A.
Judul Percobaan
Butil Asetat : Pembuatan n – Butil
B.
Hari/tanggal
: Rabu, 9 Oktober 2013
C.
Tujuan
: Pada akhir percobaan, mahasiswa diharapkan dapat memaha-
mi reaksi pembuatan ester n-butil asetat melalui reaksi esterifikasi D.
Dasar Teori
:
Proses esterifikasi adalah suatu reaksi reversible antara suatu asam karboksilat dengan suatu alkohol. Produk esterifikasi disebut ester yang mempunyai sifat yang khas yaitu baunya yang harum. Sehingga pada umumnya digunakan sebagai pengharum (essence) sintetis. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi reversible yang sangat lambat. Tetapi bila menggunakan katalis asam sulfat atau asam klorida, kesetimbangan reaksi akan tercapai dalam beberapa jam. Esterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah; struktur molekul dari alkohol, suhu proses dan konsentrasi katalis maupun reaktan. Ester merupakan senyawa yang penting dalam industri dan secara biologis. Lemak adalah ester yang mempunyai rantai panjang asam karboksilat dengan trihidroksi alkohol(gliserol). Bau yang enak dan buah-buahan adalah campuran yang kompleks dari ester volatil. Bau dari isopentenil asetat adalah mirip dengan aroma buah pisang ataupun buah pir. Butil butanoat seperti aroma nanas, sedangkan sedangkan propil 2-metilpropanoat 2-metilpropanoat memberi aroma rum (minuman). Sedangkan berton-ton senyawa polimer p-dimetil terephtalat disintesis setiap tahunnya untuk membuat produk dengan nama Dacron, yang merupakan polimer dari ester. Dalam kimia, ester adalah suatu senyawa organik yang terbentuk melalui penggantian satu (atau lebih) atom hidrogen pada gugus hidroksil dengan suatu gugus organik (biasa dilambangkan dengan R’). Asam oksigen adalah suatu asam yang
molekulnya memiliki gugus -OH yang hidrogennya (H) dapat terdisosiasi menjadi ion H+. Ester dapat dibuat dari reaksi antara lain asam klorida dengan suatu alkohol dalam media basa seperti piridin, dari reaksi asam anhidrida dengan suatu alkohol, dan juga reaksi antara asam karboksilat dengan alkohol menggunakan menggunakan katalis karboksilat dan alkohol direfluks secara bersama-sama dengan adanya asam sebagai katalis. Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan, sehingga tidak mungkin mendapatkan ester secara kuantitatif dalam setiap mol reaktannya. Kesetimbangan KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
1
dapat diarahkan ke produk dengan mengambil produk airnya, atau dengan membuat lebih kuantitas salah satu reaktan, biasanya reaktan yang harganya relatif murah. Ada dua metode yang digunakan dalam esterifikasi yaitu proses batch dan proses kontinyu. Proses esterifikasi berlangsung dibawah tekanan pada suhu 200250°C. Pada reaksi kesetimbangan, air dipindahkan secara kontinyu untuk menghasilkan ester. Henkel telah mengembangkan esterifikasi countercurrent kontinyu menggunakan kolom reaksi dodel plate. Teknologi ini didasarkan pada prinsip reaksi esterifikasi dengan absorpsi simultan superheated metanol vapor dan desorpsi metanolwater mixture. Reaksi ini menggunakan tekanan sekitar 1000 Kpa dan suhu 240 °C. Keuntungan dari proses ini adalah kelebihan metanol dapat dijaga secara nyata pada rasio yang rendah yaitu 1,5 : 1 molar metanol : asam lemak dibandingkan proses batch dimana rasionya 3-4 : 1 molar. Metil ester yang melalui proses distilasi tidak memerlukan proses pemurnian. Kelebihan metanol di rectified dan digunakan kembali. Esterifikasi proses kontinyu lebih baik daripada proses batch. Dengan hasil yang sama, proses kontinyu membutuhkan waktu yang lebih singkat dengan kelebihan metanol yang lebih rendah. Proses esterifikasi merupakan proses yang cenderung digunakan dalam produksi ester dari asam lemak spesifik Laju reaksi esterifikasi sangat dipengaruhi oleh struktur molekul reaktan dan radikal yang terbentuk dalam senyawa antara. Data tentang laju reaksi serta mekanismenya disusun berdasarkan karakter kinetiknya, sedangkan data tentang perkembangan reaksi dinyatakan sebagai konstanta kesetimbangan. Secara umum laju reaksi esterifikasi mempunyai sifat sebagai berikut : -
Alkohol primer bereaksi paling cepat, disusul alkohol sekunder, dan paling lambat alkohol tersier.
