Sintesis Para Nitroasetanilida

Paraf Asisten

LAPORAN PRAKTIKUM SINTESIS SENYAWA ORGANIK Judul

: Sintesis Para Nitroasetanilida

Tujuan Percobaan

: Memperlajari reaksi nitrasi senyawa aromatis

Pendahuluan Asetanilida adalah senyawa turunan asetil amina aromatis yang digolongkan sebagai amida primer, dimana satu atom hidrogen pada anilin digantikan dengan satu gugus asetil. Asetinilida berwujud padat berbentuk butiran atau kristal berwarna putih tidak larut dalam minyak parafin dan larut dalam air dengan bantuan kloral anhidrat. Asetanilida atau phenilasetamida mempunyai rumus molekul C6H5NHCOCH3 dan berat molekul 135,16 g/mol. Asetanilida memiliki titik didih 304 oC, dan titik leleh 114.3 oC. Senyawa ini mudah larut dalam air dingin. Asetanilida digunakan sebagai inhibitor dalam hidrogen peroksida dan digunakan untuk menstabilkan pernis ester selulosa. Asetanilida digunakan untuk produksi 4asetamidobenzenasulfonil klorida yaitu suatu perantara untuk pembuatan obat sulfat. Senyawa ini juga merupakan prekursor dalam sintesis penisilin dan obat-obatan lainnya (Kirk dan Othmer, 1981). Senyawa p-nitroasetanilida merupakan senyawa yang mengandung senyawa aromatik, amida dan senyawa nitro. Senyawa p-nitroasetanilida merupakan senyawa turunan asam karboksilat yang termasuk dalam golongan amida sekunder (RCONHR’). Nama lain dari pnitroasetanilida antara lain N-(4-nitrofenil) asetamida, p-asetamidonitrobenzen, dan N-asetil-4nitroanilin. Senyawa ini berbentuk kristal prisma yang berwarna kuning pucat. Senyawa pnitroasetanilida dalam dunia industri digunakan sebagai bahan baku untuk mensistesis pnitroanilina, yang umum digunakan sebagai zat pewarna. p-nitroanilina banyak digunakan dalam manufaktur menengah untuk pewarna, bahan kimia pertanian, farmasi, dan lain-lain. pfenildiamina diperoleh dengan pengurangan p-nitroanilina yang berguna sebagai manufaktur perantara untuk poliamida, agen peracikan karet, aditif resin sintetis, pewarna, obat-obatan, bahan kimia pertanian, dan lain-lain. Struktur dari p-nitroasetanilida adalah

CH3 HN

O

NO 2

Gambar 1. Struktur p-nitroasetanilida (Kirk dan Othmer, 1981). p-nitroasetanilida berdasarkan struktur molekulnya maka akan terlihat bahwa gugus yang terikat pada atom N (R’) mengandung inti benzena sehingga senyawa ini dapat juga dikategorikan kedalam senyawa benzena terdisubstitusi pada posisi 1-4 atau posisi para. Kedua substituent pada senyawa ini adalah gugus – NO2 (gugus nitro) dan gugus -NHCOCH3 (gugus asetilamina). Senyawa p-nitroasetanilida memiliki 2 buah isomer posisi yaitu o-nitroasetanilida dan m-nitroasetanilida. Isomer para (p) dalam keadaan padat lebih simetris dan dapat membentuk kisi kristal yang lebih teratur jika dibandingkan dengan kedua isomer lainnya yaitu orto maupun meta. Isomer o-nitroasetanilida dan m-nitroasetanilida tersebut lebih sulit terbentuk, hal ini menyebabkan isomer para lebih stabil dalam perolehannya. Para-nitroanilina dapat diproduksi dalam hasil yang tinggi dengan biaya rendah dan bahan yang lebih mudah tersedia dan dicari. Produksi p-nitroanilina dapat dilakukan dengan nitrasi sebuah α-methylbenzalanilin dimana R merupakan gugus alkil yang memiliki 1 sampai 5 atom karbon, dan n adalah 0 atau 1. Campuran asam nitrat dan pelarut hidrokarbon alifatik terhalogenasi serta asam sulfat dapat membentuk pnitro-α-metilbenzalanilin (Harada, et al., 1983). Senyawa p-nitroasetanilida merupakan senyawa organik yang dapat disintesis dengan proses reaksi nitrasi benzena tersubstitusi dan melalui metode kristalisasi atau rekristalisasi. Reagen awal yang dapat digunakan untuk mensintesis p-nitroasetanilida adalah anilin. Reaksi yang dapat dipelajari dari sintesis p-nitroasetanilida adalah reaksi nitrasi benzena tersubstitusi, dimana anilin disubstitusi dengan senyawa anhidrida asetat dengan bantuan zink akan menghasilkan asetanilida. Asetanilida dinitrasi dengan menambahkan reagen asam nitrat dan asam sulfat. Asam sulfat berfungsi untuk membentuk ion nitronium jika bereaksi dengan asam nitrat. Proses rekristalisasi diperlukan untuk lebih memurnikan p-nitroasetanilida yang sudah diperoleh dari proses sintesis dari pengotor atau zat lain yang dapat mengganggu dan mengontaminasi zat yang diinginkan (Kirk dan Othmer, 1981). p-nitroasetanilida secara umum dibuat dengan jalan mereaksikan asetanilida bersama asam

