organik yang mempunyai gugus hidroksil yang terikat pada cincin benzena.

Fenol dan turunannya bersifat toksik dan termasuk ke dalam zat berbahaya karena bersifat racun dan sulit didegradasi oleh organisme pengurai. Fenol merupakan senyawa kimia yang bersifat korosif yang dapat menyebabkan iritasi jaringan, kulit, mata dan mengganggu pernapasan manusia. Fenol dapat menyebabkan efek akut yaitu terganggunya sistem saraf pusat yang dapat mengakibatkan pingsan dan koma. Fenol juga dapat menyebabkan hipotermia (penurunan suhu tubuh), depresi miokardial dan kerusakan hati. Sementara itu, efek kronis lainnya yang ditimbulkan yaitu anoreksia, gangguan saluran pencernaan, muntah-muntah, nyeri otot, dan gangguan syaraf. Fenol juga diduga dapat menyebabkan kelumpuhan dan kanker (Nair et al. 2008). Fenol dapat bersifat karsinogenik bagi manusia pada konsentrasi 5-25 mg/L (El-Naas et al. 2009).

Keberadaan fenol di lingkungan dapat bersumber dari aktivitas alam ataupun aktivitas manusia. Peningkatan konsentrasi fenol di lingkungan dapat disebabkan oleh kebakaran hutan. Fenol juga banyak terdapat dalam buangan limbah industri. Tanah yang terkontaminasi fenol akan menyebabkan kualitas air tanah tersebut akan menurun. Fenol terdegradasi di udara sekitar 1–2 hari, sedangkan di dalam air fenol bersifat persisten (ATSDR 2008). Sementara itu, fenol yang terdapat di tanah dapat didegradasi oleh bakteri atau mikroorganisme lainnya yang dapat menggunakan fenol sebagai sumber karbonnya.

Mikroorganisme Pendegradasi Fenol

Mikroorganisme yang mampu mendegradasi fenol telah berhasil diisolasi pertama kali oleh Stormer pada tahun 1908. Mikroorganisme tersebut dapat diisolasi dari tanah maupun air yang tercemar fenol. Mikroorganisme yang mampu mendegradasi fenol tidak hanya berasal dari genus bakteri saja, melainkan khamir, jamur, dan alga. Beberapa spesies bakteri yang mampu mendegradasi fenol diantaranya, Bacillus sp., Pseudomonas sp., Acinotobacter sp., dan Achromobacter sp.

Beberapa spesies khamir yang mampu mendegradasi fenol diantaranya, Cryptococcus terreus (tiga galur), Cryptococcus terricola (satu galur), Rhodosporidium lusitaniae (dua galur), Rhodotorula creatinivora (sepuluh galur), Rhodotorula ingeniosa (satu galur), Mastigobasidium intermedium (satu galur), Sporobolomyces roseus (dua galur), dan Microbotryomycetidae (12 galur). C. tereus (dua galur), R. creatinivora (Sembilan galur), R. ingeniosa, dan Microbotryomycetidae (Bergauer et al. 2005).

Kelompok fungi yang secara efisien mampu mendegradasi senyawa fenol adalah Phanerocheate chrysosporium, Corious versicolor, Streptomyces sp. (Nair et al. 2008).

Menurut Leahly dan Cowell (1990), mikroba pendegradasi fenol yang terpenting di lingkungan air laut dan tanah antara lain, Achromobacter, Acinetobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, dan Pseudomonas spp. Namun hanya Acinetobacter sp. Yang mampu mendegradasi fenol (500 mg/L) dengan sempurna selama 120 jam.

Mikrob yang sudah banyak diteliti kemampuannya dalam mendegradasi fenol adalah Pseudomonas sp. Beberapa spesies Pseudomonas yang sudah diteliti diantaranya P. aeruginosa (Afzal et al. 2007; Agarry et al. 2008a, Agarry et al. 2008b, Agarry et al. 2008c), P. fluorescence (Agarry et al. 2008a; Agarry et al. 2008b; Agarry et al. 2008c; Lin et al. 2008), P. putida (El-Naas et al. 2009), P. pictorum (Annadurai et al. 2007; Annadurai & Lee 2007), dan P. pseudomallei (Afzal et al. 2007). Walaupun demikian, P. putida merupakan spesies Pseudomonas yang dilaporkan mampu menggunakan fenol sebagai sumber karbon utama dan satu-satunya dengan laju degradasi relatif tinggi (El-Naas et al. 2009).

PERMASALAHAN :

Dari artikel diatas dikatakan bahwa “mikroba pendegradasi fenol yang terpenting di lingkungan air laut dan tanah antara lain, Achromobacter, Acinetobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, dan Pseudomonas spp”. Namun dari beberapa jenis mikroba tersebut yang mampu mendegradasi fenol dengan sempurna yaitu Acinetobacter sp. (500 mg/L) selama 120 jam.

Yang menjadi permasalahan saya yaitu :

1.     Keunggulan apa yang dimilki oleh Acinetobacter sp jika dibandingkan dengan Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, dan Pseudomonas spp sehingga Acinetobacter memiliki kemampuan mendegradasi fenol yang baik dan bagaimana mekanisme reaksi nya ??

2.    Selain mikroba diatas (permasalahan no 1), mikroba yang mampu mendegradasi fenol adalah Pseudomonas sp. Diantara spesies-spesies Pseudomonas sp, Pseudomonas putida merupakan spesies Pseudomonas yang mampu menggunakan fenol sebagai sumber karbon utama dan satu-satunya dengan laju degradasi relatif tinggi. Apa yang menyebabkan tingginya laju degradasi pada Pseudomonas putida?