Keisomeran Geometri

Keisomeran Geometri

Tanggal Praktikum      : 14 Mei 2013

Tanggal Laporan         : 21 Mei 2013

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA ORGANIK

KEISOMERAN GEOMETRI: PENGUBAHAN ASAM MALEAT MENJADI ASAM FUMARAT

Aulia Syahida Salsabila

Agroteknologi A

1127060015

JURUSAN AGROKLIMATOLOGI

FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI

SUNAN GUNUNG DJATI

BANDUNG

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Tujuan

• Menentukan titik leleh dan bentuk kristal dari asam maleat dan asam fumarat
• Menentukan massa asam maleat dan asam fumarat yang terbentuk
• Menentukan % rendemen asam maleat dan asam fumarat
•   Mengubah asam maleat menjadi asam fumarat

BAB II

TEORI DASAR

Isomer adalah molekul yang memiliki rumus molekul sama, tetapi memiliki pengaturan yang berbeda dari atom dalam ruang. Yang mengecualikan setiap pengaturan yang berbeda yang hanya karena molekul berputar secara keseluruhan, atau berputar tentang obligasi tertentu.

Suatu senyawa memiliki rumus molekul dan rumus struktur. Rumus molekul adalah rumus umum yang dimiliki oleh suatu senyawa yang dalam hal ini kadang kala sama dengan rumus molekul pada senyawa organik yang lain. Rumus struktur adalah rumus yang dimiliki oleh suatu senyawa yang membedakannya sengan senyawa organik yang lain.

Dalam ilmu kimia, isomer ialah molekul-molekul dengan rumus kimia yang
sama (dan sering dengan jenis ikatan yang sama), namun memiliki susunan atom yang berbeda (dapat diibaratkan sebagai sebuah anagram). Kebanyakan isomer memiliki sifat kimia yang mirip satu sama lain. Juga terdapat istilah isomer nuklir, yaitu inti-inti atom yang memiliki tingkat eksitasi yang berbeda.
Contoh sederhana dari suatu isomer adalah C₃H₈O. Terdapat 3 isomer dengan rumus kimia tersebut, yaitu 2 molekul alkohol dan sebuah molekul eter. Dua molekul alkohol yaitu 1-propanol (n-propil alkohol, I), dan 2-propanol (isopropil alkohol, II). Pada molekul I, atom oksigen terikat pada karbon ujung, sedangkan pada molekul II atom oksigen terikat pada karbon kedua (tengah). Kedua alkohol tersebut memiliki sifat kimia yang mirip. Sedangkan isomer ketiga, metil etil eter, memiliki perbedaan sifat yang signifikan terhadap dua molekul sebelumnya. Senyawa ini bukan sebuah alkohol, tetapi sebuah eter, dimana atom oksigen terikat pada dua atom karbon, bukan satu karbon dan satu hidrogen seperti halnya alkohol. Eter tidak memiliki gugus hidroksil.

Terdapat dua jenis isomer, yaitu isomer struktural dan stereoisomer. Isomer struktural adalah isomer yang berbeda dari susunan/urutan atom-atom terikat satu sama lain. Sedangkan stereoisomer memiliki struktur yang sama, namun beberapa atom atau gugus fungsional memiliki posisi geometri yang berbeda.

§  Isomer rantai

Isomer-isomer ini muncul karena adanya kemungkinan dari percabangan rantai karbon. Sebagai contoh, ada dua buah isomer dari butan, C₄H₁₀. Pada salah satunya rantai karbon berada dalam dalam bentuk rantai panjang, dimana yang satunya berbentuk rantai karbon bercabang.

§  Isomer posisi

Pada isomer posisi, kerangka utama karbon tetap tidak berubah. Namun atom-atom yang penting bertukar posisi pada kerangka tersebut.
Sebagai contoh, ada dua isomer struktur dengan formula molekul C₃H₇Br. Pada salah satunya bromin berada diujung dari rantai. Dan yang satunya lagi pada bagian tengah dari rantai.

§  Isomer grup fungsional

Pada variasi dari struktur isomer ini, isomer mengandung grup fungsional yang berbeda- yaitu isomer dari dua jenis kelompok molekul yang berbeda.
Sebagai contoh, sebuah formula molekul C₃H₆O dapat berarti propanal (aldehid) or propanon (keton).

Van’t Hoff menjelaskan keisomeran asam fumarat dan maleat karena batasan rotasi di ikatan ganda, suatu penjelasan yang berbeda dengan untuk keisomeran optik. Isomer jenis ini disebut dengan isomer geometri. Dalam bentuk trans subtituennya (dalam kasus asam fumarat dan maleat, gugus karboksil) terletak di sisi yang berbeda dari ikatan rangkap, sementara dalam isomer cis-nya subtituennya terletak di sisi yang sama.

