I.
JUDUL PERCOBAAN
Pembuatan Nitrobenzena
II. TUJUAN
PERCOBAAN
Pada
akhir percobaan ini diharapkan mahir mengenai hal-hal berikut :
A. Cara
penyusunan dan penggunaan alat yang diperlukan dalam pembuatan senyawa organic
yang berwujud cair seperti refluks, ekstraksi pelarut, penggunaan corong pisah,
pengeringan, penyaringan, dan destilasi.
B.
Asas-asas subtitusi
elektrofifik aromatic.
C. Perbedaan
yang khas antara reaksi senyawa aromatic dan aliphatic.
III. PENDAHULUAN
Senyawa
aromatic adalah senyawa yang mengandung orbital delokal yang berbentuk cincin. Banyaknya π electron yang terlibat dalam orbital
delokal harus tunduk pada rumus :
π
electron = 4n + 2, n= 0, 1,2,3,…. (Rasyid,2006:86).
Berdasarkan
teori struktur lewis , benzene dituliskan sebagai berikut :
Semua
atom C terletak dalam satu bidang. Semua atom C mempunyai orbital p yang tegak
lurus pada bidang. Hal ini terjadi
karena atom C dalam bentuk hibrida sp2 . Sejalan dengan konsep ikatan delokal maka
benzene mempunyai orbital delokal yang berbentuk cincin. Banyak π electron adalah 6. Hal ini berarti
bahwa system delokal benzene adalah aromatic karena mengikuti rumus (4n+2)
untuk n=1 (Rasyid,2006:86).
Perbedaan
sifat kimia antara struktur aromatic dengan struktur konjugasi rangkaian
terbuka terlihat dari reaksinya terhadap halogen. System aromatic mengadakan
reaksi subtitusi sedangkan system konjugasi rantai terbuka mengadakan reaksi
adisi (Rasyid,2006:91).
Berikut
ini adalah beberapa reaksi subtitusi yang diatas pada benzene yaitu:
Brominasi
Klorinasi
alkilasi
Nitrasi
Sulfonasi
Asilasi
Kebanyakan dari reaksi ini dilaksanakan pada suhu diantara 0
dan 50
kondisi dapat lebih lembut atau lebih keras
jika sudah ada subtituen lain cincin benzena. Demikian juga, kondisi biasanya
disesuaikan apakah suhu lebih subtituen yang ingin disubtituenkan
(Hart,3003:134).
Benzena direaksikan dengan campuran antara asam nitrat pekat
dan asam sulfur pekat pada suhu kurang dari 50
. Selagi suhu terendam.
Kemungkinan mendapatkan –NO2, tersubtitusi ke cincin bertambah. Dan
terbentuklah nitrobenzen :
C6H6 + HNO3
C6H5NO2 + H2O
Atau :
Asam sulfat pekat bereaksi sebagai katalisator. Yang
merupakan elektrofil disini adalah ion natrium atau kation nitril, NO3+
yang terbentuk dari reaksi asam nitrat atau asam sulfur.
HNO3 + 2H2SO4
NO2+ + 2H2SO4-
+ H3O+
Mekanisme reaksi subtitusi elektrofilik :
Tahap pertama :
Tahap kedua :
Reaksi subtitusi
elektrofilik diakibatkan olehion positif karena electron yang teroksidasi ter-exposed dibagian atas dan dibagian bawah
dari bidang planar tempat molekul karbon berada, benzene menjadi sangat
tertarik pada elektrofil (atom/molekul
yang mencari daerah yang kaya akan elekton pada molekul yang lain). Elektrofil
bisa merupakan ion positif, atau bagian yang memiliki polaritas positif pada
sebuah molekul.
Elektrofil bisa
merupakan ion positif , yaitu bagian yang memiliki polaritas positif pada
sebuah molekul. Electron yang terdelokasi pada bagian atas dan bawah pada
molekul eten. Namun hasilnya tidaklah sama. Jika benzene mengalami reaksi adisi
sama seperti eten sebagian dari electron yang terdelokalisasi harus berkaitan
dengan atom atau grup yang baru.
