UJIAN MID SEMESTER

Nama : Endah Jumas Priyono
NIM    : A1C111044


PERTANYAAN

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

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

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.

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

JAWABAN

1.     konversi ester menjadi amida dengan bantuan eter.

Konversi atau perubahan bentuk dari ester menjadi amida, atau biasa yang disebut dengan Amonolisis Ester. Disini yang direaksikan untuk menjadi senyawa esternya adalah metil benzoat. Pada reaksi ini, metil benzoat direaksikan dengan NH₃ membentuk Benzamida (amida) dan metanol dengan bantuan Eter. 

Mekanisme reaksinya sama seperti reaksi penyabunan (saponifikasi). Dimulai dengan Pasangan elektron bebas pada nitrogen amonia yang menyerang nukleofilik pada gugus karbonil ester.

Mekanisme Reaksi metil benzoat (ester) dengan amonia menghasilkan benzamida (amida) dan metanol :

Tahap selanjutnya yaitu mengubah atau mengkonversi dari benzamida (amida) menjadi asam benzoat dengan bantuan air (H₂O)

Tahap akhir yaitu mengubah atau mengkonversi dari asam benzoat menjadi benzoil klorida. Disini konversi menjadi benzoil klorida, asam benzoat direaksikan dengan Tionil klorida

                                 

              

2. Terdapat beberapa manfaat dari Benzoil klorida yang ditemukan, yaitu Benzoil klorida banyak dimanfaatkan pada bidang industri, seperti industri kimia, industri farmasi, pertanian, dan lain-lain. Misalnya penggunaan Benzoil klorida digunakan dalam pembuatan obat-obatan, peroksida, dan pewarna. Selain itu benzoil klorida juga dimanfaatkan untuk pembuatan parfum, resin, dan produksi pestisida pada bidang pertanian. Benzoil klorida juga digunakan sebagai gas air mata (lakrimator) karena baunya yang mengiritasi, kemudian digunakan untuk menghasilkan suatu ester.

Mekanismenya:

Mekanisme reaksi yang dijadikan contoh disini adalah ketika benzoil klorida digunakan di laboratorium untuk menghasilkan senyawa ester. Benzoil klorida bereaksi dengan alkohol menghasilkan ester.

Disini benzoil klorida bersifat kurang reaktif bila dibandingkan dengan senyawa asil klorida lainnya, direaksikan dengan alkohol, dimana alkohol yang digunakan disini adalah metanol dan direaksikan pada suhu kamar. Ester yang terbentuk dari hasil reaksi ini adalah metil benzoat dan senyawa lain yaitu asam klorida (HCl).

Disini dapat dilihat dalam pembentukan ester, cara yang digunakan adalah dari suatu asam klorida direaksikan dengan suatu alkohol. Cara ini merupakan cara yang paling umum digunakan untuk mendapatkan ester.

3. konversi benzoil klorida menjadi asam benzoat.

Berdasarkan literatur yang saya baca, suatu benzoil klorida dapat di ubah menjadi asam benzoat dengan penambahan air, atau yang biasa disebut dengan hidrolisis. Disini benzoil klorida cepat dihidrolisis dengan air, dan yang dihasilkan adalah asam benzoat dengan asam klorida (HCl)

Mekanisme:

Adapun turunan dari Asam benzoat itu sendiri yaitu:

Ø Asam Asetilsalisilat (Aspirin)

Ø Asam tereftalat

Ø Metil salisilat

Efek resonansi yang terjadi pada masing-masing senyawa tersebut yaitu:

a.     Asam Asetilsalisilat (Aspirin)

Asam asetilsalisilat atau yang biasa disebut dengan aspirin adalah salah satu obat pereda nyeri yang paling banyak digunakan di dunia.

Aspirin didapat dari hasil sintesis asam salisilat dengan anhidrida asam. Disini terdapat mekanisme resonansi dari aspirin tersebut. Dari efek resonansi tersebut, aspirin bersifat lebih asam dari asam benzoat. Selain itu diketahui pKa untuk aspirin adalah 3,5 sedangkan pKa untuk asam benzoat adalah 4,2. Dapat dilihat dari pKa nya, asam asetilsalisilat atau aspirin jauh lebih asam dibandingkan dengan asam benzoat. Sehingga menurut saya adanya stabilisasi dari resonansi tersebut menyebabkan keasaman dari aspirin lebih tinggi dari asam benzoat.

Sintesis Aspirin dari asam salisilat: 

kemudian mekanisme resonansi pada aspirin:

b.     Asam tereftalat

Asam tereftalat merupakan salah satu turunan dari asam benzoat yang memiliki rumus molekul C6H4(COOH)₂.