Dari dua isomer yang diisoasi, Van’t Hoff menamai isomer yang mudah melepaskan air menjadi anhidrida maleat isomer cis sebab dalam isomer cis kedua gugus karboksi dekat satu sama lain. Dengan pemanasan sampai 300 °C, asam fuarat berubah menjadi anhidrida maleat. Hal ini cukup logis karena prosesnya harus melibatkan isomerisasi cis-trans yang merupakan proses dengan galangan energi yang cukup tinggi. Karena beberapa pasangan isomer geometri telah diketahui, teori isomer geometri memberikan dukunagn yang baik bagi teori struktural Van’t Hoff. Berikut merupakan mekanisme pembentukan asam fumarat dari asam maleat:

Pengubahan anhidrida maleat menjadi asam maleat

Pengubahan asam maleat menjadi asam fumarat

Ikatan ionik diberntuk oleh tarkan elekrostatik antara kation dan anion. Karena medan listrik suatu ion bersimetri bola, ikatan ion tidak memiliki karakter arah. Sebaliknya, ikatan kovalen dibentuk dengan tumpang tindih orbital atom. Karena tumpang tindih sedemikian sehingga orbital atom dapat mencapai tumpang tindih maksimum, ikatan kovalen pasti bersifat terarah. Jadi bentuk molekul ditentukan oleh sudut dua ikatan, yang kemudian ditentukan oleh orbital atom yang terlibat dalam ikatan.

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat & Bahan

3.1.1 Alat

No	Alat	Banyaknya
1	Erlenmeyer 250 ml	1 buah
2	Erlenmeyer 50 ml	1 buah
3	Gelas kimia 100 ml	1 buah
4	Kaca arloji	1 buah
5	Gelas ukur 10 ml	1 buah
6	Corong	1 buah
7	Spatula	1 buah
8	Pembakar spirtus	1 buah
9	Kaki tiga + kassa	@1 buah
10	Neraca analitik	1 buah
11	Pipa kapiler	2 buah
12	Termometer	1 buah
13	Loupe	1 buah
14	Klem + statif	@1 buah
15	Pipet tetes	1 buah

3.1.2 Bahan

No	Bahan	Banyaknya
1	Anhidrida maleat	3 g
2	HCl pekat	3 ml
3	Aquades	4 ml
4	Air kran	secukupnya
5	Aluminium foil	Secukupnya
6	Kertas saring	2 buah

3.2 Prosedur Kerja

1)      4 ml aqades dididihkan di dalam labu erlenmeyer 50 ml (saat pendidihan, erlenmeyer ditutup dengan aluminium foil untuk mencegah uap keluar). Kemudian ditambahkan 3 g anhidrida maleat.

2)      Setelah larutan menjadi jernih, labu erlenmeyer yang berisi campuran aquades dan anhidrida maleat didinginkan di bawah pancaran air kran sampai sejumlah maksimum asam maleat mengkristal dari larutan. (larutan tersebut jangan sampai mengkristal semua karena filtrat akan dipakai untuk pembentukan asam fumarat).

3)      Larutan disaring dengan kertas saring. Kristal asam maleat yang terbentuk dikeringkan dan ditimbang.

4)      Setelah kristal kering, ditentukan titik leleh serta bentuk kristal dari asam maleat.

5)      Filtrat yang tadi mengandung banyak asam maleat dipindahkan ke dalam labu erlenmeyer 250 ml, kemudian ditambahkan 3 ml HCl pekat, dan kemudian dipanaskan atau direfluks perlahan selama 20 menit.

6)      Setelah asam fumarat mengendap dalam larutan panas, kristal asam fumarat yang terbentuk didinginkan & dikeringkan pada suhu kamar kemudian ditimbang.

7)      Setelah kristal kering, ditentukan titik leleh serta bentuk kristal dari asam fumarat.

BAB IV

PENGAMATAN

No	Perlakuan	Hasil
1	4 ml aquades dalam erlenmeyer	Larutan tidak berwarna
2	Aquades dipanaskan	Larutan mendidih, tidak berwarna
3	+ 3 g anhidrida maleat	Larut, larutan tidak berwarna
4	Erlenmeyer dimasukkan ke dalam air (didinginkan)	Larutan sebagian menjadi kristal. Kristal berwarna putih, larutan tidak berwarna
5	Larutan disaring dengan kertas saring (kristal asam maleat)	Kristal yang terbentuk tersaring, kristal berwarna putih, filtrat tidak berwarna
6	Filtrat + 3ml HCl pekat, ditutup aluminium foil & dipanaskan (kristal asam fumarat)	Larutan larut & tidak berwarna. Pada menit ke-10 larutan mulai mengkristal sedikit, menit ke-15 mengkristal sebagian, menit ke-20 larutan mengkristal semua
7	Kristal asam maleat ditentukan titik lelehnya	Pada suhu 50˚C tidak terjadi perubahan. Pada suhu 75˚C mulai mencair. Pada suhu 95˚C mencair
8	Kristal asam fumarat ditentukan titik lelehnya	Pada suhu 50˚C tidak terjadi perubahan. Pada suhu 80˚C mulai mencair. Pada suhu 99˚C mencair

