Laporan esterifikasi atau sintesis n-butil asetatSINTESIS n-BUTIL ASETAT

(ESTERIFIKASI)

1. Tujuan 1. Mahir menggunakan peralatan refluks, corong pisah dan distilasi2. Setelah melakukan praktikum diharapkan mahasiswa dapat mensisntesis senyawa ester

(n-butil asetat) dengan hasil optimal3. Mengukur kemurnian dari hasil ester yang direpoleh

1. 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 propil 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 klorida asam dengan suatu alkohol dalam media basa seperti piridin, dari reaksi asam anhidrida dengan suatu alkohol, dan juga reaksi antara asam karboksilat dengan alkohol 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 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 200-250°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 :

1. Alkohol primer bereaksi paling cepat, disusul alkohol sekunder, dan paling lambat alkohol tersier.

2. Ikatan rangkap memperlambat reaksi.

3. Asam aromatik (benzoat dan p-toluat) bereaksi lambat, tetapi mempunyai batas konversi yang tinggi.

4. 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 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.

1. Alat dan Bahan

a)      Alat :

1. Alat Refluks2. Batu didih3. Botol semprot4. Corong pisah5. Filler6. Gelas Kimia 100 mL, 250 mL7. Gelas Ukur 50 mL, 100 mL8. Labu Erlenmeyer9. Neraca Analitik10. Penangas air11. Pengungkit12. Pipet Tetes13. Pipet Ukur 1 mL14. Refraktometer15. Ring corong pisah16. Seperangkat alat destilasi17. Statif dan Klem18. Termometer

b)      Bahan :

1. Aquadest2. Asam asetat glasial3. Asam sulfat pekat4. Natrium karbonat jenuh5. Natrium sulfat anhidrat6. n-Butanol teknis

1. CARA KERJA2. PERSAMAAN REAKSI

Persamaan umum reaksi sintesis ester :

O                                    O

‖‖                                     ‖‖

R−C−OH  + R−OH →   R−C−OR’   + H2O

Persamaan reaksi sintesis n-butil asetat :

O                                                                O

‖‖                                                                ‖‖

H3C−C−OH  + CH3CH2CH2CH2OH →   H3C−C−O(CH2)3CH3

1. PENGAMATAN

Data percobaan

Senyawa Volume Berat Indeks Bias Berat Jenis

asam asetat glasial 20 mL 21 gram 1,369 1,05 gram/mL

n-butanol 13,75 mL 11,14 gram 1,392 0,81 gram/mL

n-butil asetat 10,72 mL 9,43 gram 1,389 0,88 gram/mL

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 direaksikan yaitu asam asetat dan n-butanol. Reaksi yang terjadi antara senyawa karboksilat dan alkohol adalah sebagai berikut:

O                                                                           O

ll                                                                            ll

R – CH2 – C – OH    +     R’ – OH     Û     R – CH2 – C – OR’   +   H2O

Asam karboksilat         alcohol                        ester                     air

Pada praktikum ini ester yang kami buat adalah etil 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 ditambahkan katalis H2SO4 pekat. Selain ditambahkan katalis, reaksi ini pun dilakukan pada suhu tinggi (78,5). 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 dan etil alcohol harus dilakukan di lemari asam dengan menggunakan masker dan sarung tangan. Setelah dimasukkan ke dalam reaktor, lubang – lubang yang ada pada reaktor ditutup dengan menggunakan aluminium foil agar uapnya tidak tersebar/menguap, karena uap tersebut bersifat racun (toxic)

Ketika proses pemanasan perlu ditambahkan batu didih ke dalam labu dasar bulat, agar ketika larutan dipanaskan tidak terjadi bumping atau timbulnya letupan-letupan pada larutan karena panas. Adapun peran dari asam sulfat pekat yang juga ditambahkan pada reaksi adalah sebagai katalis yang dapat mempercepat berlangsungnya reaksi. katalis H2SO4 pekat dimasukkan perlahan – lahan (setetes demi setetes),karena H2SO4 bersifat esoterm, jika dimasukkan sekaligus akan menghasilkan panas dan berasap. Ketika H2SO4 dimasukkan, larutan harus sambil diaduk secara konstan (menggunakan rotor pengaduk).  Selain dengan penambahan katalis untuk mempercepat reaksi reaksi dilakukan pada suhu tinggi yang disesuaikan dengan titik didih reaksi campuran. Selanjutnya larutan di didihkan   dengan penangas air 1000 C dan larutan mendidih dalam reaktor pada suhu 78,5oC. Pada saat merefluks diharapkan suhu dijaga jangan sampai melebihi titik didih komponen pembentuknya (etanol dan asam asetat glacial) yaitu 78,5o C. 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.