sulfat pekat, asam nitrat pekat, dan asam asetat glasial. Asam sulfat pekat berfungsi sebagai pembentuk ion nitronium (NO2+) yang dapat menyerang molekul asetanilida untuk menghasilkan molekul p-nitroasetanilida. Mekanisme penyerangan oleh ion nitronium inilah yang dikenal dengan proses reaksi nitrasi. Senyawa p-nitroasetanilida berbentuk kristal (padat), sehingga proses pemurniannya dilakukan dengan cara kristalisasi dan rekristalisasi. Anilin tidak dapat di nitrasi dengan campuran nitrasi biasa (asam sulfat), karena bersifat terbakar dan anilin akan teroksidasi. Kesulitan ini dapat diatasi dengan menggunakan kelebihan dari asam sulfat atau dengan melindungi gugus amino dari reaksi asetilasi karena kelompok asetilamido, CH 3CONH-. Asetilamido memiliki orto yang sama dan para mengarahkan pengaruh sebagai NH 2-. Asetanilida siap mengalami nitrasi dan memberikan warna p-nitroasetanilida yang pucat jika dicampur dengan kuning o-nitroasetanilida. Rekristalisasi dari etanol mudah dilakukan karena senyawa orto lebih larut, dan p-nitroasetanilida murni dihidrolisis untuk p-nitroanilin (Raheem, 2010). Rekristalisasi merupakan proses pengulangan kristalisasi agar diperoleh zat atau kristal yang lebih murni. Senyawa organik berbentuk kristal yang diperoleh dari suatu reaksi biasanya tidak murni. Senyawa tersebut masih terkontaminasi oleh sejumlah kecil senyawa yang dihasilkan selama reaksi, oleh karena itu perlu dilakukan pengkristalan kembali dengan mengurangi kadar pengotor. Rekristalisasi didasarkan pada perbedaan kelarutan senyawa dalam suatu pelarut tunggal atau campuran. Rekristalisasi dapat dilakukan dengan cara menggunakan pelarut yang sesuai. Proses rekristalisasi pada dasarnya adalah melarutkan senyawa yang akan dimurnikan kedalam pelarut yang sesuai pada atau dekat titik didihnya, menyaring larutan panas dari molekul atau partikel tidak larut, biarkan larutan panas menjadi dingin hingga terbentuk kristal, dan memisahkan kristal dari larutan berair. Kristal yang terbentuk dikeringkan dan ditentukan kemurniannya dengan penentuan titik lebur, kromatografi dan metode spektroskopi. Pelarut dalam rekristalisasi merupakan penentu keberhasilan pemisahan, jika senyawa larut dalam keadaan panas maka penyaringan harus dilakukan dalam keadaan panas. Senyawa organik sering mengandung senyawa berwarna. Senyawa tersebut dapat dimurnikan dengan penambahan karbon aktif penghilang warna seperti norit (Damtith, 1994).

