Percobaan 3 PEMISAHAN SENYAWA ORGANIK: Ekstraksi dan Isolasi Kafein dari Daun Teh

Percobaan 3

PEMISAHAN SENYAWA ORGANIK:

Ekstraksi dan Isolasi Kafein dari Daun Teh

I.    Tujuan

·   Menentukan Rf kafein hasil ekstraksi dari Daun Teh dengan metode KLT

·   Menentukan warna uji alkaloid dengan sinar UV

II. Dasar Teori

Ekstraksi adalah metode pemisahan yang melibatkan proses pemindahan satu atau lebih senyawa dari satu fasa ke fasa lain berdasarkan prinsip kelarutan. Kelarutan senyawa dalam suatu pelarut dinyatakan sebagai jumlah gram zat terlarut dalam 100 ml pelarut pada 25^oC. Senyawa akan larut dalam suatu pelarut jika kekuatan atraksi kedua molekul adalah sesuai.

Partisi zat-zat terlarut antara 2 cairan yang tidak campur menawarkan banyak kemungkinan yang menarik untuk pemisahan analitis. Bahkan dimana tujuan primer bukan analitis tapi preparatif, eksrtraksi pelarut merupakan suatu langkah penting dalam urutan yang menuju ke suatu produk murni itu dalam laboratorium organik, anorganik, atau biokimia. Seringkali suatu pemisahan ekstraksi pelarut dapat diselesaikan dalam beberapa menit.

Proses ekstraksi pelarut berlangsung dalam 3 tahap, yaitu :

1.      Pembentukkan kompleks yidak bermuatan yang merupakan golongan ekstraksi.

2.      Distribusi dari kompleks yang terekstraksi

3.      Interaksinya yang mungkin dalam fase organik.

Tiga metode dasar dalam ekstraksi cair-cair adalah ekstraksi bertahap (batch) ekstraksi kontinyu dan conter current. Ekstraksi bertahap merupakan cara yang paling sederhana. Caranya cukup dengan menambahkan pelarut pengekstraksi yang tidak bercampur dengan pelarut semula. Kemudian dilakukan pengocokan sehingga terjadi kesetimbangan konsentrasi zat yang akan di ekstraksi pada kedua lapisan. Setelah ini tercapai, lapisan didiamkan dan dipisahkan. Metode ini sering digunakan untuk pemisahan analitik. Kesempurnaan ekstraksi tergantung pada banyaknya ekstraksi yang dilakukan. Hasil yang baik diperoleh jika jumlah ekstraksi yang dilakukan berulang kali dengan jumlah pelarut sedikit-sedikit.

 Ekstraksi terdiri dari ekstraksi cair-cair, ekstraksi padat-cair, dan ekstraksi asam-basa. Ekstraksi padat-cair biasa mengekstrak zat padat dari zat cair. Ekstraksi asam-basa merupakan jenis ekstraksi yang didasarkan pada sifat asam dan basa senyawa organik (misal: ekstraksi alkaloid di praktikum modul 8). Pada praktikum ini dilakukan ekstraksi padat-cair kafein dari teh dan ekstraksi cair-cair.

Kafein adalah sejenis senyawa alkaloid yang termasuk golongan metilxanthine (1,3,7-trimethylxantine). Efek psikologis yang dihasilkan dapat beragam dan bisa menyebabkan ketergantungan. Kafein cukup banyak terkandung dalam the (30-75 mg/cangkir), selain itu daun teh juga mengandung tannin dan sejumlah kecil klorofil. Struktur kafein terbangun dari system cincin purin, yang secara biologis penting dan diantaranya banyak ditemukan dalam asam nukleat.

 Alkaloid adalah senyawa yang mengandung atom nitrogen dalam strukturnya dan banyak ditemukan dalam tanaman. Senyawa alkaloid umumnya memiliki rasa pahit dan seringkali memiliki sifat fisilogis aktif bagi manusia.

