LAPORAN PRATIKUM DASAR SINTESIS SENYAWA OBAT
PERCOBAAN 01 & 02 ASAM BENZOAT DAN PENENTUAN TITIK LELEH
Tanggal Pratikum
: Selasa, 25 Februari 2014
Tanggal pengumpulan : Selasa, 4 Maret 2014
Disusun Oleh Elvira Sari NIM 10712084 Sains dan Teknologi Farmasi Kelompok 16
Nama Asisten : Ericka Rizky Keumala Dewi (10710034)
LABORATORIUM SINTESIS OBAT PROGRAM STUDI SAINS DAN TEKNOLOGI FARMASI FAKULTAS SEKOLAH FARMASI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014
PERCOBAAN – 01 DAN 02 ASAM BENZOAT DAN PENENTUAN TITIK LELEH
I.
Tujuan Percobaan 1.1 Menentukan bobot senyawa asam benzoat hasil sintesis serta rendemennya 1.2 Menentukan kemurnian asam benzoat hasil sintesis melalui uji warna dan uji esterifikasi 1.3 Menentukan titik leleh asam benzoat hasil sintesis
II. TEORI DASAR Benzena merupakan senyawa aromatik yang tidak mudah mengalami reaksi dengan senyawa lainnya karena adanya resonansi. Resonansi terjadi karena terdapat delokalisasi elektron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal. Ikatan rangkap dua pada benzena tidak terdelokalisasi pada karbon tertentu, tetapi dapat berpindah-pindah dan membentuk cincin yang kokoh sehingga tidak mudah diganggu dan menyebabkan ikatan benzena menjadi stabil. Namun, gugus alkil dari alkil benzena dapat dengan mudah mengalami oksidasi. Salah satu contoh alkil benzena adalah toluena. Toluena yang dioksidasi parsial dengan oksigen akan menghasilkan asam benzoat.
Asam benzoat atau C7H6O2 berbentuk jarum atau sisik berwarna putih, sedikit berbau, biasanya bau benzaldehida atau benzoin Senyawan ini agak mudah meguap pada suhu hangat dan mudah menguap dalam uap air. Asam benzoat dengan nama dagang benzenecarboxylic acid atau carboxybenzene merupakan asam karboksilat aromatik yang paling sederhana. Dalam metode sintesis, asam benzoat dimurnikan dengan cara rekristalisasi. Cara rekristlisasi yang dilakukan adalah dengan memberikan perbedaan suhu (dari temperatur tinggi menjadi temperatur rendah) pada hasil sintesis. Selain dengan toluena, asam benzoat dapat disintesa dari dari bermacam-macam zat organik seperti benzil alkohol, benzaldehida, dan asam phtalat. Asam benzoat berfungsi sebagai pengawet, antiseptik, obat kulit, dan plasticizer.
III. PROSEDUR PERCOBAAN 3.1 Sintesis Asam Benzoat 10 mL toluena + 10 mL NaOH 10 % 1) Dimasukkan ke dalam labu tiga leher 250 mL, yang dilengkapi dengan kondensator refluks dan corong tetes 2) Ditambahkan KMnO4 (10 g dalam 100 mL air) secukupnya beberapa tetes 3) Direfluks selama 45 menit 4) Ditunggu hingga kembali ke suhu ruangan Campuran hasil refluks 1) Disaring dengan corong buchner 2) Padatan hasil filtrasi dicuci dengan 30 mL air Hasil filtrasi (filtrat) 1) Dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 2) Diasamkan dengan HCl 1N dan 2N (hingga pH 4) 3) Dituang ke dalam corong pisah 250 mL 4) Ditambahkan heksana 100 mL 5) Corong pisah dikocok perlahan (jangan sampai terbentuk globul) 6) Diekstraksi kembali dengan 100 mL heksana Fasa organik 1) Ditambahkan dengan Na2SO4 anhidrat 10 gram 2) Dikocok hingga jernih 3) Disaring dengan kertas saring 4) Dievaporasi dengan rotary evaporator hingga tidak ada air lagi Hasil evaporasi 1) Ditambahkan air panas 100 mL 2) Dipanaskan secukupnya 3) Disaring dengan kertas saring 4) Didinginkan hingga terbentuk kristal
