Pembuatan Sikloheksanon dari Sikloheksanol

Pembuatan Sikloheksanon

Diego’s Tuti Adi Ningsih

10512072, K-02, Kelompok 5

diegostuti.fmipa@gmail.com

Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung, Jalan Ganeca nomor 10 Bandung

Abstrak

Sintesis sikloheksanon dapat dilakukan dengan mengoksidasi sikloheksanol. Oksidator yang digunakan adalah natrium hipoklorit, NaOCl. Sikloheksanon yang dihasilkan dapat dioksidasi selanjutnya menjadi asam adipat dengan oksidator KMnO_4.

Kata kunci : Oksidasi, Sikloheksanon, Sikloheksanol, Asam adipat

Abstract

Synthesis of cyclohexanone has done by oxidizing cyclohexanol using oxidizing agent, natrium hypochloride, NaOCl. Then, cyclohexanone is able to be oxidized using KMnO₄ to produce adipic acid.

Keywords : Oxidation, Cyclohexanone, Cyclohexanol, Adipic acid

1.    PENDAHULUAN

     

      Suatu akohol primer atau sekunder dapat dioksidasi menjadi suatu senyawa dengan bilangan oksidasi atom karbon yang lebih tinggi. Alkohol primer dioksidasi menjadi senyawa aldehida, selanjutnya dapat dioksidasi menjadi suatu asam karboksilat apabila digunakan oksidator yang cukup kuat. Sementara itu, alkohol sekunder dioksidasi menjadi senyawa keton.

Oksidasi Sikloheksanon dari Sikloheksanol              

      Sikloheksanon merupakan senyawa organik yang terdiri dari enam karbon siklik dan satu gugus keton. Sikloheksanon berguna sebagai bahan dasar pembuatan Nylon 6.6 dan Nylon 6 [1].

      Sikloheksanol, suatu alkohol sekunder siklik, dapat dioksidasi menjadi sikloheksanon (keton siklik) dengan menggunakan K₂CrO₇ sebagai oksidator. Namun, K₂CrO₇ bersifat karsinogen dan spesi tereduksinya yaitu Cr (III) beracun serta berbahaya bagi lingkungan. Demikian, digunakan NaOCl sebagai oksidator [2]. Oksidator sebenarnya adalah ion kloronium yang akan tereduksi menjadi ion Cl^- dan sikloheksanol akan berperan sebagai reduktor yang kemudian teroksidasi menjadi sikloheksanon. Reaksi redoks ini dilakukan dalam suasana asam. Hal ini dikondisikan dengan penggunaan asam asetat. Selanjutnya sikloheksanon dapat dioksidasi menjadi asam adipat dengan oksidator kuat yaitu kalium permanganat.

Oksidasi Sikloheksanon Menjadi Asam Adipat

      Asam adipat merupakan senyawa yang penting karena juga merupakan bahan dasar pembuatan Nylon 6.6 [4]. Umumnya pembuatan asam adipat dilakukan dengan mengoksidasi sikloheksanol atau sikloheksanon dengan oksidator asam nitrit, HNO₂. Namun penggunaan asam nitrit menimbulkan emisi gas N₂O yang dapat menyebabkan menipisnya lapisan ozone [4]. Karena itulah dipilih KMnO₄ [3].

      Tujuan dari percobaan ini yaitu menentukan indeks bias sikloheksanon, titik leleh asam adipat, dan persentase rendemen sikloheksanon serta asam adipat hasil percobaan.

     

2.    METODE PERCOBAAN

     Bahan

       Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain sikloheksanol, cairan pemutih natrium hipoklorit 5.25% (0,75 M), larutan asam asetat, indikator timol biru, larutan NaOH 6M, Na₂SO_4­ anhidrat, larutan HCl pekat, larutan NaOH 3M, pelarut eter, padatan KMnO₄ dan natrium bisulfit.

