BIOSINTESIS ALCOHOL

Alkohol sering dipakai untuk menyebut etanol, yang juga disebut grain alcohol; dan kadang untuk minuman yang mengandung alkohol. Hal ini disebabkan karena memang etanol yang digunakan sebagai bahan dasar pada minuman tersebut, bukan metanol, atau grup alkohol lainnya. Begitu juga dengan alkohol yang digunakan dalam dunia famasi. Alkohol yang dimaksudkan adalah etanol. Sebenarnya alkohol dalam ilmu kimia memiliki pengertian yang lebih luas lagi. Alkohol adalah suatu senyawa turunan dari alkana dengan mengganti satu atau lebih atom hidrogennya dengan gugus hidroksil (OH).

B. Penggolongan alkohol

Alkohol dapat dibagi kedalam beberapa kelompok tergantung pada bagaimana posisi gugus -OH dalam rantai atom-atom karbonnya. Masing-masing kelompok alkohol ini juga memiliki beberapa perbedaan kimiawi.

1.       Menurut atom C yang mengikat gugus OH

1.1    Alkohol Primer

Pada alkohol primer(1°), atom karbon yang membawa gugus -OH hanya terikat pada satu gugus alkil.

Beberapa contoh alkohol primer antara lain:

Pada contoh di atas, hanya ada satu ikatan antara gugus CH₂yang mengikat gugus -OH dengan sebuah gugus alkil.

Ada pengecualian untuk metanol, CH₃OH, dimana metanol ini dianggap sebagai sebuah alkohol primer meskipun tidak ada gugus alkil yang terikat pada atom karbon yang membawa gugus -OH.

1.2    Alkohol sekunder

Pada alkohol sekunder (2°), atom karbon yang mengikat gugus -OH berikatan langsung dengan dua gugus alkil, kedua gugus alkil ini bisa sama atau berbeda.

Contoh:

1.3    Alkohol tersier

Pada alkohol tersier (3°), atom karbon yang mengikat gugus -OH berikatan langsung dengan tiga gugus alkil, yang bisa merupakan kombinasi dari alkil yang sama atau berbeda.

Contoh:

2.    Menurut gugus yang mengikat OH

2.1 Alkohol alifatik

Alkohol alifatik merupakan cairan yang sifatnya sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen. Dengan bertambah panjangnya rantai, pengaruh gugus hidroksil yang polar terhadap sifat molekul menurun. Sifat molekul yang seperti air berkurang, sebaliknya sifatnya lebih seperti hidrokarbon. Akibatnya alkohol dengan bobot molekul rendah cenderung larut dalam air, sedangkan alkohol berbobot molekul tinggi tidak demikian. Alkohol mendidih pada temperatur yang cukup tinggi. Sebagai suatu kelompok senyawa, fenol memiliki titik didih dan kelarutan yang sangat bervariasi, tergantung pada sifat subtituen yang menempel pada cincin benzena (Petrucci, 1987).

2.2 Alkohol Aromatik

3.    Menurut jumlah gugusan OH

3.1  Alkohol monovalen

Alkohol monovalen adalah alkohol yang hanya mempunyai satu gugus fungsional –OH.

Contoh : Etanol, Proponal

3.2  Alkohol divalen / Alkanadiol

       Alkohol divalen adalah alkohol yang mempunyai dua gugus hidroksil.

3.3  Alkohol trivalen / Alkanatriol

       Alkohol trivalen adalah alkohol yang mempunyai tiga gugus hidroksil.

3.4  Alkohol polivalen / Polihidroksi alkohol

Alkohol polivalen adalah jenis senyawa alkohol yang mempunyai gugus OH lebih dari satu struktur.

Contoh : Etanadiol, Propanatriol (gliserol)

C.          Sifat-sifat alkohol

Titik Didih

Titik didih dari beberapa alkohol primer sederhana memiliki sampai 4 atom karbon.

Yakni:

Alkohol-alkohol primer ini dibandingkan dengan alkana yang setara (metana sampai butana) yang memiliki jumlah atom karbon yang sama.

Dari grafik di atas dapat diamati bahwa:

·      Titik didih sebuah alkohol selalu jauh lebih tinggi dibanding alkana yang memiliki jumlah atom karbon sama.

·      Titik didih alkohol meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah atom karbon.

