Jurnal Laporan Substitusi Elektrofilik Pembuatan Asam Pikrat Rizki Triana Sari*, Athifah Aferna, Recilia Gunawan, M Zhafran Raihan
Departemen Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Indonesia Kampus UI Depok, 16424, Depok, Jawa Barat, Indonesia E-mail :
[email protected]
Abst Abstrak
Asam pikrat merupakan produk hasil reaksi substitusi elektrofilik dan reaksi nitrasi yang bersifat eksplosif sehingga sering dikenal dan digunakan sebagai bahan dasar peledak. Asam pikrat disintesis dengan menggunaka reagen utama fenol dan asam nitrat, dibantu oleh katalis asam, ketika keduanya dicampurkan akan terjadi reaksi nitrasi. Tetapi terlebih dahulu fenol harus ditambahkan asam sulfat pekat yang berperan sebagai katalis sekaligus masking agent yang akan membentuk membentuk senyawa fenolsulfonat. Asam pekat ini juga berguna untuk mengubah mengubah nitrat menjadi ion nitronium. Selain sebagai bahan peledak, asam pikrat juga berguna dalam bidang kesehatan yaitu untuk pengujian urin, mengurangi iritasi pada tubuh yang terkena asam sulfat pekat, dan sebagai antiseptikum. Hasil produk asam pikrat pada percobaan ini sebesar 4,05 gram dengan persentase kesalahan relatif sebesar 66,05% dan persentase yield reaksi sebesar 33,948%. K ata kunci: reaksi substitusi elektrofilik, ion nitronium, gas merah, baha peledak, reaksi nitrasi &
sulfonasi, masking agent
..............................................................................................................................................................
1. PENDAHULUAN
Asam pikrat adalah suatu senyawa aromatik turunan dan fenol yang mempunyai banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari, selain fungsinya yang sudah sangat terkenal sebagai bahan utama dalam pembuatab bahan peledak, asam pikrat juga dapat menjadi antisepticum, karena asam pikrat adalah senyawa kimia yang bersifat eksplosive yang terbentuk karena reaksi antara fenol dan asam nitrat hingga menghasilkan 2,4,6-trinitrofenol atau pickric asam kuat yang sifatnya lebih kuat dari peledak untuk penggunaan militer. Asam pikrat adalah keristal putih kekuningan. Dalam reaksi pembentukan asam pikrat dari fenol, asam pikrat tidak dapat diperoleh secara langsung dari asam nitrat dengan fenol, karena fenol terlalu sensitif terhadap reaksi oksidasi. Untuk memperoleh hasil yang baik, maka dalam prosesnya fenol harus terlebih dahulu disulfonasi untuk pembentukkan asam, 2,4-disulfonat dan kemudian ditambahkan asam nitrat untuk reaksi campuranya.
Karena gugus asam sulfonat dapat melindungi fenol dan oksidasi dari asam nitrat dan baru kemudian gugus-gugus asam tersebut akan pelan-pelan digantikan oleh gugus nitro. Hasil yang mungkin diperoleh melalui pratikum dilaboratorium sekitar 65-70 %. Oleh karena itu, pada praktikum ini akan dilakukan percobaan pembuatan asam pikrat sesuai prosedur yang benar sehingga kita dapat mendapatkan produk asam pikrat, dapat memahami mekanisme-mekanisme yang terjadi selama proses sintesis, dan dapat mengetahui perubahan perubahan fisika dan kimia yang terjadi terjadi didalamnya. 2. DASAR TEORI
Senyawa aromatik adalah senyawa hidrokarbon yang memiliki sifat-sifat yang miripdengan sifat-sifat kimia dan benzena. Senyawa hidrokarbon aromatik bila mengalami reaksi, maka reaksi yang akan dijalaninya cenderung merupakan reaksi substitusi elekrofilik.
2
Untuk mensintesis asam pikrat, fenol harus disulfonasi terlebih dahulu agar dapat terbentuk asam 2,4-disulfonat karena gugus asam sulfonat dapat melindungi fenol dan oksidasi dari asam nitrat. Sulfonasi adalah reaksi kimia yang melibatkan penggabungan gugus asam sulfonat, SO3H, ke dalam suatu molekul ataupun ion. Pada saat penambahan anilin ke dalam asam sulfat terjadi reaksi sulfonasi yaitu suatu reaksi substitusi yang mensubstitusikan atom hidrogen dengan gugus asam sulfonat (SO3H) pada molekul organik melalui ikatan kimia pada atom karbonnya. Reaksinya adalah:
[gambar1: reaksi sulfonasi
Dalam pembentukan asam pikrat, reaksi yang berlangsung adalah substitusi elektrofilik, substitusi elektrofilik terjadi ketika reagen yang berperan bersifat elektrofilik. Reaksi ini terjadi pada senyawa senyawa aromatis, tidak hanya pada senyawa yang monosiklis seperti benzena, tetapi juga bisa pada senyawa yang polisiklis seperti naftalena, dan senyawa heteroatomik seperti furan, pirol, dan tiofena. Selanjutnya terjadi reaksi nitrasi pada substitusi elektrofilik, dimana reaksi tersebut terjadi pada benzena benzena dan asam nitrat nitrat dengan bantuan katalis katalis asam sulfat pekat. Dari reaksi ini dihasilkan nitrobenzena dan air, berikut adalah reaksinya: [gambar2: reaksi nitrasi.
