PEMBUATAN n-BUTIL ASETAT
ABSTRAK
Telah dilakukan
percobaan pembuatan n-butil asetat melalui reaksi SN2 antara n-butil
alkohol dengan asam asetat glasial serta bantuan katalis H2SO4
untuk mempercepat reaksi SN2 dengan dilakukan proses refluks,
ekstraksi, dekantasi, dan destilasi. N-butil
alkohol dan asam asetat glasial direfluks selama lebih 2 jam dengan suhu 117oC
yang kemudian dilakukan ekstraksi untuk memisahkan lapisan atas dan lapisan
bawahnya. Dimana lapisan yang akan diambil adalah lapisan atasnya yang
merupakan crude ester, kemudian dilakukan dekantasi dan didestilasi dari larutan
tersebut pada suhu 90oC dan hasil yang akan didapatkan adalah
larutan bening dengan aroma yang khas yaitu aroma pisang.
Kata Kunci : destilasi,
ekstraksi, refluks, n-butil asetat dan reaksi SN2.
I.
PENDAHULUAN
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 (Fessenden dan Fessenden,
1992).
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’). 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.
II.
METODOLOGI
2.1
Alat
dan bahan
2.1.1
Alat
Alat-alat
yang digunakan pada percobaan ini adalah batang pengaduk, botol semprot, bulb,
corong kaca, erlenmeyer, corong pisah, karet gabus, magnetik stirer, kondensor,
kondensor liebig, gelas beaker, cawan petri, labu destilasi, labu leher dua,
pipet ukur, pompa air, statif, spatula dan termometer.
2.1.2
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan pada
percobaan ini adalah akuades, asam asetat glasial, asam sulfat pekat, magnesium
sulfat, natrium bikarbonat, dan n-butil alkohol.
2.2 Rangkaian Alat
Gambar 2.2.1 Rangkaian alat refluks
Gambar 2.2.2 Rangkaian alat ekstraksi
Gambar 2.2.3 Rangkaian alat dekantasi
Gambar 2.2.4 Rangkaian alat penyaringan
Gambar 2.2.5 Rangkaian alat destilasi
2.3 Prosedur Kerja
Pembuatan n-butil asetat dilakukan
dengan mencampurkan 23 mL n-butil alkohol dan 30 mL asam asetat glasial ke labu
destilasi, lalu ditambahkan 0,5 mL H2SO4 pekat. Disiapkan
peralatan refluks. Direfluks pada suhu 117˚C selama 2 jam diatas magnetik stirer.
Disiapkan 250 mL H2O dalam corong pisah. Hasil refluks dituangkan ke
dalam corong pisah. Campuran dikocok dan didiamkan sampai terbentuk 2 lapisan.
Dipisahkan lapisan bawah dan ditampung dalam erlenmeyer. Lapisan atas
didekantasi berturut-turut dengan 100 mL H2O, 25 mL Na2HCO3
jenuh dan 50 mL H2O. Ditambahkan 5-6 gram MgSO4 anhidrat
ke crude ester dan didiamkan 5 menit. Disaring crude ester dengan vakum dan
ditampung dalam labu destilasi. Ditambahkan beberapa batu didih ke crude ester.
Didestilasi crude ester dan destilat ditampung pada suhu 90˚C.
III.
HASIL
DAN PEMBAHASAN
3.1 Tabel Pengamatan
No
|
Perlakuan
|
Pengamatan
|
1.
|
Dicampur n-butanol dan asam asetat
|
n-butanol = 23 mL, asam asetat 30 mL dalam 50 mL
|
2.
|
Ditambahkan H2SO4
|
H2SO4 0,5 mL
|
3.
|
Direfluks kurang lebih 2 jam
|
Refluks selama 2 jam
|
4.
|
Disiapkan akuades ke dalam corong pisah
|
Diekstraksi dengan akuades 250 mL
|
5.
|
Dituangkan hasil refluks ke dalam corong pisah
yang telah berisi akuades, lalu dikocok dan didiamkan sampai terbentuk dua
lapisan
|
|
6.
