SINTESIS NITROBENZEN

SINTESIS NITROBENZEN

I.     TUJUAN

1.      Mensintesis nitrobenzene  dari benzene  dan asam nitrat.

2.      Menghitung rendemen nitrobenzene yang terbentuk.

II.  TEORI

Benzen merupakan senyawa aromatik paling sederhana yang pertama kali diisolasi oleh Michael Faraday pada tahun 1825 dari residu minyak yang tertimbun dalam pipa induk gas di London. Benzen merupakan suatu zat cair yang membiaskan cahaya bersifat nonpolar, tidak larut dalam air tapi larut dalam pelarut organik, seperti : dietil eter, karbon tetraklorida (CCl₄), dan heksan.

Benzen digunakan sebagai pelarut, sifat benzen yang lain yaitu membentuk azeotrof dengan air Azeotrof adalah campuran yang tersuling pada susunan konstan terdiri dari 91% benzen, 9% air dan mendidih pada suhu 69,4^oC. Senyawa yang larut dengan benzen mudah dikeringkan dengan menyuling azeotrof itu. Kegunaan benzen selain sebagai pelarut juga digunakan untuk pembuatan nitrobenzen teluensilena, dan lain-lain.

Molekul benzen berstruktur datar dan keenam atom C membentuk heksagol beraturan (segi enam beraturan) masing-masing atom C baru menggunakan 3 elektron valensi untuk mengadakan ikatan. Seperti diketahui orbital yang lain di atas atau di bawah bidang cincin benzen dan orbital ini ditempati oleh suatu elektron. Seperti pada radikal alil (CH₂=CHCH₂CH=CH₂).

Struktur benzen :

Benzen agak bersifat karsinogenik atau menyebabkan kanker oleh karena itu penggunaan dalam laboratorium hanya bila diperlukan saja, dalam hal ini toluen dapat digunakan sebagai pengganti. Benzen dapat dibuat dari gas batu bara dan eter, tidak bisa dioksidasi dengan permanganat biasa yang disebabkan karena benzen adalah senyawa aromatik yang paling sederhana, tidak dapat menghilangkan warna air brom, biarpun dalam mengadisi 6 atom klor atau brom.

Cara pembuatan benzen :

1.    Memanaskan kalsium benzoat bersama kalsium hidroksida

(C₆H₅COO)₂Ca + Ca(OH)₂             2C₆H₆ + CaCO₃

2.    Dehidrogenasi berkatalis dari alkana-alkana yang mempunyai rantai tak bercabang 6 atom C

C₆H₁₄ + C₆H₁₂ + H₂              3H₂ + C₆H₆

3.    Memanaskan etuna pada suhu 100^oC – 750^oC

3C₂H₂              C₆H₆

Sifat-sifat benzen :

1.    Berwujud cair, berwarna kuning.

2.    Mudah menguap dan terbakar.

3.    Berbau harum.

4.    Berat jenis 0,87 g/mL.

5.    Berat molekul 78,1 g/mol.

6.    Larut dalam eter, etanol, dan pelarut organik lainnya.

7.    Tahan terhadap oksidasi, pada oksidasi sempurna terbentuk CO₂ dan H₂O.

8.    Berbahaya jika mengenai kulit mata.

Nitrobenzen adalah suatu campuran organik dengan rumusan kimia C₆H₅NO₂. Nitrobenzen ini sangat beracun, sebagian besar digunakan sebagai bahan dasar anilin dan sebagai pelarut. Aplikasi yang lebih khusus, nitrobenzen digunakan sebagai bahan kimia karet, peptisida dan segala macam hal yang berkenaan dengan farmasi. Nitrobenzen juga digunakan sebagai bahan sepatu, semir lantai, pakaian kulit, mengecat bahan pelarut dan material lain yang berfungsi menyembunyikan bau yang tak sedap.

Penitroan aromatik yang terbanyak dilakukan dengan menggunakan campuran asam nitrat dan asam sulfat peka pada suhu 50^oC – 55^oC. Nitrobenzen adalah racun yang jika masuk ke dalam tubuh baik melalui penguapan maupun melalui adsorbsi tubuh. Dalam senyawa nitrobenzen tak ada atom hidrogen yang dapat diganti oleh logam-logam seperti pada senyawa-senyawa nitro alifatik primer dan sekunder, karena gugus nitro terikat secara tersier, artinya pada atom C yang mengikat gugus nitro tidak ada hidrogen. Senyawa nitrobenzen dapat disuling tanpa terjadi penguraian karena gugus nitronya kuat sekali terikat.

