A4_template for transducers01

PEMBUATAN TERS-BUTILKLORIDA
Reaksi Substitusi Nukleofil Alifatik
Denanti Erika
[10513002; K-02; Kelompok 1]
[email protected]
Abstrak
Pada percobaan kali ini digunakan metode reaksi substitusi nukleofilik untuk mensintesis ters-butil
klorida dari ters-butil alkohol. Diketahui bahwa pada reaksi substitusi nukleofilik atom/ gugus yang
diganti mempunyai elektronegativitas lebih besar dari atom C, dan atom/gugus pengganti adalah
suatu nukleofil, baik nukleofil netral atau nukleofil yang bermuatan negatif. Reaksi substitusi
nukleofilik yang dilakukan tergolong reaksi S N1. Hal ini teramati dari penggunaan pelarut polar
(dalam hal ini HCl pekat). Disamping merupakan pelarut, HCl juga merupakan reaktan. Selain itu
juga terbentuknya kerbokation dalam reaksi ini menguatkan bahwa reaksi yang terjadi memang
rekasi SN1. Penambahan NaHCO3 adalah untuk menetralkan asam dan mengikat air yang masih
terkandung setelah ekstraksi. Setelah itu dilakukan uji alkil halida yang dimaksudkan untuk
mengklasifikasi alkohol yang terbentuk. Uji alkil halida yang akan dilakukan adalah NaI dalam
aseton, larutan AgNO3 dalam etanol, dan pengaruh pelarut terhadap kereaktifan S N1.
Kata kunci: ters-butil klorida, ters-butil alkohol, nukleofil, substitusi nukleofilik.
Abstract
In this experiment used method nucleophilic substitution reaction to synthesize tert-butyl chloride
from tert-butyl alcohol. It is known that the nucleophilic substitution reactions of atoms / groups that
have replaced the larger electronegativity of C atoms, and the atoms / cluster replacement is a
nucleophile, either nucleophiles neutral or negatively charged nucleophile. Nucleophilic substitution
reactions were performed classified SN1 reaction. It is observed from the use of a polar solvent (in
this case concentrated HCl). Besides the solvent, HCl is also a reactant. In addition, the formation of
kerbokation in this reaction confirms that the reaction is SN1 reaction. Addition NaHCO 3 is to
neutralize the acid and bind water still contained after the extraction. After that tested alkyl halides
which are intended to classify alcohol formed. Test alkyl halide to be done is NaI in acetone, a
solution of AgNO3 in ethanol, and the effect of solvent on the SN1 reactivity.
Keywords: tert-butyl chloride, tert-butyl alcohol, nucleophile, nucleophilic substitution.
1. PENDAHULUAN
Gugus hidroksi dalam ters-butil alkohol gugus
yang paling mudah disubtitusi dan hal ini
menyebabkan alkohol tersebut dapat bereaksi
dengan hal pekat pada suhu kamar. Reaksi tersebut
adalah reaksi subtitusi nukleofilik tipe SN1 yang
melibatkan pembuatan senyawa antara ion
karbonion yang relatif stabil.
