SINTESIS PEWARNA DAN INDIKATOR SENYAWA AZO (METIL JINGGA DAN FLUORESENS) DAN KARAKTERISASINYA BERDASARKAN SPEKTROSKOPI
UV/VIS, FTIR, MASSA, DAN 1H-NMR
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PADJADJARAN
2023/2024
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tujuan percobaan
1. Menyintesis metil jingga sebagai pewarna azo dari asam sulfanilat, natrium nitrit, N,N- dimetilanilin dan natrium karbonat melalui reaksi diazotasi dan reaksi kopling
2. Menyintesis fluoresens dari ftalat anhidrat dan resorsinol dengan reaksi Friedel craft 3. Menghitung rendemen produk (metil jingga dan fluoresens)
4. Mengidentifikasi produk berdasarkan spectra Uv/Vis, IR, MS, 1H- dan 13C-NMR 1.2 Prinsip percobaan
1. Reaksi diazotasi
Reaksi pembentukan garam diazonium melalui reaksi substitusi elektrofilik antara asam sulfonilat, natrium nitrit, dan asam klorida pekat
2. Reaksi kopling
Reaksi substitusi nukelofilik senyawa aromatic dengan ion diazonium terhadap cincin aktif benzene menghasilkan pewarna azo.
3. Reaksi Friedel-craft
Reaksi substitusi gugus asil ke dalam cincin aromatic melalui halide asam 4. Spektroskopi Uv-Vis
5. Spektroskopi IR
Transisi elektronik dari keadaan dasar ke keadaan vibrasi tereksitasi 6. Spektroskopi NMR
Garis spektrum inti atom berbeda yang tereksitasi karena dikenai suatu medan magnet yang kuat dari suatu gelombang radio hingga inti atom mengalami efek spin lattice.
7. Pergeseran kimia suatu inti
Perbedaan frekuensi resonansi suatu inti dan standar relative terhadap standar dengan satuan ppm.
8. Spektrokopi massa
Proses ionisasi suatu molekul netral di dalam suatu medan magnet sehingga terjadi pembelokkan atau pemisahan fragmen ion positif berdasarkan rasio massa terhadap muatan (m/z).
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Mekanisme reaksi
1. Mekanisme reaksi diazotasi
2. Mekanisme reaksi kopling
3. Mekanisme reaksi fluoresens
2.2.Teori dasar
BAB III ALAT, BAHAN, DAN PROSEDUR 3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat
1. Batang pengaduk 2. Corong buchner 3. Corong saring 4. Gelas kimia 5. Gelas ukur 6. Hotplate 7. Kaca arloji
8. Kertas saring 9. Penangas es 10. Penangas minyak 11. Pipet tetes
12. Spatula 13. Termometer
3.1.2 Bahan 1. Akuades
2. Asam asetat glasial 3. Asam klorida 4. Asam sulfanilat 5. Etanol
6. Ftalat anhidrat
7. N,N-Dimetilanilin 8. Natrium hidroksida 9. Natrium karbonat 10. Natrium klorida 11. Natrium nitrit 12. Resorsinol 13. Seng klorida
3.2 Gambar Rangkaian Alat 3.3 Prosedur
1. Reaksi diazotasi 5mL Na2CO3 5%
- Tambah akuades hingga 12 ml ke gelas kimia
- Tambah 1,3 gram asam sulfanilat
- Panaskan di penangas air sambil diaduk
- Tambah 1-2 ml Na2CO3 5%
jika masih belum larut - Saring
Larutan natrium sulfanilat - Tambahkan 0,45 g NaNO3 ke
dalam 3 ml akuades pada gelas kimia
- Dinginkan 3-5℃ lalu aduk
- Tambah 4 tetes HCl pekat, tetes demi tetes
Garam diazonium 2. Reaksi kopling
0,8 ml N,N dimetilanilin - Tambah 0,4 mL asam asetat
glasial dalam gelas kimia - Homogenkan dan aduk Larutan dimetilanilin asetat - Masukkan ke larutan
diazonium dengan cepat - Aduk 5-10 menit
- Diamkan
Larutan jingga kuning
- Tambah 0,9 g NaOH dalam 3 ml akuades
- Tambah 2-3gram NaCl, lalu aduk
- Saring dengan corong buchner - Cuci endapan dengan air panas
dan etanol
- Keringkan pada suhu ruang