      Data Penimbangan

No	Penimbangan	Massa(g)
1	Erlenmeyer 1	36,7
2	Erlenmeyer 2	106,2
3	Kaca arloji	21,7
4	Kertas saring	0,2
5	Anhidrida maleat	3
6	Kristal asam maleat + kaca arloji + kertas saring	24,1
7	Kristal asam fumarat + erlenmeyer 2	109,1

      Data Refluks

No	Menit ke-	Hasil
1	3	Mulai mengkristal
2	10	Senyawa besar telah mengkristal
3	12	Campuran larutan sudah hampir mengkristal semuanya
4	20	Mengkristal semua

BAB V

PENGOLAHAN DATA & PERHITUNGAN

5.1 Perhitungan % Rendemen Asam Maleat

     

 (berat asam maleat kotor)

     

     

5.2 Perhitungan % Rendemen Asam Fumarat

     

     

     

BAB VI

PEMBAHASAN

Pada percobaan keisomeran geometri dilakukan pengubahan asam maleat menjadi asam fumarat. Mula-mula dilakukan pembuatan asam maleat terlebih dahulu dengan menggunakan 3 g anhidrida maleat yang ditambahkan dengan 4 ml aquades yang telah dididihkan. Pada saat pendidihan aquades dalam erlenmeyer, erlenmeyer yang digunakan ditutup aluminium foil agar air yang menguap tidak habis keluar, sehingga air tidak cepat habis saat dididihkan. Proses pendidihan aquades berfungsi agar anhidrida maleat dapat cepat larut. Ketika penambahan anhidrida maleat ke dalam air mendidih dalam erlenmeyer dilakukan dengan cepat sehingga air yang mendidih tadi tidak banyak menguap. Penggunaan aquades berfungsi sebagai pelarut sehingga mempermudah terjadi pembukaan ikatan pada senyawa siklik dari anhidrida maleat dan terbentuknya karbokation.

Setelah penambahan anhidrida maleat pada air mendidih, larutan tersebut tetap dididihkan sampai larutannya tidak berwarna. Larutan tidak berwarna menandakan bahwa anhidrida maleat larut semua dalam air. Kemudian erlenmeyer yang berisi larutan tersebut didinginkan di dalam air agar terbentuk kristal. Pembentukan kristal pada proses ini harus terbentuk sebagian, artinya sebagian larutan terbentuk kristal dan sebagian lagi masih dalam keadaan cair (filtrat). Kristal yang terbentuk disaring dengan menggunakan kertas saring agar kristal dan filtratnya terpisah. Setelah kristal yang tersaring kering, kristal tersebut ditimbang dan diperoleh 2,2 g untuk kristal asam maleat, kemudian asam maleat kotor sebesar 3,55 g sehingga menghasilkan % rendemen asam maleat sebesar 61,97%.

Proses pengubahan anhidrida maleat menjadi asam maleat adalah:

Kristal asam maleat yang terbentuk kemudian ditentukan titik lelehnya.  Titik leleh yang didapatkan adalah 95˚C. Hal ini tidak sesuai dengan titik leleh asam maleat secara literatur yang leleh pada suhu 130˚C. Hal ini terjadi karena kemungkinan disebabkan oleh beberapa faktor, seperti kurang padatnya penyimpanan kristal sehingga kurang terlihat apakah sudah mencair atau belum, air yang digunakan langsung dalam keadaan panas, sehingga kristal langsung meleleh dan tidak secara bertahap, api yang digunakan adalah spirtus sehingga apinya merah dan sulit untuk diatur.

Filtrat yang diperoleh sebelumnya ditambahkan dengan HCl pekat. Proses ini merupakan proses perubahan asam maleat menjadi asam fumarat. Penambahan HCl berfungsi sebagai katalis yang digunakan untuk memprotonasi salah satu gugus karbonil sehingga ikatan rangkap pada atom karbon dapat beresonansi dan terjadi rotasi pada ikatan tunggal, selanjutnya ikatan rangkap beresonansi kembali. Ion H⁺ dihasilkan lagi dari reaksi pada tahap keempat.