CH3 ― OH + H+ ↔ CR3 ― OH2 ↔ 3RC+ + H2O
R3C+ + Cl- ↔ CR3 ―Cl
( Tim Dosen kimia organik, 2011 : 14)
Alkohol sekunder apalagi yang primer
memerlukan kondisi yang sangat kuat untuk
melakukan reaksi substitusi, yang biasanya
memerlukan pemanasan campuran alkohol – asam
dengan sel klorida anhidrat. Bila alkoholnya
berupa alkohol alisiklik, dianjurkan menggunakan
CaCl2 anhidrat sebagai pengganti ZnCl2. Reaksi
yang menggunakan HCl – ZnCl2 merepakan
reaksi tipe SN2. Terutama untuk alkohol primer
Mekanisme SN1 juga memungkinkan terjadi:
Jalur reaksi yang terakhir ini cenderung terjadi
penyusunan ulang gugus alkil. (Tim Dosen Kimia
Organik, 2011 : 15)
Penyusunan ulang dapat dilakukan dengan
menggunakan senyawa klorida yang digunakan
dengan tionil klorida atau campuran tionil klorida
dengan dengan piridin yang digunakan dapat
dalam jumlah katalik atau ekimolar. Bila hanya
menggunakan tionil klorida saja, yang pertama
kali terbentuk adalah ester klorosilfit yang
kemudian terurai menjadi alkil klorida dengan
mekenisme siklik (SN1)
(Tim Dosen Kimia Organik, 2011 : 15)
Kosep yang digunakan untuk membahas reaksi
nukloefilik adalah konsep putus/pembentuka ikatan
heterolitik. Jelas konsep ini tidak bisa menjelaskan
mengapa pada reaksi subtitusi nukloefilik
adakalanya alkil halida primer dan sekunder yang
membuat hasil yang lebih banyak dari pada alkil
halida primer dan sekunder.
Mekanisme reaksi SN2
Mekanisme reaksi SN2 hanya terjadi pada alkil
halida primer dan sekunder. Nukleofil yang
menyerang adalah jenis nukleofil kuat
seperti OH-, CN-, CH3O-. Serangan dilakukan dari
belakang. Untuk lebih jelas, perhatikan contoh
reaksi mekanisme SN2 bromoetana dengan ion
hidroksida berikut ini.
Mekanisme reaksi SN1
Mekanisme reaksi SN1 hanya terjadi pada alkil
halida tersier. Nukleofil yang dapat menyerang
adalah nukleofil basa sangat lemah seperti H2O,
CH3CH2OH
Terdiri dari 3 tahap reaksi. Sebagai contoh adalah
reaksi antara ters-butil bromida dengan air.
Tahap 1.
Jika nukloefil bersifat bersifat netral dan
begitupun dengan substrat yang bersifat netral,
produk akan bemuatan positif, jika nukleofil
bersifat berupa ion negatif dan substratnya netral
maka produk yang di hasilkan akan netral. Dalam
kedua kasus ini pasangan elektron bebas dari
nukleofil memasok elektron untuk membentuk
ikatan kovalen baru. Terdapat dua mekanisme
utama substitusi nukleofil. Keduanya diberi simbol
SN1 dan SN2. Ada beberapa petiunjuk yang dapat
digunakan untuk mengenali apakah nukleofil
bereaksi dengan substratnya bereaksi melalui
mekanisme
SN2 diantaranya
laju
reaksi
bergantung pada konsentrasi nukleofilnya maupun
substratnya. Tipe penggantian yang melalui
SN2 selalu mengakibatkan reaksi inversi. Reaksi
akan paling cepat bila pada alkil halida pada
substrat berupa metil atau primer dan paling
lambat jika tertier halidanya. Dan halida sekunder
bereaksi pada reaksi pertengahan, sedangkan
SN1 kebalikannya (Hurd, Harold, 2003 : 195-204)
Pengantian suatu SN2 pada karbon tak jenuh
sukar berlangsung, bila reaksi SN1tidak dapat
berjalan secara langsung, karena tidak stabil dari
ion karbonium yang dihasilkan yaitu suatu kation
fenil. Sekalipun substutisi nukleofil pada senyawa
aromatik tidak begitu bisa terjadi, tapi kita dapat
melihat hanya sedikit kasus pada kondisi tertentu. (
Zean, Drs. Warry, 1984 : 43)
Pembentukan ikatan dan pemutusan ikatan
terjadi pada waktu yang sama dalam reaksi
menurut reaksi SN2. Ada suatu tahapan peralihan
tetapi tidak ada hasil antara. Reaksi yang berjalan
menurut reaksi SN1 mencakup karbokation yang
sama yaitu, karbokation memiliki suatu bidang
simetri. (Pine, Stanley H, 1980 : 417-420)
Substitusi nukleofil merupakan suati kelompok
dasar substitusi dimana sebuah nukleofil yang
kerja elektronnya sacara selektif berikatan dengan
atau menyerang muatan positif dari sebuah gugus
kimia
atom-atom
yang
disebut
gugus
lepas. (Anonim, 2011).