Sehingga delokalisasi akan terputus dan ini membutuhkan energy.
Sebaliknya
delokalisasi akan bisa tetap dipertahankan jika aton hydrogen digantikan dengan
sesuatu yang lain ( reaksi subtitusi). Satom hydrogen tidak memiliki hubungan
dengan delokalisasi. Pada kebanyakan reaksi dengan benzene, elektrofil ion
pesitif dan reaksi ini memiliki suatu pola general (Anonim,2004).
Apabila toluene
disenyawakan dengan asam nitrat diketahui bahwa NO2+
menyerang sebagian besar daripada posisi orto dan para, sebaliknya hanya
sedikit yang menyerang pada posisi meta (Rasyid,2006:96).Reaksinya adalah :
Menurut Riswiyanto (2009). Bebeapa ciri reaksi cincin benzene adalah
sebagai berikut :
a)
Mempunyai rumus molekul C6H6 dan hanya
menghasilkan satu produk dari monosubtitusi;
b)
Hanya memberi tiga isomer dari produk yang disubtitusi;
c)
Cenderung mengalami reaksi subtitusi daripada
reaksi adisi.
d)
Memenuhi aturan Huckel (
4n+2=π);
e)
Berdasarkan panas hidrogennya
benzene lebih stabil daripada sikloheksena. Panas hidrogennya adalah jumlah
panas yang dihasilkan bila satu mol molekul senyawa tidak jenuh dihirdogenasi.
Nitrasi adalah salah satu contoh dari
reaksi subtitusi elektrofilik aromatic. Dalam reaksi ini suatu gugus fungsi
terikat secara langsung pada cincin aromatic yakni gugus nitro (NO2).
Nitrasi dapat dilakukan dengan menggunakan HNO3 pekat dan H2SO4 pekat.
Atau larutan HNO3 dalam suasana asam asetat glacial. Pemilihn suatu
nitrasi bergantung pada reaktifan senyawa yang akan dinitrasi dan kelarutannya
dalam mediun penitrasi. Dalam percobaan ini nitrasi benzene dilakukan dengan
menggunakan campuran HNO3
pekat dan H2SO4 pekat
pada suhu 50-60
(Penuntun praktikum kimia organic
1,2012:11-12).
IV. METODE
A. Alat
dan Bahan
1.
Alat
a.
Labu bundar 500 ml
b.
Kondensor spiral
c.
Sumbat karet
d.
Corong pisah 500 ml
e.
Gelas kimia 1000 ml,
100 ml, dan 500 ml
f.
Thermometer 300
g.
Gelas ukur 25ml
h.
Labu semprot
i.
Corong biasa
j.
Pembakar Bunsen
k.
Kaki tiga dan kasa
asbes
2.
Bahan
a.
Benzena (C6H6)
b.
Asam nitro pekat (HNO3)
c.
Asam sulfat pekat (H2SO4 )
d.
CACL2
anhidrat
e.
Larutan natrium
Hidroksida 5% (NaOH)
f.
Es batu atau air (H2O)
B. Cara
Kerja
1.
Memasukkan 4ml air (H2O)
kedalam labu bundar 500ml;
2.
Mencampurkan 25ml HNO3
dengan 30ml H2SO4 pekat;
3.
Memasukkan campuran
tersebut kedalam labu bundar yang telah berisi 4ml air (H2O), sambil
dikocok;
4.
Menambahkan 27ml
benzene sedikit demi sedikit sambil dikocok dengan kuat, jika campuran panas
maka didinginkan dibawah pancuran air suhu 50-60
5.
Merefluks dengan
menggunakan pembakar spiritus selama 40menit sambil sekali dikocok;
6.
Mensinginkan campuran
sampai suhu kamar;
7.
Memasukkan kedalam
corong pisah yang telah berisi 25ml air es;
8.
Memasukkan nitrobenzene dari lapisan air dan
dicuci berturut-turut dengan 25ml larutan air, NaOH 5% dan air;
9.
Memisahkan nitrobenzene
yang telah dicuci dan memasukkan kedalam Erlenmeyer yang berisi CaCL2 anhidrat;
10. Mengocok
campuran hingga kekeruhan hilang dan menyaring campuran tersebut.
