Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

CELLULOSE Prof. Dr. Wasrin Syafii Fakultas Kehutanan IPB November 2012.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "CELLULOSE Prof. Dr. Wasrin Syafii Fakultas Kehutanan IPB November 2012."— Transcript presentasi:

1 CELLULOSE Prof. Dr. Wasrin Syafii Fakultas Kehutanan IPB November 2012

2 CELL COMPONENTS Lumen (Rongga Sel) LUMEN CELL WALL 1.CELLULOSE 2.HEMICELLULOSE 3.LIGNIN EXTRACTIVES

3 WOOD COMPONENTS LOW MWHIGH MW ORGANICIN-ORGANICPOLYSACHARIDESLIGNIN EXTRACTIVESASH/MINERALCELLULOSEHEMICELLULOSE

4 ELEMENTAL ANALYSIS  Pada unit struktur yang lebih mikro, kayu disusun oleh unsur-unsur kimia.  Ada 3 unsur penyusun kayu, yaitu carbon (C), oxygen (O), and hydrogen (H). Ketiga unsur ini membentuk senyawa polimer yang komplek. Polimer-polimer tersebut selanjutnya membentuk struktur dinding sel kayu. Sebagai tambahan, kayu juga mengandung bahan- bahan an-organik dalam jumlah yang relatif kecil.

5 QUANTITATIVE ANALYSIS OF WOOD COMPONENTS SoftwoodsHardwoods Cellulose % Hemicellulose % % Lignin % % Extractives 1-5 % 2-8 % Ash < 1 %

6 C E L L U L O S E

7 SELULOSA Polimer alami yang paling melimpah Polimer alami yang paling melimpah Tersusun oleh satu jenis monomer, yaitu β–D-glucosa atau β–D-glucopyranose. Tersusun oleh satu jenis monomer, yaitu β–D-glucosa atau β–D-glucopyranose. Merupakan rantai panjang yang tidak bercabang. Merupakan rantai panjang yang tidak bercabang. DP bisa mencapai DP bisa mencapai Selulosa alami paling murni terdapat pada serat kapas (± 99% selulosa) Selulosa alami paling murni terdapat pada serat kapas (± 99% selulosa) Bahan dasar dari banyak produk seperti kertas, serat rayon/tekstil, film Bahan dasar dari banyak produk seperti kertas, serat rayon/tekstil, film Hasil biosintesis melalui proses fotosintesa : Hasil biosintesis melalui proses fotosintesa : Energy + CO 2 + H 2 O  Glucose + O 2 Energy + CO 2 + H 2 O  Glucose + O 2

8 Kandungan Selulosa Beberapa Bahan : Kapas % Rami % Bambu % Kayu % Kulit Kayu % Bakteri % Horse-tail % Lumut %

9 STRUKTUR MOLEKUL SELULOSA

10 MONOMER Rumus dasar molekul selulosa : (C 6 H 10 O 5 ) n Monomer β-D-Glukopiranosa Mills projection

11 β-D-Glukopiranosa H OH O OHH HO H OH H H HOCH 2 56 OH H OH H HO HOHH H O Hawort projection Chair conformation

12 Selobiosa (Cellobiose) Gabungan dua unit glukosa Berikatan dengan ikatan glikosida 1  4 Merupakan unit ulang dari polimer selulosa

13 IKATAN GLIKOSIDA

14 Unit Polimer Selulosa

15 POLIMER SELULOSA Polimer linier tidak bercabang dengan ikatan glikosida β-(1  4) Molekul selulosa kayu tersusun dari unit glukosa Uniform polimer stucture (Homopolimer)

16

17 Reducing and Non-reducing end Reducing end Non-reducing end

18 Reducing end :  Gugus ujung pereduksi pada C1-OH  Merupakan gugus Aldehyde  Memiliki sifat pereduksi Non-reducing end :  Gugus ujung non pereduksi pada C4- OH  Merupakan gugus Alcoholic  Tidak memiliki sifat pereduksi

19 DERAJAT POLIMERISASI SELULOSA Derajat polimerisasi (DP): banyak monomer penyusun satu polimer/rantai selulosa Derajat polimerisasi (DP): banyak monomer penyusun satu polimer/rantai selulosa BM BM DP = DP = DP = Derajat polimerisasi BM = Berat molekul selulosa 162 = Berat molekul satu monemor glukosa

20 MAKROMOLEKUL SELULOSA

21 Supramolekul Selulosa Formasi supramolekul terjadi karena adanya gugus fungsi yang dapat berinteraksi dengan gugus fungsi lainnya Gugus fungsi dalam molekul selulosa adalah Hydroxyl groups (gugus OH) : Responsible for supramolecule strucrure Responsible for chemical and physical behaviour of cellulose. Hydroxyl groups (OH-groups) dapat berinteraksi satu sama lain dengan Hydrogen bond (H-bond)

