Nama: Asal Sekolah:

SOAL UJIAN

OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2015

CALON PESERTA

INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD (IChO) 2015Yogyakarta, DI Yogyakarta

18 - 22 Mei 2015

Kimia

Praktikum BWaktu: 120 menit

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH

DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH ATASTAHUN 2015

Hak Cipta

Dilindungi Undang-undang

Nama: Asal Sekolah:

Petunjuk:

1. Isilah Biodata anda dengan lengkap (di lembar Jawab) Tulis dengan huruf cetak dan jangan disingkat!

2. Ujian Praktikum terdiri dari 2 bagian: Praktikum A dan Praktikum B yang masing-masing

dikerjakan dalam waktu 120 menit secara bergiliran. Waktu 120 menit sudah termasuk

pengerjaan menjawab pertanyaan dan membersihkan peralatan praktikum.

3. Total poin masing-masing ujian praktikum adalah 100 poin.

4. Semua jawaban harus ditulis di dalam kotak di lembar jawab yang tersedia.

5. Semua peserta WAJIB mengenakan jas lab dan perlengkapan keselamatan kerja (kaca

mata pelindung dan sarung tangan).

6. Limbah yang dihasilkan pada praktikum ini harus dibuang pada tempat penampungan

limbah yang disediakan di laboratorium. Jangan membuang limbah pada bak cucian.

7. Diperkenankan menggunakan kalkulator yang diberikan panitia OSN.

8. Diberikan Tabel Periodik Unsur.

9. Mulailah bekerja ketika ada tanda “MULAI” dari Pengawas.

10. Anda harus segera berhenti bekerja bila ada tanda “BERHENTI” dari Pengawas.

11. Letakkan jawaban anda di atas meja dan segera tinggalkan ruangan setelah diberikan perintah.

12. Berkas soal ujian praktikum B ini terdiri dari 8 halaman.

13. Anda dapat membawa pulang soal ujian !!

Nama: Asal Sekolah:

Nama: Asal Sekolah:

Nama: Asal Sekolah:

Yth Pak Riwandi,Berikut adalah usulan praktikum Kimia Organik. SIlakan dilihat dulu, apakah mau melakukan semua atau sebagian daripadanya. Jika ada perubahan bisa segera hubungi saya untuk memperbaikinya. Modul ini sudah dicoba dan berhasil dilakukan dalam kurun waktu maksimal 90 menit, sehingga siswa ada waktu 30 menit untuk menganalisis jawaban dan menjawab pertanyaan. Terima kasih.

Nama: Asal Sekolah:

B. Beberapa Reaksi Transformasi Gugus Fungsi pada Vanilin

I. PendahuluanVanilin merupakan salah satu senyawa kimia utama yang terkandung dalam ekstrak biji vanilla. Vanilin dan senyawa turunannya, seperti etil vanillin, banyak diaplikasikan sebagai zat perisa untuk makanan, minuman, bahan parfum dan pewangi ruangan, serta diaplikasikan juga sebagai prekursor pembangun senyawa obat-obatan. Vanilin pertama kali disintesis dari eugenol yang terdapat dalam ekstrak minyak cengkeh dan selanjutnya dikembangkan pula sintesis vanillin dari lignin yang merupakan produk samping industri kertas. Vanilin memiliki beberapa gugus fungsi yang reaktif yang dapat ditransformasi menjadi gugus fungsi lainnya menghasilkan beberapa senyawa turunannya yang bermanfaat. Salah satunya adalah vanilil alkohol yang merupakan produk reduksi vanillin yang memiliki potensi aktif biologis. Vanilil alkohol di alam digunakan oleh serangga ngengat hama tanaman tebu dan serangga biji pinus untuk sistem komunikasi kimianya. Dalam percobaan ini Anda akan melakukan beberapa reaksi transformasi gugus fungsi terhadap vanillin, yaitu reaksi reduksi vanillin menjadi vanilil alkohol, reaksi brominasi vanillin menjadi 5-bromovanilin dan reaksi esterifikasi vanillin menjadi vanilil asetat. Berikut adalah skema reaksi yang akan Anda lakukan dalam ujian praktikum ini.

Gambar 1 Skema reaksi transformasi vanilin

Nama: Asal Sekolah:

II. Bahan Kimia dan Reagen

Vanilin (dalam 3 botol vial kecil yang berlabel massanya masing-masing) NaBH4 (dalam botol vial tertutup rapat) Br2/H2O (air brom) (dalam botol vial tertutup rapat) Anhidrida Asam Asetat (dalam botol vial tertutup rapat, sudah ditentukan jumlahnya) Metanol Etanol Larutan HCl 2,5 M Larutan NaOH 2,5 M Larutan NaOH 1 M Larutan NaOH 10% Akuades Air es Butiran/pecahan es (diambil di tempat peralatan yang dipakai bersama) Pelat KLT Alumunium-Silika gel G60F254 (3 buah pelat ukuran 3 cm x 7 cm) Eluen (larutan pengembang) n-heksana :etilasetat = 7:1

