laporan pembuatan nitrobenzena

I.             JUDUL PERCOBAAN

Adapun judul percobaan II yaitu Pembuatan Nitrobenzena

II.          TUJUAN PERCOBAAN

Pada akhir percobaan mahasiswa diharapkan mahir mengenai hal-hal berikut :

a.       Cara penyusunan dan penggunaan alat yang diperlukan dalam pembuatan senyawa organik yang berwujud cair seperti refluks, ekstraksi Pelarut, menggunakan corong pisah, pengeringan, penyaringan, dan testilasi.

b.      Asas-asas substitusi elektrofilik aromatik.

c.       Perbedaan yang khas  antara reaksi senyawa aromatik dan alifatik.

III.        LATAR BELAKANG TEORI

Benzena merupakan senyawa aromatic tersederhana dan senyawa yang telah tersering kali dijumpai. Untuk pertama kalinya benzena diisolasi dalam tahun 1825 oleh Michael Faraday dari residu berminyak yang tertimbun dalam pipa induk gas di London. Dewasa ini sumber utama benzena, benzena tersubstitusi dan senyawa aromatik lain adalah petroleum. Sampai tahun 1940, ter batubara merupakan sumber utama. Macam-macam senyawa aromatik yang diperoleh ialah hidrokarbon, fenol, dan senyawa heterosiklik aromatik (Fessenden dan Fessenden, 1986 : 451).

Setelah diketahui bahwa benzena mempunyai rumus molekul C₆H₆ maka dapat disimpulkan bahwa benzena termasuk senyawa hidrokarbon. Bila dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lain yang mengandung 6 buah atom karbon. Misalnya Heksana (C₆H₁₄) dan sikloheksena (C₆H₁₂) dapat diduga bahwa benzena mempunyai derajat ketidakjenuhan yang tinggi. Sifat-sifat kimia yang diperlihatkan oleh benzena memberikan petunjuk bahwa senyawa tersebut memang tidak segolongan dengan alkana ataupun sikloalkena. Reaksi-eaksi yang umum terjadi pada benzena dan turunannya adalah reaksi substitusi elektrofilik. Hal ini karena cincin benzena memiliki awan elektron π (Pi) yang merupakan sumber elektron bagi pereaksi elektrofil. Reaksi substitusi elektrofilik pada benzena berlangsung pada tiga tahap, yaitu : 1) pembuatan elektrofil, 2) serangan elektrofil pada inti benzena membentuk zat antara kation benzenonium, dan 3) pelepasan proton menghasilkan produk.

Substitusi aromatic elektrofilik adalah reaksi organik dimana sebuah atom, biasanya hidrogen, yang terikat pada sistem aromatis diganti dengan elektrofil. Reaksi terpenting di kelas ini adalah nitrasi aromatik, halogenasi aromatik, sulfonasi aromatik, asilasi, dan alkilasi reaksi Friedel-Crafts    (Anonim ₁, 2011).

Substitusi elektrofilik terjadi pada banyak reaksi yang mengandung cincin benzena (arena). Benzena (C₆H₆) adalah molekul planar yang berupa cincin dari 6 buah karbon yang masing-masing terikat pada hidrogen. Terjadi delokalisasi pada bagian atas dan bawah dari bidang planar cincin. Keberadaan dari elektron yang terdelokalisasi membuat benzena stabil. Benzena menolak reaksi adisi sebab aka menghilangkan hilangnya delokalisasi yag membuat hilangnya stabilitas. Karena elektron yang terdelokalisasi ter-exposed di bagian atas dan bawah dari bidang planar tempat molekul karbon berada, benzene menjadi sangat tertarik pada elektrofil (atom/molekul) yang mencari daerah yang kaya akan electron pada molekul yang lain. Elektrofil bisa merupakan ion positif atau bagian yang memiliki polaritas positif pada sebuah molekul    (Clark, 2004).

