Laporan Praktikum Sintesis Kimia Organik, Tahun Akademik 2016/2017 - 1
Reaksi Cannizaro: Sintesis Benzil Alkohol dan Asam Benzoat Gita Rahmaningsih, Annisa Khairani, M. Irsyad Amzy
Departemen Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Indonesia Kampus UI Depok, 16424, Depok, Jawa Barat, Indonesia E-mail :
[email protected]
Abstrak
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui cara mensintesis benzil alkohol dan asam benzoat dengan menggunakan benzaldehid dan KOH, dan untuk memahami prinsip dasar dari reaksi Cannizzaro. Campuran benzaldehid, KOH, dan metanol direfluks dan diaduk pada suhu 70 oC selama 1 jam. Setelah itu didinginkan dan ditambahkan akuades dingin. Campuran dipindahkan ke corong pisah dan dilakukan ekstraksi dengan menambahkan metilen klorida. Terbentuk dua lapisan hasil estraksi yang kemudian dipisahkan. Lapisan atas ditambahkan akuades dan HCl pekat menghasilkan endapan asam benzoat yang kemudian disaring. Lapisan bawah ditambahkan Na 2CO3 , akuades dan Na2SO4 anhidrat menghasilkan benzil alkohol. Didapatkan benzil klorida 3,28 gram dengan KR 128,04%, dan asam benzoate 0,25 gram dengan KR 6,85%. Kata kunci: Cannizzaro, benzaldehid, ekstraksi. Abstract
This experiment aims to determine how the synthesis of benzyl alcohol and benzoic acid and benzaldehyde using KOH, and to understand the basic principles of Cannizzaro reaction. Benzaldehyde mixture with KOH, and methanol are refluxed and stirred a t a temperature of 70 ° C for 1 hour. After it is cooled and added to cold distilled water. The mixture was transferred to a separating funnel and extraction by adding methylene chloride. Formed two layers of extraction results were then separated. The top layer is added distilled water and concentrated HCl produces benzoic acid precipitate the which is then filtered. The bottom layer was added Na2CO3, Na2SO4 anhydrous distilled water and produce benzyl alcohol. Benzyl alcohol obtained 3,28 gr with percent error 128,04% and acid benzoate 0,25 gr with percent error 6,85%. Keywords: Cannizzaro, Benzaldehyde, Extraction. 1. PENDAHULUAN
Pada percobaan ini akan dilakukan sintesis bezil alkohol dan asam benzoat benzil dari benzaldehida dengan katalis KOH menggunakan mekanisme reaksi Cannizaro. Reaksi Cannizzaro ditemukan oleh seorang ahli kimia Italia dengan nama Stanislao Cannizzaro pada tahun 1853. Cannizzaro pertama kali menyelesaikan transformasi ini pada tahun 1853, ketika dia mendapatkan benzil alkohol dan asam benzoat dari reaksi antara benzaldehida dengan kalium karbonat. Pr oduk oksidasi reaksi i ni adalah aam karboksilat dan produk redoksnya adalah alkohol (Cannizzaro S., 1853) 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Reaksi Cannizzaro Aldehida aromatik dan alifatik yang tidak mempunyai hidrogen α dapat mengalami oksidasi dan reduksi jika direaksikan dengan NaOH atau basa kuat lainnya. Satu molekul aldehida teroksidasi menjadi asam dan yang lainnya tereduksi menjadi menjadi alkohol alkohol primer. Reaksi ini dikenal sebagai reaksi Canizzaro. Reaksi Canizzaro melibatkan peralihan hidrida dari molekul aldehida yang tidak memiliki hidrogen α misalnya HCHO, R 3CCHO, ArCHO ke molekul kedua, yaitu baik aldehida yang sama (disproporsionasi) maupun terkadang ke
molekul aldehida lain (Canizzaro silang). (Putri, 2009). 2.2. Benzaldehida Benzaldehida mempunyai nama lain aldehida benzoat, mempunyai rumus molekul 106,12. Benzaldehida adalah senyawa turunan benzene yang salah satu atom hidrogennya tersubtitusi oleh gugus aldehida (-CHO). Benzaldehida mempunyai rumus molekul C 6H5COOH. benzaldehida berupa cairan tidak berwarna,
2 mempunyai titik didih 179 ºC, dan titik leleh -56,5 ºC. Benzaldehida sedikit larut dalam H 2O, tetapi lebih terlarut dalam alkohol maupun eter (Budavari, 1996). Benzaldehida banyak digunakan membuat perisa almond pada makanan maupun minuman, penggunaan la in dari benzaldehida adalah untuk pe stisida dan sebagai intermediet untuk mensintesis senyawa organik lain.
