LAPORAN PRAKTIKUM
A. Judul
: Oksidasi Sikloheksanol
B. Tujuan
:
(1) Membuat sikloheksanon dari sikloheksanol melalui reaksi oksidasi reduksi. (2) Mengidentifikasi hasil reaksi berdasarkan sifat fisika (titik didih dan indeks bias) (3) Menghitung rendemen hasil reaksi oksidasi sikloheksanol
C. Dasar Teori
Senyawa-senyawa organik dapat mengalami beberapa jenis reaksi, dimana salah satunya adalah reaksi oksidasi. Reaksi oksidasi pada kimia organik dikaitkan dengan senyawa organik yang mengikat oksigen sehingga senyawa tersebut dapat dikatakan mengalami reaksi oksidasi. Salah satu jenis senyawa organik yang dapat mengalami reaksi oksidasi adalah alkohol. Terdapat 3 jenis alkohol berdasarkan tempat terikatnya gugus hidroksi, yakni alkohol primer, sekunder, dan tersier. Alkohol primer adalah alkohol dimana gugus OH terikat pada C primer, alkohol sekunder adalah alkohol dimana gugus OH - terikat pada C sekunder, dan alkohol tersier adalah alkohol dimana gugus OH - terikat pada C tersier. Reaksi oksidasi dapat digunakan untuk membedakan antara alkohol primer, sekunder, dan tersier. Suatu alkohol primer dapat dioksidasi menjadi aldehid atau asam karboksilat. Alkohol sekunder dapat dioksidasi menjadi keton. Sedangkan alkohol tersier menolak terjadinya reaksi oksidasi (Fessenden, 1997). Salah satu jenis alkohol sekunder adalah sikloheksanol. Sikloheksanol merupakan zat organik yang berupa cairan dimana memiliki titik didih 161 oC. gugus OH - atau gugus hidroksi terikat pada C sekunder. Alkohol ini dapat teroksidasi menjadi senyawa keton yakni sikloheksanon dengan bantuan oksidator (zat yang mengoksidasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon). OH sikloheksanol
O sikloheksanon 90%
Gambar 1. Oksidasi Sikloheksanol
Sikloheksanon yang diperoleh dari hasil oksidasi sikloheksanol secara teoritis adalah sebanyak 90%. Sikloheksanon merupakan cairan yang memiliki titik didih 152 oC dengan indeks bias 1,450. Alkohol sekunder dapat dioksidasi oleh asam kromat, H 2CrO4 atau oleh KMnO 4. Asam kromat tidak stabil, oleh karena itu dibuat bila diperlukan. Natrium dikromat atau kalium dikromat dalam asam merupakan oksidator yang kuat. Oksidasi alkohol jauh lebih baik dalam suasana asam. Alkohol sekunder dapat dioksidasi menjadi keton. Krom mengalami reduksi dari +6 menjadi +4 yang tidak stabil kemudian menjadi +3 (Frieda & Suja, 2004). Asam kromat dibuat dengan cara mereaksikan larutan K 2Cr 2O7 dan H2SO4 pekat atau Kromium trioksida dengan H 2SO4, sesuai dengan persamaan di bawah ini. O K2Cr 2O7 + H2O + 2 H2SO4
2 HO
Cr
OH + K
+
+ 2 HSO4
-
O asam kromat O CrO3 + H2O + 2H2SO4
2 HO
Cr
OH
O asam kromat
Gambar 2. Pembentukan Asam Kromat
Asam kromat yang terbentuk kemudian direaksikan dengan sikloheksanol yang telah dicampur dengan air. Asam kromat secara perlahan-lahan akan mengoksidasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon. Dalam reaksi oksidasi sikloheksanol, asam kromat dan air mempunyai peran penting dalam menghasilkan produk berupa sikloheksanon. Oksidasi dengan menggunakan asam kromat kemungkinan akan disertakan pembentukan dari kromat ester, kemudian eliminasi kromat ester akan memberikan gugus keton dimana alkohol akan mempertahankan oksigennya dan kehilangan hidrogen sehingga terbentuk ikatan rangkap dengan oksigen. Mekanisme reaksi oksidasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon dapat dijelaskan sesuai gambar di bawah ini. O O OH +
HO
Cr O
OH
O Cr O kromat ester
OH + H2O
O O H
Cr
O
OH
O
O
sikloheksanon
+
Cr -
+
OH + H 3O
O
Cr (I V) H 2O
Gambar 4. dan 5. Mekanisme Reaksi Oksidasi Sikloheksanol
Setelah terbentuknya kromat ester, adanya pasangan elektron bebas pada molekul air kemudian menyerang hidrogen pada kromat ester dan terlepas sebagai proton sehingga atom C menjadi ion karbanion. Kelebihan pasangan elektron akan mempertahankan keberadaan gugus oksigen. Dengan mempertahankan gugus oksigen maka atom karbon akan berikatan rangkap dua dengan oksigen. Pasangan elektron yang digunakan untuk berikatan antara krom dan oksigen akan dibawa oleh krom yang menyebabkan terdapatnya pasangan elektron bebas. Pasangan elektron bebas kemudian ditarik oleh gugus oksigen yang terikat pada krom sehingga krom berikatan tunggal dengan gugus oksigen dan gugus oksigen menjadi bermuatan negatif. Produk sampingan yang dihasilkan adalah ion krom dengan bilangan oksidasi +4, dimana produk ini tidak stabil sehingga akan berubah menjadi Cr yang memiliki biloks 3+.