V. HASIL
PENGAMATAN
Mengisi
labu bundar dengan 4ml air, 25 ml HNO3 , dan H2SO4
30ml maka perubahan suhu menjadi panas (larutan panas). Lalu menambahkan
benzene 27ml hingga terbentuk 2 lapisan , pada lapisan atas kuning pekat dan
lapisan bawah kuning muda (panas).
Setelah itu merefluks selama 40 menit terjadi perubahan lapisan warna,
pada lapisan atas orange dan lapisan bawah kuning. Memasukkan hasil refluks
kedalam corong pisah yang berisi 250ml air es sehingga terbentuk dua lapisan ,
lapisan atas berwarna kuning keruh dan
lapisan bawah berwaena kuning pekat. Selanjutnya mencuci pada lapisan bawah
dengan air (H2O) 25ml maka terbentuk lagi 2 lapisan , pada lapisan
atas berwarna kuning jernih dan lapisan bawah berwarna kuning keruh. Kemudian mencuci
lapisan bawah dengan NaOH 5% dicorong pisah sehingga terbentuk lagi dua lapisan
, lapisan atas kuning jernih dan lapisan
bawah kuning keruh. Setelah itu mencuci lapisan bawah dengan air(H2O)
25ml maka terbentuk dua lapisan, lapisan atas kuning jernih dan lapisan bawah
kuning keruh. Kemudian mengeringkan dengan CaCL2 10gram anhidrat ke
Erlenmeyer , sehingga terbentuk lapisan yang agak kental , selanjutnya
menyaring dengan menggukanan kertas saring, dan menghasilkan larutan yang
berwarna kuning keruh, selanjutnya menyaring lagi dengan menggukanan kertas
saring dan menghasilkan larutan yang berwarna kuning jernih dengan volume 7 ml.
VI. ANALISIS
DATA
Diketahui :
Ρ C6H6 : 0,88 gr/ml
Ρ HNO3 : 1,51 gr/ml
Ρ C6H5NO2
: 1,21 gr/ml
Mr C6H5NO2 : 78 gr/mol
Mr HNO3 : 63 gr/mol
Mr C6H6
: 123 gr/mol
V C6H5NO2
: 27 ml
V HNO3 : 25 ml
V C6H6 : 7 ml
Ditanyakan : % Rendemen = . . . . ?
Penyelesaian :
A.
Massa C6H6 =
V x ρ
=
27 ml x o,88 gr/ml
= 23,76 gram
B. Massa
HNO3= V x ρ
= 25 ml x 1,51
gr/ml
= 37,35 gram
C. Mol
C6H6 =
=
= 0,30 mol
D.
Mol HNO3 =
=
= 0,60 mol
C6H6
+ HNO3 H2SO4 C6H5NO2 + H2O
Awal = 0,30mol 0,60
mol
Bereaksi = 0,30
mol 0,30 mol 0,30 mol
0,30 mol
Akhir =
0,30 mol 0,30
mol 0,30 mol
E.
Massa Teori C6H5NO2 = Mol x Mr
= 0,30 mol x 123 gr/mol
= 36,9 gram
F.
Massa praktek C6H5NO2 = V x ρ
= 7 ml x 1,2 gr/ml
= 8,4 gram
G.
% Rendemen =
x 100 %
=
x
100 %
= 22,76 %
VII.PEMBAHASAN
Pembuatan
nitrobenzene dilakukan dengan penambahan air (H2O ) dengan larutan
HNO3 pekat. Penambaha air dilakukan untuk mencapai penitrasian yang
lunak. HNO3 digunakan dalam percobaan karena yang akan dibuat
nitrobenzene dimana HNO3 pekat ini digunakan sebagai penitrasi atau
sebagai bahan untuk membentuk ion natrium (NO2+) yang
akan diginakan sebagai elektrofil dalam
pembentukan senyawa benzene (nitrobenzene). Setelah penambahan HNO3 ,
campuran larutan ditambahkan larutan H2SO4 pekat, H2SO4
berperan sebagai katalis yang mempercepat hasil reaksi tetapi akan terbentuk
kembali pada akhir reaksi campuran setelah dikocok , labu akan terasa panas.
