Laporan Praktikum Kimia Organik - Pembuatan Ters-Butilklorida Reaksi Substitusi Nukleofilik Alifatik

Diposkan oleh Widi Eko Saputro pada 03:43 Percobaan 5

Pembuatan Ters-Butilklorida

Reaksi Subtitusi Nukleofilik Alifatik

I. Tujuan Percobaan

Praktikan dapat:

1.        Menghasilkan ters-butilklorida melalui reaksi substitusi nukleofilik alifatik

2.        Menentukan perbedaan reaksi SN1 dan SN2 dengan melakukan uji alkil halida

II. Teori Dasar

Reaksi substitusi alkil halida dengan nukleofil dapat terjadi oleh suatu jalur SN1 (substitusi

nukleofilik unimolekular) atau suatu jalur SN2 (substitusi nukleofilik bimolekular). Metil

halida, alkil halida primer dan sekunder terutama bereaksi dengan jalur SN2. Laju reaksi SN2

meningkat dengan bertambahnya nukleofilisitas spesies penyerang. Nukleofil yang lazim

baiknya adalah –OH,-OR,-CN.

Rintangan yang meningkat di sekitar karbon yang terhalogenkan (rintangan sterik) mengurangi laju reaksi SN2

1[1]. Alkil halida tersier terlalu terintangi sehingga tak dapat menjalani reaksi SN2, namun dapat melalui reaksi SN1 (lewat suatu karbokation-antara) dengan suatu nukleofil seperti H2O atau ROH. Metil halida dan alkil halida primer sama sekali tak mengalami reaksi SN1; alkil halida sekunder dapat bereaksi lambat dengan jalur ini.

2[1] http://www.abdn.ac.uk/curly-arrows/org/n1.htm

1[1] http://members.aol.com/logan20/nucleo.html

2[1] http://www.wordiq.com/definition/Nucleophilic_substitution

Reaksi SN1 adalah reaksi ion. Mekanismenya kompleks karena adanya antaraksi antara

molekul pelarut, molekul RX, dan ion-ion antara yang terbentuk. Reaksi SN1 adalah reaksi

bertahap (stepwise reaction).

Contoh mekanisme reaksi SN1 adalah sebagai berikut3[1] :

Tahap 1

Pematahan alkil halida menjadi sepasang ion : ion halida dan suatu karbokation.

Tahap 2

Penggabungan karbokation dengan nukleofil (H2O) menghasilkan produk awal, suatu alkohol

berproton.

Tahap 3

Lepasnya H+ dari alkohol berproton, dalam suatu reaksi asam-basa yang cepat dan reversibel.

Dalam reaksi pembuatan ters-butilklorida mekanismenya merupakan pembalikan dari

mekanisme contoh reaksi di atas dengan tetap melalui jalur SN1- dengan menghasilkan ion

karbonium sebagai zat antara - dengan jalan pensubstitusian gugus OH- dengan Cl- dari HCl

karena gugus hidroksil dari alkohol tersier ini paling mudah disubstitusi.

Tahap 1

Pembentukan ion H+ dan Cl- dari HCl. Elektron bebas dari O pada alkohol mengikat H+

Tahap 2

H+ menyebabkan gugus hidroksil putus dan membentuk H2O sehingga terbentuk gugus

karbonium.

3

Tahap 3

Reaksi Cl- dengan ion karbonium membentuk ters-butilklorida

Guna ZnCl2 dalam reaksi ini adalah sebagai anhidrat katalis yang dapat menarik keluar H2O.

Dengan mengganggu ikatan R- OH pada alkohol dan H-Cl pada asam, maka ZnCl2 dapat

mempercepat proses reaksi tanpa ikut bereaksi.

HCl di sini menyerang gugus OH- pada ROH secara langsung. Arti langsung di sini adalah

gugus OH- pergi bersamaan dengan gugus halida masuk. Ini adalah sifat dari SN2 yang

menyerang gugus pergi OH- . 4[1]

Nukleofilitas adalah ukuran kemampuan suatu pereaksi untuk menyebabkan suatu reaksi

substitusi. Jika gugus halida pada suatu alkil halida ingin disubstitusi, maka pereaksi untuk

mensubstitusinya harus memiliki nukleofilisitas yang lebih tinggi, atau reaksi berada pada

kondisi yang sangat mendukung terjadinya substitusi, seperti jenis pelarut yang sangat polar

pada mekanisme reaksi SN1.