Peralatan

      

       Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain seperangkat alat distilasi sederhana, seperangkat alat labu hisap, seperangkat alat ekstraksi, dan refraktometer.

Prosedur

Oksidasi Sikloheksanon dari Sikloheksanol

          Sebanyak 8 mL sikloheksanol disiapkan dalam labu bundar 250 mL. Larutan pemutih sejumlah 115 mL dicampurkan dengan larutan asam asetat 4 mL, campuran ini ditempatkan dalam corong pisah 250 mL. Campuran larutan ini kemudian dicampurkan ke dalam larutan sikloheksanol secara perlahan. Suhu campuran larutan diatur sedemikian agar selalu berada pada rentang suhu 40-50⁰C. Suhu tidak boleh di bawah 40⁰C dan diatas 50⁰C. Apabila suhu mencapai lebih dari 50⁰C maka larutan tersebut harus dimasukkan ke dalam penangas es. Selama penambahan larutan ini harus digoyangkan agar larutan dapat tercampur secara homogen. Kemudian, ke dalam larutan tersebut ditambahkan indikator timol biru. Ditambahkan larutan NaOH 6M secara perlahan hingga terbentuk cincin biru di permukaan larutan tersebut.

          Terhadap larutan ini kemudian dilakukan distilasi sederhana. Diperoleh distilat sebanyak 40 mL. Distilat ini kemudian dijenuhkan dengan 10 gram NaCl lalu diekstraksi dua kali masing-masing menggunakan 15 mL eter. Dipisahkan fasa organik dan fasa air larutan tersebut. Fasa organik (sikloheksanon) ditambahkan dengan 3 gram natrium sulfat anhidrat dan didistilasi kembali untuk mengeluarkan eter dari sikloheksanon yang terbentuk. Dikumpulkan fraksi didih pada suhu 154-156⁰C. Diukur indeks bias senyawa tersebut dengan menggunakan refraktometer. Kemudian larutan tersebut disaring vakum untuk diperoleh kristalnya. Terhadap kristal akan diukur spektrum IR dan NMR.

Oksidasi Sikloheksanon Menjadi Asam Adipat

          Sikloheksanon kemudian dioksidasi menjadi asam adipat. Sebanyak 1 gram sikloheksanon dicampurkan dengan KMnO₄ 3.08 gram dan 32 mL air. Campuran digoyangkan, diatur suhunya agar konstan 30⁰C lalu ditambahkan 1 mL larutan NaOH 3 M. Pada saat suhu mencapai 45⁰C, dinginkan larutan dalam penangas es, dijaga suhu tersebut agar konstan selama 20 menit. Suhu akan naik menjadi 47⁰C, lalu ditunggu selama kira-kira 25 menit agar suhu turun kembali. Kemudian dilakukan pemanasan, terbentuk endapan coklat MnO₂. Ditambahkan sejumlah natrium bisulfit apabila masih ada warna kalium permanganat (ungu). Lalu campuran disaring vakum, diambil filtratnya, dipanaskan hingga volumenya tersisa 8 mL. Warna larutan tersebut harus jernih, jika masih berwarna maka ditambahkan sedikit karbon aktif. Disaring lagi kemudian diuapkan kembali. Larutan kemudian diasamkan dengan larutan HCl pekat hingga terbentuk endapan (Ph 1-2). Kristal disaring vakum dengan corong Buchner. Ditentukan titik leleh kristal asam adipat tersebut (literatur : 152-153⁰C).

3.   HASIL DAN PEMBAHASAN

          Sikloheksanol di oksidasi menjadi sikloheksanon dengan oksidator NaOCl. Reaksi oksidasi alkohol biasanya menggunakan kalium dikromat. Namun kalium dikromat menghasilkan spesi tereduksi Cr (III) yang berbahaya bagi lingkungan, maka dipilihlah NaOCl. Selain itu, NaOCl harganya murah dan tidak berbahaya bagi lingkungan. Reaksi oksidasi ini dilakukan dalam suasana asam, dikondisikan dengan penambahan asam asetat. Larutan asam asetat akan mengaktivasi NaOCl dan terbentuklah HClO, yaitu oksidator sebenarnya yang akan bereaksi lebih lanjut dengan sikloheksanol. HClO, yang terdiri dari ion kloronium yaitu Cl⁺_, akan tereduksi menjadi ion Cl^- dengan menerima 2 elektron dari sikloheksanol [1]. Demikian, sikloheksanol teroksidasi menjadi sikloheksanon.