Menurut saya Efek resonansi pada asam tereftalat membuat asam tereftalat itu sendiri lebih stabil atau mengalami stabilisasi. Adanya stabilisasi ini membuat asam tereftalat banyak  menghasilkan H⁺ sehingga bersifat lebih asam. Asam tereftalat bersifat lebih asam dibandingkan dengan asam benzoat. Disini diketahui penarik elektron substituen meningkatkan keasaman dengan menstabilkan basa konjugasinya, sehingga asam tereftalat akan lebih asam dari asam benzoat.

Maka efek resonansi pada asam tereftalat menyebabkan asam tersebut lebih asam dari asam benzoat.

Asam tereftalat:

c.      Asam metil salisilat

Asam metil salisilat atau yang biasa disebut dengan metil salisilat saja merupakan komponen utama obat gosok atau minyak angin.

Menurut saya, dalam resonansi metil salisilat ini, metil salisilat menggantikan hidrogen asam karboksilat dengan gugus metil –CH₃, dan yang dihasilkan adalah senyawa yang relatif tidak aktif. Nah, dikatakan bahwa metil salisilat relatif tidak aktif, maka dapat disimpulkan bahwa metil salisilat merupakan senyawa yang cukup stabil, akibat adanya resonansi, sehingga menyebabkan keasamannya pun juga lebih tinggi dari asam benzoat.

Struktur Metil salisilat:

  

4. Biodegradasi asam tereftalat

Dari ketiga turunan asam benzoat di atas, saya memilih asam tereftalat sebagai model untuk biodegaradsi.

Diketahui asam tereftalat merupakan bahan baku utama untuk produksi serat polyester, selain itu asam tereftalat juga digunakan untuk bahan perekat, pewarna, dan pembungkus plastik dalam suatu industri. Karena kegunaannya tersebut sebagai bahan baku plastik, dimana plastik merupakan salah satu limbah yang paling banyak di dunia dan tidak dapat sepenuhnya terurai oleh proses alam, maka harus dilakukan suatu biodegradasi agar limbah-limbah dari plastik tersebut dapat habis, atau terurai dengan sempurna.

Dalam proses biodegaradasi asam tereftalat ini, digunakan suatu mikroorganisme Pseudomonas. Sp. Mikroorganisme ini diketahui dapat menurunkan regangan pada asam tereftalat. Pseudomonas. Sp. Ini dipelihara atau dibudidayakan dalam laboratorium selama 24 jam dengan bantuan berbagai sumber nitrogen untuk dipersiapkan dalam proses biodegradasi. Penggunaan sumber nitrogen ini dapat memudahkan Pseudomonas. Sp. Dalam mendegradasi asam tereftalat. Sumber nitrogen yang digunakan disini adalah urea. Ketika urea digunakan sebagai sumber nitrogen, konsentarsi sel nya menjadi rendah, tetapi aktivitas katalis sel menjadi tinggi. Asam tereftalat yang terdegradasi dengan urea ini mencapai 91,3 %. Dapat dilihat bahwa persentase mendegradasinya sudah mendekati sempurna, walaupun belum seluruhnya. Maka, dapat dikatakan bahwa urea adalah sumber nitrogen yang cukup baik yang digunakan dalam proses biodegradasi asam tereftalat.

Pengaruh adanya urea pada Pseudomonas.sp. adalah konsentrasi dari urea itu sendiri dan dapat meningkatkan laju degradasi. Semakin tinggi konsentrasi urea yang digunakan, maka semakin baik pula laju degradasi yang terjadi.
Maka dapat disimpullkan bahwa dengan bantuan mikroorganisme Pseudomonas.sp dan bantuan sumber nitrogen seperti urea, asam tereftalat yang terdapat didalam limbah-limbah polastik dapat di degradasi hampir seluruhnya.

BIODEGRADASI SENYAWA ORGANIK

BIODEGRADASI  MINYAK BUMI

Minyak bumi terbentuk sebagai hasil akhir dari penguraian bahan-bahan organik (sel-sel dan jaringan hewan/tumbuhan laut) yang tertimbun selama berjuta tahun di dalam tanah, baik di daerah daratan atau pun di daerah lepas pantai. Hal ini menunjukkan bahwa minyak bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Terbentuknya minyak bumi sangat lambat, oleh karena itu perlu penghematan dalam penggunaannya.

Di Indonesia, minyak bumi banyak terdapat di bagian utara Pulau Jawa, bagian timur Kalimantan dan Sumatera, daerah kepala burung Papua, serta bagian timur Seram. Minyak bumi juga diperoleh di lepas pantai Jawa dan timur Kalimantan.