|
Dipisahkan lapisan bawah dan ditampung dalam
erlenmeyer
|
|
7.
|
Didekantasi lapisan atas (crude ester)
berturut-turut dengan air, kemudian Na2HCO3 dan
terakhir dengan akuades
|
100 mL akuades,
Na2HCO3 jenuh 25 mL, dan 50 mL akuades
|
8.
|
Ditambahkan MgSO4 ke dalam crude ester
dan didiamkan
|
MgSO4 = 5 gram
|
9.
|
Disaring crude ester dan ditampung dalam labu
destilasi
|
|
10.
|
Didestilasi dan ditampung n-butil asetat pada suhu
124-125oC
|
Suhu 90 oC destilat ditampung
|
11.
|
Diamati hasil destilasi melalui aroma
|
Aroma buah pisang
Warna
destilat bening
|
3.2 Pembahasan
Ester merupakan
suatu senyawa yang dapat disintesis dari reaksi antara asam karboksilat dan
alkohol. Rumus umum senyawa ester adalah RCOO-R. Ester memiliki sifat fisik
yang khas yaitu memberikan aroma atau bau yang wangi. Beberapa ester dapat
menghasilkan wangi buah buahan.
Reaksi pembuatan ester dikenal
sebagai esterifikasi. Esterifikasi adalah reaksi asam lemak bebas (asam
karboksilat) dengan alkohol membentuk ester dan air. Dengan esterifikasi,
kandungan asam lemak bebas dapat dihilangkan dan diperoleh tambahan ester. Reaksi
ini dilaksanakan dengan menggunakan katalis padat atau katalis cair. Reaksi
esterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan. Pada suhu ruang, reaksi ini tidak
berlangsung tuntas dan jumlah produknya sedikit (Sari, 2007; Oxtoby, dkk, 2001).
Reaksi ini merupakan
reaksi bolak balik (reversible)
dimana Le Chatelie’s menjelaskan bahwa kesetimbangan akan bergerak ke arah
produk (ester) ketika konsentrasi reaktan ditambah, oleh karena itu konsentrasi
asam karboksilat yang digunakan berlebih. Jika konsentrasi alkohol dan asam
karboksilat 1:1 maka konsentrasi ester yang dihasilkan akan menjadi lebih
sedikit. Reaksi reversibel adalah reaksi yang berlangsung dua
arah yaitu reaksi maju dan reaksi balik. Sedangkan reaksi irreversibel adalah
reaksi yang berlansung satu arah. Pada sistem kesetimbangan reaksi bersifat
reversibel.
Refluks adalah pemisahan suatu
komponen dari suatu zat. Pada dasarnya prinsip refluks sama dengan ekstraksi.
Pada metode ini seluruh zat yang diinginkan akan berakhir dalam suatu pelarut
dan semua zat-zat penggangu dalam pelarut lain (Day dan Underwood, 2002).
Destilasi adalah suatu metode yang
digunakan untuk pemisahan dan pemurnian cairan berdasarkan kecepatan atau
kemudahan menguap (volatilitas) bahan.penguapan atau destilasi umumnya
merupakan proses pemisahan satu tahap. Proses ini dapat dilakukan secara
kontinyu pada tekanan normal (Hart, 2003).
Dekantasi adalah suatu cara
pemisahan antara larutan dan padatan yang paling sederhana yaitu dengan
menuangkan cairan perahan-lahan sehingga endapan tertinggal dibagian dasar
bejana. Cara ini dapat dilakukan jika endapan mempunyai ukuran partikel yang
besar dan massa jenisnya pun besar, sehingga dapat terpisah dengan baik
terhadap cairannya. Dekantasi merupakan proses pemisahan zat pada yang tidak
ikut terlarut di dalam pelarutnya dengan cara dituangkan, sehingga akibatnya
cairan tersebut akan terpisah dari zat padat yang tercampur. Dekantasi
berkaitan dengan kristalisasi, filtrasi, ekstraksi, dan juga sublimasi.
