Transesterifikasi

Dalam kimia organik, transesterifikasi (/ˌtrænzˌɛstərɪfɪˈkeɪʃən/) adalah proses pertukaran gugus organik R″ pada suatu ester dengan gugus organik R′ dari alkohol. Reaksi ini terkadang dikatalisis oleh penambahan katalis asam atau basa.^[1] Reaksi ini juga dapat dicapai dengan bantuan enzim (biokatalis) terutama lipase (E.C.3.1.1.3).^[2]^[3]

Asam kuat mengkatalisis reaksi dengan menyumbangkan proton pada gugus karbonil, sehingga membuatnya menjadi elektrofil lebih kuat, sedangkan basa mengkatalisis reaksi dengan melepas proton dari alkohol, sehingga membuatnya lebih nukleofilik. Ester dengan gugus alkoksi yang lebih besar dapat dibuat dari metil atau etil ester dalam kemurnian tinggi dengan memanaskan campuran ester, asam/basa, dan alkohol yang besar serta menguapkan alkohol yang kecil untuk mendorong kesetimbangan.^[4]

Mekanisme

Dalam mekanisme transesterifikasi, karbon karbonil pada ester pemula (RCOOR¹) mengalami serangan nukleofilik oleh alkoksida yang datang (R²O⁻) menghasilkan zat antara tetrahedral, yang baik dapat kembali ke bahan awal, atau menuju pada produk transesterifikasi (RCOOR²). Berbagai spesi yang ada dalam kesetimbangan, serta distribusi produk tergantung pada energi relatif dari reaktan dan produk.^[5]

Aplikasi

Produksi poliester

Penerapan skala terbesar dari transesterifikasi adalah dalam sintesis poliester.^[6] Dalam aplikasi ini diester mengalami transesterifikasi dengan diol untuk membentuk makromolekul. Misalnya, dimetil tereftalat serta etilena glikol bereaksi membentuk polietilena tereftalat dan metanol, yang diuapkan untuk mendorong reaksi ke depan.

Transesterifikasi polietilena tereftalat

Metanolisis dan produksi biodiesel

Reaksi sebaliknya, metanolisis, juga merupakan contoh dari transesterifikasi. Proses ini telah digunakan untuk mendaur ulang poliester menjadi monomer individu (lihat daur ulang plastik). Reaksi ini juga digunakan untuk mengkonversi lemak (trigliserida) menjadi biodiesel.^[7]^[8] Konversi ini adalah salah satu pemanfaatan pertama. Minyak sayur yang ditransesterifikasikan (biodiesel) digunakan sebagai daya kendaraan berat di Afrika Selatan sebelum Perang Dunia II.^[9]

Trigliserida (1) direaksikan dengan alkohol seperti etanol (2) menghasilkan etil ester asam lemak (3) dan gliserol (4):

R¹, R², R³: Gugus alkil

Hal tersebut dipatenkan di Amerika Serikat tahun 1950-an oleh Colgate,^[10] meskipun transesterifikasi biolipid mungkin telah dilakukan jauh sebelumnya. Pada tahun 1940, peneliti mencari metode untuk menghasilkan gliserol dengan lebih mudah, yang digunakan untuk menghasilkan bahan peledak bagi Perang Dunia II.^[9] Banyak metode yang digunakan oleh produsen dan pembuat bir rumahan saat ini juga berasal dari penelitian tahun 1940-an awal.^[11]

Penelitian transesterifikasi biolipid oleh peneliti Jepang baru-baru ini juga telah menunjukkan adanya kemungkinan penggunaan metanol super-kritis, dimana bejana dengan suhu dan tekanan yang tinggi digunakan secara fisik untuk mengkatalisis reaksi biolipid/metanol menjadi metil ester asam lemak.^[12]

Sintesis enol

Transesterifikasi digunakan untuk mensintesis turunan enol, yang sangat sulit untuk disiapkan. Vinil asetat, ester yang paling mudah diperoleh, mengalami transesterifikasi, untuk menghasilkan eter vinil:^[13]^[14]