Gambar 1. Struktur Benzaldehida
2.3. Kalium Hidroksida Kalium hidroksida (KOH) disebut juga sebagai potasy kaustik. Salah satu kegunaan KOH yang amat penting adalah untuk bateri alkali yang menggunakan larutan KOH sebagai elektrolit. Oleh karena itu, kalium hidroksida digunakan dalam pembuatan lampu senter dan barang-barang yang menggunakan baterai.Dalam bidang pertanian, kalium hidroksida digunakan untuk menetralkan pH tanah yang asam, juga dapat digunakan sebagaifungisida dan herbisida. Kalium hidroksida ialah salah satu bahan kimia perindustrian utama yang digunakan sebagai bes dalam berbagai-bagai proses kimia. 2.4. Benzil Alkohol Benzil Alkohol dengan nama lain α-hidroksitoluena, fenil metanol, fenil karbinol mempunyai rumus molekul C6H5CH2OH, dengan berat molekul 108,13, berupa larutan cair putih. Benzil alkohol memiliki titik
leleh -15,19ºC, titik didih 204,7ºC, larut dalam air, alkohol, eter, dan kloroform. Benzil alkohol digunakan sebagai pelarut dan komponen parfum.
Gambar 2. Struktur Benzil Alkohol 2.5. Asam Benzoat
Senyawa asam benzoat dengan nama lain asam benzena karboksilat, asam fenilformat, asam drasilat mempunyai rumus molekul C 6H5COOH. Asam benzoat memiliki berat molekul 122,22, berupa padatan kristal putih, mempunyai titik leleh 122,4 º C dan titik didih 249,2 ºC, tersublimasi pada suhu 100 ºC, dan bersifat volatil. Asam benzoat sedikit terlarut dalam H 2O dingin, namun terlarut dalam H 2O panas, alkohol, maupun eter. Asam benzoat dapat digunakan sebagai pengawet makanan dan pasta parfum.
Gambar 3. Asam Benzoat
3.
METODE PERCOBAAN
Metode yang digunakan yaitu metode ekstraksi. Metode ekstraksi yaitu metode pemisahan yang melibatkan proses pemindahan satu atau lebih senyawa dari satu fasa ke fasa yang lain berdasarkan prinsip kelarutan dimana senyawa tersebut larut dalam pelarut polar dan senyawa satunya larut dalam pelarut non polar. 3.1 Alat dan Bahan Alat yang digunakan untuk percobaan pembuatan benzyl alkohol dan asam benzoat ini adalah labu bulat atau erlenmeyer untuk meletakan reagen, pemanas yang berfungsi untuk memanaskan reagen, magnetic stirrer untuk mengaduk reagen, corong pisah untuk mengektraksi campuran larutan, gelas ukur untuk mengukur volume reagen, pipet untuk mengambil reagen dengan volume kecil, neraca massa untuk menimbang hasil percobaan, labu erlenmayer untuk menampung air sisa ektraksi, dan kertas saring serta corong kecil untuk filtrasi . Sedangkan untuk bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu antara lain metilen klorida untuk memisahkan senyawa polar dan non polar, KOH, Aquades, Benzaldehid, Na 2SO4 anhidrat, Na 2CO3 dan metanol 3.2 Pembuatan Benzil Alkohol dan Asam Benzoat
3