5) Dikeringkan dalam oven 60°C selama 30 menit Asam benzoat hasil sintesis 3.2 Uji Warna Asam benzoat hasil sintesis 1) Dimasukkan ke dalam tabung reaksi 2) Ditambah 2 mL air panas 3) Ditambah CH3COOH 2 tetes 4) Ditambah FeCl3 2 tetes 5) Ditambah H2O2 5% 2 tetes 6) Dipanaskan dan ditambah HCl 1 tetes Warna ungu indikasi asam benzoat 3.3 Uji Esterifikasi Asam benzoat hasil sintesis 1) Dimasukkan dalam tabung reaksi 2) Ditambahkan etanol absolut 5 tetes 3) Ditambahkan H2SO4 pekat 5 tetes 4) Dipanaskan Bau seperti ethyl benzoic indikasi asam benzoat 3.4 Penentuan titik leleh Asam Benzoat yang telah disediakan 1) Disebar di kaca arloji dan ujung terbuka dari kapiler 2) Tabung dibalik-balik dan diketuk (agar merata) 3) Terbentuk kolum padat dengan tinggi 3 mm pada tabung reaksi Disiapkan alat 1) Termometer pembantu ditempelkan dengan termometer utama 2) Mercury bulb berada pada tengah kolom merkuri saat termometer utama berada pada titik leleh sampel
2 termometer + Tabung 1) Dimasukkan ke dalam lubang thiele apparatus 2) Tabung kapiler dicelupkan ke cairan panas 3) Nilai N dihitung saat cairan panas tidak di dalam tabung kapiler 4) Tabung kapiler dimasukkan ke lubang kecil (dengan melting block apparatus) 5) Termometer utama dimasukkan ke lubang besar (dengan melting block apparatus) Bak cairan panas 1) Dipanaskan dengan kecepatan 10°C per menit hingga berada dibawah 10°C titik leleh sampel 2) Kecepatan diturunkan menjadi 1°C per menit Asam benzoat mulai meleleh 1) Dicatat suhu pada termometer utama Asam benzoat meleleh semua 1) Dicatat pada termometer utama dan pembantu 2) Dihitung nilai titik leleh MP = T + K
IV. HASIL PERCOBAAN -
Volume Toluena
: 10 mL
-
Volume KMnO4
: 0,333 mL
-
Massa asam benzoat
:0
-
Trayek titik leleh asam benzoat referensi
: 121,3-121,8 °C
-
Uji warna asam benzoat referensi menghasilkan warna coklat
-
Uji esterifikasi asam benzoat referensi meghasilkan bau khas ester seperti mint
V. PENGOLAHAN DATA -
-
-
-
=
-
Pada reaksi, yang bertindak sebagai pereaksi pembatas adalah KMnO4 Reaksi sintesis asam benzoat yang berlangsung dalam suasana basa, yaitu : 2 KMnO4
+
C6H5CH3
m
2,107 x 10-4 mol
0,094 mol
b
2,107 x 10-4 mol
1,053 x 10-4 mol
s
-
0,0939 mol
→
2 MnO2 2,107 x 10-4 mol 2,107 x 10-4 mol
+
C6H5COOH + 1,053 x 10-4 mol 1,053 x 10-4 mol
-
Massa asam benzoat yang terbentuk :
-
Dari hasil percobaan tidak didapatkan asam benzoat sehingga massa asam benzoat pada percobaan adalah 0 Persen rendemen :
VI. PEMBAHASAN Sintesis asam benzoat Asam benzoat merupakan senyawa kimia organik produk industri kimia. Asam benzoat dapat digunakan sebagai bahan baku untuk industri kimia, industri makanan, farmasi, dan lain-lain. Kegunaan asam benzoat antara lain sebagai bahan pengawet makanan, antiseptik, bahan pembuatan fenol, kaprolaktam, glikol benzoat, sodium dan potasium benzoat. Asam benzoat terdapat di alam dalam bentuk turunan seperti garam, ester dan amida. Sejumlah kecil terdapat pada kelenjar bau dari berang-berang, kulit kayu cherry,
2 KOH 2,107 x 10-4 mol 2,107 x 10-4 mol
berry, prem, cengkeh matang dan minyak biji adas. Balsam dari Peru dan Tolu mengandung benzil benzoat dan juga asam benzoat. Urin herbivora mengandung sejumlah kecil glisin yang merupakan turunan asam benzoat dan asam hippurat. Sehingga dapat dikatakan bahwa asam benzoat dalam bentuk murni tidak terdapat di alam. Senyawa ini merupakan salah satu jenis asam organik yang memiliki rumus molekul C6H5COOH dengan berat molekul 122,12 g/mol. Asam benzoat sangat larut dalam air dan memiliki kelarutan 3,4 g/L, dan titik leleh 122.4 °C (395 K). Struktur asam benzoat :