-
Ikatan rangkap memperlambat reaksi.
-
Asam aromatik (benzoat dan p-toluat) bereaksi lambat, tetapi mempunyai batas konversi yang tinggi.
-
Makin panjang rantai alkohol, cenderung mempercepat reaksi atau tidak terlalu berpengaruh terhadap laju reaksi. Sistem pemroses yang dirancang untuk menyelesaikan reaksi esterifikasi
dikehendaki untuk sedapat mungkin mencapai 100%. Oleh karena itu reaksi esterifikasi merupakan kesetimbangan, maka konversi sempurna tidak mungkin tercapai, dan sesuai informasi yang ada konversi yang dapat dicapai hanya sampai 98%. Nilai KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
2
konversi yang tinggi dapat dicapai dengan ekses reaktan yang besar. Proses esterifikasi secara umum harus diketahui untuk dapat mendorong konversi sebesar mungkin. Secara umum ada tiga golongan proses, dan penggolongan ini bergantung kepada volatilitas ester. -
Golongan 1 Dengan ester yang sangat mudah menguap, seperti metil format, metil asetat, dan etil format, titik didih ester lebih rendah daripada alkohol, oleh karena itu ester segera dapat dihilangkan dari campuran reaksi. Produksi metil asetat dengan metode distilasi Bachaus merupakan sebuah contoh dari golongan ini. Metanol dan asam asetat diumpankan ke dalam kolom distilasi dan ester segera dipisahkan sebagai campuran uap dengan metanol dari bagian atas kolom. Air terakumulasi di dasar tangki dan selanjutnya dibuang. Ester dan alkohol dipisahkan lebih lanjut dalam kolom distilasi yang kedua.
-
Golongan 2 Ester dengan kemampuan menguap sebaiknya dipisahkan dengan cara menghilangkan air yang terbentuk secara distilasi. Dalam beberapa hal, campuran terner dari alkohol, air dan ester dapat terbentuk. Kelompok ini layak untuk dipisahkan lebih lanjut: dengan etil asetat, semua bagian ester dipindahkan sebagai campuran uap dengan alkohol dan sebagian air, sedangkan sisa air akan terakumulasi dalam sistem. Dengan butil asetat, semua bagian air dipindahkan ke bagian atas dengan sedikit bagian dari ester dan alkohol, sedangkan sisa ester terakumulasi dalam system.
-
Golongan 3 Dengan ester yang mempunyai volatilitas rendah, beberapa kemungkinan timbul. Dalam hal butil dan amil alkohol, air dipisahkan sebagai campuran biner dengan alkohol. Contoh proses untuk tipe seperti ini adalah pembuatan dibutil ftalat. Untuk menghasilkan ester dari alkohol yang lebih pendek (metil, etil, propil) dibutuhkan penambahan hidrokarbon seperti benzena dan toluena untuk memperbesar air yang terdistilasi.dengan alkohol bertitik didih tinggi (benzil, furfuril, b-feniletil) suatu cairan tambahan selalu diperlukan untuk menghilangkan kandungan air dari campuran.