- Timbang padatannya Kristal metil jingga 3. Fluoresens
15 g ftalat anhidrida - Tambah 22 g resorsinol - Gerus dg mortar hingga halus - Pindahkan ke gelas kimia - Panaskan dipenangas minyak
T=180℃
- Angkat ketika sudah meleleh - Tambah 0,7 g ZnCl2, 10ml
akuades, dan 1ml HCl pekat - Panaskan kembali sampai
suhu 110℃
Larutan merah kuning
- Dinginkan pada suhu ruang Endapan merah bata
- Saring dg corong buchner - Cuci dg etanol
- Cuci dg NaOH:HCl (1:1) - Keringkan dan timbang Endapan merah kuning
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Tabel Sifat Fisika dan Kimia Bahan
4.2 Tabel Data Pengamatan 4.3 Perhitungan
1. Pembuatan larutan a. Larutan Na2CO3 5%
b. Larutan NaOH c. Larutan HCl 2. Sintesis metil jingga
a. Asam sulfanilat b. Natrium nitrit c. N,N-Dimetilanilin d. Asam asetat glasial e. Mol natrium sulfanilat f. Mol garam diazonium g. Mol metil jingga h. Rendemen metil jingga 3. Sintesis fluoresens
a. Ftalat anhidrat b. Resorsinol c. Mol fluoresens
d. Rendemen fluoresens 4.4 Pembahasan
Pada hari Jumat, 6 oktober 2023 telah dilaksanakan praktikum percobaan “sintesis pewarna dan indicator senyawa azo (metil jingga dan fluoresens) dan karakterisasinya berdasarkan spektroskopi UV/VIS, FTIR, MASSA, 1H-NMR, dan C-NMR”. Adapun tujuan dari percobaan ini adalah Menyintesis metil jingga sebagai pewarna azo dari asam sulfanilat, natrium nitrit, N,N- dimetilanilin dan natrium karbonat melalui reaksi diazotasi dan reaksi kopling, Menyintesis fluoresens dari ftalat anhidrat dan resorsinol dengan reaksi Friedel craft, Menghitung rendemen produk (metil jingga dan fluoresens), serta Mengidentifikasi produk berdasarkan spectra Uv/Vis, IR, MS, 1H- dan 13C-NMR.
Prosedur pertama adalah sintesis metil jingga yang diawali dengan reaksi diazotasi. Reaksi ini merupakan reaksi pembentukan garam diazonium dengan mereaksikan nitrit dengan senyawa yang memiliki amin aromatic primer dalam suasana asam. Garam ini merupakan senyawa intermediet dalam pembentukan senyawa azo. Pertama, larutan Na2CO3 5% diambil sebanyak 5 ml ke dalam gelas kimia. Kemudian ditambahkan akuades 12ml dan 1,3 gram asam sulfanilat.
Larutan tersebut dipanaskan diatas penangas air sambil diaduk. Larutan Na2CO3 5% berfungsi untuk melarutkan asam sulfanilat sekaligus bereaksi membentuk garam natrium sulfanilat. Larutan NaNO3 5% ditambahkan kembali jika asam sulfanilat belum larut. Pengadukan dan pemanasan bertujuan untuk mempercepat proses kelarutan natrium sulfanilat. Proses ini dikontrol secara kinetik dan temodinamik karena melibatkan pergerakan molekul dan suhu. Setelah larut sempurna, larutan natrium sulfanilat disaring untuk menghilangkan pengotor dan ditampung filtratnya.
Reaksi pembentukan natrium sulfanilat dapat dilihat pada Gambar 4.4.1
Berdasarkan reaksi tersebut, natrium karbonat anhidrat mendeprotonasi gugus amino dari asam sulfanilat, dimana proton yang didapat berasal dari disosiasi natrium karbonat (CO3-).
Larutan yang dihasilkan berwarna kuning bening. Selanjutnya, filtrat larutan natrium sulfanilat ditambahkan 0,45gram NaNO3 yang sudah dilarutkan dalam 3ml akuades. NaNO3 berfungsi sebagai sumber ion nitrosonium (NO+) sedangkan akuades berfungsi agar NaNO2 dapat terurai menjadi NO2+ dengan deprotonasi H+ pada H2O oleh O pada NaNO2. Reaksi pembentukan ison nitrosonium dapat dilihat pada Gambar 4.4.2.