D. Alat dan Bahan Nama Alat
Spesifikasi
Jumlah
Gelas ukur
25 mL
1 buah
Gelas ukur
50 mL
1 buah
Pipet tetes
-
2 buah
Labu erlenmeyer
100 mL
1 buah
Labu erlenmeyer
250 mL
1 buah
Termometer
-
1 buah
Gelas kimia
100 mL
2 buah
Gelas kimia
1000 mL
1 buah
Gelas kimia
50 mL
2 buah
Pemanas elektrik
-
1 buah
Magnetik stirer
-
1 buah
Kaca arloji
-
2 buah
Neraca analitik
-
1 buah
Labu dasar bulat
-
1 buah
Corong pisah
-
1 buah
Corong
-
1 buah
Statif dan klem
-
1 set
Batang pengaduk
-
1 buah
Spatula
-
1 buah
Pendingin / kondensor
-
1 buah
Mantle heat
-
1 buah
25 mL
1 buah
-
Secukupnya
Konsentrasi
Jumlah
-
8,8283 gram
12 M
7,0 mL
Sikloheksanol
-
6,9 mL
Asam oksalat
-
0,2 gram
Natrium bikarbonat
-
Secukupnya
Zat anhydrous (CuSO 4)
-
Secukupnya
Eter
-
75 mL
Aquades
-
Secukupnya
Es
-
Secukupnya
Pipet volumetric Kertas saring
Bahan
K 2Cr 2O7 Asam sulfat
Prosedur Kerja dan Hasil Pengamatan No
1
Prosedur Kerja
Sebanyak
0,03
mol
Hasil Pengamatan
K 2Cr 2O7 K 2Cr 2O7 Ditimbang sebanyak 8,8283 gram dan
dilarutkan dalam 40 mL air pada
dilarutkan dalam 40 mL air.
labu
Warna larutan berwarna oranye.
erlenmeyer
100
mL
dan
ditambahkan 7 mL H 2SO4 pekat ke
Saat penambahan H2SO4 pekat warna larutan
dalam larutan secara hati-hati
menjadi oranye kemerahan dan labu menjadi panas
Penimbangan
K 2Cr 2O7 2
3
Larutan
didinginkan
pada
K 2Cr 2O7 + H2SO4
Larutan didinginkan sampai suhu 29 C
temperatur kamar
lan larutan tetap berwarna oranye kemerahan.
Sebanyak 0,065 mol sikloheksanol
Sebanyak 6,9 mL sikloheksanol dicampur dengan
dicampur dengan 25 mL air dalam
25 mL air.
labu erlenmeyer 250 mL
Sikloheksanol berwarna bening, namun setelah dicampur dengan air, sikloheksanol tidak melarut sempurna larutan berwarna putih dan terdapat seperti gumpalan-gumpalan mirip minyak dalam air
Sikloheksanol + air 4
Larutan dikromat ditambahkan ke
Saat penambahan dikromat, suhu campuran
dalam
sikloheksanol
meningkat. Untuk menjaga suhu 55 C, campuran
sambil diaduk dengan stirer dan
dimasukkan dalam penangas es. Penambahan
menjaga suhu 55oC
larutan dikromat menyebabkan warna campuran
campuran
sikloheksanol menjadi hijau kehitaman.