Pada sintesis nitrobenzen ini, prinsip utamanya adalah:

1.    Nitrasi, yaitu menerapkan suatu reaksi yang melibatkan pemasukan gugus nitro kedalam sebuah molekul.

2.    Subtitusi, yaitu penggantian salah satu atom atau gugus atom dalam sebuah molekul oleh atom atau gugus atom lain.

Dalam proses nitrasi yaitu proses penambahan nitrogen pada suatu senyawa karbon. Umumnya untuk membentuk suatu turunan senyawa nitro (penambahan gugus nitro), H₂SO₄ berfungsi sebagai katalis asam.

C₆H₆ + HNO₃             ^H2SO4           C₆H₅NO₂ + H₂O

Sifat-sifat fisika nitrobenzen :

1.    Zat cair berwarna kuning.

2.    Titik didih 210,8^oC.

3.    Titik cair 5,7^oC.

4.    Indeks bias 1,5530.

5.    Berat jenis 1,2037 g/mL.

6.    Berat molekul 123 g/mol.

Sifat-sifat kimia nitrobenzen :

1.    Nonpolar.

2.    Tidak larut dalam air.

3.    Mudah menguap dan terbakar.

4.    Larut dalam eter.

5.    Bersifat karsinogen terutama dalam keadaan uap.

6.    Jika direduksi membentuk anilin.

7.    Tidak dapat dioksidasi dalam larutan KMnO₄ seperti alkena.

8.    Tidak dapat diadisi oleh Br₂, H₂O dan KMnO₄ bisa terjadi bila ada UV.

9.    Mengalami reasi alkilasi dengan katalisator AlCl₃.

Kegunaan nitrobenzen :

1.    Pembuat anilin.

2.    Pembuat parfum dan sabun.

3.    Pembuatan semir sepatu.

4.    Pembuatan piroksilin.

5.    Bahan kimia karet dan peptisida.

Proses Pembuatan Nitrobenzen meliputi dua tahap :

1.    Tahap pertama (tahap lambat) adalah serangkaian elektrofilik  Elektrofilik NO₂⁺ dihasilkan dari reaksi :          Hasil serangan ini adalah suatu ion benzenium.

2.    Tahap kedua (tahap lambat) pelepasan H⁺ dengan cepat H bergabung dengan H₂SO₄ untuk menghasilkan kembali katalis. Dengan adanya gugus NO₂⁺ menyebabkan cincin kurang reaktif bila dibandingkan dengan gugus metil dan halogen. Hal ini disebabkan oleh gugus NO₂⁺ bersifat penarik elektron. Reaksi ini bersifat eksoterm dan irreversible.

Dengan adanya gugus nitro menyebabkan cincin kurang reaktif, jika dibandingkan dengan gugus metil dan hidrogen karena gugus nitro bersifat menarik elektron. Pembuatan nitrobenzen ini adalah melalui proses nitrasi yaitu substitusi yang mudah dari hidrogen pada benzen dengan menambahkan asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat. Nitrobenzen jika dipanaskan pada suhu 200^oC tidak akan mengalami perubahan apapun. Pada pembuatan nitrobenzen ini, pada saat merefluk suhunya harus tetap dipertahankan antara 50-60^oC. Hal ini harus benar-benar diperhatikan. Sebab jika suhunya lebih dari 60^oC maka yang akan terbentuk adalah dinitrobenzen dan trinitrobenzen. Namun jika suhunya terlalu kecil, maka nitrobenzen tidak akan terbentuk. Sifat benzen yaitu membentuk azeotrop dengan air, disamping sebagai bahan dasar pembentukan nitrobenzen.  Dalam senyawa nitrobenzen, tidak ada atom nitrogen yang dapat diganti oleh logam-logam seperti pada senyawa-senyawa nitriolifatik primer dan sekunder, karena disini gugus nitro terikat secara tersier.