Asam benzoat merupakan suatu bentukan kristal padat yang tak berwarna dan merupakan asam karboksilat aromatik. Asam lemah ini dan garamnya banyak digunakan sebagai pengawet makanan. Asam benzoat adalah prekusor penting dalam pembuatan banyak substansi organik lainnya. Untuk mendapatkan sintesis asam benzoat dalam pratikum digunakan bahan utama toluena yang dicampurkan dengan NaOH 10%. Toluena merupakan hidrokarbon aromatik yang sering dijadikan stok umpan industri, sedangkan NaOH adalah katalis basa yang menyebabkan reaksi berjalan lebih cepat. Setelah itu dilakukan penambahan larutan KMnO4 yang berfungsi sebagai oksidator yang akan mengoksidasi toluena. KMnO4 sendiri akan mengalami reduksi (yang mengoksidasi adalah ion MnO4-). Toluena memiliki struktur cincin benzena yang memiliki gugus alkil berupa CH3. Struktur ini akan membuat toluena mudah teroksidasi oleh KMnO4 yang merupakan oksidator kuat. Dalam proses pembuatan larutan KMnO4 harus dilakukan secara hatihati karena sifanya yang sesnsitif terhadap cahaya dan juga sangat mudah bereaksi dengan senyawa lain. Pengambilan serbuk KMnO4 harus dilakukan di tempat gelap tanpa cahaya. Berikut adalah reaksi yang terjadi pada proses oksidasi :
Larutan toluena yang telah ditambahkan dengan NaOH dimasukkan dalam labu 3 leher. Labu 3 leher tersebut dipasangkan dengan alat refluks yang telah disiapkan sebelumnya. Larutan KMnO4 ditetes perlahan hingga warna larutan berubah coklat. Lubang kainnya pada tabung 3 leher ditutup dengan alumunium foil untuk mengurangi penguapan. Refluks adalah salah satu metode dalam ilmu kimia untuk mensintesis suatu senyawa, baik organik maupun anorganik. Umumnya digunakan untuk mensintesis senyawa-senyawa yang mudah menguap atau volatil. Jika dalam mensintesis senyawa volatil ini dilakukan pemanasan biasa, maka pelarut akan menguap sebelum reaksi berjalan sampai selesai. Keuntungan dari teknik refluks ini yaitu dapat dibiarkan untuk jangka waktu yang panjang tanpa perlu menambahkan pelarut lagi dan tidak mengurangi volume larutan sehingga volume akan tetap dan tidak ada yang terbuang. Larutan direfluks selama 45 menit dan akan didapatkan hasil berupa endapan berwarna coklat. Endapan berwarna coklat merupakan MnO2 yang dihasilkan bersama dengan kalium benzoat. Hasil tersebut disaring dengan corong buchner. Corong buchner memiliki prinsip penyaringan vakum, sehingga hasil filtrat yang diperoleh sangat baik. Setelah itu padatan hasil filtrasi dicuci dengan aquades untuk menghilangkan pengotor yang masih mungkin menyangkut setelah dilakukan filtrasi. Hasil filtrasi tersebut dimasukkan dalam erlenmeyer dan ditambah dengan HCL 1 N dan 2 N. Pembuatan HCL 1 N dan 2 N dilakukan dengan pengenceran dari 12 N. HCl berfungsi sebagai penyumbang gugus H+. Gugus H+ ini akan menggantikan K+ dari kalium benzoat sehingga didapatkan asam benzoat. Maka dari itu penambahan HCl ditujukan untuk mengasamkan kalium benzoat dan larutan dipastikan berada pada pH sekitar 4 yang merupakan pH normal menunjukkan sifat asam suatu larutan. Setelah diasamkan larutan dimasukkan dalam corong pemisah dan ditambahkan dengan 100 mL Hekasana. Heksana berfungsi sebagai pelarut organik untuk ekstraksi. Heksana memiliki berat jenis yang lebih kecil dari air dan lebih atraktif terhadap asam benzoat yang terlarut dalam air sehingga saat ekstraksi asam benzoat terlarut akan tertarik ke dalam fasa heksana. Selain itu sifat kepolaran dari heksana yang sifatnya non polar sama dengan asam benzoat membuat asam benzoat berada di pelarut organik dibanding air. Penggunaan corong pemisah menggunakan prinsip ekstraksi cair-cair. Pada saat pencampuran terjadi perpindahan massa, yaitu ekstrak meninggalkan pelarut yang pertarma (media pembawa) dan masuk ke dalam pelarut kedua (media ekstraksi). Sebagai syarat ekstraksi ini, bahan ekstraksi dan pelarut tidak