22 Hydroxyl groups pada molekul selulosa dapat berinteraksi dalam dua tipe ikatan : 1. Intramolecular linkages : Ikatan hidrogen antara OH-groups dari glukosa yang berdekatan dalam satu molekul/rantai polimer selulosa Ikatan hidrogen antara OH-groups dari glukosa yang berdekatan dalam satu molekul/rantai polimer selulosa  Kekakuan pada rantai tunggal selulosa - Ikatan antara O(6) pada glukosa dengan O(2)H pada glukosa disebelahnya - Ikatan antara O(6) pada glukosa dengan O(2)H pada glukosa disebelahnya - Ikatan antara O(3)H dengan oksigen pada cincin - Ikatan antara O(3)H dengan oksigen pada cincin 2. Intermolecular linkages : Ikatan hidrogen antara OH-groups dari molekul selulosa yang berdekatan Ikatan hidrogen antara OH-groups dari molekul selulosa yang berdekatan  Supramolecule structure Ikatan antara O(3) pada rantai selulosa dengan O(6) pada rantai selulosa disampingnya Ikatan antara O(3) pada rantai selulosa dengan O(6) pada rantai selulosa disampingnya

23 Proposed structural model of cellulose

24 Ultrastruktur Sel Kayu Ikatan inter dan intramolekul selulosa membentuk keteraturan dalam ultrastruktur sel Molekul selulosa Fibril elementer (Ø 3,5 nm) Mikrofibril (Ø10-30 nm) Fibril Fiber

25

26 Struktur selulosa dalam sel tumbuhan

27 Struktur Mikrofibril Kristalin Amorf Kristalin : bagian mikrofibril berupa daerah teratur (kristalin) Amorf : bagian mikrofibril berupa daerah tidak teratur (amorf) Derajat kristalinitas selulosa : %

28 Mikrofibril cellulose microfibrils are crosslinked into a complex network by hemicellulose moleculesand the space is filled with a pectin matrix Extensin : positive charge of glicoprotein Microfibrils are sometimes twisted together to form rope like structure : macrofibril

29 Struktur Dinding Sel Serat 1. Lamela Tengah (Middle Lamela) (M) 2. Dinding Primer (Primary Wall) (P) 3. Dinding Sekunder (Secondary Wall) (S1, S2, S3)

30 Struktur Dinding Sel Kayu

31 Struktur Lapisan Dinding Sel

32 Struktur lapisan dinding primer

33 Struktur Dinding Sekunder Pit Middle lamela Three-layered Secondary wall Primary wall Macrofibril Microfibril Cellulose molecule

34 Electron micrograph of the cellulose fibers in the cell wall of the alga Chaetomorpha melagonium

35 1. Lamela Tengah (Middle lamela; M) - Zat antar sel - Zat antar sel - Pengikat antar sel - Pengikat antar sel - Terutama kandungannya lignin dan pektin - Terutama kandungannya lignin dan pektin - Tebal 0,2-1,0 um - Tebal 0,2-1,0 um 2. Dinding Primer (Primary wall; P) - Dinding lapisan tipis 0,1-0,2 um - Dinding lapisan tipis 0,1-0,2 um - Terdiri dari selulosa, hemiselulosa, pektin dan protein - Terdiri dari selulosa, hemiselulosa, pektin dan protein - Mikrofibril tidak teratur pada bagian luar, bagian dalam terorientasi tegak lurus sumbu sel - Mikrofibril tidak teratur pada bagian luar, bagian dalam terorientasi tegak lurus sumbu sel 3. Dinding Sekunder (Secondary wall, S) - Terdiri dari tiga lapisan S1, S2 dan S3 - Terdiri dari tiga lapisan S1, S2 dan S3 - Lapisan tersusun oleh mikrofibril yang hampir paralel - Lapisan tersusun oleh mikrofibril yang hampir paralel - Diantara mikrofibril terdapat lignin dan hemiselulosa - Diantara mikrofibril terdapat lignin dan hemiselulosa

36 a. Lapisan S1 - Mengandung 3-4 lamela - Mengandung 3-4 lamela - Mikrofibril membentuk spiral Z dan spiral S (terpilin) - Mikrofibril membentuk spiral Z dan spiral S (terpilin) - Sudut mikrofibril berkisar o terhadap sumbu serat - Sudut mikrofibril berkisar o terhadap sumbu serat b. Lapisan S2 - Bagian utama dari dinding sel - Bagian utama dari dinding sel - Lapisan tebal 1-5 um - Lapisan tebal 1-5 um - Terdiri dari lamela bahkan hingga 150 lamela - Terdiri dari lamela bahkan hingga 150 lamela - Sudut mikrofibril 5-10 o (kayu akhir) dan o (kayu awal) - Sudut mikrofibril 5-10 o (kayu akhir) dan o (kayu awal) c. Lapisan S3 - Lapisan tipis 0,1 um - Lapisan tipis 0,1 um - Terdiri dari beberapa lamela - Terdiri dari beberapa lamela - Sudut mikrofibril o - Sudut mikrofibril o - Orientasi mikrofibril spiral Z dan spiran S - Orientasi mikrofibril spiral Z dan spiran S

