1. Tujuan Praktikum

Praktikum ini bertujuan untuk :

1. Mempelajari reaksi nitrasi terhadap benzen.

2. Membuat nitrobenzen sebagai hasil reaksi substitusi senyawa aromatik

2. Teori dasar

2.a. Benzen dan elektrofil

Sekelompok senyawa Organik yang gugus hidroksilnya (-OH) langsung melekat pada

karbon cincin benzene dinamakan Fenol. Aktivator kuat dalam reaksi substitusi aromatik

elektrofilik terletak pada gugus OH-nya, karena ikatan karbon sp2 lebih kuat dari pada ikatan

oleh karbon sp3 maka ikatan C-O dari suatu fenol tidak mudah terputuskan. Fenol sendiri

bertahan terhadap oksidasi karena pembentukan suatu gugus karbonil akan mengakibatkan

dikorbankannya penstabilan aromatik. Amina dapat dikelompokkan sebagai primer,

sekunder, atau tersier, menurut banyaknya substituen alkil atau aril yang terikat pada

nitrogen. Suatu nitrogen amina dapat memiliki empat gugus atau atom yang terikat padanya,

dalam hal ini nitrogen itu merupakan bagian dari suatu ion positif. Senyawa-senyawa ion-ion

ini terbagi dalam dua kategori. Jika salah satu terikat ialah H, maka senyawa itu disebut

garam amina Pada esterifikasi fenol tidak melibatkan pemaksapisahan ikatan C-O yang kuat

dari fenol itu, tetapi bergantung pada pemaksapisahan ikatan OH. Oleh karena itu , ester fenol

dapat disentesis dengan reaksi-reaksi yang sama yang menghasilkan ester alkil (Fessenden

and Fessenden, 1991).

Anilin dapat dibuat dengan menggunakan reduksi dari Nitrobenzen, Nitrobenzen di

reaksikan dengan amoniak menggunakan katalis alkohol, serta dengan mereaksikan

Monoklor Benzen dengan Amoniak dengan katalis Cu2O pada suhu 200 0C.

Anilin (fenilamin) termasuk dalam amin aromatik, sedangkan turunan dari amin

aromatik dalam bidang farmasi adalah Aetanilida yang berfungsi sebagai antifebri, Ephedrin

sebagai vasodilatasi serta Phenaetin sebagai antipiretika.

Garam amina merupakan hasil dari reaksi suatu amina dengan suatu asam mineral

atau suatu asam, karena kemampuannya membentuk garam, suatu amina yang tak larut dalam

air dapat larut dalam asam encer (Fessenden and Fessenden, 1991).

Substitusi elektrofilik terjadi pada banyak reaksi yang mengandung cincing benzen

(arene). Untuk mempermudah sebelumnya kita akan melihat hanya pada cincin benzen.

Ini yang perlu anda mengerti untuk mekanisme substitusi elektrofilik:

a. Benzen, C6H6, adalah molekul planar yang berupa cincin dari 6 buah karbon yang

masing-masing terikat pada hidrogen.

b. Terjadi delokalisasi pada bagian atas dan bawah dari bidang planar cincin.(lihat

gambar).

c. Keberadaan dari elektron yang terdelokaslisasi ,embuat benzen stabil.

d. Benzen memolak reaksi adisi sebab akan mengakibatkan hilangnya delokalisasi yang

membuat hilangngnya stabilisasi.

e. Benzen dilambangkan dengan simbol berikut ini, dimana cincin melambangkan

elektron yang terdelokalisasi dan setiap sudut dari segienam merupakan atom karbon

yang berikatan dengan hidrogen

Karena elektron yang terdelokalisasi ter-exposed di bagian atas dan bawah dari bidang

planar tempat molekul carbon berada, benzen menjadi sangat tertarik pada elektrofil

(atom/molekul yang mencari daerah yang kaya akan elektron pada molekul yang lain.

Elektrofil bisa merupakan ion positif, atau bagian yang yang memiliki polaritas positif

pada sebuah molekul.

Elektron yang terdelokalisasi pada bagian atas dan bawah dari bidang planar molekul

benzen sangat mudah diserang, sama seperti bagian atas dan bawah pada molekul eten.

Namun hasil keduanya tidaklah sama.

Jika benzen mengalami reaksi adisi sama seperti eten sebagian dari elektron yang

terdelokalisasi harus berikatan dengan atom atau grup yang baru. Sehingga delokalisasi akan

terputus, dan ini membutuhkan energi.