ROH + CH₂=CHOAc → ROCH=CH₂ + HOAc

Transesterifikasi bertekanan tinggi

Transesterifikasi berkatalis-basa dicirikan oleh suatu volume aktivasi negatif (kira-kira −12 cm³/mol) dan oleh karena itu berlangsung lebih cepat di bawah kondisi tekanan tinggi. Telah terbukti bahwa alkoholisis yang dikatalisis oleh amina pada ester terhalang sterik (misal gugus pelindung, zat bantu kiral) berlangsung cepat pada suhu kamar di bawah tekanan 10 kbar, menghasilkan rendemen yang kuantitatif.^[15]

Lihat pula

Referensi

^ Otera, Junzo. (Juni 1993). "Transesterification". Chemical Reviews (dalam bahasa Inggris). 93 (4): 1449–1470. doi:10.1021/cr00020a004.
^ Shah, Shweta; Gupta, M. N. (2004). "Biodiesel Preparation by Lipase-Catalyzed Transesterification of Jatropha Oil". Energy & Fuels (dalam bahasa Inggris). 18 (1): 154–159. doi:10.1021/ef030075z.
^ Al-Zuhair, S. (2005). "Production of biodiesel by lipase-catalyzed transesterification of vegetable oils: a kinetics study". Biotechnol Prog. (dalam bahasa Inggris). 21 (5): 1442–8. doi:10.1021/bp050195k. PMID 16209548.
^ Schuchardt, Ulf; Sercheli, Ricardo; Vargas, Rogério Matheus (1998). "Transesterification of vegetable oils: a review". Journal of the Brazilian Chemical Society (dalam bahasa Inggris). 9 (3): 199–210. doi:10.1590/S0103-50531998000300002.
^ Weissermel, K.; Arpe, H. J. (1993). Industrial Organic Chemistry (dalam bahasa Inggris). Diterjemahkan oleh Lindley, Charlet R. (edisi ke-2). Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft. hlm. 396. ISBN 3-527-28838-4.
^ Riemenschneider, Wilhelm; Bolt, Hermann M. (2005). "Esters, Organic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (dalam bahasa Inggris). Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a09_565.pub2.
^ Harrington, Kevin J.; D'Arcy-Evans, Catherine (1985). "Transesterification in situ of sunflower seed oil". Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. (dalam bahasa Inggris). 24 (2): 314–318. doi:10.1021/i300018a027.
^ Peterson, G. R.; Scarrah, W. P. (1984). "Rapeseed oil transesterification by heterogeneous catalysis". J. Am. Oil Chem. Soc. 61 (10): 1593. doi:10.1007/BF02541639.
^ ^a ^b Knothe, Gerhard (2010). "2 - History of Vegetable Oil-Based Diesel Fuels". Dalam Knothe, Gerhard; Krahl, Jürgen; van Gerpen, Jon. The Biodiesel Handbook (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-2). Academic Press & AOCS Press. hlm. 5–19. doi:10.1016/C2015-0-02453-4. ISBN 978-1-893997-62-2.
^ "Process of treating fatty glycerides". Paten Amerika Serikat nomor US2383632A.
^ Briggs, D. E.; Brookes, P. A.; Stevens, R.; Boulton, C. A. (2004). Brewing: Science and Practice (dalam bahasa Inggris). Elsevier. hlm. 288–289. ISBN 978-1-855739-06-2.
^ Kusdiana, D.; Saka, S. (2001). "Methyl Esterification of Free Fatty Acids of Rapeseed Oil as Treated in Supercritical Methanol". Journal of Chemical Engineering of Japan (dalam bahasa Inggris). 34 (3): 383–387. doi:10.1252/jcej.34.383.
^ Tomotaka Hirabayashi, Satoshi Sakaguchi, Yasutaka Ishii (2005). "Iridium-catalyzed Synthesis of Vinyl Ethers from Alcohols and Vinyl Acetate". Org. Synth. (dalam bahasa Inggris). 82: 55. doi:10.15227/orgsyn.082.0055.
^ Yasushi Obora, Yasutaka Ishii (2012). "Discussion Addendum: Iridium-catalyzed Synthesis of Vinyl Ethers from Alcohols and Vinyl Acetate". Org. Synth. (dalam bahasa Inggris). 89: 307. doi:10.15227/orgsyn.089.0307.
^ Romanski, J.; Nowak, P.; Kosinski, K.; Jurczak, J. (September 2012). "High-pressure transesterification of sterically hindered esters". Tetrahedron Lett. (dalam bahasa Inggris). 53 (39): 5287–5289. doi:10.1016/j.tetlet.2012.07.094.