37 Sifat-sifat selulosa Selulosa tidak larut dalam kebanyakan pelarut Disebabkan : - Sifat kekakuan - Ikatan inter dan intramolekul - Bersifat kristalin Selulosa di alam berada berasosiasi dengan senyawa lain Polimer linier yang panjang DP (Kayu ) Selulosa dapat larut dalam larutan tembaga (II) hidroksi beramonia Cuoxam, Cu(NH 3 ) 4 (OH) 2 Selulosa dapat terdegradasi dalam larutan asam kuat (Hidrolisis)

38 REAKSI-REAKSI SELULOSA (KARBOHIDRAT)

39 Kondensasi Reaksi penggabungan ≈ Polimerisasi

40 Hidrolisis Reaksi pemutusan ikatan ≈ depolimerisasi

41 Hidrolisis Rantai Polisakarida (Selulosa) O H+H+ O O Selulosa OO O O O O OHOH HO H2OH2O OH C 2 OH

42 Reduksi Karbohidrat dapat direduksi menjadi alditol (Gugus fungsi aldehida direduksi menjadi gugus alkohol) C C C C C C O HO OH (BH 4 ) - C C C C C C OH HO H H H H H H H H H H H H H H H Gugus Alkohol tahan terhadap degradasi dalam suasana alkali

43 Peeling-Off Reaction (Reaksi Pengelupasan) Reaksi terjadi pada suasana alkali C C C C C C O HO OH O C C C C C C O HO H H H H H H H H H H H H H Selulosa C C Θ C C C OH HO O H H H H H H C Selulosa O + O Θ - Selulosa

44 Determinasi Selulosa Karbohidrat dalam kayu : Holoselulosa : Frakasi karbohidrat total Selulosa : Fraksi karbohidrat yang tidak terlarut dalam alkali Hemiselulosa : Fraksi karbohidrat yang terlarut dalam alkali

45 Holoselulosa Serbuk Kayu (Bebas ekstraktif) Delignifikasi Chlorination Delignification with Acidified Sodium Chlorite) SelulosaHemiselulosa Holoselulosa Kriteria : Kandungan lignin sisa serendah mungkin Kehilangan karbohidrat minimal Degradasi kerbohidrat minimal

46 Selulosa Penentuan Selulosa : Pemisahan hemiselulosa dari holoselulosa Isolasi selulosa langsung dari kayu Penetapan kadar selulosa melalui hidrolisis total dan ditetapkan sebagai gula hasil hidrolisis

47 Pemisahan Selulosa dari Holoselulosa Selulosa masih mengandung hemiselulosa dan lignin Disemournakan dengan Pengulangan prosedur DP menurun Rendemen selulosa menurun Holoselulosa Potassium atau Sodium hydroxyde 5% dan 24% Selulosa

48 Penentuan Selulosa dari Kayu Selulosa lebih murni Degrasasi selulosa Rendemen menurun Serbuk Kayu Nitric acid in ethanol Selulosa

49 Penentuan Selulosa dengan Hidrolisis Kandungan selulosa mendekati jumlah sebenarnya Dapat diketahui proporsi komponen gula penyusun Dapat mengetahui bobot molekul dan derajat polimerisasi Serbuk Kayu Hidrolisis dengan Sulfuric acid 72%  hidrolisis dengan sulfuric acid encer Hidrolisat Identifikasi dan kuantifikasi gula dengan Chromatographi Selulosa

50 Pemisahan Selulosa Selulosa NaOH 17,5% Alpha-Selulosa ResiduFiltrate Netralisasi dengan asam ResiduFiltrate Betha-Selulosa Gamma-Selulosa

51 Komposisi Komponen Kimia Kayu Compression Wood Extractives Lignin Others polysaccharides Xylan Glucomannan Cellulose Normal WoodCompression Wood

52 Komposisi Komponen Kimia Kayu Tension Wood Extractives Lignin Others polysaccharides Xylan Glucomannan Cellulose Normal WoodTension Wood

53 Selulosa Softwood vs Hardwood Persamaan : Disusun oleh struktur molekul yang sama (uniform polimer dari β- D-glukopiranosa) Perbedaan : Serat selulosa kayu softwood lebih panjang dibanding kayu hardwood (Fiber softwood 1,5-4,5 mm, Hardwood 0,5-1,5 mm)


Download ppt "CELLULOSE Prof. Dr. Wasrin Syafii Fakultas Kehutanan IPB November 2012."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google