Peralatan dan kelengkapan percobaan

Labu Erlenmeyer 50 mL + gabus penutup (3 buah) Labu Erlenmeyer 100 mL (3 buah) Gelas kimia 100 mL berisi kertas saring untuk wadah pengembang KLT (1 buah) Pipa kapiler untuk penotol KLT (6 buah) (di dalam kantong plastik) Alumunium foil (1 lembar ukuran 15 cm x 15 cm) Gelas ukur 10 mL (1 buah) Kaca arloji (3 buah) Pipet tetes (3 buah) Spatula logam (3 buah) Batang pengaduk kaca (3 buah) Penangas es (1 buah) Botol semprot (1 buah) Kertas saring (8 lembar ukuran 10 cm x 10 cm) Kertas isap (5 lembar ukuran 10 cm x 10 cm) Corong penyaring (3 buah) Kertas tissue (20 lembar)

Peralatan bersama

Neraca Penampung limbah Bak plastik tempat es

III. Prosedur

Nama: Asal Sekolah:

Transformasi I: Reduksi Vanilin menjadi Vanilil Alkohol

Larutkan sekitar 0,38 g (2,5 mmol) vanillin dalam 2,5 mL larutan NaOH 1 M dalam labu Erlenmeyer 50 mL. Goyangkan labu untuk membentuk larutan homogen berwarna kuning. Dinginkan labu dalam penangas es (suhu antara 10 – 15 oC). Tambahkan ke dalam larutan di dalam labu tersebut sebanyak 0,075 g (1,95 mmol) NaBH4 sedikit demi sedikit selama periode waktu 3 menit sambil terus digoyangkan labunya. Angkat labu dari penangas es, diamkan pada suhu kamar selama 30 menit (catatan: sambil menunggu Anda dapat melakukan percobaan yang lainnya). Kemudian masukkan kembali labu ke dalam penangas es dan tambahkan tetes demi tetes larutan HCl 2,5 M sambil menggoyangkan labu untuk pengadukan dan pH larutan menjadi asam (catatan: cirinya adalah terbentuk endapan kristal). Lanjutkan pendinginan dalam penangas es sambil perlahan gores dinding labu dengan batang pengaduk kaca untuk mempercepat proses kristalisasi. Saring kristal produk menggunakan kertas saring yang sudah ditimbang sebelumnya. Cuci kristal dengan 3 x 0,5 mL air dingin. Keringkan produk di atas kertas saring kering di udara terbuka (catatan: untuk mempercepat pengeringan, letakkan kertas saring berisi kristal di atas lapisan tissue yang diganti terus menerus sampai padatan produk benar-benar kering). Timbang kertas saring yang sudah berisi kristal (catatan: petugas yang akan menimbangkan produk anda, anda tinggal mencatat datanya) dan hitung rendemennya. Lakukan proses KLT (Kromatografi Lapis Tipis) terhadap produk dan semua pereaksi menggunakan eluen (larutan pengembang) n-heksana : etil asetat = 7:3. Cara melakukan KLT diuraikan sebagai berikut:

1. Dengan menggunakan kaca arloji, larutkan sedikit kristal produk yang saudara hasilkan dengan 3 tetes etanol.

2. Siapkan sebuah pelat KLT dari Aluminium yang telah disediakan, dan dengan menggunakan pipa kapiler, totolkan berturut turut pada dua (2) titik yang berbeda, yaitu vanillin dan produk, lalu diamkan kurang lebih 2 menit di udara terbuka.

3. Masukkan 10 mL larutan pengembang (eluen) yang telah disediakan ke dalam gelas kimia 100 mL yang telah dilengkapi kertas saring di dalamnya.

4. Letakkan pelat KLT yang telah ditotoli senyawa-senyawa yang akan diuji di dalam gelas kimia berisi eluen (larutan pengembang) seperti terlihat pada Gambar 2, dan kemudian tutup gelas kimia dengan aluminium foil.

Gambar 2. Proses elusi dalam wadah pengembang KLT

Nama: Asal Sekolah:

5. Biarkan eluen mengelusi (membawa) noda yang ditotolkan hingga pelarut mencapai kurang lebih 1 cm dari batas ujung atas pelat KLT.

6. Segera angkat pelat KLT dari gelas kimia, dan tandai batas pelarut dengan pensil, lalu biarkan pelat KLT tersebut mengering. Kemudian amati noda yang terbentuk pada pelat KLT di bawah lampu UV (catatan: minta bantuan petugas untuk melakukan hal ini) dan tandai noda yang teramati dengan pensil.

7. Tentukan nilai Rf masing masing dan tempel hasil KLT saudara pada lembar kerja. Nilai Rf adalah “retardation factor” atau nilai “ratio-to-front” yang diekspresikan sebagai fraksi desimal (lihat Gambar 3).

