Laporan Praktikum Sintesis Kimia Organik, Tahun Akademik 2017/2018 - 1
Sintesis Benzil Alkohol dan Asam Benzoat dengan Metode Reaksi Cannizzaro Reza Imam Pratama (1506721674)
Departemen Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Indonesia Kampus UI Depok, 16424, Depok, Jawa Barat, Indonesia E-mail:
[email protected]
Abstrak Abstrak Paper ini merupakan pembahasan dari hasil percobaan sintesis benzil alkohol dan asam benzoat. Prinsip reaksi dalam percobaan ini adalah reaksi cannizzaro. Reagen utama dalam reaksi ini adalah benzaldehida dan KOH. Dalam reaksi ini terjadi reaksi redoks, disproporsionasi, dari benzaldehida membentuk benzil alkohol sebagai produk tereduksinya dan asam benzoat sebagai produk teroksidasinya. Pada proses sintesis ini digunakan metode refluks dan metode ekstraksi untuk mendapatkan produk yang lebih besar yieldnya. Pada percobaan ini didapatkan volume benzil alkohol sebanyak 1.9 mL (massa benzil alkohol sebesar 2.4928 gram) dengan persen kesalahan dan persen yield berturut-turut sebesar 949.15% dan 1049.15%. Sedangkan, Sedangkan, massa asam benzoat yang terbentuk adalah sebesar 0.0 gram. Larutan benzil alkohol yang didapat berupa larutan bening dan asam benzoat yang didapat berwujud padatan putih kecil.
K ata kunci: Cannizza Cannizzaro, Re R efluks, E kstraksi .............................................................................................................................................................. 1.
PENDAHULUAN
Asam benzoat (C6H5COOH) adalah salah satu senyawa kimia yang biasa digunakan sebagai bahan pengawet makanan dengan bentuknya yang berua padatan kristal berwarna putih dan merupakan asam karboksilat aromatik yang paling sederhana. Asam benzoat terbentuk dari reaksi oksidasi alkohol primer manjadi asam karboksilat dengan oksidator KMNO4 dalam larutan basa dengan endapan MNO2 - yang terbentuk dan filtrat asam benzoat yang di rekristalisasi. Namun, pada percobaan ini Asam benzoat dan benzil alkohol dapat dibuat melalui melalui reaksi cannizzaro. Reaksi cannizzaro, dinamai penemunya Stanislao Cannizzaro, adalah reaksi kimia yang melibatkan disproporsionasi induksi basa dari aldehida yang tidak memiliki atom hidrogen pada posisi alpha. Cannizzaro melakukan transformasi pertama ini pada tahun 1853, ketika ia memperoleh benzil alkohol dan kalium benzoat dari mereaksikan benzaldehida dengan kalium (kalium karbonat). Lebih tepatnya, reaksi akan dilakukan dengan natrium atau kalium hidroksida. Produk oksidasi adalah garam dari asam karboksilat dan produk reduksinya adalah alkohol. Percobaan ini juga dilakukan untuk mengetahui cara mensintesa senyawa asam benzoat dan benzil alkohol dari benzaldehid. Selain itu tujuan percobaan ini adalah mengerti fungsi reagen melalui pengamatan terhadap hasil perlakuan perlakuan yang dilakukan ke sampel.