Pola-pola titik didih mencerminkan pola-pola gaya tarik antar-molekul.

Ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen terjadi antara molekul-molekul dimana sebuah atom hidrogen terikat pada salah satu dari unsur yang sangat elektronegatif – fluorin, oksigen atau nitrogen.

Untuk alkohol, terdapat ikatan hidrogen antara atom-atom hidrogen yang sedikit bermuatan positif dengan pasangan elektron bebas pada oksigen dalam molekul-molekul lain.

Atom-atom hidrogen sedikit bermuatan positif karena elektron-elektron ikatan tertarik menjauh dari hidrogen menuju ke atom-atom oksigen yang sangat elektronegatif.

Pada alkana, satu-satunya gaya antar-molekul yang ada adalah gaya dispersi van der Waals. Ikatan-ikatan hidrogen jauh lebih kuat dibanding gaya-gaya tersebut sehingga dibutuhkan lebih banyak energi untuk memisahkan molekul-molekul alkohol dibanding untuk memisahkan molekul-molekul alkana. Hal tsb merupakan sebab utama mengapa titik didih alkohol lebih tinggi dari alkana.

Pengaruh gaya van der Waals

Pengaruh terhadap titik didih alkohol:

Ikatan hidrogen bukan satu-satunya gaya antar-molekul dalam alkohol. Dalam alkohol ditemukan juga gaya-gaya dispersi van der Waals dan interaksi dipol-dipol. Ikatan hidrogen dan interaksi dipol-dipol hampir sama untuk semua alkohol, tapi gaya dispersi akan meningkat apabila alkohol menjadi lebih besar. Gaya-gaya tarik ini menjadi lebih kuat jika molekul lebih panjang dan memiliki lebih banyak elektron. Ini meningkatkan besarnya dipol-dipol temporer yang terbentuk.

Inilah yang menjadi penyebab mengapa titik didih meningkat apabila jumlah atom karbon dalam rantai meningkat. Diperlukan lebih banyak energi untuk menghilangkan gaya-gaya dispersi, sehingga titik didih meningkat.

Pengaruh terhadap perbandingan antara alkana dan alkohol:

Bahkan jika tidak ada ikatan hidrogen atau interaksi dipol-dipol, titik didih alkohol tetap lebih tinggi dibanding alkana sebanding yang memiliki jumlah atom karbon sama.

Bandingkan antara etana dan etanol:

Etanol memiliki molekul yang lebih panjang, dan oksigen yang terdapat dalam molekulnya memberikan 8 elektron tambahan. Struktur yang lebih panjang dan adanya atom oksigen akan meningkatkan besarnya gaya dispersi van der Waals, demikian juga titik didihnya.

Kelarutan alkohol dalam air

Alkohol-alkohol yang kecil larut sempurna dalam air. Bagaimanapun perbandingan volume yang kita buat, campurannya akan tetap menjadi satu larutan.

Akan tetapi, kelarutan berkurang seiring dengan bertambahnya panjang rantai hidrokarbon dalam alkohol. Apabila atom karbonnya mencapai empat atau lebih, penurunan kelarutannya sangat jelas terlihat, dan campuran kemungkinan tidak menyatu.

Kelarutan alkohol-alkohol kecil di dalam air

Pada etanol murni dan air murni yang akan dicampur, gaya tarik antar-molekul utama yang ada adalah ikatan hidrogen.

Untuk bisa mencampur kedua larutan ini, ikatan hidrogen antara molekul-molekul air dan ikatan hidrogen antara molekul-molekul etanol harus diputus. Pemutusan ikatan hidrogen ini memerlukan energi.

Akan tetapi, jika molekul-molekul telah bercampur, ikatan-ikatan hidrogen yang baru akan terbentuk antara molekul air dengan molekul etanol.

Energi yang dilepaskan pada saat ikatan-ikatan hidrogen yang baru ini terbentuk kurang lebih dapat mengimbangi energi yang diperlukan untuk memutus ikatan-ikatan sebelumnya.

Disamping itu, gangguan dalam sistem mengalami peningkatan, yakni entropi meningkat. Ini merupakan faktor lain yang menentukan apakah penyatuan larutan akan terjadi atau tidak.