2. METODE PERCOBAAN
Tahap 2.
Tahap 3.
Pembuatan ters-butil klorida dilakukan dengan
mengisi corong pisah 250 ml dengan 25 gram
(0,34 mol) ters-butil alkohol dan 85 ml HCl pekat
lalu larutan dikocok selama 20 menit. Pada saat
pengocokan kran harus dilonggarkan untuk
mengurangi tekanan. Larutan dibiarkan hingga
terbentuk 2 lapisan yang terpisah sempurna.
Lapisan yang dibawah (lapisan asam) diambil dan
dibuang dan lapisan atas (lapisan halida) dicuci
dengan menggunakan 20 ml larutan NaHCO 3 5%
lalu dipisahkan. Lapisan halida kemudian disaring
dengan corong berisi kertas saring berlipat. Filtrat
ditampung dalam labu distilasi 100 ml dan
ditambahkan 2-3 batu didih. Kemudian dilakukan
distilasi dan dikumpulkan fraksi didih pada suhu
49-51 °C (diperkirakan 28 gram ters-butil klorida).
Kemudian dari hasil yang didapat dihitung
rendemennya dan diukur titik didihnya.
Pada uji alkil halida dilakukan 3 buah uji yaitu
NaI dalam aseton, AgNO3 dalam etanol, dan
pengaruh pelarut terhadap kereaktifan reaksi S N1
(solvolisis). Untuk uji NaI dalam aseton diberi
nama 4 buah tabung reaksi dan dimasukkan 100
mg/ 0,1 ml senyawa 1-klorobutana/1-bromobutana,
ters-butil klorida, 2-klorobutana,
dan 2bromobenzena. Kemudian masing-masing tabung
ditambahkan 1 ml larutan 18% NaI dalam aseton.
Tabung reaksi lalu ditutup dan dikocok. Jangan
lupa perhatikan waktu saat ada endapan pertama
kali. Jika pada tabung tidak ada reaksi dalam
waktu 5 menit, tabung ditempatkan kedalam
penangas air dengan suhu 50 °C dan diamati
perubahan dalam waktu 5-6 menit.
Untuk uji larutan AgNO 3 dalam etanol
dilakukan prosedur pertama pada percobaan
sebelumnya. Lalu kedalam masing-masing tabung
ditambahkan 1 ml larutan 1% AgNO 3 dalam
etanol. Setelah itu dilakukan 2 prosedur terakhir
pada percobaan sebelumnya. Uji pengaruh pelarut
terhadap keraktifan SN2 dengan membandingkan
waktu terbentuknya endapan putih antara 2klorobutana/ ters-butil klorida + larutan 1%
AgNO3 dalam etanol dengan 2-klorobutana +
AgNO3 dalam etanol:air 1:1. Dibandingkan
pengaruh struktur, gugus fungsi halida, dan suhu
terhadap kereaktifan reaksi SN1 dan SN2.