2.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Benzil Alkohol
Benzil Alkohol (C6H5CH2OH) merupakan cairan tak berwarna dan berbau dengan berat molekul sebesar 108,14 g/mol. Massa jenis dari benzil alkohol adalah 1,04 gram/cm3 . Benzil alkohol ini memiliki titik didih sebesar 205,3oC dan titik lelehnya -15,2oC. Benzil alkohol larut dalam dietil eter, etanol dan aseton. Benzil alkohol larut sebagian dalam air dingin (Anonim, 2014). Adapun struktur dari benzil alkohol adalah sebagai berikut:
2
Gambar 1. Struktur benzil alkohol 2.2 Asam Benzoat
Asam benzoat (C6H5COOH) merupakan padatan bersifat asam dan berwarna putih dengan berat molekul sebesar 122,12 g/mol. Massa jenis dari asam benzoat adalah 1,27 gram/cm3 . Asam benzoat ini memiliki titik didih sebesar 249 o C dan titik leleh sebesar 122,4 o C. Asam benzoat ini sangat sedikit larut dalam air (Anonim, 2014). Adapun struktur dari asam benzoat adalah sebagai berikut:
Gambar 2. Struktur Asam benzoat 2.3 Benzaldehida
Pada percobaan ini, reagen utama yang digunakan adalah benzaldehida. Benzaldehid (C 6H5CHO), merupakan representatif paling sederhana dari aldehid aromatik, yang terjadi secara alami sebagai amygdalin glikosida. Disiapkan secara sintetis, digunakan terutama dalam pembuatan pewarna, asam sinamat, serta senyawa organik lainnya, dan sampai batas tertentu dalam parfum dan agen penyedap. Benzaldehida pertama kali diisolasi pada tahun 1803. Pada tahun 1830-an, ahli kimia asal Jerman yaitu Justus Liebig dan Friedrich Wöhler menyelidiki senyawa dalam studi yang merupakan dasar bagi teori struktural kimia organik. Dalam industri, benzaldehida dibuat oleh sebuah proses di mana toluena direaksikan dengan klorin untuk membentuk benzal klorida, diikuti oleh mereaksikan benzal dengan air. H Cl
Cl2
H2O
CH Cl O
Gambar 3. Reaksi Sintesis Benzaldehida
Benzaldehida mudah teroksidasi menjadi asam benzoat. Benzaldehid mengalami oksidasi dan reduksi secara serentak jika direaksikan dengan alkohol kalium hidroksida (reaksi Cannizzaro), memberikan produk berupa kalium benzoat dan benzil alkohol. Benzaldehid merupakan senyawa yang hanya sedikit larut dalam air dan benar-benar larut dalam etanol dan dietil eter. Selain itu, dalam percobaan ini juga digunakan kalium hidroksida. Kalium hidroksida – KOH, KOH, adalah senyawa non organik dengan rumus KOH bersifat polar, yang biasanya disebut sebagai potas api. Kalium hidroksida adalah basa kuat prototipikal, yang juga dapat ditemukan dari natrium hidroksida. Tentu saja, kalium hidroksida memiliki banyak aplikasi industri. Mirip dengan serpihan caustic soda, kalium hidroksida sebagian besar dimanfaatkan untuk sifat korosif dan reaktivitas terhadap asam. Warna kalium hidroksida adalah putih atau kuning. Peringatan bahaya yang cukup kuat karena potas api adalah reaktif terhadap air, korosif, dan berbahaya jika tertelan. Dengan demikian, kita harus berhati-hati dalam merawat kalium hidroksida ini. 2.4 Metanol
Dalam percobaan ini juga digunakan methanol. Metanol adalah bahan kimia cair dengan rumus kimia CH3OH (sering disingkat MeOH). Senyawa ini bersifat semi-polar. Senyawa ini tidak berwarna, mudah menguap, mudah terbakar, dan beracun. Metanol dibuat dari distilasi destruktif kayu dan terutama
3 disintesis dari karbon monoksida dan hidrogen. Kegunaan utamanya adalah dalam sintesis organik, sebagai bahan bakar, pelarut, dan antibeku.