Pertama, memasukkan 0,45 ml benzaldehid, 1,2 ml KOH 11 M dan 1,2 ml metanol dalam labu bulat. Kemudian campuran tersebut direfluks dengan memanaskannya diatas pemanas air dimana labu disambungkan dengan tabung distilasi agar uap yang naik tidak keluar dari labu. Sebelum dipanaskan, labu yang ber isi campuran dimasukkan magnet pengaduk agar saat dipanaskan magnet bergerak mengaduk campuran sambil dipanaskan. Selanjutnya suhu dinyalakan 75 o C dan dipanaskan selama 1 jam. Setelah dipanaskan selama 1 jam, labu didinginkan dengan mengalirkan air kran pada dinding labu. Kemudian menambahkan 2 ml akuades dingin ke dalam labu, lalu memindahkan campuran pada corong pisah. Selanjutnya campuran yang sudah dimasukkan kedalam corong pisah diekstraksi dengan 1 ml metilen klorida sampai 3x hingga terbentuk 2 lapi san. Setelah campuran tersebut membentuk 2 lapisan, menampung lapisan metilen klorida (lapisan bawah) pada beaker glass A dan menampung lapisan air dan karboksilat (lapisan atas) pada beaker glass B. Larutan pada beaker glass A ditambahkan 0,25 ml Na 2CO3 dan 0,5ml, dan akan terbentuk dua lapisan, lapisan atas dibuang dan lapisan bawah diukur volumenya (benzil alkohol). Untuk larutan pada beaker glass B ditambahkan 150 mg Na2SO4 dan HCl pekat sampai asam (tes keasaman mengunakan kertas lakmus biru). Akan terbentuk endapan putih asam benzoate yang selanjutnya disaring dengan kertas saring yang diletakkan dikertas corong. 4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data dan Hasil Pengamatan
Gambar 4. Berat Endapan
Gambar 5. Ketika direfluks
Volume Benzaldehida ρ Benzaldehida Mr Benzaldehida Mr Asam Benzoat
: 0.45 mL : 1.4 gr/mL : 107 g/mol : 122 g/mol
Mr Benzil alkohol ρ Benzil alcohol
Massa Benzaldehida
= Volume Benzaldehida x ρ Benzaldehida = 0.45 x 1.4 = 0.468 gram
Mol Benzaldehida
=
Persamaan Reaksi
Gambar 6. Terdapat 2 lapisan
: 108 g/mol : 1.312 g/mL
Massa Benzaldehida 0.468 Benzaldehida = 107 = 0.0044 mol HO
HO
O
KOH
2
+ O
benzyl alcohol
benzaldehyde
M 0.0044 mol R 0.0044 mol S Massa Benzil Alkohol teoritis Massa Asam Benzoat teoritis
0.0022mol 0.0022 mol
benzoic acid
0.0022 mol 0.0022 mol
= mol teoritis x Mr = (0.0022 mol) x (108 g/mol) = 0.2376 g = mol teoritis x Mr = (0.0022 mol) x (122 g/mol) = 0.2684 g
Massa Benzil Alkohol hasil percobaan
= Massa Jenis Benzil Alkohol x Volume Benzil Alkohol = 1.312 x 2,5 ml = 3,28 g
4 Massa Asam Benzoat percobaan
= (Massa kertas saring +Asam Benzoat) – Massa kertas saring kosong = 1,19 – 0,94 = 0,25 gr
Perhitungan % KR dan %Yield
Benzil Alkohol % KR
=
% Yield =
− 0.2376−3,28 | | × 100% = | 0.2376 | × 100% = 128,04 % 3,28 | | × 100% = |0.2376| × 100% = 138,04 %
Asam Benzoat % KR
=
% Yield =
− | | × 100% = |0.2684−0.25 0.2684 | × 100% = 6,85% 0.25 | | × 100% = |0.2684| × 100% = 93,14 %
4.3 Analisis Percobaan Percobaan sintesis benzil alkohol dan asam benzoat ini bertujuan untuk mengetahui dan memahami cara mensintesis benzil alkohol dan asam benzoat dengan menggunakan benzaldehid dan KOH, mengetahui mekanisme reaksi yang terjadi pada pada sintesis ini, dan untuk memahami prinsip dasar dari reaksi Cannizzaro. Reaksi Cannizzaro adalah sebuah reaksi kimia yang melibatkan disproporsionasi aldehida tanpa hydrogen alfa yang diinduksi oleh basa yang memiliki prinsip reaksi autoredoks (dapat melakukan oksidasi maupun reduksi terhadap molekul benzaldehid itu sendiri) dengan menggunakan katalis basa (Putri, 2009). HO
HO
O
KOH
2
+ O
benzyl alcohol
benzaldehyde
benzoic acid
Gambar 7. Reaksi Cannizzaro