Aromatisitas benzena menyajikan suatu kestabilan yang unik pada sistem pi, benzena menjalani kebanyakan reaksi yang khas bagi alkena. Meskipun demikian benzena tidaklah sekali-kali lamban (inert). Pada kondisi yang tepat benzena mudah beraksi substitusi aromatic elektrofilik : reaksi dalam mana suatuelektrofil disubstitusikanuntuk satu atom hidrogen pada cincin aromatic. Contoh reaksinya, yaitu :

         Nitrasi :

+HNO3

H2SO4

500

NO2

+H2O

 

     

Contoh di atas menujukkan monosubstitusi cincin benzena. Benzena menjalani nitrasi bila diolah dengan HNO₃ pekat. Katalis asam lewis dalam reaksi ini adalah H₂SO₄ pekat. Seperti halogenasi, nitrasi aromatik berupa reaksi dua tahap. Tahap pertama (tahap lambat) adalah serangan elektrofil. Dalam nitrasi, elektrofiliknya ialah NO₂⁺. Hasil serangan ialah suatu ion benzenonium, yang mengalami pelepasan H⁺ dengan cepat dalam tahap kedua. H⁺ ini bergabung dengan HSO₄^_ untuk menghasilkan kembali katali H₂SO₄  (Fessenden dan Fessenden, 1986 : 466-467, 470-471).

H2SO4

H+ + HSO4-

H+ + HO-NO2

NO2++ H2O

   Untuk nitrasi elektrofil, berupa ion nitronium diperoleh sebagai hasil protonasi asam nitrat oleh asam sulfat. Reaksinya dituliskan :

Pada tahap berikutnya terjadi serangan elektrofil ke cincin benzena, reaksinya :

NO2

H

+

NO2

H

+

+ NO2+

NO2

H

+

 

Adapun tahap terakhir adalah pelepasan proton dari ion benzenonium.

NO2

H

+

+ HSO4-

NO2

+ H2SO4

 

Elektrofil dapat berupa ion karbonium dengan lambing R+. Dalam hal ini, yang terjadi adalah reaksi alkilasi yaitu pengikatan gugus alkil pada cincin aromatic. Alkilasi cincin aromatic disebut juga reaksi Friedel-Crafts                       (Rasyid, 2009 : 94-95).

Nitrasi adalah salah satu contoh dari reaksi substitusi elektrofilik aromatic. Dalam reaksi ini suatu gugus fungsi terikat secara langsung pada cincin aromatic, yakni gugus nitro (-NO₂). Nitrasi dapat dilakukan denga menggunakan HNO₃ dan H₂SO₄ pekat, atau larutan HNO₃ dalam suasana asam asetat glasial. Pemilihan suatu penitrasi tergantung kepada antara lain keraktifan senyawa yang akan dinitrasi (substrat) dan kelarutannya dalam medium penitrasi. Dalam percobaan ini nitrasi benzena dilakukan dengan menggunaka campuran HNO₃ pekat dan H₂SO₄ pekat pada suhu 50-60₀C                          (Tim Dosen, 2011 : 11).

IV.        ALAT DAN BAHAN

A.    Alat :

1.      Labu bundar 500 mL

2.      Kondensor spiral

3.      Sumbat gabus/karet 2 buah

4.      Corong pisah 500 mL

5.      Penangas air

6.      Gelas kimia 250 mL

7.      Gelas kimia 500 mL

8.      Gelas kimia 1000 mL

9.      Erlenmeyer 250 mL

10.  Erlenmeyer 100 mL

11.  Termometer 100⁰C

12.   Gelas ukur 10 mL

13.   Gelas ukur 25 mL

14.   Gelas ukur 50 mL

15.   Labu semprot

16.  Bunsen

17.  Kasa asbes

18.   Kaki tiga

19.   Corong biasa

20.  Pengaduk 1 buah

21.  Pipet tetes 3 buah

22.  Statif dan klem

B.     Bahan :

1.      HNO₃  pekat (Asam Nitrat)

2.      H₂SO₄ (Asam Sulfat)

3.      C₆H₆ (Benzena)

4.      Larutan NaOH 5% (Natrium Hidroksida)

5.      CaCl₂ kering (Kalsium Klorida Anhidrat)

6.      Es batu

7.      Aquadest

8.      Aluminium foil

9.      Tissue

10.  Kertas saring

11.  Batu didih

V.          PROSEDUR KERJA

1.      Air sebanyak 4 mL ditempatkan dalam labu bundar 500 mL.

2.      Asam nitrat sebanyak 25 mL (35 gram) dan 30 mL (55 gram) H₂SO₄ pekat ditempatkan ke dalam labu bundar yang berisi air sambil dikocok.