N-butanol Salah satu jenis produksi industri kimia yang dibutuhkan dalam jumlah yang
terus meningkat adalah industri n-butanol. n-Butanol yang memiliki rumus kimia KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
3
C4H9OH, merupakan produk hasil reaksi n-butiraldehid dengan hidrogen. n-Butanol merupakan cairan putih jernih dan berbau tajam Produksi n-butanol sebagian besar digunakan pada pembuatan resin urea fonnaldehid dan plasticizer dibutil pthalat. Disamping itu n-butanol juga digunakan untuk: - bahan pelarut (solvent) - pembuatan pernis nitroselulosa - pembuatan minyak rem - bahan ekstraksi pembuatan antibiotik, vitamin, dan hormon - bahan pelarut ekstraksi minyak - pembuatan 2,4-dikloropenoksi asam asetat yang merupakan racun rumput - bahan pengering azeotrop (azeotropic dehidrating agent) - pembuatan bahan-bahan kimia seperti butil amina, butil stearat, butilena, asam butirat, dan dibutil anilin. Senyawa n-butanol pertama sekali ditemukan pada tahun 1852 oleh Wyrtz dengan cara memisahkan n-butanol dari campuran-campuran amil alkohol (minyak fusel). Kemudian pada tahun 1871, Lieben dan Rossi berhasil memperoleh n-butanol dari reduksi n-butiraldehid. Ada tiga reaksi utama terhadap n- butanol, yaitu : -
Reaksi Substitusi
Gugus OH pada n-butanol dapat diganti oleh atom halogen, misalnya klor. Persamaan reaksi : CH3CH2CH2-OH + H-CI
CH3CH2CH2CH2-Cl + H2O
n-butanol -
n-klorobutana
Reaksi Oksidasi
n-butanol dapat dioksidasi oleh sejumlah senyawa menjadi asam karboksilat. Senyawa yang biasa digunakan sebagai zat pengoksidasi adalah: KMnO 4 dengan OH, HNO3 pekat, atau H2CrO4. -
Reaksi Eliminasi
n-butanol dapat bereaksi eliminasi dan menghasilkan n-butilena. Reaksi ini melepaskan air, sehingga disebut juga reaksi dehidrasi. Reaksi berlangsung pada temperatur 60°C dengan katalis dehidrasi H 2SO4 pekat.
KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
4
Ester juga bereaksi dengan amina membentuk amida. Reaksi dengan amina mengubah satu senyawa menjadi dua senyawa yang disebut aminolisis. Sebagai catatan bahwa aminolisis dari ester membutuhkan hanya satu ekuivalen amina, tidak seperti aminolisis dari suatu asil halida
atau
asam
anhidrida,
yang
membutuhkan
dua
ekuivalen. ekuivalen.
Reaksi dari ester dengan amina tidak selambat reaksi dari ester dengan air dan alcohol, sebab amina merupakan nukleofil yang lebih baik. Ini merupakan keuntungan sebab kecepatan reaksi dari reaksi ester dengan amina tidak ditingkatkan dengan asam atau HO¯ atau RO¯.
E. Rancangan Percobaan
:
1. Alat dan Bahan
Alat
-
Erlenmeyer
-
Gelas ukur
-
Corong pemisah
-
Gelas piala
-
Pipet tetes
-
Tabung reaksi
-
Statif dan klep
Bahan
-
n-butanol
-
Asam asetat glacial
-
Asam sulfat pekat 96-98%
-
Larutan NaHCO3 jenuh
-
MgSO4 kristal
KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
5
2. Langkah – langkah percobaan
15 mL n-butanol -Dimasukkan kedalam labu dasar bulat -Dimasukkan 2 butir batu didih -Dimasukkan 3 tetes asam sulfat dan 40 mL asam asetat -Dipasang pendingin refluks -Dipanaskan campuran pada suhu 90 o – 100o C selama 3 jam -Dimasukkan campuran reaksi kedalam corong pemisah -Ditambahkan 30 mL dan dikocok -Dipisahkan
Air, H2SO4, Alkohol, CH3COOH
Ester
KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
6
Ester
Lapisan ester cair
-Ditambah 25 mL air dan -Ditambahkan 2,5 gram MgSO4
7 mL NaHCO3 -Dikocok
-Dikocok dan disaring
-Lapisan ester diisahkan
-Ditimbang massa ester
dengan corong pemisah
Lapisan air
Ester
Lapisan ester cair
F. Hasil Pengamatan
Hasil Pengamatan No
Prosedur Percobaan
Perc 1.