Benzen adalah  senyawa kimia organik yang merupakan cairan tak berwarna dan mudah terbakar serta mempunyai bau  yang  manis dan bersifat  karsinogen.  Benzena  adalah  salah  satu komponen dalam  bensin dan merupakan  pelarut yang penting dalam dunia industri. Benzena juga digunakan untuk  bahan dasar dalam produksi  obat-obatan,  plastik, bensin,  karet buatan, serta pewarna. Dan merupakan kandungan alami dalam minyak bumi.

 III. PROSEDUR KERJA

3.1    Alat dan Bahan

a.    Alat

1.    Labu didih       :           tempat sampel

2.    Gelas ukur       :           tabung untuk mengukur volume larutan

3.    Kondensor       :           pendingin agar larutan tidak menguap

4.    Erlenmeyer      :           tempat larutan

5.    Gelas piala       :           tempat larutan

6.    Termometer     :           alat untuk pengukur suhu

7.    Penangas air    :           untuk memanaskan larutan

8.    Corong pisah   :           tempat pemisahan larutan

b.    Bahan

1.    Asam nitrat pekat     : sebagai bahan dasar

2.    Asam sulfat pekat    : sebagai katalis

3.     Benzen                    : sebagai bahan dasar

4.    Aquades                   : sebagai pelarut

5.    CaCl₂ kering             : untuk menarik air

6.    Batu didih                : mencegah terjadinya ledakan atau bumping

3.2  Cara Kerja

1.    Sediakan labu 250 ml

2.    Masukkan 35 ml asam nitrat kemudian dinginkan hingga suhunya 10^oC

3.    Setelah dingin, masukkan asam sulfat setetes demi setetes dan jaga temperature  tetap dingin

4.                                                                Masukkan benzen setetes demi setetes , suhu jangan melebihi 50 ^oC

5.    Refluk campuran selama 45-50 menit pada suhu tidak melebihi 55 ^oC sehingga diperoleh campuran yang tidak homogen

6.                                                                Tuangkan campuran kedalam air

7.                                                                Pisahkan lapisan nitrobenzene

8.    Setelah diperoleh larutan keruh , tambahkan 5 gram CaCl₂ anhidrat untuk menarik air

9.                                                                Diperoleh cairan berwarna kuning muda jernih

10.Hitung rendemen

3.3 Skema Kerja

                                                

Asam nitrat 35 mL

-  dimasukkan ke dalam labu 250 mL didinginkan hingga suhunya 10^oC.

-  ditambah H₂SO₄ setetes demi setetes.

-  ditambah benzen setetes demi setetes, dijaga suhunya, jangan melebihi 55^oC.

Campuran

-          direfluk selama 45-50 menit.

Campuran yang tidak homogen   

-  dipisahkan lapisan nitrobenzen yang berada pada lapisan atas.

Larutan keruh (nitrobenzen) 

-  ditambah 5 gr CaCl₂ untuk menarik air.

Larutan berwarna kuning (nitrobenzen)

Dihitung rendemen.

3.4  Skema Alat

Keterangan :

1.      Standar

2.      Klem

3.      Kondensor

a.       Air keluar

b.      Air masuk

4.      Termometer

5.      Labu didih

6.      Pemanas

IV.   PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1    Perhitungan

Asam nitrat

v : 18 ml                    ρ : 1,4 g/ml                  Mr : 63 g/mol

n =

Benzen

v : 15 ml                     ρ : 0,87 g/ml               Mr :  78,1 g/mol

n =

C₆H₆        +       HNO₃                        C₆H₅NO₂ + H₂O

Mula-mula         0,167                 0,400

Bereaksi            0,167                 0,167                   0,167            0,167  

Sisa                    -                         0,233                   0,167            0,167

Volume  secara teori          =  

                                             =   17,06 ml

Volume yang dihasilkan    =   12 ml

Rendemen

% rendemen = x 100%

                              =

                                    = 70,34 %

     

    

4.2     Pembahasan

Pembuatan nitrobenzen ini melalui proses nitrasi dan substitusi dengan menggunakan bahan dasar benzen dan asam nitrat pekat, serta asam sulfat pekat sebagai katalisnya. Pada saat melakukan pencampuran asam nitrat dan H₂SO₄ temperatur harus dijaga agar tetap dingin (< 10^oC) karena sifatnya yang sangat mudah menguap (volatil). Hal ini disebabkan karena pada temperature yang dingin  akan terjadi reaksi pendorongan elektron oleh atom oksigen pada asam nitrat ke dalam hidrogen pada asam sulfat. Sehingga memutuskan ikatan hidrogen dan terbentuk air dan gugus nitro.