Mekanisme Reaksi

Mekanisme reaksi sintesis asetanilida yang terjadi dalam percobaan ini adalah: Tahap 1: Pembentukan elektrofilik O H

N

O +

O

O

+

H

O

O

S

O

H

H

H

N -

O

+

+

H SO

4

-

O

O

Tahap 2: Substitusi elektrofil pada cincin aromatik dan deprotonasi membentuk paranitroasetanilida O

O CH3

HN

+

+

N

+

HC

O

H

+

HC

O 2N

HN

CH3

+

NO 2

O

O HN

CH3

HN

O

HSO 4

+

-

H

CH3

H2SO 4

NO 2

Alat Alat yang digunakan dalam praktikum sintesis para-nitroasetanilida adalah erlenmeyer 100 mL, batang pengaduk, beaker glass, penangas es, pipet tetes, gelas ukur 10 ml, corong Buchner, kertas saring, vacum pump, corong biasa, cawan petri.

Bahan Bahan yang digunakan dalam praktikum sintesis para-nitroasetanilida adalah asetanilida, asam asetat glasial, asam sulfat pekat, dan asam nitrat pekat.

Prosedur Kerja -

Skema kerja a. Sintesis asetanilida asetanilida - ditimbang 1.5 g dimasukkan dalam erlenmeyer 100 ml - ditambahkan 1.5 ml CH3COOH glasial dan 3 ml H2SO4 pekat dan didinginkan dalam air es - ditambahkan 0.5 ml HNO3 dan 0.5 ml H2SO4 pekat kedalam labu erlenmeyer 100 mL yang terpisah dan dicampur dengan hati-hati, didinginkan dalam air es - diteteskan tetes demi tetes campuran nitrasi ke dalam labu erlenmeyer yang berisi asetanilida sambil diaduk, dijaga temperatur agar tidak lebih dari 10˚C - dikeluarkan dari air es apabila penetesan telah selesai dan dibiarkan selama 1 jam - dituangkan ke dalam gelas beker 250 ml yang berisi 100 ml air dan beberapa potong es, diaduk perlahan-lahan dan dibiarkan selama 15 menit - disaring dengan corong buchner, dicuci beberapa kali dengan air es kemudian dilakukan rekristalisasi dengan etanol - dikeringkan di oven pada temperatur 100oC, ditimbang dan ditentukan titik lelehnya Hasil

-

Prosedur kerja Asetanilida dimasukkan 1.5 g ke dalam labu erlenmeyer 100 ml dan ditambahkan ke

dalamnya 1.5 ml asam asetat glasial dan 3 ml asam sulfat pekat. Labu didinginkan dalam air es. 0.5 ml asam nitrat pekat dan 0.5 ml asam sulfat pekat dicampurkan dalam labu erlenmeyer 100 ml lain yang terpisah, dicampur dengan hati-hati kemudian didinginkan labu dalam air es. Campuran nitrasi diteteskan tetes demi tetes ke dalam labu erlenmeyer yang berisi asetanilida sambil diaduk dan temperatur dijaga agar tidak lebih dari 10˚C. Labu dikeluarkan dari air es apabila penetesan telah selesai dan dibiarkan selama 1 jam. Campuran tersebut kemudian dituangkan ke dalam gelas beker 250 ml yang berisi 100 ml air dan beberapa potong es, diaduk perlahan-lahan, kristal p-nitroasetanilida akan memisah dan dibiarkan selama 15 menit. Kristal disaring dengan corong Buchner, dicuci beberapa kali dengan air es kemudian dilakukan rekristalisasi dengan etanol. Kristal yang didapat dikeringkan di oven pada temperatur 100 oC, ditimbang dan ditentukan titik lelehnya.