Untuk pengaruh pelarut terhadap kereaktifan
reaksi SN1 (solvolisis) disiapkan 1 tabung reaksi
untuk tiap campuran pelarut kemudian siapkan 2
ml campuran pelarut dengan gelas ukur. Lalu
ditambahkan 3 tetes larutan NaOH 0,5 M yang
mengandung indikator fenoftalein,. Tabung reaksi
ditutup dengan aluminium foil dan simpan dalam
penangas air dengan suhu 30 ± 1 °C. Kemudian
ditambahkan 3 tetes ters-butil klorida dan
perhatikan waktu penambahan, tabung digiyang,
lalu disimpan kembali kedalam penangas air. Catat
waktu hilangnya warna merah muda dari indikator.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah percobaan ini dilakukan didapat hasil
sebagai berikut :
Massa ters-butil klorida : 15,28 gram
Indeks bias
: 1,3851
% rendemen = 15,28 = 54,57%
28
Hasil uji alkil halida :
a. Uji Natrium Iodida dalam Aseton
Ters-butil klorida : 9.48 menit
Larutan kuning keruh
2-klorobutana : 9.45 menit
Larutan kuning sedikit keruh
Bromobenzene : 11.30 menit
Larutan bening kuning
1-klorobutana
: 6.50 menit
Larutan kuning agak keruh
Tingkat kekeruhan
Ters-butil klorida > 1-klorobutana > 2-klorobutana
> bromobenzene
b. Larutan Perak Nitrat dalam Etanol
Ters-butil klorida : 2.45 menit
Ada endapan putih tanpa
pemanasan
2-klorobutana : 9.57 menit
Larutan agak kekuningan
Bromobenzene : 9.59 menit
Larutan bening
1-klorobutana :11.06 menit
Agak keruh
Hasil perbandingan pelarut
2-klorobutana + AgNO3 dalam etanol = larutan
agak kekuningan
2-klorobutana + AgNO3 dalam etanol:air 1:1 =
larutan lebih bening
ters-butil klorida + AgNO3 dalam etanol = ada
endapan putih dan larutan bening
ters-butil klorida + AgNO 3 dalam etanol:air 1:1 =
ada endapan putih dan larutan keruh
c. Solvolisis
Pelarut:Ai
r (mL)
Etanol
1,0:1,0
9.05
1,2:0,8
8.00
1,4:0,6
8.58
Pelarut
Metanol
9.44
9.59
9.32
Aseton
14.39
29.11
36.81
Pada percobaan pembuatan ters-butil
klorida 25 gram ters-butil alkohol di tambah
dengan 85 ml HCl pekat menghasilkan larutan
yang berwarna keruh dan berasap. Larutan ini
berasap karena terjadi reaksi eksoterm. Pada
umumnya , pada pembuatan senyawa-senyawa
alkohol, asam pekat dijadikan sebagai reaktan,
dalam percobaan ini HCl pekat disini sebagai
reaktan. Lalu digunakan HCl pekat karena
memiliki jumlah mol yang banyak sehingga hasil
yang akan diperoleh akan lebih maksimal.
Campuran kemudian di kocok, dan selama
pengocokan sesekali penutup di longgarkan untuk
mengurangi tekanan. Tekanan ini muncul karena
ters-butil alkohol bereaksi secara eksoterm
sehingga suhunya meningkat dan menimbulkan
tekanan. Sebagai mana yang di jelaskan pada teori
bahwa suhu berbanding lurus dengan dengan
tekanan. Ketika di kocok, larutan berwarna putih
dan berbuih. Larutan berbuih akibat dari
pengocokan. Setelah itu larutan itu di diamkan
beberapa menit sampai lapisannya memisah
sempurna. Hasilnya terbentuk dua lapisan, dimana
lapisan atas adalah lapisan halida dan lapisan
bawah adalah asam. Terpisahnya lapisan ini
karena adanya perbedaan kerapatan jenis dari
halida maupun dari asam dengan asam. Adapun
reaksi yang terjadi :
(CH3)COH + HCl → (CH3)CCl + H2O
Dimana reaksinya dengan mekanisme sebagai
berikut :
Tahap pertama : pembentukan sebuah karbokation
dengan pemisahan gugus pergi.
Tahap kedua : serangan nukleofil
Bentuk umum dari reaksi di atas adalah
N: + R―X → R ―Nu + x:
Dengan Nu menandakan nukleofil yang memiliki
pasangan elektron bebas serta R―X menandakan
subtrat dengan gugus pergi x. Pada reaksi tersebut,
pasangan elektron dari nukleofil menyerang
subtrat membentuk ikatan baru, sementara gugus
pergi melepaskan diri bersama dengan sepasangan
elektron. Produk utamanya R―Nu. Nukleofil dapat
mememiliki dapat memiliki muatan listrik negatif
ataupun netral, sehingga produk yang di hasilkan
biasanya netral atau bermuatan positif. Dan yang
terjadi pada reaksi diatas adalah produk yang
netral. Setelah itu lapisan bawah (lapisan asam) di
buang dan lapisan atas yakni lapisan halida di cuci
dengan NaHCO3. Pencucian dengan senyawa
tersebut bertujuan untuk mengikat sisa-sisa asam
yang terdapat pada klorida. Pada proses pencucian
ini, masih terbentuk dua lapisan, lapisan
atas (halida) dan lapisan bawah (garam yang larut
dalam air).