Gambar 4. Struktur Metanol 2.5 Natrium Sulfat Anhidrat
Dalam percobaan ini juga digunakan natrium sulfat andhidrat. Na 2SO4 anhidrat adalah anhidrat, bentuk garam natrium dari asam sulfat. Natrium sulfat anhidrat dapat mengikat sejumlah molekul air. Natrium sulfat anhidrat berdisosiasi dalam air untuk memberikan ion natrium dan ion sulfat. Ion natrium adalah kation utama dari cairan ekstraseluler dan memainkan peranan besar dalam terapi gangguan cairan dan elektrolit. Natrium sulfat anhidrat adalah replenisher elektrolit dan digunakan dalam larutan isoosmotik sehingga administrasi tidak mengganggu keseimbangan elektrolit normal dan tidak menyebabkan penyerapan atau ekskresi air dan ion. 2.6 Reaksi Cannizaro
Reaksi Canizzaro pada suatu aldehida diawali dengan adisi ion OHke senyawa aldehid (R-CHO) yang akan menghasilkan senyawa penyumbang hidrida yang baik, dengan kehilangan proton pada larutan basa untuk menghasilkan senyawa di-ion. Hidrida dapat berasal dari senyawa 1 atau 2. Reaksi yang berasal dari hidrida dari senyawa 1 akan diikuti dengan peralihan hidrida secara lambat ke atom karbonil molekul aldehid (R-CHO) kedua sehingga membentuk senyawa 3 dan 4. Reaksi yang berasal d ari hidrida senyawa 2 menghasilkan senyawa 5 dan 6. Secara normal, hasil terbaik dari reaksi Canizzaro yang berupa asam dan alkohol primer 2 masing-masing 50%, tetapi hal ini dapat berubah dalam beberapa kasus. Senyawa aldehida yang mengandung suatu gugus OH pada cincin maka kelebihan basa akan mengoksidasi alkohol yang terbentuk dan akan berubah menjadi asam dengan hasil yang lebih tinggi, karena OHakan tereduksi menjadi H2.
Gambar 5. Mekanisme reaksi cannizaro secara umum 2.7 Metode Refluks Pada percobaan ini digunakan metode ekstraksi dan refluks dengan menggunakan prinsip reaksi cannizzaro untuk mensintesi produk yang akan dihasilkan dalam percobaan ini. Metode ekstraksi, metode refluks, dan prinsip reaksi cannizzaro akan dibahas dalam bagian analisa percobaan. 3.
METODE PERCOBAAN
4 3.1 Alat dan Bahan
Pada percobaan ini, alat-alat yang digunakan adalah labu erlenmeyer, kondensor refluks, corong pemisah, hot plate, plate, gelas ukur, magnetic stirer , pipet tetes, dan beaker glass. Bahan-bahan yang digunakan adalah benzaldehid, KOH, metanol, metilen klorida, aquades, Na 2SO4 anhidrat, HCl pekat, dan Na2CO3. 3.2 Sintesis Benzil Alkohol dan Asam Benzoat
Pada percobaan ini, langkah-langkah yang dilakukan adalah memasukkan 0.45 mL benzaldehid dan 1.2 ml KOH 11 M dan 1.2 ml metanol dalam erlenmeyer dan dimasukkan batu didih, kemudian panaskan selama 1 jam di refluks dalam suhu 65 0C – 75 75 0C. Kemudian, mendinginkan campuran dalam suhu kamar, kemudian menambahkan 2 mL akuades dingin ke dalam corong pisah. Lalu, mengekstrasikan larutan dengan 1 mL metilen klorida sebanyak tiga kali hingga terbentuk dua lapisan pada larutan. Untuk mendapatkan benzil alkohol, ambil lapisan metilen klorida dan cuci dengan 0.25 mL Na 2CO3 dan 0.5 mL akuades. Kemudian, mengeringkan lapisan lainnya dengan 150 mg Na 2SO4 anhidrat, dan beberapa tetes HCl sampai asam lalu menimbang massa produk yang didapatkan. 4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data dan Hasil Pengamatan
Gambar 7. Produk Benzil Alkohol
Gambar 6. Hasil Hasil ekstraksi ekstraksi
4.2 Perhitungan Teoritis
Diketahui Volume Benzaldehida
: 0.45 mL
Mr Benzil alkohol
: 108 g/mol
ρ Benzaldehida
: 1.04 gr/mL
ρ Benzil alkohol
: 1.312 g/mL
Mr Benzaldehida
: 107 g/mol
Mr Asam Benzoat
: 122 g/mol
Massa Benzaldehida
= Volume Benzaldehida x ρ Benzaldehida = 0.45 x 1.04 = 0.468 gram
Mol Benzaldehida
=
Massa Benzaldehida 0.468 Benzaldehida = 107 = 0.0044 mol
