1. Tujuan Praktikum
Praktikum ini bertujuan untuk : 1. Mempelajari reaksi nitrasi terhadap benzen. 2. Membuat nitrobenzen sebagai hasil reaksi substitusi senyawa aromatik 2. Teori dasar 2.a. Benzen dan elektrofil
Sekelompok senyawa Organik yang gugus hidroksilnya (-OH) langsung melekat pada karbon cincin benzene dinamakan Fenol. Aktivator kuat dalam reaksi substitusi aromatik elektrofilik terletak pada gugus OH-nya, karena ikatan karbon sp2 lebih kuat dari pada ikatan 3 oleh karbon sp maka ikatan C-O dari suatu fenol tidak mudah terputuskan. Fenol sendiri
bertahan terhadap oksidasi karena pembentukan suatu gugus karbonil akan mengakibatkan dikorbankannya penstabilan aromatik. Amina dapat dikelompokkan sebagai primer, sekunder, atau tersier, menurut banyaknya substituen alkil atau aril yang terikat pada nitrogen. Suatu nitrogen amina dapat memiliki empat gugus atau atom yang terikat padanya, dalam hal ini nitrogen itu merupakan bagian dari suatu ion positif. Senyawa-senyawa ion-ion ini terbagi dalam dua kategori. Jika salah satu terikat ialah H, maka senyawa itu disebut garam amina Pada esterifikasi fenol tidak melibatkan pemaksapisahan ikatan C-O yang kuat dari fenol itu, tetapi bergantung pada pemaksapisahan ikatan OH. Oleh karena itu , ester fenol dapat disentesis dengan reaksi-reaksi yang sama yang menghasilkan ester alkil (Fessenden and Fessenden, 1991). Anilin dapat dibuat dengan menggunakan reduksi dari Nitrobenzen, Nitrobenzen di reaksikan dengan amoniak menggunakan katalis alkohol, serta dengan mereaksikan 0
Monoklor Benzen dengan Amoniak dengan katalis Cu 2O pada suhu 200 C. Anilin (fenilamin) termasuk dalam amin aromatik, sedangkan turunan dari amin aromatik dalam bidang farmasi adalah Aetanilida yang berfungsi sebagai antifebri, Ephedrin sebagai vasodilatasi serta Phenaetin sebagai antipiretika.
Garam amina merupakan hasil dari reaksi suatu amina dengan suatu asam mineral atau suatu asam, karena kemampuannya membentuk garam, suatu amina yang tak larut dalam air dapat larut dalam asam encer (Fessenden and Fessenden, 1991). Substitusi elektrofilik terjadi pada banyak reaksi yang mengandung cincing benzen (arene). Untuk mempermudah sebelumnya kita akan melihat hanya pada cincin benzen. Ini yang perlu anda mengerti untuk mekanisme substitusi elektrofilik: a.
Benzen, C6H6, adalah molekul planar yang berupa cincin dari 6 buah karbon yang masing-masing terikat pada hidrogen.
b.
Terjadi delokalisasi pada bagian atas dan bawah dari bidang planar cincin.(lihat gambar).
c. Keberadaan dari elektron yang terdelokaslisasi ,embuat benzen stabil.
d.
Benzen memolak reaksi adisi sebab akan mengakibatkan hilangnya delokalisasi yang membuat hilangngnya stabilisasi.
e.
Benzen dilambangkan dengan simbol berikut ini, dimana cincin melambangkan elektron yang terdelokalisasi dan setiap sudut dari segienam merupakan atom karbon yang berikatan dengan hidrogen Karena elektron yang terdelokalisasi ter- exposed di bagian atas dan bawah dari bidang
planar tempat molekul carbon berada, benzen menjadi sangat tertarik pada elektrofil (atom/molekul yang mencari daerah yang kaya akan elektron pada molekul yang lain.
Elektrofil bisa merupakan ion positif, atau bagian yang yang memiliki polaritas positif pada sebuah molekul. Elektron yang terdelokalisasi pada bagian atas dan bawah dari bidang planar molekul benzen sangat mudah diserang, sama seperti bagian atas dan bawah pada molekul eten. Namun hasil keduanya tidaklah sama.
