Substitusi Elektrofilik: Pembuatan Asam Pikrat Adrian Ferrariski Putra (1406601113), Adysta Nandya, Hayatul Husna
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia Kampus UI Depok, 16424, Depok, Jawa Barat, Indonesia E-mail:
[email protected] Abstrak
Pada percobaan ini, fenol dioksidasi oleh HNO 3 dalam suasana asam di mana reaksi yang terjadi merupakan reaksi nitrasi menjadi asam pikrat sebagai turunan dari fenol. Metode yang digunakan adalah metode substitusi elektrofilik, rekristalisasi, dan penyaringan dengan corong Buchner. Metode substitusi elektrofilik merupakan reaksi penggantian pada atom hidrogen suatu aromatik oleh suatu elektrofil. Rekristalisasi asam pikrat dilakukan dengan cara penyaringan kembali kristal asam pikrat yang terbentuk menggunakan corong buchner dan campuran air : etanol (2:1) sebagai pencucinya agar kristal yang dihasilkan menjadi lebih murni. Setelah proses penyaringan, asam pikrat didinginkan hingga terbentuk kristal asam pikrat kembali yang berwarna kuning cerah. Hasil yang diperoleh kemudian di timbang bobotnya. Berdasarkan data hasil praktikum, didapatkan bobot asam pikrat murninya sebesar 3,15 gr. Dengan % Yield massa dari perhitungannya sebesar 34,55% yang membuktikan bahwa hasil percobaan yang didapatkan dikatakan cukup murni. Kata kunci:
Substitusi Elektrofilik, Rekristralisasi, dan Asam Pikrat
1. PENDAHULUAN
Asam pikrat pertama kali disebutkan dalam tulisan-tulisan Johann Rudolf Glauber pada tahun 1742. Awalnya, zat itu dibuat melalui nitrasi beragam zat seperti tanduk hewan, sutra, nila, dan resin alami, di mana orang pertama yang berhasil mensintesis asam pikrat adalah Peter Woulfe tahun 1779. Pada tahun 1841, asam pikrat berhasil disintesis dari fenol dengan rumus yang tepat. Setelah berhasil disintesis, beberapa kimiawan berpikir untuk menggunakan asam pikrat sebagai bahan bahan peledak di mana sebelumnya ahli kimia mengasumsikan mengasumsikan bahwa hanya garam asam pikrat yang eksplosif, bukan asam itu sendiri. Pada tahun 1873, Hermann Sprengel membuktikan bahwa asam pikrat dapat meledak dan asam pikrat pun menjadi bahan peledak utama yang digunakan sebagai kekuatan militer. Asam pikrat kemudian juga diaplikasikan dalam analisis logam, bijih, dan mineral. Asam pikrat berbentuk kristal putih kekuningan. Pada suhu 20°C, asam pikrat memiliki kelarutan yang kecil dalam air. Asam pikrat bersifat sedikit hidroskopis. Asam pikrat juga dapat larut dengan baik dalam pelarut organik terutama aseton (43g dalam 100g pada 25°C), metanol (21g dalam 100g pada 25°C), serta sedikit larut dalam asam sulfat dan asam nitrat pada suhu kamar. Kelarutan asam pikrat meningkat seiring dengan naiknya temperatur. Ketika dipanaskan di atas titik lelehnya (122,5°C), asam pikrat akan menyublim. Asam pikrat yang terdapat di alam relatif stabil. Asam pikrat dapat menghasilkan pikráty (garam dari asam pikrat) yang sangat sensitif dan mudah menyebabkan ledakan. 2. TINJAUAN PUSTAKA
Proses pembuatan asam pikrat dengan substitusi elektrofilik dimulai dengan mereaksikan fenol dengan asam sulfat pekat membentuk asam p-ferosulfonat yang ditandai dengan larutan berwarna coklat muda. Setelah proses pendinginan untuk menyempurnakan reaksi, asam asam nitrat pekat ditambahkan secara perlahan perlahan hingga menghasilkan gas NO 2 yang berwarna kemerahan. Pada tahap ini juga terjadi proses oksidasi fenol oleh HNO 3 dalam suasana asam (dengan penambahan katalisator asam sulfat) di mana fenol yang merupakan aktivator kuat cincin benzena menyebabkan terjadinya reaksi polisubstitusi. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.
