NITROBENZENA

A. Judul Percobaan

            “Pembuatan Nitrobenzena”

B. Tujuan Percobaan

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

1. Cara mmenyusun dan penggunaan alat yang diperlukan dalam pembuatan senyawa organic yang berwujud cair seperti refluks, ekstraksi pelarut, menggunakan corong pisah, pengeringan, penyaringan, dan destilasi.

2. Asas-asas substitusi elektrofilik aromatik.

3. Perbedaan yang khas antara reajksi senyawa aromatic dan alifatik

C. Landasan Teori

            Senyawa organic secara umum digolongkan sebagai senyawa hidrokarbon aromatis. Senyawa hidrokarbon aromatis adalah senyawa hidrokarbon dengan rantai atom karbon tertutup (siklis). Senyawa hidrokarbon aromatis digolongkan menjadi senyawa aromatis hidrokarbon dan senyawa aromatis heterosiklis. Senyawa romatik hidrokarbon misalnya senyawa benzene dengan turunannya. Sedangkan senyawa aromatis heterosiklis misalnya iridin, furan dan piral. (Thersnik. 2008: 78)

            Menurut Friedrich August Kekule, Jeran (1869), struktur benzene dituliskan sebagai cincin dengan enam atom karbon yangmengandung tiga buah ikatan rangkap yang berselang-seling. Kerangka atom karbo dalam benzena membentuk segi enam beraturan dengan sudut ikatan sebesar 1200. Benzena tidk sama dengan benzin, benzene merupakan senyawa golongan aromatik dikenal aromatic karena berbau sedap, sedangkan benzin merupakan campuran senyawa alkena dan rumus dari benzena ialah C6H6 (Anonim¹, 2010).

            Berdasarkan teori struktur Lewis, benzena dituliskan sebagai berikut:

 

 

 

 

Semua atom C terletak dalam satubidang. Semua atom C mempunyai orbital P yang tegak lurus pada bidang. Hal ini terjadi karena atom C dalam bentuk hibrida SP². Sejalan dengan konsep ikatan delokal maka benzena mempunyai orbital delokal yang berbentuk cincin. Banyaknya electron adalah6. Hal ini berarti bahwa system delokal benzene adalah system aromatik karena mengikuti rumus (4n + 2) untuk n=1 (Rasyid, 2006:86 ).

            Nitrasi adlah salah satu contoh dari reaksi substitusi dari elektrofilik aromatic. Dalam reaksi ini, suatu gugus fungsi terikat secara langsung pada cincin aromatic, yakni gugus nitro (-NO₂). Nitrasi dapat dilakukan dengan menggunakan HNO₃ dan H₂SO₄ pekat atau larutan HNO₃ dalam suasana asetat glacial. Pemilihan suatu penitrasi bergantung pada antara lain kereaktifan senyawa yang akan dinitrasi (substrat) dan kelarutannya dalam medium penitrasi. Dalam percobaan ini nitrasi benzene dilakukan dengan menggunkan campuran HNO₃ pekat dan H₂SO₄ pada suhu antara 50 -  60°C. (Tim Dosen Kimia Organik, 2010 : 11).

            Benzene direaksikan dengan campuran antara asam nitrat dan asam sulfur pekat pada suhu kurang dari 50°C. Selagi suhu bertambah, kemungkinan mendapatkan NO₂; tersubstitusi ke cincin bertambah dalan terbentuklah nitrobenzene.

          C₆H₆    +   HNO₃                             C₆H₅NO₂    +     H₂O

Asam sulfur pekat bereaksi sebagai katalisator ( Clark, 2004 ).

            Substituent aromatik elektrofilik adalah reaksi organic dimana sebuah atom, biasanya hydrogen,yang terikat pada system aromatisdiganti dengan elektrofil. Reaksi terpenting pada kasus ini adalah nitrasi aromatik, halogenasi aromatik, sulfonasi aromatic, dan asilasi dan alkilasi rekasi Fried-Crafis ( Anonim² , 2010 ).