Ekstraksi adalah proses pemisahan
suatu zat berdasarkan perbedaan kelarutannya terhadap dua cairan tidak saling
larut yang berbeda, biasanya air dan pelarut organik yang lainnya. Ekstraksi
cair-cair atau dikenal juga dengan nama ekstraksi solven. Ekstraksi jenis ini
merupakan proses pemisahan kimia yang bertujuan untuk memisahkan
suatu senyawa kimia dari matriks padatan ke dalam cairan.
Berdasarkan
percobaan yang dilakukan mula-mula dengan membuat campuran n-butanol, asam
asetat glasial dan asam sulfat. Pembuatan campuran ini didasarkan pada reaksi
esterifikasi antara n-butanol dan asam asetat glasial dengan menggunakan H2SO4 sebagai
pemberi suasana asam dan sebagai katalis dari reaksi tersebut, dimana katalis
ini berfungsi sebagai mempercepat reaksi, karena reaksi esterifikasi ini
tergolong reaksi lambat yang memerlukan waktu yang begitu lama sehingga perlu
ditambahkan dengan bantuan katalis, selain itu H2SO4 juga mempercepat
terjadinya kesetimbangan pada waktu yang cepat. Dalam reaksi esterifikasi, ion H+ dari H2SO4 berperan
dalam pembentukan ester dan juga berperan dalam reaksi sebaliknya yakni hidrolisis
ester. Percobaan ini melalui mekanisme reaksi SN2
karena menggunakan alkohol primer. Prinsip dari refluks adalah seluruh zat yang
diinginkan akan berakhir dalam suatu pelarut dan semua zat-zat penggangu dalam
pelarut lain. Pada percobaan ini asam sulfat pekat sebagai katalis, refluks
bertujuan untuk menukarkan gugus alkohol primer dan menyempurnakan reaksi yakni
dengan mendidihkan campuran, lalu mengkondensasi uap dengan pendingin air dan kembali menguap ke labu, reaksi saat
ini kesetimbangan belum tercapai. Untuk mempercepat reaksi juga bisa
menggunakan magnetik stirer, magnetik stirer berfungsi untuk menghomogenkan
larutan. Larutan direfluks selama kurang lebih 2 jam, selama proses refluks
suhu dijaga agar tidak melebihi 117 ˚C, ini
merupakan suhu maksimum dari larutan tersebut. Dikhawatirkan pada suhu yang
lebih besar biasanya akan terjadi pemutusan ikatan pada gugus tersebut. Ketika
pemanasan ditambahkan batu didih, dengan tujuan meratakan panas dan tidak
terjadi bumping. Setelah 2 jam maka dihentikan proses refluksnya, didinginkan
dan diambil desrilat yang didapat. Diperoleh n-butil asetat berwarna bening dan
memiliki harum buah pisang. Reaksi
esterifikasi fischer adalah reaksi pembentukan ester dengan cara merefluks
sebuah asam karboksilat bersama sebuah alkohol dengan katalis asam.
Tahap
kedua yang dilakukan setelah refluks adalah pemisahan campuran yang berdasarkan
atas perbedaan kelarutan atau berdasarkan tingkat kepolaran zatnya. Ekstraksi
dilakukan karena dari hasil refluks belum didapatkan zat murni yang diinginkan,
dimana n-butanol masih tercampur dengan senyawa-senyawa lain. Pada tahap ini
larutan yang didapatkan diekstraksi dengan
menggunakan akuades 250 mL. Kemudian didekantasi dengan akuades sebanyak 100 mL,
natrium bikarbonat jenuh 25 mL, dan akuades 50 mL. Fungsi akuades disini adalah
untuk mencuci larutan, menghilangkan garam terlarut dan menghomogenkan larutan,
sedangkan natrium bikarbonat berfungsi mengikat asam asetat dari larutan dan
menetralkan larutannya.