Daftar urutan nukleofilitas5[2]:

H2O < ROH < Cl- < Br- < OH- < OR- < I- < CN-

III. Data Fisik dan Kimia

4

5[2] Kimia Organik Jilid 1 halaman 173

Nama Senyawa Massa Jenis (kg/m3)

Titik Didih Titik Leleh Keterangan

(CH3)3COH 780 85 oC 25 oC Tidak berwarna, mudah terbakar, stabil

NaHCO3 2160 - 50 oC Putih, stabil pada suhu kamar.

NaI 3670 1304 oC 651 oC

AgNO3 4330 444 oC 212 oC

H2O 1000 100 oC 0 oC Tidak berwarna, tidak beracun, pelarut polar

HCl (gas) 1,5 -85 oC -114 oC Tidak berwarna, beracun, gas

(CH3)3CCl 890 51oC -26oC Tidak berwarna, stabil, sangat mudah terbakar, higroskopik

Sumber : Perry Chemical Engineer’s Handbook, data MSDS (lihat Lampiran)

IV. Alat dan Bahan

Alat-alat Bahan-bahanCorong pisah 250 mlLabu distilasi 100 mlBatu didihTabung reaksiPenangas airPerlengkapan distilasi

T-butil alkoholHCl pekat Larutan NaHCO3

Kertas saring1-klorobutana/1-bromo butanaTers-butil kloridaTers-bromo benzena2-klorobutanaLar. 18% NaI dalam asetonLar. 1% AgNO3 dalam etanolEtanol

VI. Prosedur Kerja dan Pengamatan

Prosedur kerja Pengamatan

       25 gr t-butil alkohol dan 85 ml HCl pekat

dicampurkan dalam corong pisah 250 ml

       Campuran dikocok selama + 20 menit

       Keran corong sesekali dibuka.

       Campuran didiamkan.

       Lapisan atas dan bawah dipisahkan.

       Lapisan atas dicuci dengan 20 ml

        Suhu corong pisah naik sedikit.

        Tekanan di dalam corong pisah menjadi

kuat. Corong pisah menjadi semakin

panas.

        Keluar uap yang berbau HCl pekat.

        Campuran terpisah, dan terbentuk 2

lapisan.

        Lapisan bawah yang bening dibuang.

NaHCO3 5%.

       Lapisan atas dan bawah dipisahkan.

       Lapisan halida (lapisan atas) disaring.

       Filtrat didistilasi.

10.       Fraksi didih (t-butil klorida) ditimbang.

11.       % rendemen dihitung.

12.       Indeks bias dihitung.

13.       Tingkat kemurnian ditentukan.

Uji Alkil Halida

a. NaI dalam aseton

       Ters-butilklorida dimasukkan dalam

tabung reaksi.

       Ditambahkan 1 ml 18% NaI dalam aseton.

       Tabung reaksi ditutup lalu dikocok

       Campuran dipanaskan dalam penangas air

(50oC).

b. Larutan perak nitrat

       Ters-butilklorida dimasukkan dalam

tabung reaksi.

       Ditambahkan 1 ml larutan AgNO3 dalam

etanol masing-masing tabung.

       Tabung dikocok.

       Waktu muncul endapan pertama kali

dicatat

        Terbentuk 2 lapisan baru.

        –

        Di kertas saring terdapat padatan berupa

serbuk.

        –

10.       –

11.       16,15% (perhitungan terlampir)

12.       1,3785

13.       99,26%

       –

       –

       –

       Larutan menjadi keruh, seperti terdapat

dua fasa.

       –

       –

       –

       Terbentuk endapan putih.

 

VII. Pembahasan

Pada percobaan ini, direaksikan HCl dengan ters-butilalkohol untuk membuat ters-

butilklorida dengan menggunakan reaksi substitusi nukleofilik. Reaksi yang terjadi adalah :

Reaksi ini, seperti yang ditunjukkan gambar di atas, berlangsung dalam 2 tahap. Pada tahap

reaksi pertama, senyawa t-butil alkohol melepas ion OH- yang ditarik oleh ion H+ dari

senyawa HCl. Sifat asam kuat yang selalu mencari basa membuat OH - yang merupakan

gugus alkohol dan bersifat basa ditarik oleh H+ dari HCl. Hal ini menyebabkan terbentuk ion

karbonium (senyawa antara), H2O dan ion Cl-. Pada tahap reaksi kedua, ion Cl- yang memiliki

keelektronegatifan tinggi terikat pada ion karbonium yang memiliki keeletropositifan tinggi

dan membentuk t-butilklorida.