       Pada saat benzen dimasukkan setetes demi setetes, suhu dijaga agar tidak melebihi 55^o C karena apabila suhu lebih 55⁰ C maka benzen tidak akan terbentuk dan apabila suhu lebih 55^o C yang terbentuk adalah dinitrobenzen dan trinitrobenzen. Hal ini disebabkan pada suhu yang tinggi rantai benzen mudah lepas dan dipengaruhi juga oleh keberadaan katalis yang menarik gugus hidrogen lepas dari benzen. Setelah pencampuran ini selesai, selanjutnya refluks selama 45-50 menit. Pada saat merefluks suhu harus benar-benar dijaga agar tidak lebih dari 55^o C. Karena sifat benzen yang mudah menguap sebaiknya pada saat suhu 40^oC refluks dihentikan untuk menghindari kenaikan suhu yang begitu cepat. Labu harus segera dikompres untuk menurunkan suhu.

Setelah refluks selesai terlihat jelas bahwa terbentuk dua lapisan atau bidang batas berwarna kuning (bagian atas). Setelah dingin pisahkan dengan menggunakan corong pisah. Setelah lapisan nitrobenzen dipisahkan, tambahkan kira-kira 5 gr CaCl₂ untuk menarik air dan pisahkan kembali cairan yang berwarna kekuningan tersebut dengan menggunakan corong pisah. Lalu dapat dihitung massa jenis dan rendemennya. Nitrobenzene terletak pada lapisan atas karena adanya penambahan H₂SO₄ menyebabkan berat jenis air lebih besar daripada berat jenis benzene

Nitrobenzen yang dapat berwarna kuning dan diperoleh sebanyak 12 mL. Secara teori nitrobenzen yang didapat seharusnya sebanyak 17,06 mL. Rendemen yang diperoleh adalah 70,34 %.

V.      KESIMPULAN DAN SARAN

5.1    Kesimpulan

Dari praktikum sintesis nirobenzen dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1.    Nitrobenzen dapat disintesis dengan bahan dasar benzen dan asam nitrat dengan asam sulfat sebagai katalis.

2.    CaCl₂ kering untuk menarik air.

3.    Nitrobenzen yang terbentuk berwarna kuning.

4.    Volume nitrobenzen yang dihasilkan 12 mL dengan rendemen yang diperoleh adalah 70,34 %.

5.2  Saran

Untuk memperoleh hasil yang maksimal maka sebaiknya :

1.    Memahami prinsip kerja dan prosedur kerja dengan baik.

2.    Pencampuran zat dilakukan di dalam lemari asam, karena zat-zat yang digunakan berbahaya.

3.    Larutan dikocok agar homogen.

4.    Menutup larutan agar tidak menguap.

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM

1.      Mekanisme reaksi pembuatan nitrobenzen :

2.      Jika suhu percobaan melebihi 55^o C :

Maka yang terbentuk adalah senyawa nitrobenzen tinggi seperti dinitrobenzen dan trinitrobenzen. Namun jika suhunya terlalu kecil maka nitro benzen tidak akan terbentuk.

3.        Reaksi substitusi elektrofilik adalah penggantian oleh satu gugus atom dalam sebuah molekul oleh atom gugus yang lain

4.      Kegunaan nitrobenzen :

1.        Pembuat anilin.

2.    Pembuat parfum dan sabun.

3.    Pembuatan semir sepatu.

4.    Pembuatan piroksilin.

5.    Bahan kimia karet dan peptisida.

DAFTAR PUSTAKA

Harold, Hart. 1983. Organic Chemistry. Jakarta : Erlangga.

http://www.chem-is-try.org/materi-kimia/mekanisme-reaksi-organik/subtitusi-elektrofilik1/nitrasi-dari-benzen/. (MINGGU, 01 april 2012, 13.00 WIB)

http://www.kalit.blogspot.com/2010/10/sejarah-anilin-pertama-kali-diisolasi.html. (minggu, 01 april 2012, 13.00 WIB)

http://www.merek-chemicals.com/indonesia/nitrobenzene/.(minggu,01 april 2012, 13.00 WIB)