Reaksi Cannizzaro melibatkan 2 mol aldehid. Reduksi ditunjukkan dengan penambahan atom hidrogen sehingga menghasilkan alkohol, sedangkan oksidasi ditunjukkan dengan penambahan atom oksigen sehingga menghasilkan asam karboksilat. Produk dari reduksi dalam percobaan ini yaitu benzil alkohol dan produk dari oksidasinya berupa asam benzoat aldehid. O
O
:O:
H
H
H +
-
+
..
OH
OH ..
benzaldehid
O
OH
-
H
O
+ ion benzoat
-
O
O
H
H
O-H +
H benzil alkohol
Gambar 8. Mekanisme Reaksi Cannizzaro
Reaksi Cannizarro ini diawali dengan serangan ion hidroksida (OH-) pada karbon karbonil, yang disusul dengan serah-terima ion hidrida. Mula- mula suatu benzaldehida diserang oleh OH- dari basa kuat KOH. Maka akan terjadi reaksi adisi nukleofilik. KOH akan menginisiasi adisi nukleofilik OH - ke aldehid mebentuk intermediete tetrahedral. Intermediet tetrahedral akan melepas ion hidrida (H +) sebagai leaving group. Kemudian molekul aldehid yang lain akan menerima ion hidrida tersebut sehingga mengalami adisi nukleofilik lainnya. Setelah itu terjadi perpindahan proton untuk menghasilkan anion karboksil dan alcohol. (Fessenden, 1992)
5
Percobaan ini dilakukan dengan satu prosedur. Reagen utama dalam percobaan sintesis benzil alkohol dan asam benzoat ini adalah benzaldehid. Benzaldehid mempunyai gugus aldehid yang tidak memiliki hidrogenα dalam suasana basa, dimana pada reaksi yang melibatkan 2 mol aldehid ini satu alde hid tereduksi menjadi alkohol primer sedangkan satu aldehid lainnya teroksidasi menjadi ion karboksilat. Pertama 0,45 ml benzaldehid, 1,2 ml KOH 11 M dan 1,2 ml metanol dimasukkan ke dalam Erlenmeyer. KOH berfungsi sebagai pemberi suasana basa yang dapan mendonorkan ion hidroksidanya dimana pada reaksi Cannizzaro terhadap benzaldehid, ion OH akan menyerang C=O karbonil sehingga nantinya benzaldehid akan mengalami reaksi oksidasi reduksi membentuk benzil alkohol dan ion benzoat. Pada percobaan ini metanol berfungsi sebagai pelarut benzaldehid dan KOH. Methanol bersifat semipolar sehingga dapat melarutkan benzal dehid yang bersifat non polar dan KOH yang bersifat polar. Pada campuran tersebut dimasukkan magnetic stirrer. Kemudian Erlenmeyer ditutup menggunakan aluminium foil, lalu diletakkan pada pemanas dan dipanaskan pada suhu 70 oC bersamaan dengan pengadukan menggunakan magnetic stirrer. Penggunaan magnetic stirrer berfungsi agar pengadukan dan pemanasan merata pada seluruh bagian. Pemanasan yang dilakukan merupakan pemanasan sistem tertutup. Pemanasan ini dilakukan agar reaksi antar reagen lebih berjalan sempurna karena molekul-molekulnya semakin sering bertabrakan sehingga campuran tersebut lebih cepat bereaksi. Pemanasan seharusnya dilakukan menggunakan kondensor refluks. Pemanasan dan pengadukkan dilakukkan selama 1 jam. Setelah pemanasan, campuran menjadi agak keruh. Setelah satu jam, Erlenmeyer didinginkan dengan mengalirkan air keran pada dinding luar erlenmeyer. Saat pendinginan terbentuk sedikit endapan. Setelah dingin, 6ml akuades dingin dimasukkan ke dalam campuran. Akuades berfungsi sebagai pelarut polar yang akan memisahkan ion benzoat dengan benzil alkohol, ion benzoat akan larut dalam akuades karena kepolaran yang sama. Setelah penamabahan akuades, endapat menjadi larut kembali. Kemudian campuran