Hasil oksidasi sikloheksanol dgn K 2Cr 2O7 + H2SO4 5
Sebanyak 0,2 gram asam oksalat
Ditimbang asam oksalat sebanyak 0,2081 gram.
ditambahkan ke dalam campuran
Penambahan asam oksalat tidak merubah warna
untuk mereduksi kelebihan kromat
campuran dan tetap berwarna hijau kehitaman
Proses penimbangan 6
setelah ditambah asam oksalat
Campuran dipindahkan ke dalam
Penambahan air, warna campuran tetap berwarna
corong
hijau kehitaman, kemudian penambahan eter
pisah
250
mL
dan
ditambahkan 35 mL air, kemudian
menyebabkan
diekstrak dengan eter sebanyak tiga
lapisan atas berwarna kuning bening (lapisan
kali
eter)
dimana
sebanyak 25 mL
masing-masing
dan
terbentuknya
lapisan
bawah
2
lapisan
berwarna
kehitaman (lapisan air)
Terbentuk dua lapisan saat penambahan eter Setelah diekstrak 3 x diperoleh ekstrak eter sebanyak 61 mL.
yaitu
hijau
7
Setelah diekstrak 3x, lapisan eter Lapisan eter yang dicuci dengan air dan NaHCO 3 dicuci dengan air, kemudian dicuci
menyebabkan terbentuk dua lapisan yaitu lapisan
dengan Na-bikarbonat, lapisan eter
atas berwarna kuning bening (lapisan eter) dan
dipisahkan dan dikeringkan dengan
lapisan bawah berwarna hijau bening (lapisan
zat anhidrous (CuSO4)
air). Setelah pencucian, diperoleh ekstrak eter sebanyak 56 mL.
Lapisan eter yang dikeringkan dengan zat anhidrous masih mengandung sedikit air, hal ini terlihat dari warna CuSO4 menjadi biru karena menyerap air.
8
9
Campuran lapisan eter dan zat Campuran lapisan eter dan zat anhidrous disaring, anhidrous disaring, kemudian filtrat
dan didapat filtrat berwarna kekuningan
dimasukkan ke dalam labu dasar
dimasukkan ke dalam labu dasar bulat untuk di
bulat untuk di distilasi.
distilasi
Eter dipisahkan ketika suhu 34 oC
Eter pertama menetes pada suhu 34 C , diperoleh
kemudian didistilasi kembali untuk
sebanyak 35 mL.
mendapatkan sikloheksanon pada
Sikloheksanon pertama kali menetes pada suhu
suhu
152-155 oC
berupa
152 oC dan berhenti menetes pada suhu 154 oC,
cairan
bening tak berwarna 10
Indeks yang
bias
dari
diperoleh
diperoleh sebanyak 4,2 mL. sikloheksanon diuji
Indeks bias yang di dapat sebesar 1,461
dengan
refraktometer
E. Pembahasan
Dalam praktikum ini, dilakukan percobaan reaksi oksidasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon dengan bantuan oksidator. Secara teori, alkohol s ekunder dapat dioksidasi oleh asam kromat, H2CrO4 atau oleh KMnO4. Natrium dikromat atau kalium dikromat dalam asam merupakan oksidator yang kuat. Oksidasi alkohol jauh lebih baik dalam suasana asam. Salah satu jenis alkohol sekunder adalah sikloheksanol. Sikloheksanol merupakan zat organik dengan gugus hidroksi terikat pada C sekunder. Alkohol ini dapat teroksidasi menjadi senyawa keton yakni sikloheksanon dengan bantuan oksidator (zat yang mengoksidasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon). Padatan K 2Cr 2O7 berwarna oranye dan larutan K 2Cr 2O7 juga berwarna oranye. Ketika ditambahkan H2SO4 pekat ke dalam larutan K 2Cr 2O7 warna larutan menjadi oranye kemerahan.
Tujuan ditambahkannya H2SO4 pekat ini adalah untuk mengubah kalium
dikromat menjadi asam kromat, dimana asam kromat yang akan digunakan untuk mengoksidasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon. Adapun reaksi pembentukan asam kromat dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
O K2Cr 2O7 + H2O + 2 H2SO4
2 HO
Cr
OH + K
+
+ 2 HSO4
-
O asam kromat
Asam kromat yang telah dibentuk kemudian direaksikan dengan sikloheksanol dalam air. Sikloheksanol yang digunakan sebanyak 6,9 mL. Sikloheksanol dalam air tidak membentuk campuran yang homogen 100% sehingga membentuk gumpalan-gumpalan kecil seperti lapisan minyak yang mengapung dipermukaan air. Hal ini dikarenakan sikloheksanol bersifat sedikit polar dan air bersifat sangat polar. Ketika proses pencampuran larutan tersebut ke dalam sikloheksanol, terjadi perubahan warna pada campuran dari oranye kemerahan menjadi hijau kehitaman. Warna hijau kehitaman menandakan adanya ion krom
(Cr 3+) yang berwarna hijau yang dihasilkan dari tereduksinya kromat. Adapun mekanisme pembentukan sikloheksanon adalah sebagai berikut.