Minyak bumi kasar (baru keluar dari sumur eksplorasi) mengandung ribuan macam zat kimia yang berbeda baik dalam bentuk gas, cair maupun padatan. Bahan utama yang terkandung di dalam minyak bumi adalah hidrokarbon alifatik dan aromatik. Minyak bumi mengandung senyawa nitrogen antara 0-0,5%, belerang 0-6%, dan oksigen 0-3,5%. Terdapat sedikitnya empat seri hidrokarbon yang terkandung di dalam minyak bumi, yaitu seri n-paraffin (n-alkana) yang terdiri atas metana (CH₄) sampai aspal yang memiliki atom karbon (C) lebih dari 25 pada rantainya, seri iso-paraffin (isoalkana) yang terdapat hanya sedikit dalam minyak bumi, seri neptena (sikloalkana) yang merupakan komponen kedua terbanyak setelah n-alkana, dan seri aromatik (benzenoid).

Komposisi senyawa hidrokarbon pada minyak bumi tidak sama, bergantung pada sumber penghasil minyak bumi tersebut. Misalnya, minyak bumi Amerika komponen utamanya ialah hidrokarbon jenuh, yang digali di Rusia banyak mengandung hidrokarbon siklik, sedangkan yang terdapat di Indonesia banyak mengandung senyawa aromatik dan kadar belerangnya sangat rendah.

Minyak bumi berdasarkan titik didihnya dapat dibagi menjadi sembilan fraksi. Pemisahan ini dilakukan melalui proses destilasi.

Tabel Fraksi-fraksi minyak bumi

Permasalahan terjadi ketika produk minyak bumi yang dimanfaatkann manusia memunculkan efek yang tidak diinginkan bagi manusia itu sendiri ataupun bagi lingkungan sekitar. Sebagai contoh adalah produk minyak bumi plastik, yang menimbulkan masalah pencemaran lingkungan karena sulit didegradasi (memerlukan waktu yang lama untuk menghancurkannya). Belum lagi bahaya tumpahan minyak bumi dalam jumlah besar di laut seperti yang terjadi pada bulan Maret 1989 di dekat Prince William Sound, Alaska (11 juta galon minyak bumi dari super tanker Exxon Valdex tumpah ke laut) yang menimbulkan kerusakan berat ekosistem laut. Bahkan menurut catatan, biaya yang diperlukan untuk membersihkan tumpahan minyak tersebut diduga mencapai 1,5 milyar dolar Amerika Serikat.

Oleh karena itu perlu dilakukan tindakan yang lebih efektif dan efisien dalam mengatasi limbah yang ditimbulkan oleh produk minyak bumi. Salah satu metode paling cepat adalah dengan degradasi minyak bumi yang memanfaatkan mikroorganisme atau yang sering disebut biodegradasi.

Dekomposisi Minyak Bumi

Degradasi minyak bumi dapat dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme seperti bakteri, beberapa khamir, jamur, sianobakteria, dan alga biru. Mikroorganisme ini mampu menguraikan komponen minyak bumi karena kemampuannya mengoksidasi hidrokarbon dan menjadikan hidrokarbon sebagai donor elektronnya. Mikroorganisme ini berpartisipasi dalam pembersihan tumpahan minyak dengan mengoksidasi minyak bumi menjadi gas karbon dioksida (CO₂). Sebagai contoh, bakteri pendegradasi minyak bumi akan menghasilkan bioproduk seperti asam lemak, gas, surfaktan, dan biopolimer yang dapat meningkatkan porositas dan permeabilitas batuan reservoir formasi klastik dan karbonat apabila bakteri ini menguraikan minyak bumi.

Di dalam minyak bumi terdapat dua macam komponen yang dibagi berdasarkan kemampuan mikroorganisme menguraikannya, yaitu komponen minyak bumi yang mudah diuraikan oleh mikroorganisme dan komponen yang sulit didegradasi oleh mikroorganisme.

Komponen minyak bumi yang mudah didegradasi oleh bakteri merupakan komponen terbesar dalam minyak bumi atau mendominasi, yaitu alkana yang bersifat lebih mudah larut dalam air dan terdifusi ke dalam membran sel bakteri. Jumlah bakteri yang mendegradasi komponen ini relatif banyak karena substratnya yang melimpah di dalam minyak bumi. Isolat bakteri pendegradasi komponen minyak bumi ini biasanya merupakan pengoksidasi alkana normal.

Komponen minyak bumi yang sulit didegradasi merupakan komponen yang jumlahnya lebih kecil dibanding komponen yang mudah didegradasi. Hal ini menyebabkan bekteri pendegradasi komponen ini berjumlah lebih sedikit dan tumbuh lebih lambat karena kalah bersaing dengan pendegradasi alkana yang memiliki substrat lebih banyak. Isolasi bakteri ini biasanya memanfaatkan komponen minyak bumi yang masih ada setelah pertumbuhan lengkap bakteri pendegradasi komponen minyak bumi yang mudah didegradasi.

