Sintesis polimer Polipropilkaliks[4]arena dari p-t-Butilfenol untuk adsorpsi Pb(II)

UTOMO, Suryadi Budi, Drs. H. Jumina, Ph.D

2007 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Telah dilakukan penelitian untuk mensintesis polimer polipropilkaliks[4]arena dari senyawa awal p-t-butilfenol. Sintesis dilakukan melalui enam tahap yaitu (1) pembentukan p-t-butilkaliks[4]arena dari p-tbutilfenol, (2) dealkilasi ke empat gugus t-butil dari senyawa p-tbutilkaliks[ 4]arena, (3) reaksi substitusi nukleofilik benzoil klorida pada senyawa 25,26,27,28-tetrahidroksikaliks[4]arena, (4) allilasi senyawa 25,26,27- tribenzoiloksi-28-hidroksikaliks[4]arena, (5) hidrolisis 25-alliloksi-26,27,28- tribenzoiloksikaliks[4]arena membentuk senyawa 25-alliloksi-26,27,28- trihidroksikaliks[4]arena, dan (6) polimerisasi 25-alliloksi-26,27,28-trihidroksi kaliks[4]arena membentuk polipropilkaliks[4]arena. Polimer diperoleh sebagai padatan kristal bening kekuningan dengan titik lebur 288-290 oC. Dari hasil analisis spektrometer 1H-NMR dan optimasi geometri dengan metode Mekanika Molekul-Amber96, polimer berada dalam konformasi kerucut serta memiliki berat molekul realtif sebesar 44.810 g/mol. Pada penelitian ini dilakukan juga sintesis senyawa 25-alliloksi-26,27,28- trihidroksikaliks[4]arena dari 25,26,27,28-tetrahidroksikaliks[4]arena secara langsung melalui satu langkah reaksi monosubstitusi. Reaksi dapat berlangsung dengan adanya katalisator basa K2CO3 sebanyak 0,6 ekivalen dan allil bromida sebanyak 1,1 ekivalen terhadap bahan dasar melalui proses refluks dengan pelarut asetonitril kering dalam kondisi gas N2 kering selama 55 jam. Di samping itu dilakukan cara alternatif untuk mensintesis senyawa kaliksarena dengan bahan dasar salisil alkohol berkatalis asam AlCl3. Namun cara ini hasilnya kurang memuaskan di mana produk yang dihasilkan masih berupa campuran karena adanya reaksi samping yang cukup signifikan. Aplikasi polipropilkaliks[4]arena untuk menjebak Pb(II) dan model adsorpsinya diteliti melalui pengadukan polipropilkaliks[4]arena dalam larutan sampel pada berbagai variasi pH dan waktu. Polipropilkaliks[4]arena dapat menjebak Pb(II) sebanyak 99,81 % pada pH optimum adsorpsi 4,9. Pola adsorpsi Pb(II) ke dalam polipropilkaliks[4]arena mengikuti baik kinetika adsorpsi pseudo order kedua Ho maupun model kinetika adsorpsi isoterm Langmuir dengan konstata laju, k = 6,81 x 101 menit-1 dan konstanta kesetimbangan (K) adsorpsi terhitung sebesar 5,84 x 105 L/mol. Polipropilkaliks[4]arena memiliki kapasitas adsorpsi maksimum terhadap Pb(II) sebesar 13,05 mg/L atau 16,31 mg/g dengan energi adsorpsi sebesar 32,90 kJ/mol.

A research has been conducted to synthesize polypropylcalix[4]arene polymer using p-t-butylphenol as a starting material. The synthesis was carried out in six steps i.e (1) formation of p-t-butylcalix[4]arene from p-t-butylphenol, (2) dealkylation of four t-butyl groups from p-t-butylcalix[4]arene, (3) nucleophylic substitution reaction with benzoyl chloride to the 25,26,27,28- tetrahydroxycalix[4]arene, (4) allylation of 25,26,27-tribenzoyloxy-28-hydroxy calix[4]arene, (5) hydrolysis of 25-allyloxy-26,27,28-tribenzoyloxycalix[4]arene to yield 25-allyloxy-26,27,28-trihydroxycalix[4]arene, and (6) polymerization of 25-allyloxy-26,27,28-trihydroxycalyx[4]arene to yield polypropylcalix[4]arene. The Polymer was obtained as yellow crystal with the melting point of 288-290 oC. According to the analysis of 1H-NMR spectrometer and geometry optimization with the Molecular Mechanics-Amber96 method, the polymer exists in the cone conformation and it’s relative molecular wight was 44,810 g/mol. In this research, it has also been conducted a direct synthesis of 25- allyloxy-26,27,28-trihydroxycalix[4]arene from 25,26,27,28-tetrahydroxy calix[4]arene through one step of monosubstitution reaction. The reaction occurred in the presence of 0.6 equivalent of K2CO3 and 1.1 equivalent of allyl bromide in dry acetonitrile at reflux under dry N2 condition for 55 hours. It has also been conducted an alternative method to synthesize calixarene compound by using salicyl alcohol as starting material and AlCl3 as the Lewis acid catalyst. Unfortunately, calixarene compound was not able to be isolated as a pure compound. The application of polypropylcalix[4]arene for trapping Pb(II) and it’s adsorption model was investigated by stirring the suspension of the calixarene in the sample for various pH and time. The polypropylcalix[4]arene was found to be able to trap Pb(II) in the magnitude of 99.81 % at the optimum pH of 4.9. The adsorption model of Pb(II) on polypropylcalix[4]arene followed both the pseudo second order adsorption of Ho’s and Langmuir isotherm adsorption kinetics models with the rate constant, k = 6.81 x 101 min-1 and the adsorption equilibrium constant, K = 5.84 x 105 L/mol. The maximum adsorption capacity of polypropylcalix[4]arene to Pb(II) was 13.05 mg/L or 16.31 mg/g with the adsorption energy of 32.90 kJ/mol.

Kata Kunci : Adsorpsi Pb(II),p,t,Butilfenol,Polipropilkaliks[4]Arena, p-t-butylphenol, polypropylcalix[4]arene, salicyl alcohol, adsorption, Pb(II)