5
Gambar 12. Reaksi Sintesis Asam Benzoat dan Benzil Alkohol dari Benzaldehida Tabel 1. Perhitungan Stoikiometri Reaksi Sintesis Asam Benzoat dan Benzil Alkohol
Jumlah reaktan dan produk (mol)
Benzaldehid
Asam Benzoat
Benzil Alkohol
Awal reaksi
0.0044
-
-
Reaksi
0.0044
0.0022
0.0022
-
0.0022
0.0022
Akhir reaksi Massa Benzil Alkohol teoritis Massa Asam Benzoat teoritis
= 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
4.3 Perhitungan Secara Percobaan
Massa Benzil Alkohol hasil percobaan Massa Asam Benzoat hasil percobaan
= Massa Jenis Benzil Alkohol x Volume Benzil Alkohol = 1.312 x 1.9 = 2.4928 g = 0.0 g
4.4 Penentuan Yield Reaksi dan Kesalahan Relatif
Benzil Alkohol % KR
=
% Yield =
− 0.2376− 2.4928 | | × 100% = | 0.2376 | × 100% = 949.15 % | | × 100% = |
2.4928 0.2376
| × 100% =1049.15 %
4.5 Pembahasan
Pada percobaan ini, tujuan yang ingin dicapai adalah mensintesis asam benzoat dan benzil alkohol dari reagen utama benzaldehida, mengetahui mekanisme reaksi yang terjadi di dalamnya, dan mengetahui fungsi reagen-reagen yang digunakan dalam percobaan ini. Langkah yang pertama dilakukan adalah memasukkan 0.45 mL benzaldehid, 1.2 mL KOH 11 M, dan 1.2 mL metanol ke dalam labu erlenmeyer dan dimasukkan batu didih ke dalamnya. Benzaldehida dalam percobaan ini digunakan berfungsi sebagai reagen utama. Sedangkan basa kalium hidroksida yang digunakan dalam percobaan ini berfungsi sebagai katalis basa penyumbang OH - yang akan berikatan dengan karbon karbonil dari aldehid dan membentuk anion dari benzaldehid. Selain itu, penambahan metanol berfungsi sebagai pelarut. Sifatnya yang semi polar dapat melarutkan baik benzaldehida maupun kalium hidroksida yang memiliki perbedaan kepo laran yang mana benzaldehida adalah non polar dan kalium hidroksida adalah polar. Penggunaan batu didih dalam percobaan ini bertujuan untuk menghindari bumping selama proses pemanasan (langkah selanjutnya). Kemudian, campuran dipanaskan selama 30 menit di refluks. Prinsip metode refluks ada tiga yaitu pemanasan, penguapan dan pengembunan, dan sistem tertutup. Dengan menggunakan metode refluks, pelarut volatil yang digunakan akan menguap pada temperatur tinggi tetapi kemudian dilakukan pendinginan dengan kondensor sehingga pelarut yang semula berbentuk uap akan mengembun dan turun lagi ke dalam labu sehingga pelarut akan tetap ada selama reaksi. Selain itu, dengan adanya pemanasan refluks maka temperatur reaksi dapat dijaga konstan serta reaksi dapat berjalan lebih cepat. Selama proses pemanasan tersebut, terjadi reaksi antara reagen-reagen tersebut. Reaksi yang terjadi disebut sebagai reaksi cannizzaro. Reaksi cannizzaro adalah reaksi redoks di mana dua molekul aldehida direaksikan untuk menghasilkan alkohol primer dan asam karboksilat menggunakan basa hidroksida. Reaksi redoks yang terjadi adalah terjadinya reaksi diproporsionasi di mana satu senyawa pada reaktan
6 (benzaldehida) mengalami reaksi reduksi dan oksidasi secara serentak menghasilkan benzil alkohol (produk tereduksi) dan asam benzoat (produk teroksidasi). Reaksi dimulai dengan serangan hidroksida pada karbon karbonil diikuti dengan deprotonasi untuk memberikan dianion. Senyawa antara yang tidak stabil merilis anion hidrida yang menyerang molekul aldehida yang lain. Dalam proses ini, dianion dikonversi menjadi anion karboksilat dan aldehida menjadi alkoksida. Alkoksida kemudian mengambil proton dari air untuk menyediakan produk akhir alkohol, sementara karboksilat diubah menjadi produk asam karboksilat setelah penambahan asam. Berikut adalah skema mekanisme reaksi cannizzaro yang terjadi dalam percobaan ini.