Saat HCl dan t-butilalkohol dicampurkan dan dikocok, terbentuk gas yang menyebabkan

tekanan di dalam corong pemisah bertambah. Hal ini membuat keran corong pemisah harus

dibuka untuk setiap selang waktu tertentu. Gas yang terbentuk adalah gas HCl, karena sifat

HCl pekat yang mudah lepas menjadi gas, bahkan pada suhu kamar. HCl murni memang

berfasa gas6[1], dan dalam fasa aq, HCl ditahan oleh kepolaran air agar tetap berada dalam

fasa larutan (aq). Dalam kondisi terguncang, gas HCl yang terbentuk akan menjadi jauh lebih

banyak. Tidak hanya itu, suhu larutan dalam corong pisah juga naik. Hal ini disebabkan

energi solvasi antara HCl dan air yang bersifat eksoterm, dan melepaskan panas. Panas yang

dilepas ini akan meningkatkan suhu larutan yang tentu akan menyebabkan lebih banyak

larutan HCl lepas menjadi fasa gas. Akibat perubahan volume dari fasa cair ke gas yang besar

dalam waktu yang relatif singkat, terjadi peningkatan tekanan secara tiba-tiba.

Setelah beberapa selang waktu, gas yang keluar menjadi semakin sedikit. Hal ini dikarenakan

jumlah HCl sudah berkurang, sehingga jumlah air yang ada sudah cukup untuk menahan HCl

dalam bentuk ion H+ dan Cl-. Seperti yang sudah dikatakan di atas, air bersifat polar, sehingga

dapat menahan HCl dalam jumlah tertentu dalam fasa larutan (aq). Dengan kata lain, HCl

berada dalam fasa larutan (aq) dan tidak lagi berubah menjadi fasa gas.

6[1] Lihat data fisik

Setelah pengocokan selesai, akan terbentuk dua fasa cairan. Pada lapisan bawah, terdapat HCl yang sudah melarut pada air. Larutan HCl ini memiliki densitas yang lebih besar dari pada air7[2]. Sedangkan pada lapisan atas, terdapat t-butilklorida dan sisa-sisa HCl yang belum bereaksi dan tidak melarut pada air.

Setelah lapisan atas dan lapisan bawah dipisahkan, lapisan bawah dibuang, dan lapisan atas

dibersihkan dengan menggunakan NaHCO3 5%. Maksud dari penambahan NaHCO3 tersebut

adalah agar HCl yang masih tersisa dan tidak bereaksi dengan ion karbonium dapat

dipisahkan dari larutan t-butilklorida. Mekanisme pemisahannya dengan memanfaatkan

NaHCO3 yang bersifat basa untuk menarik HCl yang merupakan asam kuat untuk

membentuk garam NaCl dan H2CO3. H2CO3 yang terbentuk akan terpisah menjadi H2O dan

CO2.

Reaksinya:

H2O dapat dipisahkan dengan mengunakan corong pemisah karena ada perbedaan densitas

antara air dengan t-butilklorida. Air yang densitasnya lebih besar akan berada di lapisan

bawah8[1]. Sedangkan NaCl dapat dikeluarkan dari larutan dengan cara penyaringan dengan

menggunakan kertas saring. NaCl berada di bawah bersama air karena sifat NaCl yang

7[2] Lihat data fisik

8[1] Lihat data fisik

Rendemen yang didapat hanya 16,15% karena larutan yang ditampung untuk diuji indeks biasnya

hanyalah larutan pada suhu 47oC saja, sedangkan senyawa t-butilklorida sudah menguap dan

mengalami kondensasi pada di suhu di bawah 47oC. Hal ini membuat ada banyak t-butilklorida yang

tidak diukur indeks biasnya karena didapat tidak pada titik didihnya. T-butilklorida ini tidak diikutkan

dalam perhitungan rendemen, maka itu rendemen yang didapat sangatlah kecil.

mudah melarut dalam air. CO2 dapat memisah sendiri karena pada suhu kamar, CO2 berfasa

gas. CO2 sudah terpisah ketika pengocokan dan gasnya sudah dikeluarkan terlebih dahulu.

Setelah campuran dipisahkan, cairan didistilasi pada suhu 49oC – 51oC. Walaupun pada suhu

di bawah titik didih itu sudah ada distilat yang mengandung t-butilklorida, namun diambil

fraksi didihnya saja untuk memastikan bahwa yang distilat yang didapat adalah murni t-

Kemurnian dari t-butilklorida yang didapat mencapai 99,26%. Hal ini menunjukkan kemurnian t-

butilklorida hasil sintesis tergolong baik.