dipindahkan ke dalam corong pisah. Di dalam corong pisah, dilakukan ekstraksi dengan menambahkan 1 ml metilen klorida secara bertahap sebanyak 3 kali. Metilen klorida berfungsi sebagai pelarut non polar yang akan melarutkan benzil alkohol dengan mudah karena kepolaran yang sama. Setiap penambahan 1 ml metilen klorida, larutan dalam corong pisah dikocok perlahan dan sesekali dikeluarkan gas dalam corong pisah. Hal ini dilakukan karena jika tidak dikeluarkan makan tekanan dalam corong pisah semakin kuat akibat gas yang ditimbulkan oleh kedua pereaksi. Ekstraksi dilakukan sampai terbentuk dua lapisan yang berbeda. Lapisan atas ber warna putih susu yang merupakan lapisan air dan karboksilat sedangkan lapisan bawah ber warna putih sedikit bening merupakan lapisan benzil alkohol dalam metilen klorida. Setelah itu, menampung lapisan bawah (benzil alkohol dalam metilen klorida) pada beaker glass A dan menampung lapisan atas (ai r dan karboksilat) pada beaker glass B. Larutan pada beaker glass A ditambahkan 0,25 ml Na 2CO3 dan 0,5 ml akuades dan akan terbentuk dua lapisan, lapisan atas dibuang dan lapisan bawah diukur volumenya. Na 2CO3 berfungsi untuk menetralisir asama. Na 2SO4 berfungsi untuk menyerap air pada campuran benzil alkohol, sehingga didapatkan benzil alkohol yang murni. Pada beaker glass B ditambahkan 150 mg Na 2SO4 dan HCl pekat sampai asam (tes keasaman menggunakan kertas lakmus biru). Penambahan HCl bertujuan agar ion benzoat menjadi asam benzoat yang ditandai dengan terbentuknya endapan putih. Selanjutnya endapan disaring dengan kertas saring yang diletakkan dikertas corong. Reaksi setelah penambahan asam:
Gambar 9 . Pembentukan Asam Benzoat
4.4 Analisis Hasil Hasil yang didapatkan dalam percobaan ini berupa cairan benzil klorida dan padatan asam benzoate. Pada saat pemanasan dan pengadukan campuran reagen, campuran reagen berubah dari bening menjadi agak keruh. Setelah dipanaskan campuran tersebut didinginkan. Saat pendinginan dengan aliran air keran pada dinding
6
Erlenmeyer, terbentuk sedikit endapan, namun setelah penambahan akuades endapan menjadi larut kembali. Campuran dipindahkan ke corong pisah kemudian dilakukan ekstraksi dengan menambahkan metilklorida 1,5 ml bertahap sebanyak 3 kali. Hasil ekstraksi, didapatkan dua lapisan, lapisan atas (air dan benzoat) berwarna putih susu, sedangkan lapisan bawah (metilen klorida dan benzil alkohol) berwarna putih lebih sedikit bening. . Larutan pada beaker glass A (Lapisan bawah) ditambahkan 0,25 ml Na 2CO3 dan 0,5 ml akuades dan akan terbentuk dua lapisan, lapisan atas dibuang dan lapisan bawah diukur volumenya. Pada beaker glass B (lapisan atas) ditambahkan 150 mg Na 2SO4 dan HCl pekat sampai asam (tes keasaman menggunakan kertas lakmus biru). Penambahan HCl bertujuan agar ion benzoat menjadi asam benzoat yang ditandai dengan terbentuknya endapan putih. 4.5 Analisis Kesalahan Pada percobaan ini didapatkan persen kesalahan relatif di karenakan kurang telitinya dalam pengukuran reagen, peralatan yang kurang bersih, dan bias jadi pada saat proses filtrasi masih ada endapan dilantin yang tertinggal pada dinding labu bulat yang dipakai.