Gambar 13. Mekanisme Reaksi Cannizzaro pada benzaldehida dengan katalis basa
Setelah dilakukan refluks, kemudian dilakukan pendinginan campuran dalam suhu kamar, kemudian memasukkan campuran dan 2 mL akuades dingin ke dalam corong pisah. Kemudian, campuran diekstraksi dengan 1 mL metilen klorida sebanyak tiga kali hingga terbentuk dua lapisan pada larutan. Metoda ekstraksi adalah prosedur laboratorium yang sangat umum digunakan saat mengisolasi atau memurnikan produk. Dalam kimia organik umumnya digunakan ekstraksi padat-cair, cair-cair, dan ekstraksi asam-basa. Suatu hal yang sangat umum untuk produk organik hasil sintesis dalam reaksi dimurnikan dengan cara ekstraksi cair-cair. Sebuah corong pemisah digunakan untuk proses ini. Dalam prosedur ini, produk organik diisolasi dari zat anorganik. Produk organik akan larut dalam pelarut organik (lapisan organik) sedangkan zat anorganik akan larut dalam air (lapisan air). Pelarut organik yang digunakan untuk ekstraksi harus memenuhi beberapa kriteria berupa harus mudah larut dengan zat yang akan diekstraksi, sebaiknya tidak bereaksi dengan zat yang akan diekstrak, sebaiknya tidak bereaksi dengan atau menjadi larut dengan air (pelarut kedua biasa), dan harus memiliki titik didih rendah sehingga dapat dengan mudah dihilangkan dari produk. Pelarut pada proses ekstraksi pada umumnya adalah dietil eter dan metilen klorida. Penambahan metilen klorida berfungsi sebagai pelarut organik yang dapat melarutkan benzil alkohol dari campuran (asam benzoate dan benzil alkohol). Untuk mendapatkan benzil alkohol, ambil lapisan metilen klorida dan cuci dengan 0.25 ml Na 2CO3 dan 0.5 ml akuades. Fungsi dari penambahan natrium bikarbonat ini adalah untuk menarik sisa air dari lapisan metilen klorida. Volume yang didapat merupakan volume benzil alkohol yang didapat dalam percobaan ini. Sedangkan untuk lapisan air dikeringkan dengan penambahan penambahan 150 mg Na 2SO4 anhidrat dan beberapa tetes HCl sampai asam. Penambahan natrium sulfat anhidrat berfungsi sebagai drying agent dan dan menarik pengotor. Sedangkan penambahan asam pekat bertujuan untuk memprotonasi ion benzoat sehingga menjadi asam benzoat yang tidak larut dalam air. Lalu, endapan yang terbentuk ditimbang. Pada percobaan ini didapatkan volume benzil alkohol sebanyak 1. 9 mL (massa benzil alkohol sebesar 2.4928 gram) dengan persen kesalahan dan persen yield berturut-turut sebesar 949.15% dan 1049.15%.