Uji Alkil Halida

Pada uji alkil halida, percobaan yang dilakukan hanyalah t-butil klorida karena keterbatasan bahan

dari laboratorium Kimia Organik.

Pada pengujian t-butilklorida pada larutan 18% NaI dalam aseton reaksi berjalan lambat. Setelah

dikocok, tidak terjadi endapan. Setelah dimasukkan dalam penangas air, terbentuk dua lapisan

dalam larutan. Larutan yang terbentuk adalah antara t-butil iodida dan NaCl. Hal ini dapat terjadi

karena NaI yang mudah terion karena ukuran I yang besar. I- adalah nukleofil yang baik[1], sehingga

dapat mendesak Cl pada t-butilklorida untuk membentuk NaCl dan I - mensubstitusi Cl- menjadi alkil

halida yang baru, t-butiliodida.

T-butilklorida harus dipanaskan terlebih dahulu untuk membuat ikatan antara Cl dan alkil melemah.

Ikatan antara Cl dan alkil tidak dapat lepas sendiri karena pelarut aseton bersifat non polar sehingga

ikatan antara Cl dan alkil tidak dapat lepas menjadi ion Cl - dan ion karbonium dengan sendirinya.

Reaksi yang terjadi adalah reaksi SN1 karena bentuk molekul t-butilklorida yang berjejal dan tidak

memungkinkan reaksi substitusi SN2.

Pada pengujian antara t-butilklorida dengan perak nitrat dengan pelarut etanol, terbentuk endapan putih. Endapan putih itu adalah AgCl yang memiliki kelarutan

butilklorida dan tidak mengandung pengotor-pengotor lain. Pengotor itu antara lain HCl

ataupun air yang belum terpisah pada saat pemisahan dengan corong pisah.

Sayangnya suhu pada penangas yang dipanaskan tidak dapat mencapai suhu 49o, dan

mencapai temperatur maksimal 47o. Walaupun demikian, pada suhu 47o larutan yang

dipanaskan dengan penangas air sudah mendidih. Hal ini disebabkan tekanan udara kota

Bandung yang lebih rendah dari tekanan udara pada literatur (1 atm). Karena alasan itulah di

bawah suhu 49-51oC t-butilklorida sudah mendidih.

yang rendah sehingga mengendap. NO3- yang bersifat basa (basa Lewis) akan mengganggu

ikatan antara alkil dan Cl-. Pelarut etanol yang sangat polar juga membuat ikatan antara alkil

dan Cl- untuk cenderung lepas. Pelarut etanol inilah yang mendukung reaksi ini sehingga

reaksi berlangsung dengan singkat.

VIII. Kesimpulan

1.         Rendemen yang didapat 16,15 %. Sedikit karena tidak semua t-butilklorida hasil sintesis

masuk perhitungan (lihat pembahasan).

2.         Kemurnian t-butilklorida hasil sintesis 99,26%.

3.         T-butilklorida dapat disintesis dengan reaksi substitusi nukleofilik antara t-butil alkohol

dengan asam kuat HCl.

4.         Reaksi SN1 membutuhkan senyawa antara, yang dinamakan ion karbonium.

5.         Reaksi SN1 dan SN2 dipengaruhi oleh pelarut yang digunakan. Pelarut polar akan mendukung

reaksi dari SN1, sedangkan pelarut non polar menyebabkan reaksi berlangsung secara SN2.

6.         Jika SN1 tidak dapat berlangsung karena ikatan antar molekul yang kuat, dapat dilakukan

pelemahan ikatan dengan pemanasan.

IX. Daftar Pustaka

[1] Kimia Organik Jilid 1 Hal 173

Fessenden, Fessenden.Kimia Organik jilid 1. Erlangga hal :173, 181-182, 190

Perry ‘s Chemical Engineers’ Handbook, Physical and Chemical Data.

Wertheim, Harold Jeskey. Introductory Organic Chemistry. New York: McGraw-Hill Book Company,

Inc.

Wilcox, Charles F. Jr and Mary F. Wilcox. 1995. Experimental Organic Chemistry. USA: Prentice

Hall Inc.

http://www.wordiq.com/definition/Nucleophilic_substitutionhttp://www.abdn.ac.uk/curly-arrows/org/n1.htm

LAMPIRAN

http://widimaterial.blogspot.co.id/2015/03/laporan-praktikum-kimia-organik_77.html