Laporan Praktikum Reaksi Nitrasi Pada Vanilin

Laporan praktikum reaksi nitrasi pada vanilin dari kalsium tetrahidrat Ca(NO₃)₂.4H₂O dan vanilin (C₈H₈O₃) menghasilkan senyawa aromatis yaitu nitrovanilin  (C₈H₇NO₅). Praktikum ini bertujuan untuk memahami reaksi nitrasi dan mempelajari mekanisme reaksi pada senyawa aromatis. Berikut laporan praktikum kimia organik reaksi nitrasi pada vanilin.

LAPORAN PRAKTIKUM DASAR-DASAR

KIMIA ORGANIK

“REAKSI NITRASI PADA VANILIN”

A. Tujuan

Adapun tujuan dari praktikum ini yaitu sebagai berikut:

1. Memahami reaksi nitrasi
2. Memahami mekanisme reaksi pada senyawa aromatis

 

B. Dasar Teori

1. Senyawa Aromatik

Senyawa aromatik adalah golongan senyawa tidak jenuh dan cukup distabilkan oleh delokasi eloktron -pi. Senyawa aromatik yang paling banyak adalah benzena dan derivatnya (benzena tersubstitusi). Benzena mempunyai rumus molekul C₆H₆ dan termasuk ke dalam golongan senyawa hidrokarbon (Sitorus, 2010).

Benzena jika dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lain yang mengandung 6 buah atom karbon, misalnya heksana (C₆H₁₄) dan sikloheksana (C₆H₁₂), benzena mempunyai derajat ketidakjenuhan yang tinggi. Atas dasar dugaan tersebut maka dapat diperkirakan bahwa benzena memiliki ciri khas seperti yang dimiliki oleh alkena. Perkiraan tersebut ternyata jauh berbeda dengan kenyataannya karena benzena tidak dapat bereaksi seperti alkena (adisi, oksidasi, dan reduksi). Benzena tidak dapat bereaksi dengan HBr dan pereaksi-pereaksi lain yang lazimnya dapat bereaksi dengan alkena. Sifat-sifat kimia benzena menunjukkan bahwa benzena tidak segolongan dengan alkena ataupun sikloalkana (Hart, 1983).

2. Reaksi Substitusi Aromatik Elektrofilik

Reaksi substitusi aromatik elektrofilik adalah reaksi dimana suatu elektrofil disubstitusikan untuk satu atom hidrogen pada cincin aromatik. Suatu elektrofil dapat menyerang elektron pi suatu cincin benzene untuk menghasilkan suatu macam karbokation yang terstabilkan oleh resonansi yang disebut suatu ion benzenonium. Seperti karbokation lain, suatu ion benzenonium bereaksi lebih lanjut. Sebuah ion hidrogen dibuang dari dalam zat antara (misalnya ditarik oleh HSO₄^-) untuk menghasilkan produk substitusi. Dalam menunjukkan struktur-struktur ini, digunakan rumus Kekule’ yang memungkinkan diikutinya jumlah elektron pi. Pada persamaan berikut, ditunjukkan juga atom-atom hidrogen yang terikat pada cincin, sehingga akan nampak pengaruh yang terjadi dalam reaksi.

(Fessenden dan Fessenden, 1986)

 

3. Nitrasi

Benzena menjalani nitrasi bila diolah dengan HNO₃ pekat. Katalis asam Lewis dalam reaksi ini adalah H₂SO₄ pekat. Seperti halnya halogenasi, nitrasi aromatik berupa dua tahap. Tahap pertama (tahap lambat) adalah serangan elektrofilik.

Tahap 1 (lambat)

Hasil serangan ialah suatu ion benzenonium yang mengalami pelepasan H⁺ dengan cepat dalam tahap kedua

Tahap 2 (cepat)

Tahap ketiga dalam mekanisme reaksi ialah terbentuknya kembali katalis asam Lewis. Proton yang dilepaskan dalam Tahap 2 bereaksi dengan ion HSO₄^- membentuk H₂SO₄.

Tahap 3 (cepat)

Dengan tidak mengikutsertakan katalis, persamaan keseluruhan reaksi nitrasi aromatik dari benzene dapat ditulis sebagai berikut:

(Fessenden dan Fessenden, 1986)

 

4. Gugus Aktivasi dan Gugus Deaktivasi

Gugus aktivasi ialah adanya gugus yang menyebabkan cincin lebih terbuka terhadap substitusi lebih lanjut seperti NH₂. Gugus diaktivasi ialah gugus yang menyebabkan cincin lebih tertutup terhadap substitusi.