Gelas kimia ditutup dengan alumunium foil karena reaksi ini sangat sensitive terhadap cahaya dan diletakkan dalam penangas es hingga suhu mencapai 3-5℃ untuk menjaga suhu reaksi. Suhu reaksi diazotasi dilakukan pada suhu rendah untuk menjaga kestabilan garam diazonium yang mudah
terurai menjadi fenol dan gas N2. Larutan tersebut diaduk sehingga reaksi ini dikontrol secara kinetik (tidak melibatkan suhu tinggi). Pada suhu tinggi, asam nitrit yang terbentuk dari reaksi natrium nitrit dengan asam menjadi tidak stabil dan mudah terurai. HCl pekat 1 ml ditambahkan tetes demi tetes sebagai katalis yang memberikan suasana asam kuat dan mempercepat reaksi.
HNO2 yang telah terbentuk akan dihidrolisis oleh H+ dari HCl sehingga ion nitrosonium cepat terbentuk. Ion NO+ yang terbentuk bereaksi dengan natrium sulfanilat membentuk garam diazonium yang berwarna kuning. Larutan garam diazonium disimpan dalam lemari yang minim cahaya. Pada tahap ini diterapkan prinsip reaksi diazotasi. Mekanisme reaksi diazotasi dapat dilihat pada Gambar 4.4.3
Tahap selanjutnya yaitu reaksi kopling yang bertujuan untuk membentuk senyawa azo.
Reaksi kopling merupakan reaksi nukelofilik senyawa aromatic dengan ion diazonium terhadap cincin aktif benzene yang menghasilkan pewarna azo. Pertama, dilakukan pembuatan larutan dimetilanilin asetat dengan cara mencampurkan 0,8ml N,N-dimetilanilin dan 0,4ml asam asetat glasial lalu diaduk hingga homogen. Senyawa N,N-dimetilanilin berfungsi sebagai katalis atau sumber cincin teraktivasi yang membantu reaksi garam diazonium berlangsung, sedangkan asam asetat glasial digunakan sebagai pelarut yang melarutkan senyawa-senyawa nonpolar serta menjaga pH larutan agar tetap pada pH netral. Jika pH larutan terlalu asam, gugus amina bebas pada N,N-dimetilanilin akan terkonversi menjadi amina yang tidak reaktif, sedangkan jika pH
larutan basa ion diazonium akan terkonversi menjadi anion diazol yang sifatnya tidak reaktif seperti yang terlihat pada Gambar 4.4.4. Hal ini akan berpengaruh terhadap keberlangsungan reaksi kopling.
Selanjutnya, larutan dimetilanilin asetat dimasukan secara cepat ke larutan diazonium dalam ruangan minim cahaya. Jika pencampuran dilakukan secara lambat, akan ada kemungkinan senyawa diazonium bereaksi dengan kontaminan karena ion diazonium tidak stabil sehingga menyebabkan terbentuknya produk samping. Campuran tersebut diaduk selama 10 menit untuk mempercepat reaksi kopling. Pangadukan berfungsi untuk meningkatkan laju tumbukan antar partikel karena reaksi kopling membutuhkan energi yang tinggi dan reaksi ini dikontrol secara kinetik. Setelah diaduk, larutan didiamkan selama beberapa menit untuk memisahkan pengotor.
Larutan NaOH 7,5N dibuat dengan cara melarutan 30gram NaOH dalam 100ml akuades panas.
Pelarutan NaOH dalam akuades panas bertujuan agar tidak terbentuk endapan natrium karbonat.
NaOH sebanyak 3ml ditambahkan ke dalam larutan untuk mengikat atom H pada N,N- dimetilanilin sehingga atom N nya memiliki pasangan electron bebas yang dapat mengaktivasi cincin aromatic untuk reaksi kopling. Selain itu, NaOH juga berfungsi sebagai pemberi suasana basa untuk intermediet reaksi dan menetralkan suasana reaksi. Selanjutnya, 3gram NaCl ditambahkan untuk mengendapkan metil jingga melalui proses salting out. Pada tahap ini diterapkan prinsip reaksi kopling. Mekanisme reaksi metil jingga dapat dilihat pada Gambar 4.4.5
Senyawa metil jingga memiliki gugus rangkap terkonjugasi yang dapat menyerap cahaya sehingga dapat menghasilkan warna. Metil jingga merupakan senyawa azo karena memiliki gugus kromofor (N=N+) dan auxochrome (gugus yang meningkatkan intensitas warna yaitu gugus amina.