Dugaan/Reaksi
Kesimpulan
*n-butanol
CH3-CH2-CH2-CH2-
Terbentuk
tak berwarna
OH+CH3COOH
Sebelum 15 mL n-butanol -Dimasukkan
*asam asetat
kedalam labu dasar
tak berwarna
bulat
*H2SO4 tak
Sesudah
berwarna
ester
CH3-CH2-CH2CH2-O-C-CH 3+H2O O
-Dimasukkan 2 butir batu didih -Dimasukkan 3 tetes asam sulfat dan 40 mL asam asetat -Dipasang pendingin refluks
KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
7
*sebelum
*setelah
-Dipanaskan
dipanaskan
dipanaskan,
campuran pada suhu
campuran
campuran
90o – 100o C selama
larutan tak
larutan
3 jam
berwarna
menjadi
-Dimasukkan
berwarna
campuran reaksi
kuning
kedalam corong
jernih
pemisah
seperti air gula
-Ditambahkan 30
*setelah
mL dan dikocok
ditambah air
-Dipisahkan
dan dikocok terbentuk
Air, H2SO4, Alkohol, CH3COOH
Ester
dua lapisan. Lapisan atas berwarna kuning, sedangkan lapisan bawah berwarna putih keruh.
2.
Setelah
Penambahan
Terbentuk
ditambah
NaHCO3 untuk
ester yang
NaHCO3
mengikat asam-asam
lebih murni
dan 7 mL NaHCO 3
terbentuk
yang tersisa pada
-Dikocok
dua lapisan.
ester
Ester -Ditambah 25 mL air
Lapisan atas -Lapisan ester diisahkan dengan corong pemisah Lapisan air
Lapisan ester cair
berwrna kuning, sedangkan lapisan KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
8
bawah berwrna putih keruh 3.
*Larutan
Larutan
ester
berwarna
-Ditambahkan 2,5 gram Na2SO4
berwarna
kuning
-Dikocok dan disaring
*serbuk
Lapisan ester cair
MgSO4 + 7H2O MgSO4. 7H2O Na2SO4+ 7H2O
kuning
Massa ester yang terbentuk 6,0 gram
Na2SO4 .7H2O
Na2SO4
-Ditimbang massa ester
anhidrat berwrna
Ester
putih
Perhitungan secara teori
:
P butanol = 0,804 g/mL
= 1,050 g/mL x 40 mL
Massa butanol (C4H10O)
= 42 g
Massa = P x V
=0,804 g/mL x 15 mL = 12,06 g
Pas. Asetat glasial = 1,050 g/mL Massa as. asetat (C 2H4O2) Massa = P x V
KIMIA ORGANK II |
Pembuatan n-Butil Asetat
9
Butanol +
asam asetat
M
0,163 mol
0,700 mol
R
0,163 mol
0,163 mol
0,163 mol
0,163 mol
S
0
0,537 mol
0,163 mol
0,163 mol
Ester
+
H 2O
Perhitungan secara percobaan Massa erlenmeyer
: 74,3 gram
Massa erlenmeyer + ester
: 80,3 gram
Jadi massa ester
: 80,3 g – 74,3 g : 6 gram
Butanol +
asam asetat
Ester
+
H 2O
M
0,163 mol
0,700 mol
R
S
0,111 mol
0,648 mol
KIMIA ORGANK II | Error! No text of specified style in document.