O O OH +
HO
Cr O
O kromat ester
O O H
Cr O
OH + H2O
O Cr
OH
O
OH
O sikloheksanon
+
Cr -
OH
+
+ H3O
O
Cr(I V) H2O
Asam kromat yang terbentuk bereaksi dengan sikloheksanol membentuk senyawa yang disebut dengan kromat ester. Di dalam kromat ester, atom C yang mengikat oksigen juga mengikat gugus hidrogen. Gugus hidrogen ini mudah lepas menjadi proton akibat serangan dari molekul air. Penyerangan ini menyebabkan terbentuknya ion karbanion. Kelebihan elektron pada atom C menyebabkan atom C mempertahankan atom oksigen untuk membentuk ikatan rangkap dua. Oksigen yang semulanya juga berikat dengan Cr, kemudian pasangan elektron tersebut dibawa oleh Cr sehingga terdapat pasangan elektron bebas pada Cr. Pasangan elektron bebas ini kemudian ditarik oleh gugus oksigen yang terikat pada Cr sehingga gugus oksigen menjadi bermuatan negatif. Pada mekanisme ini, Cr baru tereduksi dari bilangan oksidasi +6 menjadi +4. Dikarenakan Cr (IV) tidak stabil, maka Cr (IV) akan berubah menjadi produk yang lebih stabil yaitu Cr(III) yang ditandai dengan berubahnya warna campuran menjadi hijau. Warna hijau itu telah mengindikasikan bahwa dalam campuran sudah terdapat Cr (III) yang kemungkinan dalam bentuk ion Cr 3+. Cr 2O72- + 3C2O42- + 14H+ → 2Cr 3+ + 6CO2 + 7H2O Setelah terbentuk campuran yang berwarna hijau kehitaman, kemudian campuran ditambahkan asam oksalat. Penambahan Asam oksalat bertujuan untuk mereduksi kelebihan dikromat. Keberadaan dikromat kemungkinan disebabkan karena kekurangan pereaksi yaitu asam sulfat dalam mengubahnya menjadi asam kromat. Adapun reaksi yang terjadi ketika proses reduksi dikromat oleh oksalat adalah sebagai berikut. Cr 2O72- + 3C2O42- + 14H+ → 2Cr 3+ + 6CO2 + 7H2O Setelah itu, campuran dicuci dengan menggunakan air. Ketika dicuci, terbentuk dua lapisan, dimana lapisan atas merupakan lapisan sikloheksanon yang belum murni dan lapisan
bawah adalah air. Hal ini disebabkan karena massa jenis sikloheksanon (0,95 gr/cm3) lebih kecil daripada massa jenis air (1,0 gr/cm3) sehingga sikloheksanon berada pada lapisan atas. Setelah dicuci dengan air, lapisan sikloheksanon ditampung dan diekstraksi dengan eter dimana dalam praktikum ini digunakan dietil eter sebanyak 3 kali masing-masing 25 mL. Ekstraksi kontinyu bertujuan untuk memperoleh ekstrak sikloheksanon yang lebih banyak. Sedangkan, tujuan penggunaan eter sebagai bahan pengekstrak sikloheksanon adalah karena eter merupakan pelarut organik yang dapat melarutkan bahan organik seperti sikloheksanon. Ketika ditambahkan dengan eter, maka akan terbentuk dua lapisan dimana lapisan atas adalah lapisan campuran antara sikloheksanon yang terlarut dalam dietil eter dan lapisan bawah adalah air. Untuk menghilangkan pengotor yang terdapat dalam lapisan atas (sikloheksanon terlarut dalam eter) maka digunakan Na-bikarbonat. Ketika ditambahkan, Na-bikarbonat kembali terbentuk dua lapisan, dimana lapisan atas tetap merupakan campuran sikloheksanon dan eter dan lapisan bawah merupakan lapisan Na-bikarbonat. Campuran dengan dua lapisan ini kemudian dipisahkan dengan corong pisah. Pada campuran sikloheksanon yang terlarut dalam eter, ditambahkan zat anhydrous CuSO4. Tujuannya adalah untuk mengikat air yang kemungkinan masih terdapat dalam campuran tersebut. Penggunaan CuSO 4 sebagai penyerap air dikarenakan CuSO 4 yang berwarna putih bila menyerap air akan berubah warna menjadi biru. Setelah air dalam larutan habis, maka CuSO4 tidak mengalami perubahan warna menjadi biru lagi (tetap putih). Untuk memisahkan eter dari