Adapun reaksi yang terjadi dari penambahan HNO3 pekat dan H2SO4
pekat yaitu :
HNO3 + 2H2SO4
H3O+
+ H2SO4- + +NO2
Setelah
campuran dikocok , sedikit demi sedikit benzene 27 ml dimasukkan ke dalam
campuran tersebut. Penambahan sedikit demi sedikit ini agar menghindari
terjadinya kenaikan entalpi yang tinggi pada reaksi pembentukan nitrobenzene
tersebut. Pada penambahan benzene, campuran harus dikocok kuat-kuat karena
benzene hanya sedikit larut dalam air. Suhu campuran tersebut harus dijaga pada
suhu 50-60
sehingga pengocokan dilakukan dibawah pancuran
air untuk menghindari penitrasi lebih lanjut. Adapun mekanisme reaksi pembentukan nitrobenzene yaitu :
Setelah
benzene telah habis bereaksi, larutan kemudian direfluks selama 40 menit agar
nitrobenzene lebih terbentuk sempurna atau murni. Larutan direfluks agar reaksi
dapat berlangsung sempurna dan reaksi mudah terjadi pada suhu tinggi dan
setelah direfluks, campuran dimasukkan kedalam corong pisah yang telah berisi
air es. Air es es berfungsi memudahkan pada saat campuran dimasukkan kedalam
corong pisah yang berisi air es , mula-mula tidak terdapat lapisan dan setelah
air dingin lagi, pada corong pisah terbentuk dua lapisan , lapisan bawah adalah
nitrobenzene yang berwarna kuning pekat dan pada lapisan bawah berwarna kuning
keruh yang merupakan campuran air dan beberapa bahan-bahan lain yang mempunyai
berat jenis lebih kecil dari nitrobenzene. Kemudian dicuci berturut-turut
dengan (H2O) air , larutan NaOH, dan air. Pada pencucian dengan air,
terbentuk dua lapisan, pada lapisa atas berwarna kuning jernih dan pada larutan
bawah berwarna kuning keruh. Pencucian ini agar melarutkan zat-zat hasil
pencucian atau untuk mencuci garam atau asam sulfat yang masih ada pada halide
saat pemisahsan. Kemudian pada penambahan NaOH 5% terbentuk dua warna pada
lapisan, pada lapisan bawah kuning keruh dan lapisan atas berwarna kuning
keruh. Lapisan atas berwrna kuning jernih merupakan zat-zat hasil reaksi NaOH
dengan asam sulfat sedangkan pada larutan yang kuning keruh merupakan nitribenzena.
Pencucian NaOH untuk menetralkan sisa-sisa asam yang masih terdapat dalam
campuran terbentuk natrium sulfat yang larut dalam air. Sesuai dengan reaksi :
NaOH
+ H2SO4
Na2SO4
+ H2O
Setelah
itu dicuci lagi dengan air hingga terdapat dua lapisan , lapisan atas kuning
jernih dan lapisan bawah kuning keruh. Hal ini untuk mengurangi natrium sulfat
manjadi ion-ionnya. Setelah itu , lapisan nitrobenzene yang diperoleh
ditambahkan dengan 10 gram CaCL2 yang berfungsi mengikat
molekul-molekul air yang kemungkinan ikut tertampung pada saat pemisahan
lapisan nitrobenzene pada corong pisah lalu di Erlenmeyer, dimana reaksinya
yaitu :
CaCL2 anhidrat + H2O
CaCL2 . H2O
Kemudian campuran disaring dengan corong biasa yang dilengkapi
kertas saring berlipat. Hal ini agar endapan yang terbentuk dapat disaring dan nitrobenzene yang diperoleh
lebih sempurna. Setelah disaring
diperoleh hasil 7 ml nitrobenzene dengan persen rendemen 22,76 %.