Jika benzen mengalami reaksi adisi sama seperti eten sebagian dari elektron yang terdelokalisasi harus berikatan dengan atom atau grup yang baru. Sehingga delokalisasi akan terputus, dan ini membutuhkan energi. Sebaliknya, delokalisasi akan bisa tetap dipertahankan jika atom hidrogen digantikan dengan sesuatu yang lain (reaksi substitusi). Atom hidrogen tidak memiliki hubungan dengan dislokalisasi.Pada kebanyakan reaksi dengan benzen, elektrofil merupakan ion positif. Energi pada reaksi
Dislokalisasi sempurna terputus sementara saat – NO2 menggantikan -H pada cincin dan ini membutuhkan energi. Namun energi tersebut terbayar saat dislokalisasi kembali terbentuk. Energi awal yang diperlukan menjadi energi aktivasi dari reaksi (sekitar 150 kJ -1
mol ), dan ini berarti reaksi benzen memiliki kecepatan reaksi yang lambat. 2.b. Reaksi Elektrofilik Antara Benzen dan Asam Nitrat Subtitusi
Benzen direaksikan dengan campuran antara asam nitrat pekat dan asam sulfur pekat pada suhu kurang dari 50°C. Selagi suhu bertambah. Kemungkinan mendapatkan -NO 2, tersubsitusi ke cincin bertambah. Dan terbentuklah nitrobenzen.
atau:
Asam sulfur pekat bereaksi sebagai kalalisator. Formasi dari elektrofil +
Yang merupakan elektrofil disini adalah ion nitronium atau kation nitril, NO 2 . yang terbentuk dari reaksi antara asam nitrat dan asam sulfur.
2.c. Mekanisme substitsusi elektrofilik
1. Tahap pertama
2. Tahap kedua
3. Alat yang digunakan
1. Labu didih leher 2 2. labu destilasi
3. pendingin leibig 4. Kertas saring 5. corong pemisah 6. Corong 7. gelas ukur (100 ml) 8. gelas piala (100 ml) 9. Erlenmeyer (250 ml) 10. thermometer 4. Bahan yang digunakan
1. asam nitrat pekat 2. CaCl anhidrat 3. asam sulfat pekat 4. natrium karbonat 5. Prosedur Kerja
a. kedalam labu didih leher 2 masukkan 35 ml HNO 3 pekat dan beberapa tetes H 2SO4 pekat sambil didingnkan dalam air. Lakukan penambahan dalam lemari asam. b. Masukkan 30 ml benzene sedikit demi sedikit, goyang terus sampai larutan tercampur sempurna. Tetap lakukan dalam air (suhu jangan naik) 0
c. Pasangkan pendingin refluks, panaskan sampai suhu 60 C pada waterbath selama 45 menit sambil digoyang. d. Tuangkan campuran reaksi kedalam corong pemisah, kocok dengan kuat dan hatihati. Diamkan beberapa menit hingga terbentuk dua lapisan.
e. Pisahkan lapisan nitro benzen (bagian atas) dengan laisan sisa asam (bagian bawah). f. Cuci lapisan nitrobenzen dengan 100 ml aquades, kocok sebentar, lalu buang lapisan airnya (bagian bawah). g. Cuci lapisan nitrobenzen dengan 50 ml NaCO 3 5%. h. Cuci lagi lapisan nitrobenzen dengan 100 ml aquades, terakhir keringkan dengan 5 gr CaCl anhidrat/ i. Pisahkan lapisan nitrobenzen dan kristal CaCl anhidrat. j. Hitung colume nitrobenzen yang diperoleh. 6. Rangkaian alat Aliran air keluar
Rangkaian alat berupa rangkaian labu didih dasar bulat dan kondenser serta rangkaian alat corong pemisah pada statif. Aliran air masuk
7. Reaksi Yang Terjadi
Adapun reaksi yang terjadi pada percobaan ini ada dua, yaitu;
a. reakasi pengubahan elektrofil lemah menjadi elektrofil kuat seperti yang digambarkan sebagai berikut:
b. reaksi substitusi nitrobenzen
8. Data percobaan a. 35 ml HNO3 + 10 ml tetes H 2SO4 = larutan jernih, timbul panas reaksi b. Campuran larutan + 30 ml benzene = larutan tetap jernih 0