          Penambahan campuran larutan NaOCl dengan asam asetat pada sikloheksanol dilakukan perlahan agar terjaga suhunya pada rentang 40-50⁰C. Suhu larutan tidak boleh dibawah 40⁰C karena reaksi oksidasi tidak akan terjadi pada suhu tersebut. Suhu larutan juga tidak boleh diatas 50⁰C karena diduga senyawa yang terbentuk adalah senyawa lain dan bukan sikloheksanon [2].

          Setelah penambahan campuran asam asetat dengan NaOCl selesai, ditambahkan indikator timol biru. Selanjutnya ditambahkan larutan NaOH secara perlahan hingga titik ekivalen tercapai yaitu terbentuknya cincin biru di permukaan larutan. Larutan ini kemudian didistilasi hingga diperoleh 40 mL distilat. Distilat akan dijenuhkan dengan NaCl, yang berfungsi untuk menurunkan kelarutan produk organik, agar sikloheksanon yang terbentuk keluar dari lapisan air [1] [2]. Distilat ini diekstraksi dua kali masing-masing dengan 15 mL eter. Fasa organik diambil lalu didistilasi untuk memisahkan sikloheksanon dengan eter. Sebelumnya, fasa organik ditambahkan dengan natrium sulfat anhidrat untuk menyerap sisa air yang terkandung dalam produk [1].

          Fraksi distilat yang dikumpulkan adalah fraksi didih pada suhu 154-156⁰C. Diukur indeks biasnya untuk memeriksa kemurnian sikloheksanon yang diperoleh. Larutan kemudian disaring vakum untuk diperoleh kristalnya.

         

          Indeks bias sikloheksanon diperoleh 1.43858 (literatur : 1.447). Galat indeks bias sikloheksanon hasil percobaan yaitu 0.78%. Indeks bias sikloheksanon hasil percobaan dengan literatur berbeda disebabkan masih adanya pengotor pada sikloheksanon, misalnya NaCl atau eter yang tidak terpisahkan pada proses distilasi.

          Massa kristal sikloheksanon diperoleh sebanyak 5.55 gram. Berdasarkan reaksi di bawah ini, massa teoritis sikloheksanon adalah 7.35 gram. Persentase rendemennya yaitu 75.51 %.

C₆H₁₂O      +     HOCl     à   C₆H₁₀O   +  H₃O⁺   +   Cl^-

          Persentase rendemen tidak mencapai 100% karena beberapa faktor. Reaksi kemungkinan kurang berjalan sempurna karena suhu larutan harus dijaga konstan pada rentang 40-50⁰C. Suhu larutan kemungkinan masih kurang optimum sehingga proses oksidasi sikloheksanon belum terjadi secara menyeluruh. NaOCl mungkin terdekomposisi. Selain itu, proses pemisahan diduga masih kurang baik. Eter kemungkinan masih terbawa dalam produk. Atau larutan yang didistilasi masih kurang jenuh (penambahan NaCl kurang).

          Namun secara keseluruhan, sikloheksanon yang dihasilkan dapat dikatakan cukup murni.

Oksidasi Sikloheksanon Menjadi Asam Adipat

          Pada percobaan sintesis asam adipat dengan mengoksidasi sikloheksanon, digunakan oksidator yang sangat kuat yaitu kalium permanganat, KMnO₄. Oksigen yang terdapat pada KMnO₄ akan bereaksi dengan karbon ikatan rangkap pada sikloheksanon. Cincin siklik akan terbuka sehingga terbentuk senyawa asam dikarboksilat.