10
G. Analisis Data/Pembahasan
Ester merupakan suatu senyawa yang dapat disintesis dari reaksi antara asam karboksilat dan alkohol. Ester memiliki sifat fisik yang khas yaitu memberikan aroma atau bau yang wangi. Beberapa ester dapat menghasilkan wangi buah buahan. Namun selain itu ester dapat pula menghasilkan aroma selain buah buahan. Yaitu aroma kutek yang dihasilkan oleh senyawa ester n-butil asetat. Untuk menghasilkan n-butil asetat senyawa asam karboksilat dan alkohol yang di-reaksikan yaitu asam asetat dan n butanol. Reaksi yang terjadi antara senyawa karboksilat dan alkohol adalah sebagai berikut : O
O
ll
ll
R – C – OH
+
Asam karboksilat
R’ – OH
alcohol
R – CH2 – C – OR’ + H2O ester
air
Pada praktikum ini ester yang kami buat adalah butil asetat yang merupakan ester sintetis, yang biasa digunakan di industri – industri adalah asam asetat glacial (CH3COOH murni). Karena alcohol dan asam karboksilatnya berantai pendek, maka ester yang dihasilkan berwujud cair pada suhu kamar.Reaksi esterifikasi berlangsung sangat lama, dapat berlangsung selama berjam – jam atau bahkan berhari – hari. Maka untuk mempercepat reaksi ditambah-kan katalis H 2SO4 pekat. Selain ditambahkan katalis, reaksi ini pun dilakukan pada suhu tinggi. Karena jika suhu dinaikkan maka energi kinetik partikel akan bertambah besar dan laju reaksi akan semakin cepat. Asam karboksilat direaksikan secara berlebih. Hal ini dilakukan untuk memperbanyak ester yang dihasilkan. Sesuai dengan hukum kesetimbangan, jika perbandingan butanol dan asam karboksilat adalah 1:1, maka untuk menggeser reaksi ke arah produk (memperbanyak ester) salah satu pereaksi harus ditambah jumlahnya. Untuk keselamatan pengambilan asam asetat glacial harus dilakukan di lemari asam dengan menggunakan masker dan sarung tangan. Ketika proses pemanasan perlu ditambahkan batu didih ke dalam labu dasar bulat, agar ketika larutan dipanaskan tidak terjadi bumping atau timbulnya letupan-
KIMIA ORGANK II | Error! No text of specified style in document.
11
letupan pada larutan karena panas. Adapun peran dari asam sulfat pekat yang juga ditambahkan pada reaksi adalah seba-gai katalis yang dapat mempercepat berlangsungnya reaksi. Katalis H 2SO4 pekat dimasukkan perlahan – lahan (setetes demi setetes),karena H 2SO4 bersifat esoterm sehingga jika dima-sukkan sekaligus akan menghasilkan panas dan berasap. Selain dengan penambahan katalis untuk mempercepat reaksi, reaksi dilakukan pada suhu tinggi yang disesuaikan dengan titik didih reaksi campuran. Pada saat merefluks diharapkan suhu dijaga jangan sampai melebihi titik didih komponen pembentuknya (butanol dan asam asetat glacial). Karena itulah reaktan dipanaskan dengan menggunakan penangas air. Sementara itu reaksi dilakukan dengan refluks yaitu dengan medidihkan campuran lalu mengkondensasi uap dengan pendingin air dan kembali mencair ke labu reaksi. Setelah 2 jam terbentuklah n-butil asetat dan air. Hasil refluks dibiarkan hingga dingin pada suhu kamar, setelah itu di ekstrak dalam corong pisah sebanyak dua tahap untuk memisahkan n-butil asetat dengan air dan zat-zat pengotor lain. Disini harum khas dari ester (n-butil asetat) sudah tercium, baunya seperti tinta. Proses pemisahan menggunakan corong pisah, Metode yang digunakan adalah ekstrasi cair – cair. Prinsip ekstraksi cair – cair adalah berdasarkan perbedaan kelarutan. Hasil larutan yang telah direfluks dan di dinginkan dimasukkan ke dalam corong pemisah dan ditambahkan aquades, lalu dikocok berulang – ulang agar homogen. Setelah didiamkan terbentuk dua lapisan. Lapisan atas adalah ester dan pengotor sedangkan lapisan bawah adalah cairan yang mungkin saja masih mengandung n-butil alcohol dan asam asetat glacial berlebih serta H 2SO4 dan air sebagai hasil samping. hal ini membuktikan bahwa berat jenis air lebih tinggi dibandingkan berat jenis n-butil asetat. Penambahan NaHCO3 jenuh dalam larutan ester adalah untuk mengikat sisasisa asam yang mungkin masih terdapat dalam larutan ester. Sementara itu penambahan natrium sulfat anhidrat digunakan untuk menghilangkan air dari ester, karena Na2SO4 bersifat menyerap air (dehidrator). Dari hasil perhitungan, n-butil asetat yang didapat adalah 6,0 gram. Jumlahnya cukup sedikit. Ini terjadi karena waktu reaksi yang hanya dilangsungkan selama dua jam. kemungkinan saat itu kesetimbangan belum tercapai, maka masih ada reaktan yang belum bereaksi membentuk n-butil asetat. Selain itu, kehilangan ester ini
KIMIA ORGANK II | Error! No text of specified style in document.