Tabel 1. Efek  substituent pertama terhadap substitusi kedua

Tabel 1 meringkaskan substituent benzene yang sering dijumpai yang dikelompokkan sebagai gugus aktivasi atau diaktivasi dan sebagai pengarah -o, -p atau pengarah -m. semua pengarah -o, -p, kecuali halogen merupakan gugus aktivasi. Semua pengarah -m bersifat diaktivasi. Semua pengarah -o, -p kecuali gugus aril dan alkil, mempunyai pasangan elektron menyendiri pada atomnya yang terikat pada cincin. Tidak satupun dari pengarah -m memiliki pasangan elektron menyendiri pada atomnya yang terikat pada cincin.

(Fessenden dan Fessenden, 1986)

5. Nitrovanilin

Vanilin (4-hidroksi-3-metoksi benzaldehid) merupakan senyawa aldehida aromatik yang penting. Pada awalnya vanilin diperoleh dari buah Vanilla planifolia. Nitrasi pada vanilin (nitrovanilin) adalah reaksi suatu elektrofil NO₂⁺ akan disubstitusikan untuk satu atom hidrogen pada cincin aromatik pada vanilin. Reaksi yang terjadi sebagai berikut:

Nitovanilin (4-hidroksi-3-metoksi-5-nitrobenzaldehid) merupakan suatu produk berupa padatan berbentuk jarum berwarna kuning. Rumus kimia dari nitrovanilin yaitu C₈H₇NO₅ dengan berat molekul 197,15 g/mol dan titik lelehnya 175-178 ^oC (Prabawati dan Wijayanto, 2015).

 

C. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah gelas arloji, gelas beaker 50 mL, gelas ukur 10 mL, pipet ukur 5 mL, bola hisap, penjepit gelas beaker, spatula, pinset, pengaduk kaca, penangas air, sendok sungu, termometer, kertas saring, aluminium foil, corong Buchner, statif dan klem, botol akuades, neraca analitik, hot plate, stopwatch, melting point apparatus, dan oven.

Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah vanilin, asam asetat, Ca(NO₃)₂.4H₂O, air es, dan akuades.

 

D. Cara Kerja

Padatan Ca(NO₃)₂.4H₂O sebanyak 1,5 gram dilarutkan ke dalam 5 mL asam asetat hangat. Setelah itu ditambahkan 1 gram vanilin. Campuran kemudian dipanaskan dalam penangas air pada suhu >80^oC selama 1 menit. Selanjutnya campuran dimasukkan ke dalam 10 mL air es dan didinginkan di dalam kulkas selama 1,5 jam. Campuran yang telah didinginkan kemudian disaring menggunakan corong Buchner lalu padatannya dikeringkan di dalam oven. Setelah itu, produk yang dihasilkan diuji titik lelehnya dengan menggunakan melting point apparatus.

 

E. Data Hasil Pengamatan

No.	Cara Kerja	Pengamatan
1.	1,5 gram Ca(NO3)2.4H2O dilarutkan dalam 5 mL asam asetat hangat	Massa Ca(NO3)2 = 1,5046 gram V asam asetat = 5 mL Larutan tidak berwarna dan larut
2.	Larutan ditambahkan dengan 1 gram vanilin	Warna larutan berubah menjadi berwarna merah bata Massa vanilin = 1,0010 gram
3.	Campuran dipanaskan ke dalam penangas air dengan suhu 80 oC selama 1 menit	Larutan menjadi sedikit keruh dan kental
4.	Campuran dituangkan ke dalam 10 mL air es dan didiamkan selama 1,5 jam dalam kulkas	Timbul endapan berwarna coklat kekuningan dan larutannya berwarna kuning
5.	Campuran disaring menggunakan corong Buchner lalu padatan yang telah disaring dikeringkan di dalam oven	Massa kertas saring = 0,3919 gram -   Padatan yang tersaring berwarna kuning -   Filtrat hasil penyaringan berwarna kuning -   Setelah dikeringkan dalam oven padatan menjadi kering Massa nitrovanilin = 0,877 gram
6.	Rendemen	69,835%
7.	Titik leleh diukur menggunakan melting point apparatus	170 oC

F. Pembahasan

Percobaan yang dilakukan berjudul Reaksi Nitrasi pada Vanilin. Tujuan dari percobaan ini adalah memahami reaksi nitrasi dan memahami mekanisme reaksi yang terjadi pada senyawa aromatis. Prinsip kerja pada percobaan ini adalah reaksi substitusi aromatik elektrofilik jenis reaksi nitrasi yaitu dimana suatu elektrofil NO₂⁺ disubstitusikan untuk satu atom hidrogen pada cincin aromatik.

Langkah pertama yang dilakukan yaitu padatan Ca(NO₃)₂ dimasukkan ke dalam asam asetat hangat. Tujuannya adalah untuk menghasilkan elektrofilik.asam asetat bertindak sebagai katalis asam yang dapat mempercepat reaksi. Dalam reaksi ini yang bertindak sebagai elektrofilik dalam NO₂⁺. Asam asetat mampu merebut gugus hidroksil dari Ca(NO₃)₂ sehingga menghasilkan elektrofilik NO₂⁺. Persamaan reaksi yang terjadi:

Perlakuan selanjutnya yaitu penambahan vanilin menyebabkan larutan berubah warna menjadi merah bata. Peran vanilin pada percobaan ini adalah sebagai senyawa aromatis yang akan diserang oleh elektrofil NO₂⁺ menghasilkan produk nitrovanilin.