          Pada percobaan ini juga penting untuk selalu menjaga kestabilan suhu larutan. Suhu awal larutan harus konstan 30⁰_­C. Setelah ditambahkan larutan NaOH, suhu larutan dijaga konstan 45⁰C. Proses pemanasan kemudian dilakukan sampai terbentuk endapan coklat MnO₂. Jika masih terdapat warna ungu kalium permanganat, maka perlu ditambahkan natrium bisulfit (NaHCO₃). Setelah disaring vakum, diambil filtratnya untuk diuapkan. Jika larutan masih berwarna, ditambahkan karbon aktif yang berfungsi untuk menyerap zat warna pada larutan. Penambahan karbon aktif sebaiknya hanya sedikit karena kemampuan adsorpsi karbon aktif cukup baik. Larutan yang sudah tidak berwarna akan ditambahkan larutan HCl pekat untuk memperoleh kristal asam adipat. Setelah kristal diperoleh, dapat ditentukan titik leleh dan persentase rendemennya.

          Titik leleh asam adipat hasil percobaan adalah 156-157⁰C (literatur : 152-153⁰C). Galat titik leleh asam adipat yaitu 2.63%. Titik leleh asam adipat hasil percobaan berbeda dengan literatur kemungkinan disebabkan masih adanya pengotor, yaitu MnO₂ atau kelebihan natrium bisulfit.

Berdasarkan reaksi :

C₆H₁₀O   +   KMnO₄  à  C₆H₁₀O₄   + MnO₂

Faktor yang mempengaruhi persentase asam adipat yang dihasilkan adalah karena kurang optimumnya suhu larutan pada saat proses oksidasi. Ion adipat kemungkinan belum terasamkan oleh oksidatornya yaitu KMnO_4. Kristal asam adipat yang terbentuk juga kemungkinan terbawa saat pencucian sehingga menyebabkan sedikitnya kristal yang diperoleh. 

4.         KESIMPULAN

Pada percobaan ini, diperoleh persentase rendemen sikloheksanon sebesar 75.51%. Indeks bias sikloheksanon hasil percobaan adalah 1.43858.

Persentase rendemen asam adipat yaitu sebesar 34.25% dan titik leleh asam adipat yaitu 156-157⁰C.

5..      UCAPAN TERIMAKASIH

          Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Pimpinan Praktikum Kimia Organik, Ibu Deana Wahyuningrum. Juga kepada para asisten praktikum yang senantiasa membimbing para mahasiswa Program Studi Kimia dalam melaksanakan praktikum ini. Tidak lupa kepada rekan-rekan mahasiswa, yaitu Maharani Safitri, Theodorus Felix, Muhammad Danang, Dhimaz Galih, Muhammad Imam, dan Angga Prabowo, yang telah bekerja sama dalam melakukan percobaan ini.

6..      DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. Oxidation of Cyclohexanol to Cyclohexanone. http://www.xula.edu/chemistry/documents/orgclab/19redox.pdf

[2] Anonim. Preparation of Cycloheksanone by Hypochlorite Oxidation.

http://myweb.brooklyn.liu.edu/swatson/Site/Laboratory_Manuals_files/Exp8.pdf

[3] Martin Case, Corinne Sadlowski (2011), Synthesis of Adipic Acid, 1-3

http://uvm.edu/~mcase/courses/chem143/adipic_acid.pdf

[4] N. Yanagihara, K. Ohgane, Y. Yoshioka, N. Abe, M. Yoshida. Synthesis of Adipic Acid by Oxidation of Cyclohexanol with NO₂ in Supercritical CO­₂

http://www.isasf.net/fileadmin/files/Docs/Barcelona/ISASF%202008/PDF/Oral%20communications/OC_PR_1.pdf

[5] Williamson. 1999. Macroscale and Microscale Organic Experiments. Boston. 353-355