Sebaliknya, delokalisasi akan bisa tetap dipertahankan jika atom hidrogen digantikan

dengan sesuatu yang lain (reaksi substitusi). Atom hidrogen tidak memiliki hubungan dengan

dislokalisasi.Pada kebanyakan reaksi dengan benzen, elektrofil merupakan ion positif.

Energi pada reaksi

Dislokalisasi sempurna terputus sementara saat –NO2 menggantikan -H pada cincin

dan ini membutuhkan energi. Namun energi tersebut terbayar saat dislokalisasi kembali

terbentuk. Energi awal yang diperlukan menjadi energi aktivasi dari reaksi (sekitar 150 kJ

mol-1

), dan ini berarti reaksi benzen memiliki kecepatan reaksi yang lambat.

2.b. Reaksi Elektrofilik Antara Benzen dan Asam Nitrat Subtitusi

Benzen direaksikan dengan campuran antara asam nitrat pekat dan asam sulfur pekat

pada suhu kurang dari 50°C. Selagi suhu bertambah. Kemungkinan mendapatkan -NO2,

tersubsitusi ke cincin bertambah.

Dan terbentuklah nitrobenzen.

atau:

Asam sulfur pekat bereaksi sebagai kalalisator.

Formasi dari elektrofil

Yang merupakan elektrofil disini adalah ion nitronium atau kation nitril, NO2+. yang

terbentuk dari reaksi antara asam nitrat dan asam sulfur.

2.c. Mekanisme substitsusi elektrofilik

1. Tahap pertama

2. Tahap kedua

3. Alat yang digunakan

1. Labu didih leher 2

2. labu destilasi

3. pendingin leibig

4. Kertas saring

5. corong pemisah

6. Corong

7. gelas ukur (100 ml)

8. gelas piala (100 ml)

9. Erlenmeyer (250 ml)

10. thermometer

4. Bahan yang digunakan

1. asam nitrat pekat

2. CaCl anhidrat

3. asam sulfat pekat

4. natrium karbonat

5. Prosedur Kerja

a. kedalam labu didih leher 2 masukkan 35 ml HNO3 pekat dan beberapa tetes H2SO4

pekat sambil didingnkan dalam air. Lakukan penambahan dalam lemari asam.

b. Masukkan 30 ml benzene sedikit demi sedikit, goyang terus sampai larutan

tercampur sempurna. Tetap lakukan dalam air (suhu jangan naik)

c. Pasangkan pendingin refluks, panaskan sampai suhu 600 C pada waterbath selama

45 menit sambil digoyang.

d. Tuangkan campuran reaksi kedalam corong pemisah, kocok dengan kuat dan hati-

hati. Diamkan beberapa menit hingga terbentuk dua lapisan.

e. Pisahkan lapisan nitro benzen (bagian atas) dengan laisan sisa asam (bagian

bawah).

f. Cuci lapisan nitrobenzen dengan 100 ml aquades, kocok sebentar, lalu buang

lapisan airnya (bagian bawah).

g. Cuci lapisan nitrobenzen dengan 50 ml NaCO3 5%.

h. Cuci lagi lapisan nitrobenzen dengan 100 ml aquades, terakhir keringkan dengan 5

gr CaCl anhidrat/

i. Pisahkan lapisan nitrobenzen dan kristal CaCl anhidrat.

j. Hitung colume nitrobenzen yang diperoleh.

6. Rangkaian alat

Aliran air keluar

Rangkaian alat berupa rangkaian labu didih dasar bulat dan

kondenser serta rangkaian alat corong pemisah pada statif.

Aliran air masuk

7. Reaksi Yang Terjadi

Adapun reaksi yang terjadi pada percobaan ini ada dua, yaitu;

a. reakasi pengubahan elektrofil lemah menjadi elektrofil kuat seperti yang digambarkan

sebagai berikut:

b. reaksi substitusi nitrobenzen

8. Data percobaan

a. 35 ml HNO3 + 10 ml tetes H2SO4 = larutan jernih, timbul panas reaksi

b. Campuran larutan + 30 ml benzene = larutan tetap jernih

c. Campuran dipanaskan pada suhu 600C dan di refluks selama 45 menit, diperoleh

larutan berwarna kuning jernih.

d. Larutan dipsahkan dengan corng pemisah, didapat 2 lapisan nitrobenzene dan sisa

asam. Lapisan nitrobenzene berada di bagian atas dan lapisan sisa asam ada di bagian

bawah corong pemisah.