Suhu larutan dijaga agar tidak melebihi 910C,  hal ini dilakukan, karena senyawa ester memiliki titik didih rendah dibawah 1000, yaitu antara 700C – 900C. Setelah 1 jam terbentuklah n-butil asetat dan air. Hasil refluks dibiarkan hingga dingin pada suhu kamar, setelah itu di ekstrak dalam corong pisah sebanyak empat 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 cat kuku.

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 Na2CO3, 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-etil alcohol dan asam asetat glacial berlebih serta H2SO4 dan air sebagai hasil samping. hal ini membuktikan bahwa berat jenis air lebih tinggi dibandingkan berat jenis n-etil asetat..Sesudah dikocok akan terbentuk dua lapisan lagi, lapisan atas adalah ester dan lapisan bawah adalah Na2SO4 dan pengotor. Butanol akan mudah dipisahkan karena ia larut dalam air. Untuk menghilangkan kelebihan asam asetat produk dicuci dengan menggunakan natrium karbonat jenuh. Karena natrium karbonat  ketika direaksikan dengan asam akan membentuk gas CO2 dan H2O, menurut persamaan reaksi :

CH3COOH (kelebihan) + Na2CO3                      CH3COONa + CO2 + H2O

Dan untuk menghilangkan natrium karbonat produk dicuci kembali dengan aquadest. Natrium bikarbonat perlu dihilangkan dari produk karena dikhawatirkan akan terjadi reaksi hidrolisis jika tidak dihilangkan. Sementara itu penambahan natrium sulfat anhidrat digunakan untuk menghilangkan air

dari ester, karena Na2SO4  bersifat menyerap air (dehidrator), natrium sulfat dibuat dengan cara mereaksikan antara  natrium karbonat dengan asam sulfat dengan reaksi :

Na2CO3 + H2SO4                      Na2SO4 + H2O + CO2 .

Dari hasil perhitungan, yield yang didapat adalah 54,19.%. Jumlahnya cukup sedikit. Ini terjadi karena waktu reaksi yang hanya dilangsungkan selama satu jam. Karena saat itu kesetimbangan belum tercapai, maka masih ada reaktan yang belum bereaksi membentuk n-butil asetat. Selain itu, kehilangan ester ini disebabkan oleh pencucian, artinya masih ada ester yang terbawa oleh pelarut ketika di cuci, yang menyebabkan jumlah ester menjadi kurang dari yang seharusnya.

n-butil asetat yang terbentuk diuji kemurniannya dengan cara menentukan indeks biasnya. Indeks bias n-butil asetat berdasarkan literatur adalah 1,387. Sementara itu indeks bias n-butil asetat yang dihasilkan pada praktikum memiliki nilai indeks bias 1,389. Hasil yang tidak terlalu jauh. Artinya n-butil asetat yang dihasilkan pada percobaan memiliki kemurnian yang cukup baik.

Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan pembuatan ester maka didapat bahwa :

1. Berat n-butil asetat sebesar 9,43 g2. Volume n-butil asetat sebesar 10,72 ml3. Indeks bias n-butil asetat 1,3894. Yield dari n-butil asetat yaitu 54,19%

 

DAFTAR PUSTAKA

 

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/sifat_senyawa organik /alkohol1/ reaksi_pengesteran _esterifikasi/ ( Diakses tanggal 13 April 2011, pada 18:26)

http://aatunhalu.wordpress.com/2008/12/06/praktikum/( Diakses tanggal 13 April 2011, pada 18:45)

http://matekim.blogspot.com/2010/05/esterifikasi.html ( Diakses tanggal 13 April 2011, pada 18:14)

http://matekim.blogspot.com/2010/05/esterifikasi.html( Diakses tanggal 13 April 2011, pada 18:29)