saling melarut (atau hanya dalam daerah yang sempit). Agar terjadi perpindahan masa yang baik yang berarti performansi ekstraksi yang besar haruslah diusahakan agar terjadi bidang kontak yang seluas mungkin di antara kedua cairan tersebut. Ekstraksi cair-cair dilakukan dua kali agar tidak ada asam benzoat yabg tertinggal. Penggunaan corong pemisah juga tidak boleh terlalu lama karena dapat menyebabkan larutan menjadi jenuh dan sulit menarik asam benzoat. Fasa organik yang didapat dari proses ekstraksi ditambahkan Na2SO4 anhidrat. Na2SO4 yang ada di laboratorium belum sepenuhnya anhidrat sehingga dibutuhkan proses pengovenan di suhu 60°C selama ± 15 menit. Na2SO4 anhidrat berfungsi untuk menarik molekul air sisa dari ekstraksi. Lalu, larutan disaring kembali dengan kertas saring untuk menyingkirkan pengotor yang masih mungkin terdapat dalam ekstraksi. Hasil
ekstraksi
dimasukkan
dalam
alat
rotary
evaporator.
Rotary
evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Rotary evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Setelah dievaporasi larutan ditambahkan air panas dan diaduk rata, lalu dipanaskan kembali. Setelah dipanaskan, larutan disaring dengan kertas saring untuk menghindari adanya pengotor dari beberapa proses sebelumnya. Larutan lalu didinginkan dengan meletakkannya di dalam baskom berisi es untuk melihat hasil dari kristalisasi. Proses ini dinamakan rekristalisasi. Asam benzoat yang telah diproses secara sengaja diberi keadaan kaget dengan merubahnya dari suhu yang tinggi ke suhu rendah, sehingga memancing molekul asam benzoat membentuk kristal. Namun, pada percobaan tidak didapatkan kristal hasil sintesis asam benzoat, sehingga rendemen yang didapatkan adalah 0 %. Banyak faktor yang dapat menyebabkan tidak terbentuknya kristal asam benzoat. Dimulai dari langkah awal, larutan KMnO4 yang sedikit terpapar dengan cahaya sehingga membuat larutan KMnO4 menjadi rusak dan mempengaruhi proses oksidasi dari toluena. Pemberian KMnO4 yang berlebihan karena kerusakan pipet tetesnya sehingga menyebabkan larutan mengalami oksidasi berlebihan. Pada saat proses pembersihan pengotor di tiap tahap yang kurang maksimal dapat menyebabkan kegagalan rekristalisasi. Proses rekristalisasi membutuhkan syarat yang cukup banyak sehingga faktor kecil dapat menyebabkan proses tidak berlangsung. Penambahan HCl
yang terlalu berlebihan juga dapat menyebabkan larutan menjadi terlalu asam dan merusak bagian struktur senyawanya. Dan penggunan Na2SO4 anhidrat bersamaan dengan alat rotary evaporator yang kurang maksimal dalam menghilangkan pelarutnya dapat menyebabkan proses rekristalisasi terhambat. Reaksi secara keseluruhannya : C6H5CH3 + 2KMnO4 → C6H5COOH + K2O + 2MnO2 + H2O Uji warna Asam benzoat yang disediakan dilarutkan dengan penambahan air panas, CH3COOH, FeCl3, dan H2O2 5%, kemudian dipanaskan sampai mendidih. Setelah dipanaskan, dilakukan penambahan HCl dan diperoleh warna asam benzoat referensi adalah coklat. Seharusnya, penambahan H2O2 dalam suasana asam menyebabkan terbentuknya derivat asam benzoat yang mempunyai gugus fenol. Gugus fenol pada derivat asam benzoat bereaksi dengan FeCl3 membentuk kompleks berwarna ungu. Perbedaan warna ini dapat disebabkan karena masih adanya pegotor dalam asam benzoat dan juga dapat dikarena kerusakan bahan pereaksi yang memang rata-rata telah disimpan dalam waktu cukup lama. Reaksi uji FeCl3: C6H5OH + H2O2 → C6H5CO2OH + H2O (asam) 3 C6H5CO2OH + FeCl3 → (C6H5CO2O)3Fe + 3 HCl
Uji esterifikasi Cara pengujian kemurnian kristal yang lain adalah uji esterifikasi. Kristal asam benzoat yang disediakan dimasukkan dalam tabung reaksi, kemudian dilakukan penambahan etanol dan asam sulfat lalu dipanaskan. Jika hasilnya positif, akan dihasilkan etil benzoat yang berbau seperti jeruk. Dalam percobaan, uji esterifikasi yang dirasakan baunya adalah seperti bau daun mint. Perbedaan bau dapat mungkin terjadi karena tergantung pada penciuman masing-masing orang yang memungkinkan banyak opsi aroma. Reaksi uji esterifikasi: C6H5COOH + C2H5OH → C6H5COOC2H5 + H2O Reaksi ini dilakukan .dalam suasana asam (menggunakan katalis asam, misal H2SO4 pekat).