Alkaloid adalah senyawa organik mirip alkali yang mengandung atom nitrogen yang bersifat basa dalam cincin heterosiklik. Karena bersifat basa, tumbuhan yang mengandung alkaloid biasanya terasa pahit. Keberadaan alkaloid pada tumbuhan sendiri tidaklah merupakan zat metabolisme, namun lebih merupakan senyawa metabolit sekunder yang memiliki lebih banyak fungsi eologis daripada fungsi merabolisme itu sendiri. Beberapa ahli menyatakan bahwa alkaloid berfungsi sebagai pelindung tumbuhan dari serangan hama dan penyakit, pengatur tumbuh, atau sebagai basa mineral untuk mempertahankan keseimbangan ion.

Dari segi biogenetik, alkaloid diketahui berasal dari sejumlah kecil asam amino yaitu ornitin dan lisin yang menurunkan alkaloid alisiklik, fenilalanin dan tirosin yang menurunkan alkaloid jenis isokuinolin, dan triftopan yang menurunkan alkaloid indol. Reaksi utama yang mendasari biosintesis senyawa alkaloid adalah reaksi mannich antara suatu aldehida dan suatu amina primer dan sekunder, dan suatu senyawa enol atau fenol. Biosintesis alkaloid juga melibatkan reaksi rangkap oksidatif fenol dan metilasi. Jalur poliketida dan jalur mevalonat juga ditemukan dalam biosintesis alkaloid.

Kromatografi adalah suatu metode yang digunakan untuk memisahkan senyawa organik dan anorganik sehingga senyawa tersebut dapat dianalisis dan dipelajari. Dengan menganalisis senyawa, kita dapat mengetahui apa saja unsur-unsur yang membentuknya. Kromatografi juga merupakan metode sisik yang baik untuk digunakan sebagai metode analisis suatu campuran dan pelarutnya.

Metode kromatografi memisahkan dua atau lebih senyawa atau ion berdasarkan pada perbedaan migrasi dan distribusi senyawa atau ion tersebut dalam dua fasa yang berbeda. zat terlarut dalam suatu fasa gerak mengalir pada suatu fasa diam. Hal ini menjadi sebab keberadaan fasa gerak dan fasa diam dalam semua jenis kromatografi. Pada posisi yang berbeda-beda, senyawa atau ion ini akan tertahan dan terabsorpsi pada fasa diam, dan kemudian satu persatu akan terbawa kembali oleh fasa gerak yang melaluinya.

Tipe kromatografi yang digunakan pada percobaan ini adalah kromatografi lapis tipis. Metode ini menggunakan material adsorben pada pelat kaca, plastik atau alumunium tipis. Metode ini merupakan metode yang sederhana dan cepat untuk menguji kemurnian suatu senyawa organik.

KLT dapat digunakan untuk memisahkan senyawa – senyawa yang sifatnya hidrofobik seperti lipida – lipida dan hidrokarbon yang sukar dikerjakan dengan kromatografi kertas.  KLT juga dapat berguna untuk mencari eluen untuk kromatografi kolom, analisis fraksi yang diperoleh dari kromatografi kolom, identifikasi senyawa secara kromatografi, dan isolasi senyawa murni skala kecil.  Pelarut yang dipilih untuk pengembang disesuaikan dengan sifat kelarutan senyawa yang dianalisis.  Bahan lapisan tipis seperti silika gel adalah senyawa yang tidak bereaksi dengan pereaksi – pereaksi yang lebih reaktif seperti asam sulfat.

Data yang diperoleh dari KLT adalah nilai R_f yang berguna untuk identifikasi senyawa. Nilai R_f untuk senyawa–senyawa murni dapat dibandingkan dengan nilai R_f dari senyawa standar.  Nilai R_f dapat didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh oleh senyawa dari titik asal dibagi dengan jarak yang ditempuh oleh pelarut dari titik asal.  Oleh karena itu bilangan R_f selalu lebih kecil dari 1,0.