D.          Penggunaan alkohol

Alkohol digunakan sebagai, antara lain : Pelarut organic, sintesis senyawa lain, desinfektan, bahan baku deterjen, bakterisid, metanol digunakan untuk mendenaturasikan etanol, 2-propanol untuk membuat aseton, kloreton untuk pengawet, glikol bisa sebagai zat peledak, gliseron untuk bahan baku pembuatan sabun .

E.          Sintesa alkohol

Reaksi oksidasi/pembakaran Alkohol

Semua senyawa karbon yang bereaksi dengan oksigen dengan jumlah yang  mencukupi sering dikenal dengan reaksi pembakaran sempurna akan menghasilkan hasil akhir berupa CO₂ dan H₂O. sedangkan pada reaksi pembakaran tidak sempurna (kekurangan oksigen) CO₂ tidak akan terbentuk namun akan terbentuk CO. sehingga reaksi oksidasi alkohol juga menghasilkan hasil akhir CO₂ dan H₂O, sebagai contoh :

Namun reaksi oksidasi ini sebenarnya terdiri dari beberapa tahapan yang hasilnya berbeda-beda. Hal ini dapat digunakan untuk membedakan jenis-jenis alkohol. Reaksi yang terjadi adalah :

1. Alkohol primer akan melalui 2 tahapan pada tahap pertama akan menghasilkan aldehida/alkanal, kemudian apabila dioksidasi lagi akan menghasilkan asam karbosilat.

             

2. Alkohol sekunder akan melalui 1 tahapan menghasilkan keton/alkanon

3. Alkohol tersier tidak dapat terjadi reaksi oksidasi

Reaksi dehidrasi yaitu dengan H₂SO₄ pada suhu tinggi akan melepas  air/H₂O dengan dua jenis reaksi berdasarkan suhunya :

·     pada suhu 130 – 140^oC akan menghasilkan eter

·     pada suhu 170 – 180^o C akan menghasilkan alkena

Alkohol dengan asam karboksilat akan menghasilkan ester, reaksinya disebut Esterifikasi.

Reaksi – reaksi pada alkohol :

1.       Alkohol dapat bereaksi dengan logam Na membentuk H₂

2.       Alkohol dapat bereaksi dengan HCl pekat menghasilkan H₂O

Pada reaksi dengan logam Na terjadi subtitusi Na dengan H yang diikat O dan menghasilkan H₂  sedangkan pada reaksi dengan HCl terjadi subtitusi gugus OH dengan Cl dan menghasilkan H₂O.

3.       Alkohol dapat bereaksi dengan PCl₃ dan PCl₅

Alkanal / Aldehid bila direduksi dengan H₂ menghasilkan alkohol primer

Reaksi reduksi keton dengan H₂ menghasilkan alkohol sekunder

F.           Biosintesa alkohol

Biosintesis merupakan pembentukkan molekul alami yang terjadi di dalam sel dari molekul lain yang kurang rumit strukturnya, melalui reaksi endeorganik. Proses biosintesis akan berlangsung sangat kompleks, tergantung dari macam enzim yang tersedia sehingga tumbuhan sejenis yang tumbuh di daerah yang berbeda sangat memungkinkan untuk mempunyai jalur pembentukkan metabolit tertentu yang tidak identik (fenomena “vikarias:-Ras Kimia).

Fermentasi merupakan salah satu contoh dari proses biosintesis. Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaananaerobik (tanpa oksigen). Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang menghasilkan asam laktat sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan dalam menyebabkan rasa kelelahan pada otot.

Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat,glukosa (C₆H₁₂O₆) yang merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan etanol (2C₂H₅OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi makanan.

Persamaan Reaksi Kimia

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ per mol)

      Dijabarkan sebagai

Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa) → Alkohol (etanol) + Karbon dioksida+ Energi (ATP)

B.1   Fermentasi Alkohol                                           

Beberapa organisme seperti Saccharomyces dapat hidup, baik dalam kondisi lingkungan cukup oksigen maupun kurang oksigen. Organisme yang demikian disebut aerob fakultatif. Dalam keadaan cukup oksigen, Saccharomyces akan melakukan respirasi biasa. Akan tetapi, jika dalam keadaan lingkungan kurang oksigenSaccharomyces akan melakukan fermentasi. Dalam keadaan anaerob, asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis akan diubah menjadi asam asetat dan CO₂. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol. Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikuti pula dengan perubahan NADH menjadi NAD⁺. Dengan terbentuknya NAD⁺, peristiwa glikolisis dapat terjadi lagi. Dalam fermentasi alkohol ini, dari satu mol glukosa hanya dapat dihasilkan 2 molekul ATP. Fermentasi alkohol, secara sederhana, berlangsung sebagai berikut.

Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2 selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol. Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Reaksinya :

1.   Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)

2. Dekarbeksilasi asam piruvat.
Asampiruvat ——————————————> asetaldehid + CO2.
piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol(etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————> 2 C2HsOH + 2 NAD 

                                     Alkohol dehidrogenase enzim                                         

Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu pemborosan. Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih terdapat di dalam etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar mesin. Reaksi ini, seperti fermentasi asam laktat, juga berbahaya. Ragi dapat meracuni dirinya sendiri jika konsentrasi etanol mencapai 13% (Hal ini menjelaskan kadar maksimum alkohol pada minuman hasil fermentasi seperti anggur).

Produk beralkohol sangatlah beragam mulai dari pangan hingga energi. Produk pangan yang paling lama dikenal adalah wine dan bir. Mikroorganisme yang terlibat terutama adalah khamir dari genus Saccharomyces sp. Saccharomyces yang paling banyak digunakan adalah S. cerevisiae dan S. carlbergensis. Khamir ini akan mengubah gula pada substrat menjadi alkohol pada kondisi aerob. Jika khamir ini ditumbuhkan pada suasana aerob maka akan dihasilkan sel lebih banyak daripada metabolitnya dan ini dimanfaatkan untuk produksi ragi roti.

B.2   Fermentasi Susu

Beberapa susu fermentasi yang mengandung alkohol antara lain adalah kefir dan koumiss. Kefir merupakan susu fermentasi yang mengandung alkohol 0,5% – 1%. Bakteri yang menyebabkan terbentuknya alkohol adalah Sacharomycfes kefir dan Torula kefir. Pada koumiss, kandungan alkoholnya justru lebih tinggi lagi. Produk ini mengandung alkohol sebesar 1% – 2,5%. Mikroba yang ditambahkan dan menyebabkan timbulnya alkohol adalah Torulla colmic.

B.3   Fermentasi Tetes Tebu

Alkohol 96% adalah hasil samping dari industri gula tebu. Didalam cairan tebu (Nira) hanya glukosa jenis sakarosa yang bisa dikristalkan menjadi gula pasir. Sedangkan Glukosa lain meskipun manis rasanya tetapi tidak bisa dikristalkan disebut gula reduksi atau gula pecah , glukosa jenis inilah yang dimanfaatkan oleh pabrik gula untuk difermentasi menjadi alkohol. Mikroorganisme jenis “Sacaromyces Cerevicae” yang sering digunakan untuk fermentasi ini, dimana mikroba ini menghasilkan 7 macam enzim sebagai katalisator reaksi.

Reaksi:

C6H12O6 =======> 2C2H5OH + 2CO2 + Energi.

Glukosa--------------à Etanol

Alkohol yang dihasilkan dari proses fermentasi hasilnya masih rendah kadarnya (dibawah 12 %) sehingga diproses destilasi secara bertahap supaya menghasilkan kadar alkohol 96%. Disamping alkohol jenis “etanol” (C₂H₅OH) terkandung pula sebagian kecil alkohol jenis “metanol “(CH₃OH) , metanol ini sangat beracun bagi manusia agar tidak diminum ditambahkan CuSO₄  berwarna biru, yang dipasaran kita kenal dengan nama Spirtus.

B.4   Fermentasi Wine

Khamir adalah mikrooorganisme yang melakukan fementasi juice buah menjadi wine. Khamir yang umum digunakan dalam fermentasi adalah Saccharomyces sp. Khamir ini akan mengubah gula menjadi alkohol dan CO₂. Dalam perombakan ini diperlukan pula nutrien yang mendukung pertumbuhan khamir, jika tidak tersedia pada bahan baku. Bahan yang umum dtambahkan adalah amonium fosfat sebagai sumber nitrogen.

a.   Proses Fermentasi

Fermentasi wine adalah proses dimana juice anggur bersama-sama dengan bahan yang lain yang diubah secara reaksi biokimia oleh khamir dan menghasilkan wine. Bahan untuk proses fermentasi adalah gula ditambah khamir yang akan menghasilkan alkohol dan CO₂. CO₂ akan dilepaskan dari campuran wine menuju udara dan alkohol akan tetap tinggal di fermentor. Jika semua gula buah sudah diubah menjadi alkohol atau alkohol telan mencapai sekitar 15% biasanya fermentasi telah selesai atau dihentikan. Selama fermentasi sering ditambahkan nitrogen dan mikro nutrien guna mencegah produksi gas H₂S. Jika gas ini muncul akan menyebabkan bau yang tidak enak.