Reaksi yang terjadi adalah :
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2 O + CO2
Setelah itu lapisan bawah di buang dan lapisan
atas di cuci lagi dengan air yang bertujuan
memisahkan garam yang terdapat pada halida setra
melarutkannya. Kemudian lapisan bawah di buang
(air + garam), lalu menambahkan CaCl 2 anhidrat
dalam larutan halida tersebut yang bertujuan untuk
mengikat air yang masih tersisa dalam halida
tersebut. Masih adanya garam halida di tandai
dengan larutnya CaCl 2 tapi setelah Air terikat
dengan CaCl2 akan menimbulkan endapan putih .
CaCl2 + H2O → CaCl2 *H2O
Kemudian larutan tersebut didekantasi melalui
corong pisah yang di lengkapi dengan kertas
saring berlipat, yang bertujuan agar larutan yang
bercampur dengan CaCl 2 tadi benar-benar terikat
dengan H2O atau sisa-sisa asamnya dan juga
mendapatkan larutan ters-butil klorida murni.
Ters-butil korida yang didapat kemudian di
masukkan kedalam labu distilasi 100 ml dan
ditambahkan batu didih. Setelah itu larutan ini
didistilasi lagi untuk menguapkan pelarut hingga
menyisakan ters-butil klorida murninya saja.
Fraksi pada suhu 49-51 °C ditampung untuk
kemudian dilihat indeks biasnya. Setelah selesai
didistilasi didapatkan ters-butil klorida murni
sebanyak 15,28 gram dari massa teoritisnya yaitu
28 gram dengan persen rendemen sebesar 54,57 %.
Hasil yang diperoleh pada saat praktikum agak
jauh berbeda dari yang seharusnya. Hal ini
dikarenakan pada saat membiarkan larutan
membentuk 2 fasa waktu yang diperlukan kurang
dan larutan tidak terpisah secara 100% dan
menyebabkan ada larutan ters-butil klorida yang
ikut terbuang bersama lapisan asam. Setelah
dilakukan pengujian terhadap titik didih tersbutilklorida dengan distilasi, distilat menetes pada
suhu 50oC. Hal ini menunjukkan bahwa tersbutilklorida yang diperoleh merupakan senyawa
yang murni, karena secara teoritis titik didih tersbutilklorida adalah 49-52oC. Selain dilakukan
pengujian terhadap titik didih, dilakukan juga
pengujian terhadap indeks bias ters-butilklorida
dan menghasilkan indeks bias sebesar 1,3851.
Indeks bias yang diperoleh tidak berbeda jauh
dengan indeks bias secara teoritis yang sebesar
1,3860. Hal ini menunjukkan bahwa tersbutilklorida yang diperoleh merupakan senyawa
yang murni.
Pada percobaan natrium iodida dalam aseton
terjadi mekanisme SN2 karena ciri dari mekanisme
reaksi SN2 adalah menggunakan pelarut aprotik
dalam reaksinya. Sedangkan aseton adalah pelarut
aprotik. Dari keempat reaksi yang terjadi, 1klorobutana memiliki waktu yang paling cepat
mengalami reaksi dengan larutan natrium iodida
dalam aseton yaitu selama 6.50 menit jika
dibandingkan dengan tiga lainnya. Setelah itu
dilanjutkan dengan 2-klorobutana, ters-butil
klorida, dan yang terakhir adalah bromobenzene
yang menghabiskan waktu selama 11.30 menit
untuk mengalami perubahan.