            Bila benzena direakskan dengan HNO₃  pekat dan H₂SO₄ pekat maka diperoleh hasil nitrobenzena. Fungsi H₂SO₄  dalam reaksi ini adalah untuk mempercepat pembentukan ion nitronium (NO₂⁺) yang merupakan spesies penyerang cincin benzena ( Parlan dan Wahyudi, 2003; 87 ).

            Pada nitrasi aromatik, katalis asam sulfat memprotonasi asam nitrat yang kemudian melepaskan air dan menghasilkan ion nitronium yang mengandung atom nitrogen bermuatan positif.

 

 

 

 

Ion nitronium, yaitu suatu elektrolisis kuat, kemudian menyerang cincin aromatik ( Hart, 2003; 136 ).

D. Alat dan Bahan

            1. alat ;

a)    Kondesor spiral

b)    Labu bundar 500 mL

c)    Sumbat karet

d)    Corong pisah 250 mL

e)    Penangas air

f)     Gelas kimia 250 mL dan 100 mL

g)    Thermometer 110°c dan 310°c

h)   Gelas ukur 25 mL, 50 mL dan 10 mL

i)     Labu semprot

j)      Pengaduk

k)    Labu destilasi

            2. bahan ;

a)    Benzene

b)    Asam nitrat pekat

c)    Asam sulfat pekat

d)    MgO anhidrat

e)    Larutan NaOH 5%

f)     Es batu

g)    Aquadest

h)   Tissue

i)     Kertas saring

E. Cara Kerja

1)  Menempatkan 4 mL ar dalam labu bundar 500 mL kemudian ditambahkan 35 gram (25 mL) HNO₃ pekat dan ditambahkan juga 23,5 gram (30 mL) H₂SO₄ pekat.

2)  Ditambahkan pula 23.5 gram (27 mL) benzene sedikit demi sedikit, sambil dikocok kuat.

3)  Sesekali mendingikandibawah pancuran air diatur suhunya 50-60°c, kemudian direfluks selama 40 menit.

4)  Memisahkan nitrobenzene dari lapusan air, lalu dicuci berturut-turut dengan 25 mL air dan larutan NaOH 5%.

5)  Menambahkan MgO, kemudian disaring dan mengukur volume hasil yang diperoeh.

F.Hasil Pengamatan

4 mL air  +  25 mL HNO₃ (p) + 30 mL H₂SO₄ (p) + 27 mL benzene

                      { bening }               { kuning }                 { bening }

Panas kemudian suhunya diatur (39°c)               orange      ^refluks   2 lapisan

 ( atas = kuning, bawah = putih )  +  air dingin                     2 lapisan

 ( atas = kuning pudar, bawah = kuning )    ^dipisah      kuning + 25 mL air

                                                                          ^{atas dibuang}

   ^dipisah     kuning +  NaOH 5%          2 lapisan (atas=merah,bawah=kuning)

^{atas dibuang}                 {bening}

+   air    ^dipisah      orange    +    air        ( atas = kuning, bawah = orange )

           ^{atas dibuang}

^dipisah       orange +   MgO secukupnya      ^disaring    13, 5 mL nitrobenzena

^{atas dibuang}

G. Analisis Data

            Dik ;  HNO₃  = 35 gram

                     H₂SO₄ = 55 gram

                     C₆H₆   =  23, 5 gram

                     Mr HNO₃ = 63 gram/ mol

                     Mr H₂SO₄ = 78 gram/ mol

                    Mr C₆H₆ = 123 gram/ mol

                    Berat jenis C₆H₅NO₂ = 1.2 gram/ mL

                    C₆H₅NO₂ praktek = 13, 5 mL

            Dit ; Mol HNO₃ = ….?

                   Mol C₆H₆ = …..?

                   Rendamen = ….?