Selanjutnya, metil jingga disaring dengan corong buchner dalam keadaan vakum dan dikeringkan.
Rendemen metil jingga yang didapatkan yakni sebesar 69,92%. Pembuatan metil jingga sangat penting karena metil jingga sering digunakan sebagai indicator pH titrasi asam basa dan memiliki trayek pH 3,1-4,4.
Hasil karakterisasi menggunakan H-NMR terlihat pada Gambar 4.4.6 yang menunjukkan bahwa senyawa memberikan sinyak triplet pada rentang pergeseran kimia= 6,8-7,9ppm yang merupakan ciri khas proton aromatic. Sinyal yang terlihat pada pergeseran kimia= 2-3ppm menunjukkan sinyal dari proton fenol dan amina. Sedangkan untuk spektrum C-NMR pada Gambar 4.4.7 terlihat adanya puncak pada pergeseran= 30-40 yang merupakan ciri khas proton C alkil. Puncak pergeseran kimia=112-127ppm merupakan puncak khas dari C yang mengikat gugu N (C=N). berdasarkan kedua spektrum H-NMR dan C-NMR dari metil jingga, dapat didapatkan struktur metil jingga seperti pada Gambar 4.4.8. Pada tahap ini diterapkan prinsip pergseran kimia suatu inti dan spektroskopi NMR.
Hasil pengukuran menggunakan spektroskopi massa dapat dilihat pada Gambar 4.4.9 memberi petunjuk terhadap fragmen-fragmen yang terjadi dari ion molekulnya sehingga dapat ditentukan struktur dan berat molekul dari senyawa hasil sintesis. Hasil fragmentasi spektrum massa memberikan ion molekul M+ pada m/z 355, dengan puncak dasar pada m/z 333 yang
mengindikasikan berat molekul hasil sintesis sedikit berbeda dengan berat molekul senyawa metil jingga (327,33g/mol). Pada tahap ini diterapkan prinsip spektroskopi massa.
Selanjutnya adalah sintesis fluoresens dari ftalat anhidrat dan resorsinol menggunakan katalis ZnCl2 melalui reaksi Friedel craft. padatan ftalat anhidrat 1,5 gram dimasukkan ke lumpang dan ditambahkan 2,2 gram resorsinol lalu ditumbuk hingga halus. Proses penggerusan dilakukan di ruang minim cahaya karena resorsinol mudah terdegradasi/teroksidasi oleh cahaya. Penggerusan betujuan untuk meningkatkan luas permukaan agar reaksi cepat berlangsung. Ftalat anhidrat berfungsi sebagai sumber anion aromatic dan resorsinol sebagai gugus yang akan disubstitusi melalui reaksi Friedel craft. reaksi ini merupakan reaksi subtitusi gugus alkil/asil ke dalam cincin aromatic melalui halide asam.
BAB V KESIMPULAN
5.1 Metil jingga (senyawa azo) dapat disintesis dari asam sulfanilat, NaNO2, N,N- dimetilanilin dan natrium karbonat melalui reaksi diazotasi dan reaksi kopling.
5.2 Senyawa fluoresens dapat disintesis dari ftalat anhidrat dan resorsinol menggunakan reaksi Friedel craft
5.3 Rendemen produk metil jingga dan fluoresens dapat dihitung secara berturut-turut yakni 69,92% dan 20,4%.
5.4 Produk hasil sintesis dapat diidentifikasi berdasarkan spectra MS, H-NMR, dan C-NMR
Questions
1) Write the formula for resonance contributors the structure of methyl orange that show that positive charge may be delocalized to the aromatic ring, the “central” carbon, and both nitrogen’s!
2) Write the equations that show how congo red might be synthesized from Benzedrine!
3) What is the structural difference between methyl violet and malachite green? What is such a group called?
4) With the help of an equation, explain why the reduced form of indigo is soluble in base 5) Write an equation for the synthesis of phenolphthalein. What general type of reaction is
this?
6) Congo red and para red belong to a family of dyes called azo dyes. Explain!
7) 7 Malachitegreen, crystalviolet, and phenolphthalein all belong to a class of dyes called thiphenylmethane dyes. Explain!