Jenis Hidrokarbon yang Didegradasi Mikroba
1. Hidrokarbon Alifatik

Mikroorganisme pedegradasi hidrokarbon rantai lurus dalam minyak bumi ini jumlahnya relatif kecil dibanding mikroba pendegradasi hidrokarbon aromatik. Di antaranya adalah Nocardia, Pseudomonas, Mycobacterium, khamir tertentu, dan jamur. Mikroorganisme ini menggunakan hidrokarbon tersebut untuk pertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobik (menggunakan oksigen). Tanpa adanya O₂, hidrokarbon ini tidak didegradasi oleh mikroba (sebagai pengecualian adalah bakteri pereduksi sulfat).

Langkah pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh mikroorganisme meliputi oksidasi molekuler (O₂) sebagai sumber reaktan dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi. Reaksi lengkap dalam proses ini terlihat pada gambar 1.

Gambar 1. Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik

2. Hidrokarbon Aromatik

Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara aerobik oleh mikroorganisme seperti bakteri dari genus Pseudomonas. Metabolisme senyawa ini oleh bakteri diawali dengan pembentukan Protocatechuate atau catechol atau senyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. Kedua senyawa ini selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs (siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat. Gambar 2 menunjukkan reaksi perubahan senyawa benzena menjadi catechol.

Gambar 2. Reaksi degradasi hidrokarbon aromatik

Faktor Pembatas Biodegradasi

Kemampuan sel mikroorganisme untuk melanjutkan pertumbuhannya sampai minyak bumi didegradasi secara sempurna bergantung pada suplai oksigen yang mencukupi dan nitrogen sebagai sumber nutrien. Seorang ilmuwan bernama Dr. D. R. Boone menemukan bahwa nitrogen tetap merupakan nutrien yang paling penting untuk degradasi bahan bakar. Selain itu keaktifan mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan seperti temperatur dan pH. Kondisi lingkungan yang tidak sesuai menyebabkan mikroba ini tidak aktif bekerja mendegradasi minyak bumi. Sebagai contoh, penambahan nutrien anorganik seperti fosfor dan nitrogen untuk area tumpahan minyak meningkatkan kecepatan bioremediasi secara signifikan.

 Enzim Berpartisipasi dalam Degradasi Hidrokarbon

Sitokrom P450 hydroxylases alkana merupakan keluarga super di mana-mana monooxygenases Heme-tiolat yang memainkan peran penting dalam degradasi mikroba minyak, hidrokarbon diklorinasi, aditif bahan bakar, dan banyak senyawa lainnya. Tergantung pada panjang rantai, sistem enzim yang diperlukan untuk memperkenalkan oksigen dalam substrat untuk memulai biodegradasi. Eukariota lebih tinggi umumnya mengandung beberapa keluarga P450 yang berbeda yang terdiri dari sejumlah besar bentuk P450 individu yang dapat berkontribusi sebagai sebuah ensemble dari isoform dengan konversi metabolisme diberikan substrat. Dalam mikroorganisme multiplisitas P450 tersebut hanya dapat ditemukan di beberapa spesies. Sitokrom P450 sistem enzim ditemukan terlibat dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi . Kemampuan beberapa spesies ragi untuk menggunakan n-alkana dan hidrokarbon alifatik lainnya sebagai satu-satunya sumber karbon dan energi dimediasi oleh keberadaan beberapa mikrosomal bentuk sitokrom P450. Enzim sitokrom P450 telah diisolasi dari spesies ragi seperti Candida maltosa, Candida tropicalis, dan Candida apicola . Keragaman sistem alkaneoxygenase di prokariota dan eukariota yang secara aktif berpartisipasi dalam degradasi alkana dalam kondisi aerobik seperti enzim sitokrom P450, membran terpisahkan di-besi alkana hydroxylases (misalnya, alkB), larut monooxygenases metana di-besi, dan membran-terikat tembaga yang mengandung metana monooxygenases telah dibahas oleh Van Beilen dan Funhoff.




PERMASALAHAN
Berdasarkan artikel diatas, biodegradasi minyak bumi dapat dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme seperti bakteri, beberapa khamir, jamur, sianobakteria, dan alga biru, yang juga melibatkan enzim. Menurut beberapa peneliti, mikroba yang dimanfaatkan sebagai pendegradasi harus mampu menghasilkan enzim oksigenase yang dapat mengoptimalkan hubungan permukaan sel mikroba dengan bahan pencemar melalui interaksi hidrofobik. Maka bagaimanakah cara agar mikroba yang digunakan dapat menghasilkan enzim untuk biodegradasi (oksigenase) agar lebih optimal?