VIII. KESIMPULAN
Dari
hasil percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
A. Dalam
pembuatan senyawa organic seperti “Pembuatan Nitrobenzena” menggunakan metode
antara lain merefluks, memisahkan dengan corong pisah, ekstraksi pelarut,
mengeringkan, menyaring, dan destilasi.
B. Reaksi substitusi elektrofilik aromatic
terjadi melalui pertukaran gugus bermuatan positif parsial dengan salah satu atom, ion atau gugus
dalam suatu rangkaian tertutup senyawa
aromatic.
C. Perbedaan
senyawa aromatic dan senyawa alifatik terletak pada proses reaksinya. Senyawa aromatic
cenderung bereaksi subtitusi , sedangkan senyawa alifatik cenderung bersifat
adisi.
IX. SARAN
A. Berhati-hati
pada ssat menambahkan H2SO4 pekat agar terhindar bahaya;
B. Jangan
sekali-kali menghirup uap nitrobenzene karena uapnya sangat beracun;
C. Mamakai
alat pelindung diri (masker dan sarung tangan).
DAFTAR
PUSTAKA
Anonim.
2004. Nitrasi dari Benzena . http://www.chem.is.try.org/
. Diakses pada tanggal 12 Mei 2012.
Anonim.
2004. Subtitusi Elektrofilik . http://www.chem.is.try.org/
. Diakses pada tanggal 12 Mei 2012.
Hart,
Harold.dkk. 2003 . Kimia Organik Edisi Kesebelas.
Jakarta : Erlangga.
Rasyid,
Muhaedah. 2006 . Kimia Organik 1. Makassar : Badan
Penerbit UNM.
Riswiyanto.
2009. Kimia Organik . Jakarta : Erlangga.
Tim
Dosen Kimia . 2012 . Penuntun Praktikum Kimia Organik
1 . Makassar : Jurusan Kimia UNM.
LAMPIRAN
JAWABAN
PERTANYAAN
1. C6H6
+ HNO3 H2SO4 C6H5NO2 + H2O
A. Mol
C6H6 =
=
= 0,30 mol
B.
Mol HNO3=
=
= 0,60 mol
Zat pereaksi
yang digunakan dalam perhitungan = C6H6 (benzene)
C6H6 +
HNO3 H2SO4 C6H5NO2 + H2O
Awal = 0,30mol 0,60 mol
Bereaksi = 0,30
mol 0,30 mol 0,30 mol 0,30 mol
Akhir =
0,30 mol 0,30 mol 0,30 mol
Jadi, kelebihan
bahan reaksi HNO3 = 0,30 mol
2.
Asam sulfat digunakan
dalam nitrasi karena H2SO4 sangat reaktif dan berfungsi
sebagai katalis yang dapat mempercepat terjadinya reaksi akan tetapi asam
sulfat ini tidak ikut bereaksi dan mampu memprotonkan –HNO3 mrnjadi
ion +NO2 pada
akhir reaksi H2SO4 kembali terbentuk asam sulfat.
3.
Mekanisme reaksi nitrasi
benzene :
atau:
4.
Senyawa aromatic berbeda dengan
senyawa alifatik karena senyawa aromatic lebih cenderung bereaksi secara
subtitusi contohnya sulfonasi dan nitrasi.
Brominasi
Klorinasi
alkilasi
Nitrasi
Sulfonasi
Asilasi
5.
Reaksi yang akan
diserang bila dinitrasi :
A. Fenol
nitrasi
Bagian yang
diserang adalah orto dan para karena fenol merupakan gugus fungsi pengarah orto
dan para.
B. Benzaldehid
Bagian yang diserang adalah metana, karena
benzaldehid merupakan gugus fungsi pengarah meta.
C. Toluene
Bagian yang
diserang yaitu orto dan para karena toluene merupakan gugus fungsi pengarah
orto dan para.
6.
Tidak terjadi
nitrobenzene yang terjadi antara nitribenzena dengan air yang menjadi hasil
akhir. Sedangkan pada gugus –OH pada fenol akan digantikan oleh gugus NO2
yang berasal dari HNO3. Selain itu dapa suhu 5-10
itu sangat rendah sehungga nitrobenzene
tidak dapat dibentuk.