Uji Titik Leleh Jenis-jenis uji titik leleh berupa : a. labu kjeldahl labu yang berisi cairan tangas bersuhu didih tinggi yang kemudian dipanaskan diatas pembakar bunsen sambil di aduk-aduk. Prinsip utama dari labu kjeldahl ini adalah dengan menggunakan aliran konveksi diharapkan terjadi proses distribusi panas dari sumber (api bunsen) ke padatan yang telah dimasukkan ke dalam pipa kapiler sebelumnya. b. alat thiele memilki prinsip yang sama dengan labu kjeldahl, namun pemanasan dilakukan di atas penangas listrik, sehingga tidak diperlukan pengadukan. c. melting block prinsip utama dari alat ini adalah menggunakan proses konduksi dari logam untuk penghantaran panas. Pada alat ini terdapat dua lubang di bagian atas yang digunaka untuk menaruh pipa kapiler dan termometer, sementar dua lubang disamping digunakan untuk mengamati keadaan padatan yang akan berubah menjadi cairan. d. elektrothermal merupakan alat yang lebih modern karena pengamatan sangat mudah dilakukan. ketika mulai dan berakhirnya semua padatan mencair maka akan terdengar bunyi alarm, sehingga suhunya dapat di atur dan pengamatan dilakukan dengan menggunakan kaca pembesar untuk lebih meyakinkan bahwa semua padatan telah menjadi cair. Dari hasil percobaan diperoleh rentang titik leleh kristal asam benzoat adalah 121,3-121,8 °C. Titik leleh padatan adalah suhu saat fase padat dan fase cair berada pada keadaan setimbang, dengan tekanan sama dengan satu atmosfer. Penghitungan temperatur dicatat ketika mulai leleh hingga meleleh seluruhnya. Suhu referensi asam benzoat adalah 122 °C. Berdasarkan perbedaan selisih yang cukup sedikit diperkirakan asam benzoat yang disediakan dalam keadaan murni. Perbedaan tipis tersebut dapat terjadi karena adanya perbedaan tekanan di setiap tempat dan ruangan yang akan mempengaruhi dari suhunya.
VII. KESIMPULAN 1. Tidak diperoleh sintesis asam benzoat dalam percobaan sehingga bobot dan rendemennya bernilai 0. 2. Dilakukan dengan menggunakan asam benzoat yang telah disediakan, uji warna menghasilkan warna coklat dan esterifikasi menghasilkan bau daun mint. 3. Tidak adanya asam benzoat hasil sintesis menyebabkan dilakukan penghitungan titik leleh dengan asam benzoat yang telah sediakan. Titik leleh yang didapatkan adalah 121,3-121,8 °C.
VIII. DAFTAR PUSTAKA Departemen Kesehatan Republik Indonesia. 1995. Farmakope Indonesia Edisi IV. Jakarta : Departemen Kesehatan. (hlm. 47-48). Fessenden, R.J., Fessenden, J.S.1996. Fundamentals of Organic Chemistry. London : Harper Collins Publishers. (hlm. 405-408). Martin, Alfred. 1993. Farmasi Fisik : dasar-dasar farmasi fisik dalam ilmu farmasetik Jilid I. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia (UI Press). (hlm. 793-803). http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/teknologi-proses/ekstraksicair/, diakses tanggal 1 Maret 2014 pukul 1.00 WIB.