Perlakuan selanjutnya yaitu larutan dipanaskan dengan penangas air selama 1 menit dengan suhu >80 ^oC. penggunaan suhu di atas 80 ^oC sama dengan titik leleh dari vanilin. Vanilin akan larut sempurna apabila dipanaskan melewati suhu 80 ^oC. setelah itu campuran dimasukkan ke dalam air es. Pemindahan dilakukan dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah bertujuan untuk mempercepat proses kristalisasi membentuk senyawa nitrovanilin yang ditandai dengan adanya endapan berwarna coklat kekuningan pada larutan berwarna kuning. Kemudian larutan dimasukkan ke dalam kulkas selama 1,5 jam untuk membentuk endapan secara sempurna. Setelah itu larutan disaring menggunakan corong Buchner diperoleh padatan yang disaring berwarna kuning. Persamaan reaksi yang terjadi antara vanilin dan Ca(NO₃)₂.4H₂O sebagai berikut:

Perlakuan selanjutnya yaitu pengeringan padatan yang telah disaring menggunakan oven selama kurang lebih 20 menit. Pengeringan dalam oven bertujuan untuk menguapkan seluruh pelarut hingga padatan yang dihasilkan kering sempurna. Kemudian, padatan yang telah dikeringkan ditimbang massanya dan diperoleh sebanyak 0,877 gram dengan rendemen sebesar 69,835%.

Perlakuan yang terakhir yaitu pengukuran titik leleh produk yang dihasilkan. Titik leleh produk diukur menggunakan melting point apparatus dan diperoleh titik leleh produk sebesar 170 ^oC. titik leleh yang diperoleh pada percobaan tidak sesuai dengan titik leleh secara teori yaitu 176-178 ^oC. hal ini dapat terjadi karena pada saat proses pendinginan dalam kulkas waktu yang digunakan kurang lama sehingga reaksi belum terjadi seluruhnya dan masih terdapat pengotor dalam produk yang dihasilkan menyebabkan ketidakmurnian yang diketahui dari titik lelehnya. Mekanisme reaksi yang terjadi sebagai berikut: 

Tahap 1 (lambat): serangan elektrofilik

Tahap 2 (cepat): pelepasan H⁺ dengan cepat

Reaksi keseluruhan yang terjadi dari reaksi pada vanilin sebagai berikut:

G. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang berjudul Reaksi Nitrasi pada Vanilin disimpulkan bahwa:

1. Reaksi nitrasi adalah suatu proses kimia yang bertujuan untuk memasukkan gugus nitro ke dalam senyawa organik dalam percobaan ini yaitu pada vanilin. Rendemen yang dihasilkan sebesar 69,835% dengan titik leleh sebesar 170 ^oC.
2. Mekanisme reaksi nitrasi pada senyawa aromatis dalam percobaan ini yaitu pembentukan nitrovanilin.

 

H. Daftar Pustaka

• Fessenden, R. J., dan Fessenden, J. S. 1986. Kimia Organik Jilid 2. Jakarta: Erlangga. 
• Hart, H. 1983. Kimia Organik. Jakarta: Erlangga. 
• Prabawati, S. Y., dan Wijayanto, A. 2015. Penerapan Green Chemistry dalam Praktikum Kimia Organik (Materi Reaksi Nitrasi Pada Benzena). Integrated Laboratory, 3: 1-8. 
• Sitorus, M. 2010. Kimia Organik Umum. Yogyakarta: Graha Ilmu.

 

Lampiran

Perhitungan Reaksi Nitrasi Pada Vanilin

- Mol Ca(NO₃)₂ . 4H₂O

   = massa : Mr

   = 1,5046 gram : 236 g/mol 

   = 0,006375 mol

 

- Mol vanilin (C₈H₈O₃) 

   = massa : Mr

   = 1,0010 gram : 152 g/mol

   = 0,006585 mol

 

	Ca(NO3)2 . 4H2O	+	C8H8O3	->	C8H7NO5	+	Ca(OH)2
M	0,006375		0,006585		-
R	0,006375		0,006375		0,006375
S	-		0,00021		0,006375

 

- Massa nitrovanilin (teoritis)

   = mol x Mr

   = 0,006375 mol x 197 g/mol

   = 1,2558 gram

 

- Massa nitrovanilin (percobaan) = 0,877 gram

 

- Rendemen

   = (massa percobaan : massa teoritis) x 100%

   = (0,877 gram : 1,2558 gram) x 100%

   = 69,835%

 

- Titik leleh = 170 ^oC

Berbagi :