3. METODE PERCOBAAN
Metode yang digunakan adalah metode substitusi elektrofilik, rekristalisasi, dan penyaringan dengan corong Buchner. Metode substitusi elektrofilik merupakan reaksi penggantian pada atom hidrogen suatu aromatik oleh suatu elektrofil. Rekristalisasi asam pikrat dilakukan dengan cara penyaringan kembali kristal asam pikrat yang terbentuk menggunakan corong buchner dan campuran air : etanol (2:1) sebagai pencucinya agar kristal yang dihasilkan menjadi lebih murni. Setelah proses penyaringan, asam pikrat didinginkan hingga terbentuk kristal asam pikrat kembali yang berwarna kuning cerah. Meski demikian, di dalam endapan tersebut masih terdapat banyak air yang menempel dengan Kristal endapannya, sehingga tak hanya dilakukan penyaringan saja tetapi juga dilakukan pengeringan selama kurang lebih satu hari. 3.1 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini di antaranya adalah tabung reaksi baik kecil maupun besar yang berfungsi sebagai wadah terjadinya reaksi, gelas ukur untuk mengukur volume reagen, Ice Bath untuk membuat suasana reaksinya menjadi endoterm, pemanas air ( waterbath) untuk mempercepat terjadinya reaksi, dimana reaksi terjadi pada suhu yang optimum, dan penyaring Buchner yang digunakan untuk menyaring sisa fasa cairan yang masih menempel di endapannya. Sedangkan untuk bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu : 5 gram fenol, asam sulfat pekat 10 mL, asam nitrat pekat 7mL, etanol 15 mL dan 3 0 mL Aquades. 3.2 Pembuatan Asam Pikrat
Proses pembuatan asam pikrat dimulai dengan menyiapkan labu bulat, kemudian memasukkan fenol sebanyak 5,00g, menambahkan asam sulfat pekat 10 mL, melakukan pengocokan dan pemanaan campuran dalam pemanas air (waterbath) mendidih selama 30 menit, mengamati perubahan campuran menjadi semakin jernih, yaitu terbentuknya asam fenolsulfonat. Analat kemudian didinginkan dengan icebath dan ditambahkan dengan hati-hati asam nitrat pekat 7mL, mengamati perubahan cairan menjadi semakin kental, segera melakukan pengocokan selama 1 - 2 menit yang nantinya akan terbentuk gas kemerahan (nitrogen oksida) dan cairan akan menjadi merah. Memanaskan kembali campuran dalam pemanas air ( waterbath) mendidih selama kurang lebih 1,5jam disertai dengan pengocokan, mendinginkan campuran tersebut dengan icebath, menambahkan air sebanyak 50mL, dan menyaring dengan penyaring Buchner. Memindahkan kristal yang diperoleh, merekristalisasikan dengan melarutkannya kembali dengan air : etanol (2:1) sampai tepat larut, kemudian medinginkan kembali larutannya sampai terbentuk kristal kembali. Menentukan berat kristal yang diperoleh (titik leleh asam pikrat 122 0C). 3.3 Rekristalisasi Asam Pikrat
Pada percobaan kali ini dilakukan rekristalisasi asam pikrat dengan cara pencucian menggunakan campuran air - etanol dan penyaringan kembali kristal asam pikrat yang terbentuk dengan corong buchner agar Kristal yang dihasilkan bebas dari pengoto. Asam pikratnya kemudian direkristalisasi dengan proses pendinginan hingga terbentuk Kristal kembali. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data dan Hasil Pengamatan
Pemanasan campuran 5g fenol dan 10mL H 2SO4 pekat
Proses pendinginan asam pfenol sulfonat
Campuran + HNO 3 pekat sembari dipanaskan + Dikocok. Uap NO 2 Lepas.