3.      Lalu ditambahkan 27 mL (23,5 gram) benzena sedikit demi sedikit (4-5 mL) sambil dikocok dengan kuat.

4.      Sesekali selama penambahan, labu didingikan di dekat pancaran air agar suhu campuran selalu berada diantara 50-600C.

5.      Kondensor refluks (spiral) dipasang, lalu labu dipanaskan menggunakan penangas air. Setelah seluruh benzena telah ditambahkan dan reaksi sudah berakhir (suhu campuran tidak naik lagi). Campuran direfluks selama 40 menit sambil sesekali dikocok.

6.      Campuran didinginkan pada suhu kamar. Isi labu dituangkan ke dalam corong pisah 500 mL yang sudah diisi 250 mL air es.

7.      Nitrobenzene dipisahkan dari lapisan air kemudian dicuci berturut-turut dengan 25 mL air, 25 mL larutan NaOH 5% dan 25 mL air.

8.      Lapisan nitrobenzene yang telah dicuci, dipindahkan dengan hati-hati ke dalam Erlenmeyer 100 mL yang telah diisi dengan 10 gram CaCl₂ anhidrat.

9.      Campuran dikocok hingga kekeruhan hilang.

10.  Nitrobenzene disaring menggunakan corong biasa yang telah dilapisi kertas saring.

11.  Kemudian nitrobenzene ditampung ke dalam botol kecil.

VI.        HASIL PENGAMATAN

4 mL H₂O (bening) + 25 mL HNO₃ p (bening) + 30 mL H₂SO₄ p (bening)  larutan bening  larutan bening + 27 mL benzena (bening)  larutan kuning   larutan kuning   larutan coklat   ke dalam corong pisah yang berisi 250 mL air es (bening)  2 lapisan, lapisan atas (coklat) dibuang, lapisan bawah (coklat) + 25 mL H₂O (bening)   2 lapisan, lapisan atas (coklat)  lapisan bawah (coklat) + 25 mL H₂O (bening)  lapisan bawah (coklat) + 3 gram CaCl₂ anhidrat (putih)  larutan coklat  larutan kuning (nitrobenzena) 7,5 mL massanya 9,02 gram.

VII.     ANALISIS DATA

Diketahui : Massa Benzena (C₆H₆)                    =  23,5 gram

Massa Asam Nitrat (HNO₃)           =  35 gram

Mr C₆H₆                                          =  78 gram/mol

Mr HNO₃                                        =  63 gram/mol

Massa Jenis C₆H₅NO₂                    =  1,203 gram/mL

Volume C₆H₅NO₂                          =  7,5 mL

Ditanyakan    : % Rendemen = ………..?

Penyelesaian  : 

  

    

               C₆H₆       +       HNO₃      C₆H₅NO₂    +    H₂O

Mula-mula :  0,30 mol 0,56 mol

Bereaksi     :  0,30 mol            0,30 mol          0,30 mol          0,30 mol

Setimbang  :     -                      0,26 mol          0,30 mol          0,30 mol

Ø  Massa C₆H₅NO₂ (Teori)     =

                                           

                                           

Ø  Massa C₆H₅NO₂ (Praktek) =

                                           

                                           

Ø  %  Rendemen

     

                    

                    

Ø  Massa Jenis Praktek

   

   