III. Prosedur Kerja

A.    Ekstraksi padat-cair : ekstraksi kafein dari teh

            10 kantong teh celup dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 250 mL beserta 20 gram natrium karbonat dan tambahkan 225 mL air mendidih. Larutan di diamkan selama ± 7 menit, kemudian tambahkan lagi 50 mL air panas lalu segera dekantasi ekstrak teh dan kemudian gabungkan dengan ekstrak teh sebelumnya. Untuk mengekstrak  sisa kafein yang ada didihkan kembali air berisi kantong teh selama 20 menit, lalu dekantasi ekstraknya. Ekstrak the didingkan hingga mencapai suhu kamar, lakukan ekstraksi di dalam corong pisah 125 mL ( masukkan ± 50-60 ml ekstrak teh), corong pisah kemudian di kocok secara perlahan selama 5 menit, sambil membuka kran corong pisah untuk mengeluarkan tekanan yang ada di dalam corong. Ulangi ekstraksi dengan menambahkan 15 mL  diklorometana ke dalam corong pisah (2x15ml). Gabungkan ekstrak diklorometana ( jika terbentuk emulsi, pisahkan dengan menggunakan pipet terlebih dahulu untuk mengambil fraksi bening). Kemudian tambahkan kaslium klorida anhidrat de dalam gabungan ekstrak, sambil diaduk selama ± 10 menit. Dekantasi ekstrak diklorometana jangan sampai gumpalan kalsium klorida anhidrat ikut terbawa. Bilas erlenmeyer dengan 5mL diklorometana. Gabungkan filtat dan uapkan di evaporator.

B.     Uji kromatografi Lapis Tipis (KLT)

            Hasil ekstraksi di larutkan dengan sedikit diklorometana atau klroroform. Kemudian larutan sample ini ditotolkan diatas pelat KLT sampai nodanya cukup tebal. Lakukan elusi KLT menggunakan eluen eti asetat-metanol =3:1 dan lakukan elusi juga dengan eluen kloroform-metanol 9:1. Lakukan elusi sampai batas pelat, keluarkan dan keringkan diudara. Kemudian semprot dengan dragendroff dan segera keluarkan. Kemudian panaskan pelat KLT tersebut di atas pemanas listrik hingga kering. Adanya alkaloid ditunjukkan oleh noda pada pelat yang berwarna jingga. Tentukan Rf masing-masing noda.

IV. Hasil Pengamatan

Perlakuan	Hasil pengamatan
A.Ekstraksi Padat-cair : kafein dari daun the ·      10 kantong teh celup ·      + 20 gran Na2CO3 ·      + air panas 225 ml dan dekantasi karutan the ·      + 50 ml air panas dan gabungkan dengan eksktrak sebelumnya ·      Didihkan untuk mengekstrak sisa kafein ·      Dinginkan larutan the ·      Ekstraksi dicorong pisah 125 ml ·      Penambahan 20 ml etil asetat pertama dan membuka keran pertama ·      Penambahan etil asetat 15 ml dan membuka keran kedua ·      Penambahan etil asetat 5 ml ketiga dan membuka keran ketiga ·      Pisahkan fasa atas atau emulsi dengan pipet tetes ·      + MgCl2 dan diaduk selama 10 menit ·      Uapkan di evaporator hasil ekstraksi pada suhu 50ᵒ C dan tekanan 480 atm ·      + 5ml etil asetat ke dalam labu bundar	·   Serbuk coklat dalam kantong the ·   Serbuk putih ·   Larutan berwarna coklat pekat Na2CO3 mulai larut, ekstrak ke-1 ·   Volume larutan bertambah, larutan berwarna coklat pekat ·   Terdapat gelembung berbuih hingga larutan meluap, tercium aroma the ·   Larutan berubah menjadi coklat pekat sangat pekat ·   Larutan berada dicorong pisah sebanyak 50 ml ·   Ada uap yang keluar, berbuih, terdapat gelembung kecil ·   Ada uap yang keluar, berbuih, terbentuk 2 fasa namun tak terlihat kasat mata ·   Ada uap, terdapat 2 fasa : fasa atas tak berwarna, fasa bawah berwarna coklat pekat (emulsi) ·   Didapatkan volume fasa tak berwarna ± 10 ml ·   Berbentuk serbuk putih, tidak larut sempurna, serbuk berada di dasar erlenmeyer ·   Etil asetat menguap tertampung pada labu bundar, kafein tertinggal dalam labu bundar  (volume kafein sedikit) ·   Larutan berubah menjadi kuning seulas
B.     Uji Kromatografi lapis tipis ·         Larutkan hasil ekstraksi dengan kloroform atau diklorometana ·         Totolkan hasil ekstraksi pada pelat KLT ·         Lakukan elusi KLT dengan etil asetat - metanol 9:1 dan kloroform- metanol 3:1 ·         Keringkan dan lihat di sinar UV	·   Hasil ekstraksi kuning seulas ·   Sampel meresap pada pelat ·   Etil-asetat dan methanol merambat ke bagian atas pelat KLT ·   Ada warna orange muda