Proses pendinginan setelah penghilangan gas NO2
Hasil Rekristalisasi
Penyaringan dan pencucian analat dengan air – alkohol 2 : 1
4.2 Perhitungan secara teoritis
LMassa fenol Mr fenol Volume H2SO4 Massa jenis H2SO4 Mr H2SO4
= 5g = 94g/mol = 10mL = 1.84g/mL = 98g/mol
Mol fenol =
H2SO4
HNO3
Mol HNO3 =
Reaksi yang terjadi dalam percobaan
S
-
Mol H2SO4 =
HNO3 + 0.1578 mol 0.1578 mol
M B
H2SO4 0.1877 mol 0.1578 mol
HSO4-
0.0299 mol
NO2+
+
+
3 NO 2+
0.1578 mol
0.1578 mol
0.1578 mol
0.1578 mol
NO2
NO 2
phenol
0.0531 mol 0.0531 mol
0.1578 mol 0.1593 mol
H2O
0.1578 mol
Mencari massa teoritis dari asam pikrat HO
+
0.1578 mol
OH
M B
= 7mL = 1.42g/mL = 63g/mol = 229.1g/mol
Menentukan massa asam pikrat secara teoritis Fenol
Volume HNO3 Massa jenis HNO3 Mr HNO3 Mr asam pikrat
NO 2
0.0531 mol
S
-
-0,015 mol
0.0398 mol
Dengan demikian diperoleh massa teoritis dari asam pikrat untuk kemudian dibandingkan dengan hasil percobaan yang didapatkan, yaitu: Massa asam pikrat teoritis = mol x Mr = 0.0531 mol x 229.1 g/mol = 12,1652g
4.3 Perhitungan secara percobaan
Dari percobaan didapatkan data penimbangan sebagai berikut.
Kertas saringnya 0,6g dan endapannya 1,27g (Endapan + Kertas Saring)
Pada percobaan didapatkan massa Asam Pikrat = (massa kertas saring + endapan) – (massa kertas saring) = (1,27g – 0,96g) = 0,31g
4.4 Analisis Percobaan Asam pikrat disintesis sebagai turunan dari fenol pada percobaan kali ini. Prinsip kerja yang dilakukan pada pembuatan asam pikrat ini adalah Fenol dioksidasi oleh asam nitrat dalam suasana asam. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi nitrasi yang menggunakan peraksi asam nitrat dengan katalisator asam sulfat pekat membentuk senyawa nitro benzena. Percobaan diawali dengan menambahkan asam sulfat pekat kedalam fenol yang berbentuk kristal. Reaksi antara fenol dengan asam sulfat menghasilkan asam pfenolsulfonat dimana dengan penambahan asam sulfat pekat ini menghasilkan reaksi eksoterm, hal ini dikarenakan sifat asam sulfat yang higroskopis sehingga menghasilkan panas saat direaksikan dengan fenol. Setelah ditambahkan asam sulfat larutan dipanaskan dalam waterbath selama 30 menit sambil dilakukan pengadukan. Prosedur tersebut dimaksudkan agar reaksi antara asam sulfat dengan fenol berlangsung cepat, pengadukan juga dapat mempercepat reaksi. Larutan yang terbentuk berwana coklat muda. Selanjutnya, didinginkan didalam air es agar reaksi yang terjadi benar-benar sempurna. Larutan coklat muda tersebut ditambahkan asam nitrat setelah reaksi dipastikan sempurna. Pada saat penambahan asam nitrat harus perlahan-lahan agar tidak memercik, penambahan asam nitrat ini dilakukan di lemari asam, hal ini dikarenakan ketika penambahan asam nitrat menghasilkan uap coklat yang terbentuk dari reaksi antara asam p-fenolsulfonat dengan asam nitrat. Reaksi beserta mekanismenya yang terjadi adalah sebagai berikut.