3. METODE PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan
Pada percobaan sintesis asam pikrat ini, alat yang dibutuhkan antara lain labu bulat 100 ml, erlenmeyer hisap, corong Buchner, penjepit tabung, kertas saring, penangas air atau water bath, bath, dan kondensor/refluks. Sedangkan untuk bahan-bahan yang digunakan adalah 3,75 gram fenol, 10 ml H2SO4 pekat, 11 ml HNO 3, 25 ml aquades,
dan campuran etanol-air perbandingan 2:1. 3.2 Pembuatan Asam Pikrat
dengan
Dalam sintesis asam pikrat, langkah pertama yang dilakukan adalah menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, kemudian menimbang padatan fenol sebanyak 3,75 gr dan menyiapkan 10 ml H 2SO4 pekat, lalu memasukkan ke dalam labu bulat agar tercampur dengan fenol yang mengakibatkan larutan di dalam labu bulat berwarna sedikit orange (setelah dilakukan sedikit pengocokan). Selanjutnya memanaskan labu bulat berisi campuran tersebut di dalam penganas air selama 30 menit sampai warna larutan menjadi bening. Jika larutan sudah menjadi bening, mengeluarkan labu bulat dari penganas air lalu mendinginkan selama kurang lebih dua menit dengan dialirkan air dari kran dan dimasukkan ke dalam icebath dalam icebath,, kemudian larutan tersebut ditambahkan dengan 11 ml HNO 3 dan larutan di dalam labu berubah menjadi berwarna orange kecoklatan, kocok labu agar larutan tercampur secara merata, kemudian timbul asap merah akibat pencampuran dan pengocokan tadi. Memanaskan kembali labu bulat dalam penganas air selama satu jam hingga asap merah yang terbentuk hilang, larutan akan berubah warna menjadi kuning dan membentuk endapan di dasar labu bulat. Jika proses pemanasan selesai, dinginkan labu pada suhu kamar lalu meletakan dakam icebath icebath sebentar. Menyaring endapan berwarna kuning tersebut menggunakan corong Buchner. Endapan yang sudah disaring dikeringkan semalam sebelum dilakukan proses rekristalisasi. 3.4 Proses Rekristalisasi Asam Pikrat Menyiapkan etanol-air dengan perbandingan 2:1, pada percobaan kali ini etanol yang digunakan sebanyak 30 ml dan air 15 ml. Etanol-air ini berguna untuk melarutkan endapan kuning yang merupakan asam pikrat dan untuk mencuci endapan dari pengotor polar dan non polar Endapan kuning yang sudah dikeringkan selama semalam, dipindahkan ke dalam beaker glass glass dan ditambahkan etanol-air yang sudah dibuat kemudian beaker glass dimasukkan glass dimasukkan ke dalam icebath. icebath. Setelah dilakukan pelarutan dan
3 penyaringan, endapan tersebut dikeringkan dan ditimbang dengan neraca timbang untuk mengetahui berat endapan tersebut. 3.5 Perhitungan dan Pengolahan Data
Massa fenol
= 3,75 gram
Mr fenol
= 94 gr/mol
Mol fenol
=
M: 0,0399 mol R: 0,0399 mol
0,1957 mol 0,0399 mol
0,0399 mol
S: 0 mol
0,0760 mol
0,0399 mol
,75
=
/
Massa asam pikrat = mol asam pikrat x mr asam pikrat = 0,0399 mol x 299 gr/mol
= 0,0399 mol
= 11,93 gram
Volume H2SO4
= 10 ml
ρ H2SO4
= 1,84 gr/ml
Mr H2SO4
= 98 gr/mol
Mol H2SO4
= x ρ
=
1,84 10 98
Massa kertas saring + endapan Massa kertas saring
= 4,53 gram = 0,48 gram
Massa endapan
= 4,05 gram
3.6 Kesalahan Relatif dan Yield Reaksi