 Perhitungan :

·         %etil asetat : Titik 1 = 0,1

                                  Titik 2 = 0,2

·         %kloroform Titik 1 = 0,5

                                 Titik 2 = 3,1

·         Rf etil 1 =

=  = 0,0125

·         Rf etil 2 =

=  = 0,275

·         Rf kloroform 1 =

 =  = 0,0625

·         Rf kloroform 2 =

             =  = 0,3875

V.    Pembahasan

Pada percobaan kali ini kami menggunakan metode ekstraksi padat-cair untuk memisahkan kafein dari daun teh. Sederhananya, metode ekstraksi padat-cair berarti mengekstraksi suatu zat dari fasa padat (daun teh) kemudian mengubahnya menjadi fasa cair (larutan kafein-diklorometana). Efesiensi ekstraksi padat-cair ditentukan oleh besarnya ukuran partikel zat padat yang mengandung zat organik dan banyaknya kontak dengan pelarut. Oleh karena itu, dalam pelaksanaan percobaan ekstraksi kafein dari daun teh kami melakukannya dua kali dengan tujuan agar kafein yang terekstraksi semakin banyak.

Pertama daun teh kering ditambahkan dengan Na2CO₃ dengan tujuan untuk membantu pendesakkan kafein dalam daun teh sehingga melarut dalam air atau dengan kata lain untuk mengikat bahan-bahan yang tekandung dalam teh. Mendidihkan larutan dimaksudkan untuk memisahkan kafein dan zat-zat lain dalam teh karena Na2CO₃ larut dalam keadaan panas. Na2CO₃ memiliki BM yang tinggi yaitu 105,97 gram/mol akan mengendap apabila dingin sehingga larutan perlu disaring dalam keadaan panas.. Proses pemanasan ini sangat berperan dalam mendukung difusivitas yaitu masuknya pelarut air menembus bahan padat daun teh dan melarutkan kafein dari daun karena perbedaan konsentrasi yang besar antara pelarut dn bahan. Difusivitas ini memerlukan perbedaan temperatur dan tekanan yang signifikan yang dapat di peroleh melalui pendidihan larutan. Hasilnya adalah sari daun teh tersebut larut dengan warna larutan coklat tua dan ampas daun teh diatasnya, sedangkan Na2CO₃, menjdi endapan putih di dasar larutan sehingga tidak mengganggu larutan yang di inginkan.

Pendingin pada larutan bertujuan agar pelarutan ekstrak daun teh dalam air benar-benar sempurna ( larut secara maksimal ).Penambahan diklorometana atau etil asetat berfungsi mengikat kafein yang tadinya berbentuk garam dengan Na⁺ menjadi berikatan diklorometana atau etil asetat. Sebab kepolaran kafein hampir sama dengan etil asetat tersebut, sehingga kelarutan kafein cukup besar di dalam etil asetat, sementara kelarutan kafein di dalam air lebih rendah. Penambahan magnesium clorida  berfungsi untuk mengikat air yang masih terbawa dalam larutan diklometana-kafein. Pada saat larutan berada di dalam corong pemisah ini terlihat bahwa ada dua fraksi dimana fraksi atas yang tidak berwarna dan fraksi bawa adalah emulis. Kemudian ambil fraski bening menggunakan piepet ke erlenmeyer. Kami menambahkan kalsium klorida anhidrat, tujuan penambahan CaCl₂ anhidrat adalah untuk pengikatan fasa air yang terikut sertakan pada pemisahan fasa diklorometan dan fasa air dengan menggunakan corong pisah (pengeringan). Fasa air bisa ikut serta karena dua hal. Pertama adalah karena ketidaksengajaan memasukkan fasa air atau emulsi. Kedua, adalah karena air sedikit larut dalam pelarut senyawa organik seperti diklorometan yang digunakan dalam praktikum ini. Kafein yang telah dipisahkan, dievaporasi agar menguapkan etil asetat yang masih terdapat pada kafein. etil asetat menguap saat evaporasi karena sifat etil asetat yang mudah menguap.