Setelah uap coklat hilang proses dilanjutkan dengan pemanasan selama 1,5 jam di atas waterbath, hal ini bertujuan agar reaksi nitrasi antara asam p-fenolsulfonat dengan asam nitrat berlangsung cepat karena umumnya reaksi-reaksi organik berjalan lambat. Secara teoritis, pemanasan selama 1,5 jam di atas waterbath seharusnya membentuk larutan yang berwarna kuning. Selanjutnya, ditambahkan air dingin kemudian didinginkan didalam air es, hal ini bertujuan supaya kristal cepat terbentuk. Setelah kristal terbentuk, kemudian saring kristal tersebut sambil dicuci dengan aquadest. Penyaringan dilakukan dengan menggunakan buchner. Kemudian dikeringkan dan ditimbang kristal tersebut. Kristal yang terbentuk berwarna putih kekuningan yang disebut dengan asam pikrat. Kemurnia asam pikrat yang dihasilkan dapat ditingkatkan dengan dilakukannya pencucian atau rekristalisasi menggunakan pelarut campuran air dan alkohol (2:1) untuk mencuci sisa asam sulfat yang masih ada didalam kristal tersebut. 4.5 Analisis Hasil Hasil yang diperoleh dari percobaan kali ini, yaitu Asam Pikrat, dimana Asam Pikrat berbentuk padatan kristal berwarna kuning cerah. Hasil yang diperoleh kemudian di timbang berat massanya. Didapatkan massa Asam Pikrat murninya sebesar 3,15 gr. Dengan % Yield massa dari perhitungannya sebesar 34,55 % yang membuktikan bahwa hasil percobaan yang didapatkan dikatakan cukup murni.
4.6 Kesalahan Relatif dan Yield
% KR massa
=
| | x 100%
=
– | | x 100%
= 97,45% % Yield massa
x 100% = x 100%
=
= 2,55% 4.7 Analisis Kesalahan Pada percobaan kali ini, didapatkan % kesalahan relatif sintesis Asam Pikrat dari massanya sebesar 97,45 %. Hasil persen kesalahan yang besar ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor kesalahan utama berikut. Jumlah volume HNO 3 yang ditambahkan hanya 7mL (lebih kecil dari volume H 2SO4), hal ini menyebabkan pada perhitungan massa teoritis asam pikrat, nilai mol HNO 3 yang didapatkan bernilai
negatif. Hal ini bisa saja menandakan bahwa jumlah HNO 3 yang ditambahkan tidak cukup untuk mengubah asam p-fenol sulfonat menjadi asam pikrat sehingga tidak terbentuk kristal kuning. Pada hasil secara praktik pun tidak didapatkan kristal kuning sama sekali, namun yang didapatkan hanya endapan coklat halus yang kemungkinan besar endapan itu adalah asam p-fenol sulfonat. Proses pemanasan dan pendinginan serta pengocokan yang kurang sempurna sehingga hasil reaksinya kurang maksimal
5. KESIMPULAN
Berdasarkan pengolahan data hasil praktikum, dapat disimpulkan bahwa: a. Secara praktik tidak didapatkan kristal asam pikrat yang berwarna kuning, namun didapat endapan halus berwarna coklat yang diprediksi adalah asam p-fenolsulfonat dengan bobot sebesar 0,31g. b. Melalui proses perhitungan data, diperoleh kesalahan relatif sebesar 97,45% dan %yield sebesar 2,55%. c. Faktor kesalahan utama yang menyebabkan tidak terbentuknya kristal asam pikrat adalah penambahan HNO3 yang kurang. d. Faktor kesalahan lain yang mempengaruhi hasil praktikum di antaranya adalah proses pemanasan, pendinginan, dan pengocokan yang kurang maksimal. e. Asam pikrat merupakan hasil dari reaksi fenol dengan peraksi asam nitrat dan katalisator asam sulfat pekat, sehingga asam pikrat merupakan devirat (turunan) dari fenol dengan reaksi nitrasi. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan saya kesehatan, sehingga saya dapat melakukan percobaan kali ini mengenai “Substitusi Elektrofilik: Pembuatan Asam Pikrat ” dan dapat menyelesaikan laporan tepat waktu. Terimakasih juga untuk rekan praktikum saya yang telah bekerjasama dalam melaksanakan percobaan pembuatan asam pikrat ini dan tentunya asisten laboratorium saya kak Rendy dan Kak Ladia yang telah membantu mendampingi saya melakukan percobaan Pembuatan Asam Pikrat dengan mekanisme Substitusi Elektrofilik. DAFTAR PUSTAKA
Amalia, Sarah. 2015. “Reaksi Substitusi Elektrofilik: Pembuatan Asam Pikrat. ” Depok: Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia. Falepi, Reza. 2014. “SINTESIS ASAM PIKRAT.” Universitas Islam Negeri, Syarif Hidayatullah Jakarta. Tim KBI Kimia Organik. 2016. PRAKTIKUM KIMIA ORGANIK. Depok: Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia. LAMPIRAN Material Safety Data Sheet (MSDS) 1.