%Kesalahan Relatif =
−
x 100%
= 0,1957 mol = =
Volume HNO 3 65%
= 11 ml
ρ HNO3
= 1,42 gr/ml
Mr HNO3
= 63 gr/mol
Mol HNO3
=
xρ
,5 −, ,
66,05%
%Yield Reaksi
= =
=
1,42 11 63 /
x 100%
=
,5 ,
x 100%
x 100%
33,948%
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
= 0,2479 mol Reaksi yang terjadi: HNO3
+ H2SO4 HSO4 +
M: R:
0,2479 mol 0,1957 mol 0,1957 mol
S:
0,0522 mol 0,1957 mol
NO2+
+
H2O
0,1957 mol 0,1957 mol 0,1957 mol 0 mol
0,1957 mol
Pada percobaan pembuatan asam pikrat ini bertujuan untuk mengetahui proses pembuatan asam pikrat, dapat memahami mekanisme reaksi yang terjadi di dalamnya dan dapat memahami prinsip dasar proses sintesis asam pikrat. Asam pikrat pertama kali disintesis disintesis oleh Woulff pada tahun tahun 1771 untuk dipakai sebagai zat warna kuning pada wool dan sutra. Pada tahun 1885 seorang ilmuwan berkebangsaan Prancis mengembangkan asam pikrat sebagai bahan peledak dengan nama melinit namun oleh bangsa Inggris dikenal dengan lyddit. Asam pikrat merupakan bahan peledak modern yang digunakan dalam dinamit.
4
Dalam percobaan ini, asam pikrat disintesis dengan cara mereaksikan fenol dengan asam nitrat. Prinsip kerja dari reaksi yang berlangsung adalah fenol akan dioksidasi oleh asam nitrat atau HNO3 dalam suasana asam. Dimana yang bertindak sebagai reagen utamanya adalah fenol, sedangkan asam sulfat pekat memiliki dua fungsi pada percobaan ini, yaitu sebagai katalis dan masking agent. Masking agent berfungsi untuk melindungi fenol yang memiliki gugus – OH OH yang merupakan gugus pengaktif cicin benzena penunjuk ortho-para, agar pada saat bereaksi dengan HNO 3, ion nitronium yang masuk tidak akan mengisi posisi meta (karena kecenderungan HNO 3 menempati posisi meta). Selain itu dalam sintesis asam pikrat juga terjadi reaksi nitrasi dimana pereaksi HNO 3 dengan katalis asam sulfat pekat membentuk senyawa nitro benzena. Nitrasi ini merupakan reaksi substitusi elektrofilik dimana terjadi reaksi substitusi atom H pada benzen oleh gugus nitro. Mekanisme yang
terjadi adalah: Dalam sintesis asam pikrat, langkah pertama yang dilakukan adalah menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, kemudian menimbang padatan fenol sebanyak 3,75 gr dan menyiapkan 10 ml H2SO4 pekat, lalu memasukkan ke dalam labu bulat agar tercampur dengan fenol. Dalam langkah ini terjadi perubahan warna campuran menjadi orange setelah dilakukan pengocokan, padatan fenol berfungsi sebagai reagen utama yang mengandung gugus – OH OH sedangkan H 2SO4 pekat berfungsi sebagaimana yang sudah disebutkan diatas yaitu sebagai katalis dan masking agent. Saat reaksi ini berlangsung akan terbentuk ion nitronium yang nantinya berfungsi sebagai spesi elektrofilik, reaksinya adalah: HNO3 + H2SO4 NO2+ + HSO4 + H2O Selain terbentuknya ion nitronium, reaksi antara padatan fenol dan asam sulfat pekat akan membentuk fenolsulfonat, terbentuknya fenolsulfonat ditandai perubahan warna saat pencampuran keduanya keduanya dari bening menjadi orange. Selanjutnya memanaskan labu bulat berisi campuran tersebut di dalam penganas air selama 30 menit sampai warna larutan menjadi bening.