Waktu yang dibutuhkan No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Perlakuan Persiapan alat dan bahan Pembuatan larutan asetanilida Pembuatan campuran nitrasi Penetesan larutan asetanilid + campuran nitrasi Pendiaman larutan (1) Pembentukan kristal p-nitroasetanilid Penyaringan kristal dengan Bunchner Rekristalisasi Pengeringan Penimbangan Uji titik lebur Total

Waktu 10 menit 5 menit 5 menit 10 menit 60 menit 20 menit 15 menit 20 menit 10 menit 5 menit 10 menit 170 menit

Data dan Perhitungan a. Data Perlakuan 1.5 g asetanilid + 1.5 ml asam asetat + 3 ml asam fosfat + didinginkan + 0.5 mL asam nitrat dan 0.5 mL asam sulfat + didinginkan dalam air es Campuran nitrasi + erlenmeyer berisi asetanilida tetes demi tetes sambil diaduk

Hasil Larutan berwarna jingga Larutan tidak berwarna Larutan jingga++ dan kental

Dibiarkan 1 jam

Larutan berwarna kuning seperti minyak

Dituang dalam beaker berisi air 37.5 mL + beberapa es + diaduk

Larutan kuning +↓putih

Dibiarkan 15 menit Disaring dengan Buchner + dicuci dengan air es Rekristalisasi dengan etanol panas + Disaring dengan Buchner Dikeringkan dioven Massa kristal Titik leleh Perhitungan Massa kristal

= 0,4306 gram

Massa astanilid

= 1.5 gram

Volume asam nitrat

= 0.5 mL

Volume asam sulfat

= 0.5 mL

Kristal memisah (bawah) - Endapan putih kekuningan - Larutan kuning(atas) -

↓ putih kekuningan Larut berwarna kuning Terbentuk ↓kuning Kristal putih 0,4306 g 212-215 oC

Mr asam nitrat

= 63,012 g/mol

Mr asetanilida

= 135,16 g/mol

Mr asam sulfat

= 98,01 g/mo

 asam nitrat

= 1,51 g/ml

 asam sulfat

= 1,84 g/ml

Massa asam sulfat

=  asam sulfat x Volume asam sulfat = 1,84 g/ml x 0.5 ml = 0.92 gram

Massa asam nitrat

=  asam asetat x Volume asam asetat = 1,51 g/ml x 0.5 ml = 0.755 gram

mol asetanilida

=

massa Mr

=

1.5 g 135,16 g /mol

= 0,011 mol

mol asam nitrat

=

massa Mr

=

0.755 g 63,012 g/mol

= 0,012 mol

mol asam sulfat

=

0.92 g 98,01 g/mol

= 0,009 mol

massa Mr

=

C6H5NHCOCH3(s) + NO2+(aq) + HSO4-(aq) M:

0,011

0,012

B: 0,009 0,009 S: 0,002 0,003 Massa p-nitroasetanilida teoritis

0,009

C6H4NHCOCH3NO2(s) + H2SO4 -

-

0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 = mol p-nitroasetanilida x Mr p-nitroasetanilida = 0,009 mol x 180 gram/mol = 1.62 gram

massa asetanilida yang diperoleh 0, 4306 gram x 100% Rendemen = massa asetanilida teoritis = 1.62 gram % Hasil Perlakuan

Hasil

Gambar

x 100% = 26,58

asetanilid + asam asetat + asam fosfat + didinginkan

Larutan berwarna jingga

Campuran nitrasi + erlenmeyer berisi asetanilida tetes demi tetes sambil diaduk

Larutan jingga++ dan kental

Dibiarkan 1 jam

Larutan berwarna kuning seperti minyak

Dituang dalam beaker berisi air 37.5 mL + beberapa es + diaduk

Larutan kuning +↓putih

Dibiarkan 15 menit

Kristal memisah (bawah) - Endapan putih kekuningan - Larutan kuning(atas)