Penyeleseian;

            Mol HNO₃   =  

            Mol C₆H₆      =                

C₆H₆     +            HNO₃                                    C₆H₅NO₂    +     H₂O

Mula² =     0,3 mol             0,6 mol

Brx     =     0,3 mol             0,3 mol

Sisa   =     -----                   0,3 mol                            0.3 mol            0,3 mol

Massa C₆H₅NO₂                  = 0,3 mol   x 123 gram/mol =   36,9 gram

Massa C₆H₅NO₂ praktek     = 13,5 mL  x 1,2  gram/mL = 16,2 gram

% Rendamen =  

 

 

H. Pembahasan

            Pada percobaan ini dimasukkan 4 ml air dalam labu takar dan 25 ml asam nitrat pekat, yang dimana berperan dalam protonasi untuk membuat nitrobenzene. Fungsi air disini adalah untuk menghindari nitrasi lebih lanjut dan juga untuk mencapai penitraa yang lunak. Asam nitrat befungsi sebagai penitrasi atau sebagai zat untuk membentuk NO₂⁺ yang digunakan sebagai elektrofil dalam pembentukan senyawa nitrobenzena.

            Sesudah ditambahkan nitrat pekat kemudian, ditambahkan 30 ml asam sulfat pekat berperan untuk memprotonkan asam nitrat agar menjadi reaktif yang juga berperan sebagai katalis, yaitu mempercepat reaksi dan akan terbentuk kembali pada akhir reaksi. Campuran zat tersebut dikocok, saat pengocokan menghasilkan panas yang terasa dibagian luar labu takar. Hal ini menunjukkan bahwa campuran zat tersebut terjadi reaksi eksoterm sehingga lingkungan ( labu ) menjadi panas. Reaksi yang terjadi :

              HNO₃  +  2  H₂SO₄                             H₃O⁺  +  2 HSO₄ ^¯  + NO₂⁺

Asam nitrat dan asam sulfat yang dicampurakan merupakan pereaksi penitraan yang sangat kuat untuk digunakan pada senyawa aromatik (benzena) dengan kuat yang teraktifkan. Untuk pembuatan nitrobenzena maka campuran zat harus ditambahkan dengan benzena. Penambahan benzene sebanyak 27 ml dimasukkan sedikit demi sedikit, untuk menghindari tingginya kenaikan suhu pada karena reaksi yang terjadi bersifat eksoterm. Selain itu, penambahan sedikit demi sedikit benzene yang dikocok dengan kuat karena benzene hanya sedikit larut dalam asam.

            Saat penambahan benzene larutan berwarna orange. Suhu campura setelah penambahan harus dijaga pada suhu (50-60°c), karena suhu melewati maka yang terbentuk bukan nitrobenzene melainkan zat lain yang titik didihnya tinggi sedangkan bila kurang maka nitrobenzenanya tidak terbentuk. Dan pada  percobaan ini pengaturan suhunya berkisar pada suhu 39°c.  Jadi pada suhu 50-60°c nitrobenzene yang terbentuk dapat lebih sempurna.

Berikut mekanisme reaksi pembentukan nitrobenzene :

 

 

 

 

            Setelah dikocok dan campuran tidak lagi bereaksi dilakukan refluks dengan menggunakan penangas air. Tujuan dari merefluks ini yaitu agar campuran tersebut dapat terpisah sesuai dengan molekul dan campurannya masing-masing. Dimana refluks adalah penarikan komponen kimia yang dilakukan dengan cara, sampel dimasukkan ke dalam labu bundar bersama-sama dengan cairan pelarut lalu dipanaskan. Uap-uap cairan terkondensasi pada kondensor bola menjadi molekul-molekul cairan pelarut yang akan turun kembali menuju labu bundar, demikian seterusnya berlangsung secara berkesinambungan sampai penyaringan sempurna. Setelah direfluks selama 40 menit, dipisahkan dalam corong pisah kemudian nitrobenzene yang diperoleh dicuci berturut-turut dengan 25 ml air, larutan NaOH, dam air.