[1] Otera, Junzo. (Juni 1993). "Transesterification". Chemical Reviews (dalam bahasa Inggris). 93 (4): 1449–1470. doi:10.1021/cr00020a004.

[2] Shah, Shweta; Gupta, M. N. (2004). "Biodiesel Preparation by Lipase-Catalyzed Transesterification of Jatropha Oil". Energy & Fuels (dalam bahasa Inggris). 18 (1): 154–159. doi:10.1021/ef030075z.

[3] Al-Zuhair, S. (2005). "Production of biodiesel by lipase-catalyzed transesterification of vegetable oils: a kinetics study". Biotechnol Prog. (dalam bahasa Inggris). 21 (5): 1442–8. doi:10.1021/bp050195k. PMID 16209548.

[4] Schuchardt, Ulf; Sercheli, Ricardo; Vargas, Rogério Matheus (1998). "Transesterification of vegetable oils: a review". Journal of the Brazilian Chemical Society (dalam bahasa Inggris). 9 (3): 199–210. doi:10.1590/S0103-50531998000300002.

[5] Weissermel, K.; Arpe, H. J. (1993). Industrial Organic Chemistry (dalam bahasa Inggris). Diterjemahkan oleh Lindley, Charlet R. (edisi ke-2). Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft. hlm. 396. ISBN 3-527-28838-4.

[Ullmann-6] Riemenschneider, Wilhelm; Bolt, Hermann M. (2005). "Esters, Organic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (dalam bahasa Inggris). Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a09_565.pub2.

[7] Harrington, Kevin J.; D'Arcy-Evans, Catherine (1985). "Transesterification in situ of sunflower seed oil". Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. (dalam bahasa Inggris). 24 (2): 314–318. doi:10.1021/i300018a027.

[8] Peterson, G. R.; Scarrah, W. P. (1984). "Rapeseed oil transesterification by heterogeneous catalysis". J. Am. Oil Chem. Soc. 61 (10): 1593. doi:10.1007/BF02541639.

[handbook-9] Knothe, Gerhard (2010). "2 - History of Vegetable Oil-Based Diesel Fuels". Dalam Knothe, Gerhard; Krahl, Jürgen; van Gerpen, Jon. The Biodiesel Handbook (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-2). Academic Press & AOCS Press. hlm. 5–19. doi:10.1016/C2015-0-02453-4. ISBN 978-1-893997-62-2.

[10] "Process of treating fatty glycerides". Paten Amerika Serikat nomor US2383632A.

[11] Briggs, D. E.; Brookes, P. A.; Stevens, R.; Boulton, C. A. (2004). Brewing: Science and Practice (dalam bahasa Inggris). Elsevier. hlm. 288–289. ISBN 978-1-855739-06-2.

[12] Kusdiana, D.; Saka, S. (2001). "Methyl Esterification of Free Fatty Acids of Rapeseed Oil as Treated in Supercritical Methanol". Journal of Chemical Engineering of Japan (dalam bahasa Inggris). 34 (3): 383–387. doi:10.1252/jcej.34.383.

[13] Tomotaka Hirabayashi, Satoshi Sakaguchi, Yasutaka Ishii (2005). "Iridium-catalyzed Synthesis of Vinyl Ethers from Alcohols and Vinyl Acetate". Org. Synth. (dalam bahasa Inggris). 82: 55. doi:10.15227/orgsyn.082.0055.

[Ishii-14] Yasushi Obora, Yasutaka Ishii (2012). "Discussion Addendum: Iridium-catalyzed Synthesis of Vinyl Ethers from Alcohols and Vinyl Acetate". Org. Synth. (dalam bahasa Inggris). 89: 307. doi:10.15227/orgsyn.089.0307.

[15] Romanski, J.; Nowak, P.; Kosinski, K.; Jurczak, J. (September 2012). "High-pressure transesterification of sterically hindered esters". Tetrahedron Lett. (dalam bahasa Inggris). 53 (39): 5287–5289. doi:10.1016/j.tetlet.2012.07.094.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]