Selama fermentasi, cairan yang dihasilkan disebut “must”. Guna mencegah tumbuhnya bakteri pada must maka dilakukan pengadukan. Must mulai bergelembung pada jam ke 8 – 20. Tahap awal proses fermentasi ini pada red wine adalah 5 – 10 hari, white wine 10 – 15 hari. Setelah tahap awal ini dilanjutkan tahap kedua. Dalam tahap kedua fermentasi, wine dipindahkan ke fermentor yang tidak boleh adanya oksigen masuk. Pada tahap ini akan dihasilkan alkohol dalam kadar yang lebih tinggi. Tergantung dari bahan yang digunakan, wine dapat berasa lebih manis atau alkohol dan ini akan mempengaruhi pada harga di pasar.

b.   Fermentasi wine dengan khamir teramobilisasi

Penggunaan sistem sel amobilitas dengan fermentasi wine secara kontinyu kini menjadi pembahasan yang menarik. Sistem ini tidak hanya meningkatkan produktivitas tetapi juga memperbaiki biaya bioproses. Banyak tipe bioreaktor yang digunakan dalam proses kontinyu, salah satunya adalah packed-bed bioreactors yang populer karena biaya operasinya rendah dan mudah pengoperasiannya. Selama fermentasi minuman beralkohol, senyawa-senyawa volatil juga dihasilkan dengan berbagai konsentrasi. Senyawa-senyawa ini mempunyai peran penting dalam sifat-sifat flavor dan sensoris.

c.   Senyawa volatil pada fermentasi wine mangga

Aroma wine adalah hasil dari kombinasi kompleks banyak komponen terutama senyawa-senyawa volatil yang menjadi penciri wine. Pada wine mangga setidaknya ada 18 senyawa volatil dengan berbagai konsentrasi. Ada 8 senyawa yang potensial sebagai aroma yaitu: asetaldehida, dietil suksinat, atil asetat, etil butirat, isoamil alkohol, l-heksanol, etil dekanoat dan asam kaproat.

d.   Wine dari Belimbing

Buah belimbing (Averrhoa carambola) dapat dibuat wine namun harus diperhatikan tingkat kemanisan (tergantung varietas buah) dan umur buah. Bahan yang digunakan adalah jus buah belimbing, gula pasir, jus lemon (untuk mengatur keasaman), asam pektat (untuk merombak pektin pada kulit belimbing), khamir (Sachharomyces cerevisiae), nutrisi dan air. Jus buah direbus bersama dengan gula dan nutris kemudian dimasukkan dalam botol dan ditambah bahan lain. Biarkan tertutup selama 12 jam, tambahkan enzim pektat dan khamir kemudian lakukan inkubasi selama 12 jam agar khamir aktif baru dilakukan fermentasi sampai munculnya gelembung selesai. Aging dapat dilakukan selama 30 hari atau lebih sehingga diperoleh wine yang jernih. Wine yang jernih ini kemudian dibotolkan dan ditambah vitamin C.

Fessenden, Ralph J, dan Fessenden, Joan S. 1997.Dasar-dasar Kimia Organik.Bina Aksara.Jakarta.

Hart. 1990. Kimia Organik Suatu Kuliah Singkat. Edisi Keenam. Erlangga. Jakarta.

Petrucci, Ralph H. 1987. alih bahasa Suminar Ahmadi. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern. Jilid 3. Erlangga. Jakarta.

J.Roth.Herman, dkk.1988.Analisa Farmasi Terjemahan.Gadjah Mada University Press.

Siegfried.1992.Obat Sintetik.cetakan I.Universitas Gadjah Mada Press.

http://www.chem-is-try.org/materi kimia/sifat senyawa organik/alkohol1/pengantar  alkohol/