Pemanasan dilakukan agar campuran padatan fenol dan katalis asam sulfat pekat dapat bereaksi dengan lebih cepat, jika fenol dan asam sulfat pekat sudah selesai berekasi ditandai dengan perubahan warna campuran dari orange menjadi bening. Langkah berikutnya adalah mengeluarkan labu bulat dari penganas air lalu mendinginkan selama kurang lebih dua menit dengan mengalirkan air dari kran dan memasukkan labu labu bulat tersebut ke dalam icebath dalam icebath,, karena reaksi yang terjadi bersifat eksoterm. Kemudian larutan tersebut ditambahkan dengan 11 ml HNO 3, lalu dikocok agar larutan tercampur secara merata. Penambahan HNO 3 bertujuan untuk mengoksidasi fenol, ketika penambahan asam nitrat ke dalam labu bulat secara sedikit demi sedikit campuran yang terdapat di dalam labu bulat akan mengalami perubahan warna menjadi kecokelatan kemudian merah dan menghasilkan gas merah yang cukup pekat dan banyak, gas tersebut merupakan gas NO 2 hasil reaksi antara fenolsulfonat dengan asam nitrat tersebut. Selanjutnya memanaskan kembali labu bulat dalam penganas air selama satu jam hingga asap merah yang terbentuk hilang atau dengan kata lain reaksi antara fenolsulfonat dan asam nitrat sudah bereaksi seluruhnya, larutan akan berubah warna menjadi kuning dan membentuk endapan di dasar labu bulat. Endapan tersebut merupakan produk akhir yang merupakan asam pikrat. Mekanisme yang terjadi adalah:
Jika proses pemanasan selesai, dinginkan labu pada suhu kamar lalu meletakan dakam icebath sebentar.Menyaring endapan berwarna kuning tersebut menggunakan corong Buchner. Endapan yang sudah disaring dikeringkan semalam sebelum dilakukan proses rekristalisasi. Proses rekristalisasi dilakukan dengan melarutkan kembali endapan asam pikrat yang sudah dikeringkan dengan etanol:air 2:1 atau 30 ml:15ml kemudian dilakukan penyaringan kembali dengan menggunakan penyaring buchner. Rekristalisasi dilakukan
5
bertujuan untuk menghasilkan produk yang lebih murni, etanol:air berfungsi sebagai pencuci endapan dari pengotor-pengotor yang bersifat polar dan nonpolar yang mungkin masih terdapat dalam endapan asam pikrat sebelum dilakukan rekristalisasi. Selanjutnya endapan kembali dikeringkan dan kemudian dilakukan penimbangan untuk memperoleh berat asam pikrat yang didapatkan dari percobaan. Asam pikrat yang dihasilkan dari percobaan ini adalah 4,05 gram dengan persentase kesalahan relatif sebesar 66,05% dan persentase yield reaksi sebesar 33,948%. Terdapat persentase kesalahan relatif yang cukup tinggi karena adanya kesalahan relatif selama proses sintesis. Kesalahan relatif tersebut diantaranya: 1. Kurangnya ketelitian dalam menimbang, menakar, dan mengukur volume reagen-reagen yang digunakan. 2. Kurangnya kehati-hatian dalam menyaring campuran dan endapan asam pikrat sehingga masih terdapat asam pikrat yang tertinggal atau ikut terbuang atau tersaring. 3. Reagen-reagen yang mungkin sudah terkontaminasi zat asing.
5. KESIMPULAN
Pembuatan asam pikrat dilakukan dengan metode substitusi elektrofilik dan reaksi nitrasi. Reagen utama yang digunakan adalah padatan fenol, dan asam sulfat pekat sebagai katalis asam dan masking agent . Selain itu asam nitrat juga diperlukan sebagai senyawa yang akan mengoksidasi fenol. Reaksi yang terjadi adalah ion nitronium yang terbentuk akan masuk ke dalam fenolsulfonat yang sudah tereduksi pada posisi ortho dan para, tetapi tidak pada posisi meta karena sudah dilindungi oleh adanya masking agent asam sulfat pekat. Reaksi berlangsung secara eksoterm, dan dilakukan rekristalisasi pada prosuk yang dihasilkan dengan etanol-air 2:1 sebagai pencuci pengotor yang bersifat polar dan nonpolar. Asam pikrat yang dihasilkan sebesar 4,05 gram dengan persentase kesalahan relatif seb esar 66,05% dan persentase yield reaksi sebesar 33,948%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan sehingga saya dapat menyelesaikan praktikum dan laporan ini, terima kasih kepada orang tua dan keluarga, terima kasih kepada assisten laboratorium Ka Virda dan Ka yang telah membimbing praktikum dan terima kasih kepada rekan kerja yang telah membantu proses praktikum. DAFTAR PUSTAKA
I. Vogel. 1989. Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition. Fessenden, Fessenden.1982. Organic Chemistry 3rd ed . Jakarta: Erlangga http://www.ilmukimia.org/2013/05/reaksiterhadap-benzena.html (diakses pada tanggal 12 November 2015 pukul 19.18 WIB) Riswiyanto.,2009, ‘Kimia organik ’.,Jakarta, Erlangga Smith, Janice Gorzynski. 2011. ‘Organic Chemistry 3rd ed . Manoa: University of Hawaii Tim KBI Organik. 2015. ‘ Diktat Diktat Penuntun Sintesis Kimia Organik . Depok: FMIPA UI ’ ’
’ ’