Disaring dengan Buchner + dicuci dengan air es

↓ putih kekuningan

Rekristalisasi dengan etanol panas + Disaring dengan Buchner + dioven

↓ putih

Pembahasan Hasil Praktikum ini membahas dan mempelajari bagaimana sintesis para-nitroasetanilida yang bertujuan untuk mempelajari reaksi reaksi nitrasi senyawa aromatis. sintesis paranitroasetanilida yang dibuat dari serbuk asetanilida yang dihasilkan dari praktikum sebelumnya yaitu mengenai sintesis asetanilida. Asetanilida merupakan senyawa turunan asetil amina aromatis yang digolongkan sebagai amida primer, dimana satu atom hidrogen pada anilin digantikan dengan satu gugus asetil. Asetanilida dapat dinitrasi membentuk suatu senyawa para-nitroasetanilida dengan menggunakan reagen berupa asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat sebagai katalisnya. Langkah awal yaitu mencampurkan 1.5 gram asetanilida, 1.5 ml asam aseat glasial, dan 3 ml asam sulfat dalam erlenmeyer dan didinginkan dalam air es. Penambahan asam asetat berfungsi sebagai pelarut karena asetanilida mempunyai kelarutan yang besar terhadap asam asetat sehingga reaksi akan berlangsung dengan baik. Sedangkan penambahan asam sulfat bertujuan untuk mempercepat kelarutan atau sebagai katalis. Kelarutan semakin cepat dikarenakan adanya panas yang dihasilkan dari asam sulfat. Ketiga senyawa ini dicampurankan dalam penangas es

agar tidak terjadi reaksi oksidasi pada gugus karbonil sehingga asetanilida tidak berubah. Hal ini dikarenakan asetanilida akan disubstitusi oleh elektrofil, sehingga produk yang dihasilkan atau molekul target yang diharapkan sesuai. Warna larutan yang dihasilkan adalah jingga. Asam sulfat memberikan adanya energi sehingga menimbulkan konjugasi dalam asetanilida dan menggeser tingkat energi kedaerah visibel yaitu pada daerag warna jingga. 0.5 ml HNO3 pekat dan asam sulfat pekat dicampurkan dalam wadah lain. Perbandingan dibuat sama karena jika sampai berlebih pada asam sulfat maka akan ada reaksi sulfonasi yang terjadi sehingga produk menjadi tidak murni dan molekul target yang diharapkan berkurang. Penambahan dilakukan dalam keadaan dingin yaitu dalam air es dan harus berhati-hati untuk meminimalisir resiko yang diakibatkan oleh adanya panas yang berasal dari reaksi eksotermik dengan jumlah energi yang cukup besar. Pencampuran dari kedua larutan ini bertujuan agar asam nitrat berubah menjadi elektrofil akibat asam sulfat. Adapun reaksi yang berlangsung sebagai berikut: O N

+

H

- HSO4-

O

O

O

O

H2SO4 H

O

asam nitrat

H

asam sulfat

H2O +

N O

N O

ion nitronium

Asam nitrat (HNO3) pekat dan asam sulfat (H 2SO4) pekat akan bereaksi membentuk ion nitronium dan air yang nantinya akan bereaksi dengan asetanilida membentuk para nitro asetanilida dan H3O+ sebagai produk samping. Ion nitronium merupakan pengarah orto dan para. Dalam hal ini kemungkinan para yang terbentuk lebih besar daripada orto karena isomer para (p) dapat membentuk kisi kristal yang lebih teratur dan lebih simetris pada keadaan padat. Sehingga keadaan para lebih stabil daripada posisi orto. Larutan yang dihasilkan kemudian diteteskan tetes demi tetes dan suhunya tetap dijaga agar tidak lebih dari 10˚C kemudian dibiarkan selama 60 menit sambil diaduk atau digoyang. Hal ini dilakukan agar proses nitrasi pada asetanilida dapat berlangsung sempurna. Pencampuran larutan dari kedua erlenmeyer bertujuan agar terjadi reaksi substitusi elektrofilik. Nitrasi merupakan masuknya gugus nitro kedalam benzena pada posisi para karena amida merupakan pengarah orto para. Namun karena pada cabang amida yang kondisinya crowded sehingga sedikit sekali bahkan tidak mungkin gugus nitro masuk pada posisi orto. Keadaan ini semakin membuat kepastian produk para semakin banyak sehingga semakin baik dalam perlakuan sintesis. Substitusi elektrofilik pada cincin aromatik asetanilida dan deprotonasi membentuk paranitroasetanilida. Reaksinya sebagai berikut:

O

O CH3

HN

+

+

N

O

+

HC

NO 2

H

O

O HN

+

HC

O 2N

HN

CH3

+

CH3

HN

O

HSO 4

+

-

H

CH3

H2SO 4

NO 2

Setelah 60 menit, campuran dituangkan dalam gelas beaker yang berisi 37.5 mL air dan beberapa potong es. Hal ini bertujuan untuk kristalisasi karena pada suhu yang rendah akan mempercepat pembentukan kristal yang disebabkan oleh energi dari dalam orbital yang berikatan terlepas sehingga elektron lebih cenderung dalam keadaan ground state. Molekul yang melambat akan membentuk ikatan kisi kristal dengan sesamanya untuk mencapai keseimbangan dalam kondisi suhu tersebut. Aduk perlahan-lahan, kristal p-nitroasetanilida akan memisah dan biarkan selama 15 menit. Kristal yang dihasilkan berwarna putih kekuningan yang terjadi karena perpindahan elektron antar molekul yang berikatan mengakibatkan timbulnya warna pada kristal. Kristal yang terbentuk disaring dengan corong buchner dan dicuci dengan air es. Dalam proses sintesis senyawa para-nitroasetanilida ini juga dilakukan rekristalisasi dengan etanol panas untuk memperoleh senyawa para-nitroasetanilida murni. Dalam proses rekristalisasi ini menghasilkan campuran berwarna kuning. Hal ini menunjukkan bahwa senyawa para-nitroasetanilida dan etanol telah tercampur dengan sempurna. Kristal yang terbentuk kemudian disaring untuk memisahkan pelarut sehingga diperoleh kristalnya. Kristal kemudian dioven agar dapat ditimbang untuk dapat diketahui massa dan titik lelehnya. Senyawa para-nitroasetanilida yang diperoleh sebesar 0,4306 g dan rendemen sebesar 26,58 %. Rendemen dan massa yang didapatkan sangat sedikit, hal ini dikarenakan terdapat kristal yang masih tertinggal dalam gelas ukur sehingga mempengaruhi massa yang diperoleh dan juga tidak sempurnanya proses kristalisasi dan rekristalisasi sehingga pembentukkan kristal tidak optimal. Uji titik leleh senyawa ini mendapatkan range titik leleh sebesar 212-215o C. Dalam literatur, titik leleh dari senyawa para-nitroasetanilida adalah 216oC, jadi dapat

disimpulkan bahwa zat yang didapat adalah senyawa para-nitroasetanilida karena titik leleh yang didapat dari hasil percobaan sesuai dengan titik leleh dari literatur. Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa reaski nitrasi merupakan reaksi dimana masuknya gugus nitro kedalam benzena pada posisi para karena amida yang merupakan pengarah orto para. Massa kristal yang didapat dari percobaan sebesar 0,4306 g dengan rendemen sebesar 26,58 % dan titik lelehnya berkisar antara 212-215o C. Referensi Damtith, John. 1994. Kamus Lengkap Kimia. Jakarta: Erlangga. Harada, Nagaoka, dan Shimizu. 1983. Process for producing p-nitroaniline. Laporan Penelitian. Jepang: Mitsui Petrochemical Industries Ltd. Kirk, R.E. dan Othmer, D.F. 1981. Encyclopedia of Chemical Engineering Technolog. New York: John Wiley and Sons Inc. Raheem, Dotsha J. 2010. Preparation of p-nitroaniline. Irak: Universitas Salahaddi. Tim Penyusun. 2015. Petunjuk Praktikum Sintesis Senyawa Organik. Jember: Universitas Jember. Saran Sebaiknya praktikan lebih teliti dan berhati-hati, dan sesuai petunjuk praktikum dalam melaksanakan praktikum agar tidak memakan banyak waktu sehingga memperlancar jalannya praktikum dan hasil yang diperoleh sesuai dengan literatur. Nama Praktikan Dewi Adriana Putri (121810301053)