Fenol (C6H5OH) Nama MSDS : Phenol Wujud : Padatan Bau : mencolok, aromatik, terkadang sangit Titik Didih : 182°C (359.6°F) Titik Leleh : 42°C (107.6°F) Massa Molekul : 94.11 g/mol Bahaya : Sangat berbahaya jika tersentuh kulit (korosif, iritasi), iritasi mata, pencernaan, pernapasan. Berbahaya jika tersentuh kulit (menyerap). Sejumlah jaringan rusak tergantung lamanya kontak.
2.
Asam Sulfat pekat (H2SO4) Nama MSDS : Asam sulfat Wujud : Cairan Bau : Tidak berbau tetapi bau mencekik saat dipanaskan
Titik Didih : 270°C (518°F) - 340 derajat. C berdekomposisi pada 340 derajat. C Titik Leleh : -35°C (-31°F) to 10.36 derajat. C Bahaya : Sangat berbahaya jika tersentuh kulit (korosif, iritasi), iritasi mata, pencernaan, pernapasan. Berbahaya jika tersentuh kulit (menyerap). Sejumlah jaringan rusak tergantung lamanya kontak. 3.
Asam Nitrat pekat (HNO3) Nama MSDS : Asam Nitrat Wujud : Cairan Titik Didih : 121°C (249.8°F) Titik Beku : -41.6°C (-42.9°F) Bahaya : Sangat berbahaya jika tersentuh kulit (korosif, iritasi), kontak mata (iritasi, korosif). Berbahaya untuk saluran pencernaan, pernapasan. Sejumlah jaringan mengalami kerusakan tergantung lamanya kontak. Kontak mata bisa menyebabkan kerusakan kornea atau kebutaan. Kontak kulit bisa menghasilkan inflamasi dan melepuh. Menghirup debunya akan menghasilkan iritasi sampai usus atau jalur pernapasan, ditandai dengan terbakar, bersin, dan batuk. Kontak dengan HNO 3 yang parah dan berlebihan akan menyebabkan kerusakan paru-paru, tersedak, pingsan atau kematian. Inflamasi mata ditandai dengan kemerahan, berair, dan gatal. Inflamasi kulit ditandai dengan gatal, bersisik, kemerahan, atau, kadangkadang, melepuh.
4.
Asam Pikrat Nama MSDS : Asam Pikrat Wujud : Cairan kuning Titik Didih : kira-kira 100°C (212°F) pH : 1,2 – 2,0 Bau : Tidak berbau Kelarutan : Mudah larut dalam aseton. Larut dalam air panas, dietil eter. Larut sebagian dalam air dingin. Larut dalam etanol. Bahaya : Bahaya terparah jika larutan ini berbentuk serbuk. Assam pikrat bisa meledak jika berbentuk serbuk. Bisa terserap kedalam kulit. Menyebabkan iritasi mata, iritasi kulit. Organ-organ target, yaitu mata, kulit, hati, darah.