5.
KESIMPULAN Reaksi Cannizzaro adalah sebuah reaksi kimia yang melibatkan disproporsionasi aldehida tanpa hydrogen alfa yang diinduksi oleh basa yang memiliki prinsip reaksi autoredoks (dapat melakukan oksidasi maupun reduksi terhadap molekul benzaldehid itu sendiri) dengan menggunakan katalis basa. Pembuatan benzyl alcohol dan asam benzoate dibuat dengan mereaksikan benzaldehida dan methanol dengan bantuan katalis basa kuat yaitu KOH melalui mekanisme reaksi Cannizarro. Produk reduksi yang dihasilkan adalah benzil alkohol sedangkan produk oksidasi yang dihasilkan adalah asam benzoat. Hasil percobaan ini berupa cairan benzil alkohol dan padatan asam benzoat. Pada percobaan ini didapatkan benzil klorida 3,28 gram dengan % yield 138,04% dan %KR 128,04%, dan asam benzoate 0,25 gram dengan % yield 6,85% dan %KR 93,14%. 6.
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur Alhamdulillah atas kehadirat Allah yang telah memberikan saya kesehatan untuk mengikuti praktikum hingga menulis laporan praktikum ini dengan tepat waktu. Terima kasih kepada para dosen KBI organik, dan tentunya kedua orang tua saya yang selalu mendoakan saya, serta rekan kerja praktikum saya, Annisa Khairani dan M. Irsyad Amzy, yang telah bekerjasama dalam melaksanakan praktikum kimia organik ini, dan asisten laboratorium saya, Kak Garnis yang telah sabar membantu dan mendampingi selama praktikum kimia organik.
DAFTAR PUSTAKA
Tim KBI Organik. 2016. Diktat Praktikum Kimia Organik . Depok: Departemen Kimia FMIPA UI. Budavari, S. 1996. The Merck Index, An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biological. Twelfth Edition.. Merck & Co Inc. New Jersey. Cannizzaro, S. 1853. "Ueber den der Benzoësäure entsprechenden Alkohol". Liebigs Annalen 88: 129 – 130.doi:10.1002/jlac.18530880114 Fessenden, Ralph J dan Fessenden, Joan S.1992. Kimia Organik Jilid 2, Edisi Ketiga (A. H. Pudjaatmaka, Penerjemah). Jakarta: Erlangga. Putri, Sophia Anggraini. 2009. Aplikasi Reaksi Cannizzaro Terhadap Benzaldehida dan P-Anisaldehida dengan Kondisi Tanpa Pelarut. Solo: Jurusan Kimia FMIPA UNS. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/28841/4/Chapter%20II.pdf (diakses pada 19 november 2016) http://www.ilmukimia.org/2013/05/senyawa-turunan-benzena.html (diakses pada 19 november 2016)