c. Campuran dipanaskan pada suhu 60 C dan di refluks selama 45 menit, diperoleh larutan berwarna kuning jernih. d. Larutan dipsahkan dengan corng pemisah, didapat 2 lapisan nitrobenzene dan sisa asam. Lapisan nitrobenzene berada di bagian atas dan lapisan sisa asam ada di bagian bawah corong pemisah. e. Lapisan dicuci dengan 100 ml aquadest diperoleh 2 lapisan yang mana lapisan nitrobenzene berwarna kuning keruh. f. lapisan nitrobenzene kemudian dicuci dengan NaCO 3 5%, kemudian dipisahkan. g. Lapisan dicuci dengan 100 ml aquadest diperoleh 2 lapisan yang mana lapisan nitrobenzene berada diatas. h. lapisan nitrobenzene dikeringkan dengan CaCl anhidrat. Diperoleh larutan berwarna kuning jernih. i. Volume akhir yang diperoleh adalah 16 ml nitro benzen 9. Perhitungan
Jumlah nitrobenzene akhir yang diperoleh yaitu 16 ml. 10. Pembahasan
Dalam percobaan ini kami beri beberapa perlakuan, diantaranya berupa pemanasan, penggoyangan dalam air, pemberian katalis, dan penambahan katalis asam. +
HNO3 yang dicampurkan dengan H 2SO4 bertujuan untuk membentuk elektrofilik NO 2 . Kami mereaksikan didalam labu didih dasar bulat yang direndam dalam air dan dilakukan didalam lemari asam. Asam sulfat berfungsi untuk mengubah asam nitrat yang merupakan elektrofil lemah menjadi elektrofil kuat. Adapun reaksi pengubahan elektrofil lemah menjadi elektrofil kuat dapat digambarkan sebagai berikut:
Mereaksikan campuran dilakukan di dalam lemari asam agar uap asam yang terbentuk terhisap oleh boiler. Kemudian campuran asam nitrat dan asam sulfat ditambah dengan benzen. Pencampuran masih dilakukan di dalam lemari asam dan sambil didinginkan didalam air. Campuran digoyang sempurna agar campuran tercampur rata dan terbentuk produk secara maskimal. Campuran kemudian dipanaskan diatas penangas air sambil tetap digoyang dan o
disambungkan dengan pendingin refluk. Temperatur diset pada suhu 60 C. Karena jika suhu +
terlalu tinggi kemungkinan mendapatkan -NO 2 tersubsitusi ke cincin bertambah. Sehingga kemungkinan bisa terbentuk dinitrobenzen ataupun trinitrobenzen. Sebaliknya jika suhunya terlalu rendah kemungkinan campuran tidak akan bereaksi sempurna, sehingga hasil yang diperoleh maksimal. Kemudian campuran dimasukkan ke dalam corong pemisah. Larutan dikocok sempurna dengan hati-hati sambil sesekali tutupnya dibuka agar uap nitrobenzen hilang. Jika t utup tidak dibuka uap akan memenuhi corong pemisah dan kemungkinan bisa terjadi ledakan. Campuran kemudian didiamkan beberapa saat. Terbentuk dua lapisan. Lapisan atas adalah nitrobenzen kotor, berwarna kuning lebih pekat daripada lapisan bawah yang merupakan sisa asam.
Prinsip kerja corong pemisah adalah berdasarkan perbedaan berat jenis komponenkomponen campuran. Lapisan yang terbentuk adalah nitrobenzene dan asam, dimana nitrobenzene berada di lapisan atas. Lapisan sisa asam (bagian bawah) dibuang. Lapisan nitrobenzen dicuci dengan aquadest 100 ml. Pencucian dengan aquades berfungsi mengikat pengotor yang mungkin masih terikat dari pereaksi atau pelarut. Dikocok sebentar, kemudian didiamkan. Terbentuk lagi dua lapisan yaitu nitrobenzen yang berwarna kuning muda dan lapisan air berwarna putih keruh. Lapisan air kemudian dibuang dan selanjutnya lapisan nitrobenzen dicuci dengan menggunakan Na2CO3 50 ml. Lapisan nitrobenzen berwarna kuning jernih sedangkan Na2CO3 dan pengotor (lapisan bawah) berwarna putih keruh. 11. Kesimpulan
Reaksi nitrobenzen merupakan reaksi merupakan reaksi substitusi penggantian gugus – H pada benzen dengan elektrofil kuat.Reaksi nitrobenzen merupakan reaksi eksoterm dan 0
optimal pada suhu 60 C. Reaksi membutuhkan katalis untuk mengubah elektrofil lemah menjadi elektrofil kuat sehingga reaksi menjadi maksimal.