12
disebabkan oleh pencucian, artinya masih ada ester yang terbawa oleh pelarut ketika di cuci, yang menyebabkan jumlah ester menjadi kurang dari yang seharusnya.
H. Kesimpulan
Setelah melakukan percobaan pembuatan ester maka didapat bahwa : 1. Berat n-butil asetat sebesar 6,0 gram. 2. Ester yang didapat menghasilkan bau seperti tinta. 3. Ester terbentuk dari reaksi alkohol dan asam karboksilat 4. Reaksi yang terjadi pada pembuatan ester adalah reaksi bolak-balik sehingga kesetimbangan harus di geser kearah produk dengan menaikkan konsentrasi reaktan
I. Jawaban Pertanyaan
1. Tuliskan mekanisme reaksi pembentukan n-butil asetat ! CH3-COOH + CH3(CH2)3OH CH3COOCH2CH2CH2CH3 + H2O 2. Termasuk reaksi apakah reaksi diatas ?
Reaksi diatas termasuk reaksi esterifikasi
3. Apakah fungsi asam sulfat, dan dapatkah asam sulfat tersebut diganti dengan asam lainya ? jelaskan!
Asam sulfat sebagai katalis sehingga kesetimbangan tercapai lebih cepat. Asam sulfat dapat diganti dengan asam kuat lainnya seperti asam klorida (HCl)
4. Jelaskan fungsi penambahan larutan NaHCO 3 jenuh dan MgSO 4 anhidrat ?
Fungsi penambahan larutan NaHCO 3 jenuh adalah untuk menghilangkan sisasisa asam yang masih tersisa di dalam larutan ester.
Fungsi penambahanMgSO 4 anhidrat adalah untuk menghilangkan air dari ester, karena MgSO 4 bersifat menyerap air (dehidrator).
5. Sebutkan bahan kimia lain yang dapat digunakan debagai pengganti MgSO 4!
MgSO4 dapat diganti dengan Na 2SO
KIMIA ORGANK II | Error! No text of specified style in document.
13
J. Daftar Pustaka
Fessenden RJ. Fessenden JS. 1991. Kimia Organic, Edisi ketiga terjemahan A. Harayana Dudjaatrata, Jilid 1 dan 2. Jakarta: Penerbit Erlangga Tim Dosen Kimia Organik. 2012. Panduan Praktikum Kimia Organik I. Surabaya : jurusan kimia FMIPA UNESA. Law, Paul. 2009. Ester . Brasil: Paulo Antonino Scollo Junior http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/sifat_senyawa organik /alkohol1/ reaksi_pengesteran _esterifikasi/ (Diakses tanggal 11 Oktober 2013, pada 18:26) http://aatunhalu.wordpress.com/2008/12/06/praktikum/ (Diakses tanggal 11 Oktober 2013, pukul 18:45) http://matekim.blogspot.com/2010/05/esterifikasi.html(Diakses tanggal 11 Oktober 2013, pukul 18:14) http://matekim.blogspot.com/2010/05/esterifikasi.html(Diakses tanggal 11 Oktober 2013, pukul18:29) http://id.wikipedia.org/wiki/Ester . (Diakses tanggal 11 Oktober, pukul 15.45 WIB)
KIMIA ORGANK II | Error! No text of specified style in document.
14
LAMPIRAN 1) Percobaan Pertama Dipasang pendingin refluks
Terbentuk ester
2) Percobaan Kedua Terbentuk ester lebih murni
3) Percobaan Ketiga Ditambahkan 2,5 gram MgSO4
Larutan berwarna kuning
Massa 6,0 gram
KIMIA ORGANK II | Error! No text of specified style in document.
15