Pada analisis Rf, data yang diambil adalah dengan jarak noda yang paling mendekati batas atas. Karena digunakan etil asetat : metanol = 3:1 sebagai eluen, yang merupakan eluen yang bersifat nonpolar. Sehingga noda dapat terbawa lebih jauh mendekati garis batas atas, sedangkan kafein sendiripun bersifat nonpolar. Pada kromatografi menggunakan eluen kloroform : metanol = 9:1, lebih bersifat polar, sehingga kafein yang lebih bersifat nonpolar menjadi lebih sulit untuk naik ke atas.Rf yang kami dapat pada etil titik 1 adalah 0,0125, etil titik 2 0,275. Rf kloroform titik 1 0,0625, kloroform titik 2 0,3875. Karena itu, pembandingan Rf dari suatu zat yang kita cari dengan pelarut dapat dilakukan dengan baik. Pemilihan jenis absorben sebagai fasa diam dan sistem pelarut sebagai fasa gerak haruslah dilakukan dengan tepat. Absorben dan pelarut harus dipilih sedemikian rupa agar terjadi kesetimbangan. Jika absorben mengikat semua molekul terlarut dengan kuat, maka senyawa-senyawa tersebut tidak akan turun keluar kolom. Sementara itu, jika pelarut mengikat semua molekul terlarut dengan kuat, maka senyawa-senyawa tersebut akan dengan mudah keluar dari kolom tanpa adanya pemisahan. Diberikan penandaan pada garis di lempengan untuk menunjukkan posisi awal dari tetesan. Jika ini dilakukan menggunakan ekstraksi, pewarna dari ekstrak akan bergerak selayaknya kromatogram dibentuk. Ketika bercak dari campuran itu mengering, lempengan ditempatkan dalam sebuah gelas kimia bertutup berisi pelarut dalam jumlah yang tidak terlalu banyak. Perlu diperhatikan bahwa batas pelarut berada di bawah garis dimana posisi bercak berada.Alasan untuk menutup gelas kimia adalah untuk meyakinkan bawah kondisi dalam gelas kimia terjenuhkan oleh uap dari pelarut. Untuk mendapatkan kondisi ini, dalam gelas kimia biasanya ditempatkan beberapa kertas saring yang terbasahi oleh pelarut. Kondisi jenuh dalam gelas kimia dengan uap mencegah penguapan pelarut. Karena pelarut bergerak lambat pada lempengan, komponen-komponen yang berbeda dari campuran pewarna akan bergerak pada kecepatan yang berbeda dan akan tampak sebagai perbedaan bercak warna.

VI. Kesimpulan

·         Rf kafein dengan eluen etil asetat-metanol titik 1 0,1 dan etil asetat-metanol  titik 2 2,2, sedangkan dengan eluen kloroform-metanol titik1  adalah 0,5 dan kloroform-metanol titik 2 3,1.

·         Warna pada uji alkaloid adalah warna kuning jingga yang menandakan adanya alkaloid

VII.          Daftar Pustaka

·         Posto, D., Johnson, C., Miller, M.1992. Experiments and Techniques in Organic Chemistry. New Jersey. Prentice Hall, Inc. Halaman 56-59, 399-404.

·         Solomons, T.W. Graham., Fryhle, Craig B. 2011. Organic Chemistry Tenth Edition. New Jersey. John Wiley & Sons, Inc. Halaman 972-973.

·         http://en.wikipedia.org/wiki/Caffeine (28 Oktober 2015, pukul 22.31 WIB)

·         http://www.artikelkimia.info/search/pemurnian+koloid/feed/rss2/ (28 Oktober 2015, pukul 21.00 WIB).

·         www.sciencestuff.com/msds/C1410.html (28 Oktober 2015, pukul 19.10 WIB).

·         Day, R. A. Jr dan A. L. Underwood. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Erlangga, Jakarta.