VIII.  PEMBAHASAN

Pada percobaan pembuatan nitrobenzene ini, HNO₃ dicampurkan dengan H₂SO₄ yang kedua larutan ini adalah larutan asam pekat yang dimasukkan ke dalam labu bundar yang terlebih dahulu telah diisi dengan H₂O. H₂O ini bertujuan untuk mencegah terjadinya peningkatan suhu dalam labu jika HNO₃ pertama dimasukkan dalam labu atau sebagai penetral panas. HNO₃ pekat yang digunakan bertujuan sebagai bahan untuk membentuk NO₂⁺ yang digunakan sebagai elektrofil dalam dalam pembentukan senyawa nitrobenzena. Setelah penambahan HNO₃ dilanjutkan lagi dengan penambahan H₂SO₄ pekat. H₂SO₄ berfungsi seagai katalisator yang mempercepat pembentukan ion nitronium (NO₂⁺) yang merupakan spesies penyerang cincin benzena. Setelah itu campuran dikocok dan menghasilkan panas yang terasa pada bagian luar labu. Hal ini menandakan bahwa pada campuran tersebut berlangsung reaksi eksoterm. Setelah itu ditambahkan sedikit air yang berfungsi untuk menghindari nitrasi lebih lanjut. Pembuatan nitrobenzena tidak hanya dengan penambaha HNO₃ dan H₂SO₄, tetapi harus ditambahkan benzena. Benzena ditambahkan sedikit demi sedikit ke dalam campuran, penambahan dilakukan sedikit demi sedikit karena untuk menghindari kenaikan suhu pada reaksi pembentukan nitrobenzena tersebut sebab reaksi tersebut merupakan reaksi eksoterm. Suhu campuran yang harus diatur antara 50-60⁰C. karena jika suhunya dibawah 50⁰C maka belum terbantuk larutan nitrobenzena sedangkan bila suhu tinggi sekitar >60⁰C ion nitronium akan lebih mudah terbentuk dan memungkinkan terbentuknya senyawa lain. Sambil dikocok dengan hati-hati, karena benzena sedikit larut dalam campuran asam. Pengocokan ini bertujuan agar HNO₃ dan H₂SO₄ dapat terurai membentuk ion nitronium. Warna larutan sebelum penambahan benzena adalah bening  dan setelah                               Gambar 1.      

Penambahan benzena laritan menjadi warna kuning seperti yang terlihat pada gambar 1. Setelah suhu konstan, larutan telah dipastikan bereaksi dengan benzena.

Setelah itu campuran direfluks, tetapi sebelum direfluks ditambahkan terlebih dahulu dengan batu didih yang bertujuan untuk mengurangi letupan-letupan dalam labu pada saat direfluks. Campuran terebut dipanaskan menggunakan penangas air selama ± 40 menit.

                    

                               Gambar 2.                                                                   Gambar 3.

Pada gambar 2. menujukkan warna larutan berubah menjadi orange pada awal pemanasan. Gambar 3 menujukkan perubahan warna larutan menjadi berwarna coklat setelah direfluks selama 35 menit. Warna larutan yang terbentuk seharusnya berwarna kuning keemasan. Setelah campuran direfluks  dan didinginkan sampai suhu kamar. Campuran tersebut dituangkan ke dalam corong pisah yang telah diisi dengan air es, yang berfungsi untuk mempercepat terbentuknya nitrobenzena. Adapun mekanisme reaksinya :

a.      

H2SO4

H+ + HSO4-

H-O-+N

O

O

H+

H

O

H

+O

+N

O

N+

O

O

+ H2O

Pembentukan elektrofilik (ion nitronium)

b.     

+NO2+

NO2

H

+

Penyerangan elektrofil

c.      

+ HSO4-

NO2

+ H2SO4 +H2O

NO2

H

+

NO2

H

+

NO2

H

+

NO2

H

+

NO2

H

+

 Pembentukan karbokation

d.      Pelepasan proton dari ion benzenonium

Setelah campuran dalam corong pisah dikocok maka terbantuk 2 lapisan, lapisan atas berwarna coklat (dibuang), lapisan bawah berwarna coklat yang merupakan lapisan nitrobenzena. Hal ini disebabkan karena massa jenis air (1,0 gram/mL) lebih rendah dari massa jenis nitrobenzena (1,203 gram/mL). kemudian larutan nitrobenzena                          Gambar.4                       dicuci berturut-turut dengan air, NaOH 5%, dan air. Lalu lapiasan bawah dicuci dengan air. Tujuan pencucian dengan air yang pertama untuk mencuci garam dan asam sulfat yang masih ada pada halide saat pemisahan. Pada pencucian ini terbentuk dua lapisan yaitu bagian atas berwarna coklat dan bagian bawah berwarna coklat pekat seperti yang terlihat pada gambar 4.