7 Sedangkan, massa massa asam benzoat yang terbentuk adalah sebesar 0.0 gram. Larutan Larutan benzil alkohol yang didapat berupa larutan bening dan asam benzoat yang didapat berwujud padatan putih kecil. 4.6 Analisa Kesalahan
Pada percobaan ini, massa dilantin yang terbentuk tidak sesuai dengan massa dilantin yang seharusnya terbentuk secara teori. Hal ini mungkin dapat disebabkan oleh beberapa hal di antaranya adalah: a. Reagen yang digunakan dalam kondisi yang tidak optimal atau sudah terkontaminasi b. Terdapat human error dalam melakukan percobaan seperti proses penimbangan reagen yang tidak tepat atau penambahan volume yang tidak tepat (pembacaan miniskus tidak tepat) atau pengocokan saat ekstraksi yang tidak kuat kuat c. Pada saat melakukan penyaringan ada endapan yang tidak tersaring atau lolos dari kertas saring sehingga tidak terukur saat melakukan penimbangan massa endapan 5.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan dan pembahasan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa benzil alkohol dan asam benzoat dapat disintesis. Benzil alkohol dan asam benzoat dapat disintesis dengan reagen utama berupa benzaldehid dengan basa. Reaksi yang terjadi adalah reaksi cannizzaro. M etode yang digunakan dalam percobaan ini adalah metode refluks dan ekstraksi. Pada percobaan ini didapatkan volume benzil alkohol sebanyak 1.9 mL (massa benzil alkohol sebesar 2.4928 gram) dengan persen kesalahan dan persen yield berturut-turut sebesar 949.15% dan 1049.15%. Sedangkan, massa asam benzoat yang terbentuk adalah sebesar 0.0 gram. Larutan benzil alkohol yang didapat berupa larutan bening dan asam benzoat yang didapat berwujud berwujud padatan putih kecil.
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih sebanyak-banyaknya saya ucapkan kepada pihak-pihak terkait yang telah membantu saya baik secara langsung maupun tidak langsung dalam pembuatan praktikum ini. 1. Allah SWT 2. Kedua orang tua saya 3. Pak Emil dan Ibu Diah selaku pembimbing Praktikum Kimia Organik 4. Kak Imam
DAFTAR PUSTAKA Tim KBI Kimia Organik. 2017. Diktat 2017. Diktat Praktikum Kimia Organik . Depok: Departemen Kimia, FMIPA UI Smith, Janice Gorzynski. 2011. Organic Chemistry 3rd ed.. ed. . Manoa: University of Hawai http://www.name-reaction.com/cannizzaro-reactionn http://www.name-reaction.com/cann izzaro-reactionn Diakses pada 4 November 2017 http://www.britannica.com/science/benzaldehyde http://www.britannica.com/science/ben zaldehyde Diakses pada 4 November 2017 http://www.nuansakimia.com/en/what-potassium-hydroxide--koh-is-all-about.html Diakses pada 4 November 2017 http://www.thechemco.com/chemical/methanol/ http://www.thechemco.com/chemic al/methanol/ Diakses pada 15 November 2015 https://www.erowid.org/archive/rhodium/chemistry/equipment/dryingagents.html Diakses pada 4 November 2017 http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/sodium_sulfate#section=Top http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/com pound/sodium_sulfate#section=Top Diakses pada 4 November 2017 http://spot.pcc.edu/~chandy/241/Reflux%20and%20Distillation.pdf http://spot.pcc.edu/~chandy/241/Reflux% 20and%20Distillation.pdf Diakses pada 4 November 2017
8
MSDS 1.
2.
3.
4.
Benzaldehida Wujud fisik Berat molekul Titik didih Massa jenis Bahaya Kalium Hidroksida Wujud fisik Berat molekul Massa jenis Bahaya Metilen Klorida Wujud fisik Berat molekul Titik didih Massa jenis Bahaya Metanol Wujud fisik Berat molekul Titik didih Bahaya
: Cairan bening : 106.13 g/mol : 179oC : 1.04 g/cm3 : Berbahaya dan menyebabkan iritasi apabila kontak dengan kulit, dengan mata, dan apabila terhirup. : Cairan bening : 60.05 g/mol : 1.11 g/cm3 : Basa kuat menyebabkan iritasi pada kulit, mata, dan apabila tertelan : Cairan bening beraroma seperti eter : 138.12 g/mol : 40oC : 1.33 g/cm3 : Iritasi pada kulit dan mata : Cairan bening beraroma seperti alkohol : 32.04 g/mol : 64.5 oC : Iritasi pada kulit dan mata