e. Lapisan dicuci dengan 100 ml aquadest diperoleh 2 lapisan yang mana lapisan

nitrobenzene berwarna kuning keruh.

f. lapisan nitrobenzene kemudian dicuci dengan NaCO3 5%, kemudian dipisahkan.

g. Lapisan dicuci dengan 100 ml aquadest diperoleh 2 lapisan yang mana lapisan

nitrobenzene berada diatas.

h. lapisan nitrobenzene dikeringkan dengan CaCl anhidrat. Diperoleh larutan berwarna

kuning jernih.

i. Volume akhir yang diperoleh adalah 16 ml nitro benzen

9. Perhitungan

Jumlah nitrobenzene akhir yang diperoleh yaitu 16 ml.

10. Pembahasan

Dalam percobaan ini kami beri beberapa perlakuan, diantaranya berupa pemanasan,

penggoyangan dalam air, pemberian katalis, dan penambahan katalis asam.

HNO3 yang dicampurkan dengan H2SO4 bertujuan untuk membentuk elektrofilik NO2+.

Kami mereaksikan didalam labu didih dasar bulat yang direndam dalam air dan dilakukan

didalam lemari asam. Asam sulfat berfungsi untuk mengubah asam nitrat yang merupakan

elektrofil lemah menjadi elektrofil kuat. Adapun reaksi pengubahan elektrofil lemah menjadi

elektrofil kuat dapat digambarkan sebagai berikut:

Mereaksikan campuran dilakukan di dalam lemari asam agar uap asam yang terbentuk

terhisap oleh boiler. Kemudian campuran asam nitrat dan asam sulfat ditambah dengan

benzen. Pencampuran masih dilakukan di dalam lemari asam dan sambil didinginkan didalam

air. Campuran digoyang sempurna agar campuran tercampur rata dan terbentuk produk secara

maskimal.

Campuran kemudian dipanaskan diatas penangas air sambil tetap digoyang dan

disambungkan dengan pendingin refluk. Temperatur diset pada suhu 60oC. Karena jika suhu

terlalu tinggi kemungkinan mendapatkan -NO2+ tersubsitusi ke cincin bertambah. Sehingga

kemungkinan bisa terbentuk dinitrobenzen ataupun trinitrobenzen. Sebaliknya jika suhunya

terlalu rendah kemungkinan campuran tidak akan bereaksi sempurna, sehingga hasil yang

diperoleh maksimal.

Kemudian campuran dimasukkan ke dalam corong pemisah. Larutan dikocok sempurna

dengan hati-hati sambil sesekali tutupnya dibuka agar uap nitrobenzen hilang. Jika tutup tidak

dibuka uap akan memenuhi corong pemisah dan kemungkinan bisa terjadi ledakan.

Campuran kemudian didiamkan beberapa saat. Terbentuk dua lapisan. Lapisan atas

adalah nitrobenzen kotor, berwarna kuning lebih pekat daripada lapisan bawah yang

merupakan sisa asam.

Prinsip kerja corong pemisah adalah berdasarkan perbedaan berat jenis komponen-

komponen campuran. Lapisan yang terbentuk adalah nitrobenzene dan asam, dimana

nitrobenzene berada di lapisan atas.

Lapisan sisa asam (bagian bawah) dibuang. Lapisan nitrobenzen dicuci dengan

aquadest 100 ml. Pencucian dengan aquades berfungsi mengikat pengotor yang mungkin

masih terikat dari pereaksi atau pelarut. Dikocok sebentar, kemudian didiamkan. Terbentuk

lagi dua lapisan yaitu nitrobenzen yang berwarna kuning muda dan lapisan air berwarna putih

keruh.

Lapisan air kemudian dibuang dan selanjutnya lapisan nitrobenzen dicuci dengan

menggunakan Na2CO3 50 ml. Lapisan nitrobenzen berwarna kuning jernih sedangkan

Na2CO3 dan pengotor (lapisan bawah) berwarna putih keruh.

11. Kesimpulan

Reaksi nitrobenzen merupakan reaksi merupakan reaksi substitusi penggantian gugus –H

pada benzen dengan elektrofil kuat.Reaksi nitrobenzen merupakan reaksi eksoterm dan

optimal pada suhu 600C. Reaksi membutuhkan katalis untuk mengubah elektrofil lemah

menjadi elektrofil kuat sehingga reaksi menjadi maksimal.