Kemudian lapisan atas dibuang dan lapisan bawah dimasukkan kembali ke dalam                      Gambar.5           corong pisah dan dicuci dengan NaOH. Tujuan pencucian dengan NaOH 5% adalah untuk mengikat sisa-sisa asam yang masih tersisa dalam larutan. Pada pencucian dengan NaOH 5% terbantuk dua lapisan yaitu lapisan atas berwarna coklat dan lapisan bawah berwarna coklat tua. Adapun reaksinya yaitu :

2 NaOH + H₂SO₄  Na₂SO₄ + 2H₂O

Warna larutan yang terbentuk dapat dilihat pada gambar 5. Kemudian dicuci lagi dengan air. Pencucian terakhir menggunakan air bertujuan untuk mengikat zat-zat kotor/pengotor dan sisa-sisa garam. Pada                      Gambar 6.

pencucian ini terbentuk dua lapisan yaitu lapisan atas berwarna coklat jernih dan lapisan bawah berwarna coklat. Seperti yang terlihat pada gambar 6. Kemudian lapisan bawah dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan dikeringkan dengan CaCl₂ anhidrat. Adapun reaksinya yaitu :

CaCl₂ + H₂O  CaCl₂.x H₂O

CaCl₂ anhidrat ini bertujuan untuk mengikat

+HNO3

H2SO4

NO2

molekul-molekul air dari benzena. Setelah itu disaring dan dari hasil penyaringan ini diperoleh nitrobenzena yang berwarna kuning dan   dilihat pada gambar 7. Warna larutan yang dihasilkan ini telah sesuai dengan warna nitrobenzena secara teori yaitu warna kuning. Volume larutan yang diperoleh adalah 7,5 mL, massa jenis nitrobenzene secara teori adalah 1,203 gram/mL dengan rendemen 24,44%. Hasil yang didapatkan ini sangat sedikit disebabkan karena pada saat merefluks, larutan tersebut terkontaminasi dengan sumbat gabus yang digunakan. Sumbat gabus tersebut meleleh karena panasnya suhu dari labunya. Adapun produk-produk yag dihasilkan, yaitu :

a.       Nitrobenzena

b.     

+HNO3

H2SO4

NO2

+HNO3

H2SO4

NO2

NO2

NO2

 Meta Nitrobenzena

c.       1,3,5 trinitrobenzena

+HNO3

H2SO4

NO2

NO2

NO2

NO2

NO2

 

d.       H₂O (air) dan sisa asam dari H₂SO₄

IX.        KESIMPULAN DAN SARAN

A.    Kesimpulan

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulka bahwa :

1.      Prinsip-prinsip kerja dari pembuatan nitrobenzene, yaitu:

a.       Merefluks adalah proses pemisahan campuran dengan cara penguapan sehingga terbentuk nitrobenzene.

b.      Ekstraksi pelarut adalah proses pemisahan berdasarkan perbedaan massa jenisnya.

c.       Pengeringan adalah proses pembuangan hidrat suatu campuran dengan cara penguapan atau penambahan zat anhidrat yang berfungsi untuk mengikat air.

d.      Penyaringan adalah proses pemisahan campuran berdasarkan wujudnya.

e.       Destilasi adalah proses pemisahan campuran berdasarkan titik didihnya.

2.      Nitrasi adalah proses pembuatan nitrobenzena dengan mereaksikan benzena dan asam nitrat menggunakan asam sulfat sebagai katalis.

3.      Asas-asa substitusi elektrofilik aromatik adalah pembentukan elektrofilik, penyerangan elektrofilik, pembentukan karbokation, dan pelepasan proton dari ion benzenonium.

4.       Perbedaan yang khas antara reaksi senyawa aromatik dan alifatik yaitu pada senyawa aromatik cenderung bereaksi substitusi sedangkan senyawa aromatic cenderung bereaksi adisi.

5.      Nitrobenzena yang diperoleh sebanyak 7,5 mL denga massa 9,02 gram, rendemennya 24,44 % , massa jenis praktek = 1,203 gram/mL dan berwarna kuning. Warna nitrobenzene telah sesuai dengan teori begitu pula dengan massa jenis prakteknya sama dengan massa jenis secara teori.