sikloheksanon, maka dilakukan proses destilasi. Destilasi adalah teknik pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan titik didih antara dua buah zat yang bercampur tersebut. Secara teori, titik didih eter adala h berkisar antara 34-350C Sedangkan, titik didih sikloheksanon adalah berkisar antara 152-155 0C. Oleh karena itu, eter dapat dipisahkan pada suhu tersebut. Berdasarkan percobaan, destilasi pertama kali menetes, pada suhu 34oC. Sesuai dengan teori, destilat tersebut adalah eter dimana diperoleh sebanyak 35 mL. Destilat ini selanjutnya ditampung pada labu Erlenmeyer dan ditutup rapat agar tidak terjadi penguapan pada eter, karena gas eter cukup berbahaya. Ketika destilat eter telah habis menetes, suhu naik perlahan-lahan. Saat sudah tercapai suhu 153 0C, terdapat tetesan destilat pada penampung. Dapat diketahui bahwa destilat tersebut adalah sikloheksanon hasil reaksi. Hal ini didasarkan atas data teoritis bahwa sikoheksanon memiliki titik didih antara 152
–
155oC, sehingga dapat diketahui bahwa tetesan destilat yang menetes pada suhu 153 oC tersebut adalah sikloheksanon. Volume destilat sikloheksanon yang diperoleh sebanyak 2,4 mL. Setelah itu dilakukan pengukuran indeks bias untuk menjamin kemurnian sikloheksanon
yang diperoleh. Setelah pengukuran indeks bias terhadap sikloheksanon dilakukan, didapat harga indeks bias sikloheksanon sebesar 1,461. Terdapat perbedaan antara indeks bias hasil pengamatan dengan indeks bias sikloheksanon secara teoritis. Secara teoritis indeks bias sikloheksanon sebesar 1,450. Perbedaan ini disebabkan karena suhu kamar saat praktikum lebih dari 250C. Suhu mempengaruhi indeks bias dari suatu zat. Semakin tinggi suhu maka indeks biasnya semakin besar pula. Hal ini disebabkan pada suhu yang besar jarak antara molekul semakin meregang. Tekanan juga mempengaruhi indeks bias semakin rendah tekanan maka indeks bias semakin meningkat.
Per hi tungan Rendemen
- Volume sikloheksanol ( g/mL) yang digunakan adalah - Massa sikloheksanol
= vol. Sikloheksanol x = 6,9 mL x 0,9624 g/mL = 6,6406 g
- Mol sikloseksanol = =
massa sikloheksanol Mr
6,6406 g 100,16 g/mol
= 0,0663 mol
Reaksi oksidasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon adalah C6H11OH + CrO42- + 2H+→ C6H11O + HCrO3 + H2O Menurut reaksi diatasa secara teoritis mol sikloheksanon yang dihasilkan = mol sikloheksanol yang digunakan yaitu 0,0663 mol - Massa sikloheksanon secara teoriris
= mol sikloheksanon x Mr = 0,0647 mol x 99 g/mol = 6,4053 g
- Volume sikloheksanon ( 0,95 g/mL) yang dihasilkan adalah 4,2 mL - Massa sikloheksanon
= volume sikloheksanon x mL x 0,95 g/mL
= 3,99 g - Rendemen hasil praktikum = =
massa sikloheksanon yang diperoleh massa sikloheksanon secara teoritis 3,9900 g 6,4053 g
= 62,29% F. Kesimpulan
100 %
100%
Berdasarkan hasil pengamatan dan pembahasan yang diuraikan di atas maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Sikloheksanol dapat mengalami reaksi oksidasi reduksi menghasilkan sikloheksanon dengan menggunakan oksidator K 2Cr 2O7 pada suasana asam. 2. Titik didih sikloheksanon yang diperoleh sebesar 153 oC dengan indeks bias 1, 461 dan volume sebesar 2,4 mL 3. Rendemen yang diperoleh sebesar 62,29%
DAFTAR PUSTAKA
Nurlita, Frieda dan I Wayan Suja. 2004. Buku Ajar Praktikum Kimia Organik. Singaraja : Jurusan Pendidikan Kimia IKIP N Singaraja
Riswiyanto. 2003. Kimia Organik. Jakarta : Penerbit Erlangga
Suja, I Wayan dan I Wayan Muderawan. 2003. Buku Ajar Kimia Organik Lanjut. Singaraja : Jurusan Pendidikan Kimia IKIP N Singaraja