(Persamaan 1)

Gambar 3 Cara penentuan nilai Rf

Transformasi II: Brominasi Vanilin menjadi 5-Bromovanilin

Larutkan 0,228 g vanillin (1,5 mmol) dalam 3 mL metanol dan 3 mL aquades di dalam labu Erlenmeyer 50 mL. Tambahkan beberapa tetes reagen Br2-air (air brom) perlahan-lahan sambil menggoyangkan labu hingga warna coklat kemerahan brom tidak berubah lagi (tetap ada dan tidak hilang warnanya) dan tidak lagi terbentuk produk (endapan) dalam larutan. Tutup labu dengan gabus, diamkan larutan pada suhu kamar selama 10 menit sambil sesekali labu digoyangkan untuk menyempurnakan reaksi. Tambahkan ke dalam larutan tersebut 15 mL aquades, aduk dan kemudian dinginkan di dalam penangas es selama 15 menit sambil perlahan gores dinding labu dengan batang pengaduk kaca untuk mempercepat proses kristalisasi. Saring kristal produk menggunakan kertas saring yang sudah ditimbang. Cuci kristal dengan 3 x 1 mL natrium tiosulfat untuk menghilangkan sisa brom yang tak bereaksi. Lanjutkan pencucian kristal dengan 3 x 0,5 mL air dingin. Keringkan produk di atas kertas saring kering di udara terbuka (catatan: untuk mempercepat pengeringan, letakkan kertas saring berisi kristal di atas lapisan tissue yang diganti terus menerus sampai padatan produk benar-benar kering). Timbang kertas saring yang sudah berisi kristal (catatan: petugas yang akan menimbangkan produk anda, anda tinggal mencatat datanya) dan hitung rendemennya. Lakukan proses KLT (Kromatografi Lapis Tipis) terhadap produk dan semua pereaksi menggunakan eluen (larutan pengembang) n-heksana : etil asetat = 7:3 seperti cara yang telah diuraikan pada bagian sebelumnya.

Nama: Asal Sekolah:

Transformasi III: Esterifikasi Vanilin menjadi Vanilil Asetat

Larutkan 0,304 g (2 mmol) vanillin di dalam 5 mL larutan NaOH 10% di dalam labu Erlenmeyer 50 mL. Tambahkan ke dalam larutan tersebut 6 g butiran es dan 0,866 g (0,8 mL) anhidrida asam asetat. Tutup labu dengan gabus, goyangkan labu untuk mencampurkan reaksi beberapa kali selama 15 menit (atau bisa juga dengan mengaduk campuran reaksi menggunakan batang pengaduk magnet selama 15 menit) hingga terbentuk endapan putih. Dinginkan di dalam penangas es sambil perlahan gores dinding labu dengan batang pengaduk kaca untuk mempercepat proses kristalisasi. Saring kristal produk dengan kertas saring yang sudah ditimbang. Cuci kristal dengan 3 x 1 mL air dingin. Keringkan produk di atas kertas saring kering di udara terbuka (catatan: untuk mempercepat pengeringan, letakkan kertas saring berisi kristal di atas lapisan tissue yang diganti terus menerus sampai padatan produk benar-benar kering). Timbang kertas saring yang sudah berisi kristal (catatan: petugas yang akan menimbangkan produk anda, anda tinggal mencatat datanya) dan hitung rendemennya. Lakukan proses KLT (Kromatografi Lapis Tipis) terhadap produk dan semua pereaksi menggunakan eluen (larutan pengembang) n-heksana : etil asetat = 7:3 seperti cara yang telah diuraikan pada bagian sebelumnya.

Tugas dan Pertanyaan (100 poin).

1. Buat diagram alir kerja pada setiap tahap transformasi vanilin. (15 poin)2. Catat semua data pada lembar jawab. (10 poin)3. Tentukan % rendemen (%yield) setiap produk yang terbentuk. (30 poin)

4. Tentukan nilai Rf hasil KLT dan tempelkan hasil KLT Anda pada lembar kerja. (30 poin)5. Tuliskan mekanisme reaksi transformasi berikut dan gambarkan struktur produk masing-

masing transformasi:a. Reduksi vanillin oleh NaBH4 menjadi vanilil alkohol. (5)b. Reaksi brominasi vanillin menjadi 5-bromovanilin. (5)c. Esterifikasi vanillin menjadi vanilil asetat. (5)

Pustaka

Mayo, D.W., Pike, R.M., Forbes, D.C. (2011), Microscale Organic Laboratory: with Multistep and Multiscale Synthesis, 5th edition, John Wiley & Sons, New York

Fowler, R.G. (1992), Microscale Reactions of Vanillin, Journal of Chemical Education, 69(2), p.A43-A46

Kumar, R., Sharma, P. K., Mishra, P. S. (2012), A Review on the Vanillin derivatives showing various Biological activities, International Journal of PharmTech Research, 4(1), pp 266-279, CODEN (USA): IJPRIF ISSN : 0974-43044(1), pp 266-279, CODEN (USA): IJPRIF ISSN : 0974-4304