B.     Saran

1.      Berhati-hati saat mereaksikan bahan agar praktikan terhindar dari bahaya.

2.      Memahami dengan seksama setiap penambahan bahan serta fungsinya masing-masing.

3.      Memakai alat pelindung diri (masker).

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011. Substitusi Aromatik Elektrofilik. http://id.wikipedia.org/wiki/substitusi-aromatik-elektrofilik. Diakses pada tanggal 5 juni 2011.

Clark, Jim. 2004. Substitusi Elektrofilik. http://www.chem-is-try.org/.substitusi-elektrofilik/. Diakses pada tanggal 5 Juni 2011.

Fessenden dan Fessenden. 1986. Kimia Organik Edisi Ketiga Jilid I. Jakarta : Erlangga.

Parlan. 2005. Kimia Organik I. Malang : Universitas Negeri Malang.

Rasyid, Muhaidah. 2009. Kimia Organik I. Makassar : Universitas Negeri Makassar.

Tim Dosen. 2011. Penuntun Praktikum Kimia Organik I. Makassar : Universitas Negeri Makassar.

LAMPIRAN

JAWABAN PERTANYAAN

1.     Zat pereaksi yang digunakan sebagai dasar dalam perhitungan adalah benzena, menurut reaksi :

C₆H₆ + HNO₃  C₆H₆NO₂ + H₂O

    

               C₆H₆       +       HNO₃       C₆H₅NO₂    +    H₂O

Mula-mula :  0,30 mol 0,56 mol

Bereaksi     :  0,30 mol            0,30 mol       0,30 mol       0,30 mol

Setimbang  :     -                      0,26 mol       0,30 mol      0,30 mol

Ø  Massa  (Teori)     =

                                           

                                           

Ø  Massa C₆H₅NO₂ (Praktek) =

                                           

                                           

Ø  Massa H₂O =

 

Jadi sisa HNO₃ = 19,76 gram;  C₆H₅NO₂ =  36,9 gram ; H₂O = 5,4 gram

2.      Asam sulfat digunakan dalam nitrasi sebagai katalis pembentukan nitrobenzene lebih cepat.

3.      Mekanisme reaksi nitrasi benzena, yaitu :

a.

H2SO4

H+ + HSO4-

H-O-+N

O

O

H+

H

O

H

+O

+N

O

N+

O

O

+ H2O

Pembentukan elektrofilik (ion nitronium)

b.     

+NO2+

NO2

H

+

Penyerangan elektrofil

c.      

+ HSO4-

NO2

+ H2SO4 +H2O

NO2

H

+

NO2

H

+

NO2

H

+

NO2

H

+

NO2

H

+

 Pembentukan karbokation

d.      Pelepasan proton dari ion benzenonium

4.      Senyawa aromatik berbeda dengan senyawa alifatik karena senyawa aromatik cendrung bereaksi secara substitusi contohnya sulfonasi dan nitrasi.

      Berikut Berikut contohnya

a.       Klorinasi

+Cl2

FeCl3

Cl

+HCl

 

b.     

+Br2

FeBr3

Br

+HBr

Brominasi

                             

c.      

+HNO3

H2SO4

NO2

+H2O

Nitrasi

d.      Sulfonasi

+H2SO4

SO3H

+H2O

 

5.      Posisi yang diserang jika senyawa dinitrasi oleh :

a.        Fenol, bagian yang diserang adalah orto dan para karena fenol merupakan gugus fungsi pengarah orto dan para

b.      Toluena, bagian yang diserang adalah orto dan para karena toluena merupakan gugus fungsi pengarah orto-, para-

c.       Benzaldehid, bagian yang diserang adalah meta, karena benzaldehid merupakan gugus fungsi pengarah meta.

6.      Apabila benzena digunakan sebagai pelarut nitrasi fenol yang akan digunakan asam nitrat pada suhu 5-10⁰C, hal ini tidak dapat terjadi nitrobenzene dalam reaksi ini karena suhunya terlalu rendah.