            Pada pencucian dengan air terbnuk 2 lapisan yaitu lapisan atas (air) dan lapisan bawah (kuning) adalah nitrobenzene. Terbentuknya 2 lapisan karena adanya perbedaan sifat kepolaran dimana air besifat polar dan nitrobenzene bersifat non-polar, selain itu juga dipengaruhioleh perbedaan massa jenis, dimana air (1 g/ml) lebih kecil dibanding nitrobenzene (1,2 g/ml) sehingga air berada pada bagian atas. Pencucian dengan air dimaksudkan untuk melarutan zat-zat hasil pencucian atau mencuci garam dan H₂SO₄ yang masih ada pada halida pada pencucian dengan NaOH 5% terbentuk dua lapisan, atas merah dan bawah kuning. Terbentuknya dua lapisan ini sama halnya dengan pencucian dengan air. Lapisan atasmerupakan zat-zat hasil reaksa NaOH dengan H₂SO₄ sedangakan lapisan bawah adalah nitrobenzene. Pencucian dengan NaOH dimaksudkan untuk menetralkan sisa asam yang masih terdapat dalam campuran membentuk natrium sulfat yang larut dalam air, seperti reaksi berikut ;

                   2 NaOH + H₂SO₄                                Na₂SO₄ + 2 H₂O

            Setelah dilakukan pencucian, lapisan nitrobenzene dipindahkan ke gelas kimia dan ditambahkan MgO secukupnya yang berfungsi untuk mengikat air yang kemungkinan ikut tertampung pada saat memisahkan lapiasan nitrobenzena pada corong pisah, reaksinya sebagai berikut ;

                MgO _anhidrat   +    H₂O                                           MgO. H₂O

Kemudian campuran disaring dengan menggunakan corong biasa yang telah dilengkapi dengan kertas saring berlipat. Hal ini dimaksudkan agar magnesium yang direaksikan tertinggal pada kertas saring dan nitrobenzena yang diperoleh lebih murni. Dari hasil penyaringan diperoleh 13,5 ml nitrobenzena dengan perse rendamenya 43,90 %.

I. Kesimpulan

            Berdasarkan hasil percobaan maka dapat disimpulkan ;

1.      Untuk pembuatan senyawa oraganik, misalnya pada pembuatan nitrobenzena dapat dibuat dengan metode refluks, penyaringan, pengeringan, dan pemisahan menggunakan corong pisah.

2.      Reaksi subtitusi elektrifilik aromatic terjadi pertukaran gugus bermuatan positif parsial dengan salah satu atom, ion atau gugus dalam suatu rangkaian tertutup senyawa aromatis.

3.      Perbedaan senyawa aromatik dan alifatik terletak pada reaksinya, dimana senyawa aromatic, benzene, cenderung bereaksi secara subtitusi sedangkan alifatik cenderung bereaksi secara adisi.

J. Saran   

            Diharapkan kepada Asisten agar selalu mendampingi praktikannya untuk meminimalisir kesaahan-kesalahan yang mungkin terjadi, yang bisa berakibat fatal.

 

Daftar Pustaka

            Anonim¹ . 2010. Benzena dan Turunannya. (http://wordpress.                                  Com). Diakses pada tanggal 15 Mei 2010.

            Anonim². 2010. Subtitusi Aromatik Elektrofilik. (http://chem-is-                                  try.org). Diakses pada tanggal 15 Mei 2010.

            Clark, Jim. 2004. Nitrasi dari Benzen.  (http://chem-is- try.org).Di                               akses pada tanggal 15 Mei 2010.

            Hart, Harold. 2003. Kmia Organik Edisi kesebelas. Jakarta.:                                       erlangga

            Parlan dan Wahyudi. 2008. Kimia Organik Edisi Refisi. Malang:                              Universitas Negeri Malang.

            Rasyid, Muhaidah. 2006. Kimia Organik I. Makassar: UNM.

            Thersnik. 2008. Kimia Dasar II Edisi Revisi. Yogyakarta: Universitas                        Negeri Yogyakarta.

            Tim Dosen Kimia Organik. 2010. Penuntuan Praktikum Kimia                                  Organik I. Makassar: UNM