Pada percobaan larutan perak nitrat dalam
etanol adalah mekanisme reaksi SN1 karena sesuai
dengan ciri mekanisme reaksi SN1 yang
menggunakan pelarut protik yang dalam percobaan
ini merupakan etanol. Reaksi yang membutuhkan
waktu paling cepat adalah ters-butil klorida yang
hanya menghabiskan waktu selama 2.45 menit,
lalu disusul dengan 2-klorobutana, bromobenzene,
dan yang terakhir adalah 1-klorobutana yang
menghabiskan waktu selama 11.06 menit. Itu
membuktikan bahwa 1-klorobutana adalah
senyawa yang paling susah untuk bereaksi dengan
larutan perak nitrat sehingga membutuhkan waktu
yang paling lama. Untuk uji pelarut terhadap
kereaktifan antara 2-klorobutana/ters-butil klorida
yang telah ditambahkan larutan 1% AgNO 3 dalam
etanol dengan 2-klorobutana/ters-butil klorida yang
telah ditambahkan larutan 1% AgNO 3 dalam
etanol:air 1:1 didapatkan data bahwa jika 2klorobutana + larutan 1% AgNO3 dalam etanol
menghasilkan larutan yang berwarna agak
kekuningan, sedangkan jika 2-klorobutana +
larutan 1% AgNO3 dalam etanol:air 1:1
menghasilkan larutan yang lebih bening. Namun
untuk ters-butil klorida + larutan 1% AgNO 3 dalam
etanol menghasilkan endapan putih dan larutan
yang bening, sementara untuk ters-butil klorida +
larutan 1% AgNO3 dalam etanol:air 1:1
menghasilkan endapan putih dan larutan yang
lebih keruh.
Pada percobaan solvolisis atau pengaruh
pelarut terhadap kereaktifan reaksi SN1 diketahui
bahwa larutan yang paling cepat mengalami
perubahan warna menjadi bening dari yang
awalnya berwarna merah muda/ ungu adalah
etanol. Hal itu disebabkan karena etanol memiliki
struktur geometri yang mirip dengan air, selain itu
juga karena etanol bersifat polar. Setelah itu
dilanjut dengan metanol dan yang terakhir adalah
aseton karena aseton adalah senyawa nonpolar dan
aseton tidak memiliki kemiripan geometri dengan
air. Pada keadaan pelarut:air 1:1 merupakan
keadaan yang paling baik karena pada saat itulah
rata-rata waktu yang dibutuhkan paling kecil.
Untuk pelarut aseton, semakin besar perbandingan
untuk pelarut maka waktu yang dibutuhkan untuk
perubahan warna akan semakin lama.
4. KESIMPULAN
Massa ters-butil klorida yang terbentuk adalah
15,28 gram. Indeks bias ters-butil klorida adalah
1,3851. % rendemennya adalah sebesar 54,57%.
UCAPAN TERIMAKASIH
Terima kasih saya ucapkan kepada ibu Alni
sebagai dosen pemimpin praktikum, dan Kak Rani
Kurnia sebagai asisten praktikum pada percobaan
ini. Tak lupa pula terima kasih kepada R. Banyu
Firdaus, Surmayanti, Surya Nur A Rahman,
Hastian Rizky Nugrahanto, Ajeng Puspita, Auliya
Nur Amalina, dan Nevila Nur Faiz yang tergabung
dalam kelompok 1 pada Praktikum Organik ini.
Terima kasih pula kepada para staf manajemen
laboratorium
kimia
organik
yang
telah
menyediakan bahan-bahan serta alat yang
digunakan pada percobaan kali ini.
DAFTAR PUSTAKA
Williamson, Macroscale and Microscale Organic
Experiments, 3rd edition, Boston, 1999, 258264.
Moore, J.A., and Dalrymple, D.L., Experimental
Methods in Organic Chemistry, 2rd edition,
Saunders, Philadelphia, 1976, 139.
Wahyuningrum, Deana., Penuntun Praktikum
Kimia Organik, Institut Teknologi Bandung,
2014.