Ekstraksi
dilakukan dengan mengocok corong pisah secara perlahan-lahan, kemudian didiamkan
sehingga terbentuk dua lapisan yaitu lapisan atas dan lapisan bawah. Dimana
lapisan atas ini disebut crude ester dan lapisan bawah adalah air, ekstraksi
memiliki prinsip berdasarkan kepolaran maka
senyawa polar atau pengotor lain yang bersifat polar akan mengikuti air. Alasan
crude ester berada di atas dan air berada dibawah dikarenakan massa jenis air
lebih besar dari pada massa jenis crude ester. Massa jenis air yaitu 1 gr/cm3
sedangkan massa jenis n-butil asetat yaitu 0,8825 gr/cm3. Selanjutnya
crude ester ditambahkan dengan magnesium sulfat yang berfungsi menyerap atau
mengikat zat pengotor dan air hasil ekstraksi ini selama 5 menit kelebihan
alkohol dan asam dipisahkan dalam corong pisah karena n-butil asetat tidak
larut dalam air. Tujuan penambahan air untuk mengikat H2O (polar) Tujuan
penambahan natrium bikarbonat yaitu untuk mengikat asam dari H2SO4
kemudian dicuci dengan air untuk menghilangkan natrium bikarbonat dan mengikat
pengotor. Untuk menghilangkan/mengikat air dalam ester dilakukan penambahan
magnesium sulfat anhidrat, kemudian divakumkan,
disaring crude ester dan dimasukkan dalam labu destilasi.
Mekanisme reaksi yang terjadi merupakan reaksi SN2.
–OH dari butanol merupakan nukleofilik yang baik yang menyerang asam asetat
glasial. Tahap- tahap reaksinya adalah sebagai berikut:
Protonasi oksigen pertama-tama asam asetat akan bereaksi
dengan katalis asam. Oksigen yang berikatan rangkap dengan karbon pada senyawa
asam asetat bermuatan parsial negatif sehingga H+ dari asam sulfat
yang bermuatan parsial positif diserang. Asam asetat membentuk karbokation
karena kelebihan elektron. Elektronegatifitas akan meningkat.
Setelah terbentuk karbokation, gugus hidroksil dari butanol
yang berperan sebagai nukleofilik menyerang karbokation, terbentuk ion oksonium.
Oksigen dari karbonil berikatan dengan
hidrogen dari butanol sehingga terbentuk air dan melepaskan air
tersebut(dehidrasi). Atom C bermuatan positif sehingga berikatan rangkap dengan
O dan melepas kan H. H tersebut kembali ke katalis asam sulfat.
Aplikasi pembentukan ester sangatlah banyak di
industri. Misalnya dalam proses dasar saat pembuatan plastik, senyawa aroamatik
dan lain-lain. Oleh karena itu perlu untuk mempelajari reaksi esterifikasi dalam
skala laboratorium dan mengetahui aplikasinya di industri.
IV.
KESIMPULAN
DAN SARAN
4.1 Simpulan
Berdasarkan percobaan yang dilakukan
dapat disimpulkan bahwa pembuatan n-butil asetat dapat dilakukan dengan
mereaksikan asam asetat glasial dengan n-butil alkohol dengan reaksi
esterifikasi melalui mekanisme SN2. Mekanismenya melalui proses
refluks selama 2 jam, ekstraksi, dekantasi dan destilasi sampai diperoleh
cairan murni yang disebut dengan n-butil asetat. N-butil asetat menimbulkan
aroma khas yaitu aroma pisang dan berwarna bening.
4.2
Saran
Adapun saran pada percobaan ini
adalah dapat digunakan jenis asam karboksilat lainnya sebagai pengganti asam
asetat glasial.
DAFTAR
PUSTAKA
Day R, A., dan Underwood A,L., 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Alih Bahasa
: A.H. Pudjaatmaka. Erlangga. Jakarta.
Fessenden,
R.J dan Fessenden J.S., 1992. Kimia
Organik, Jilid I, Edisi 3, A.B : A.H Pudjaatmaka, Erlangga, Jakarta.
Hart,
H. Crame, J.E dan Hart, D.J, 2003. Kimia
Organik. Jilid I. Edisi 3. AB : Suminar Achmadi, Erlangga, Jakarta.
Oxtoby, dkk, 2001. Prinsip-Prinsip Kimia Modern. Edisi 4. Jilid 2. Erlangga. Jakarta.
Sari, P., 2007. Konsep Dasar Kimia Analitik. UI-Press.
Jakarta.