Kemudian larutan direfluks dan erlenmeyer yang berisi filtrat ditutup dengan aluminium foil. Fungsi refluks adalah untuk membantu proses pemanasan pada asam fumarat, sehingga panas yang dihasilkan dapat berlangsung secara kontinu dan merata. Sedangkan penutupan erlenmeyer dengan aluminium foil berfungsi agar uap tidak keluar ke udara. Proses pemanasan dihentikan apabila kristal terbentuk semua  dan sempurna dan tidak ada lagi larutan di dalamnya. Proses ini memakan waktu ± 20 menit. Kemudian kristal dikeringkan dan ditimbang. Maka diperoleh berat asam fumarat sebesar 2,9 g dan berat asam fumarat kotor sebesar 1,35 g sehingga diperoleh % rendemen asam fumarat sebesar 214,81%. Besarnya rendemen asam fumarat yang melebihi 100% ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, seperti saat penimbangan kristal yang terbentuk masih dalam keadaan basah, kemudian adanya zat pengotor yang masuk dalam kristal.

Proses pengubahan asam maleat menjadi asam fumarat adalah:

Kristal asam fumarat kemudian ditentukan titik lelehnya. Titik leleh yang didapatkan sebesar 99˚C. Hal ini tidak sesuai dengan titik leleh asam fumarat secara literatur yang leleh pada suhu 287˚C. Hal ini terjadi karena kemungkinan disebabkan oleh beberapa faktor, seperti kurang padatnya penyimpanan kristal asam fumarat pada pipa kapiler sehingga tidak terlalu terlihat apakah asam fumarat sudah mencair atau belum, api yang digunakan terlalu besar sehingga asam fumarat lebih cepat mencair, banyaknya pengotor yang masuk dalam kristal sehingga kristal yang meleleh tersebut kemungkinan pengotornya.
  Pada percobaan mengenai keisomeran geometri ini dilakukan  pengubahan asam maleat menjadi asam fumarat. Sebelum dilakukan pengubahan menjadi asam fumarat, terlebih dahulu dilakuakan pembuatan asam maleat yang menggunakan anhidrida maleat sebagai bahan utama. Anhidrida maleat ditambahkan pada aquadest yang telah dididihkan. Dalam hal ini aquadest berfungsi sebagai pelarut sehingga mempermudah terjadinya pembukaan ikatan pada senyawa siklik dari anhidrida maleat dan terbentuknya karbokation. Mekanisme reaksinya sebagai berikut:

                  Setelah dilakukan perhitungan, rendemen asam maleat yang diperoleh adalah sekitar 49%. Nilai rendemen tersebut dapat dikatakan sedang (mendekati setengahnya 50% dari 100%) dan hal ini menunjukkan bahwa tingkat efisiensi proses yang dilakukan tidak terlalu besar. Hal ini dapat dilihat dari kristal asam  maleat yang terbentuk yaitu sekitar 1,74 gram.

Dengan %rendemen yang diperoleh sebesar 49%, hal ini dapat disebabkan: proses pemanasan yang kurang stabil dan atau proses pengkristalan yang kurang sempurna. bisa juga terjadi karena kristal tidak semua terkumpul dalam kertas saring, sehingga saat penimbangan, diperoleh massa kristal yang berbeda dengan massa awal yaitu 3 gram.

Berdasarkan literatur titik leleh asam maleat yaitu 138°C. tetapi dalam praktikum, kami tidak melakukan pengukuran titik leleh asam maleat, hal ini dikarenakan waktu praktikum yang kurang untuk melakukan pengukuran.

Pada proses sebelumnya sebagian asam maleat mengkristal dalam air, karena kelarutan asam maleat dalam air adalah sekitar 44,1 g/100 g air pada 25°C. Sebagian asam maleat lainnya larut dalam air, yang kemudian digunakan untuk mengubah menjadi asam fumarat. Mekanisme reaksi pengubahan asam maleat menjadi asam fumarat sebagai berikut:

 Pada percobaan pengubahan asam maleat menjadi asam fumarat, larutan filtrat asam maleat dari proses sebelumnya ditambahkan HCl pekat dan direfluks perlahan-lahan. Dalam hal ini HCl pekat berfungsi sebagai katalis yang digunakan untuk memprotonasi salah satu gugus karbonil sehingga ikatan rangkap pada atom karbon dapat beresonansi dan terjadi rotasi pada ikatan tunggal, selanjutnya ikatan rangkap beresonansi kembali. Ion H⁺ dihasilkan lagi dari reaksi pada tahap keempat.

                 Setelah dilakukan refluks mulai terbentuk endapan kristal asam fumarat dari larutan panas. Larutan didinginkan pada suhu kamar dan direkristalisasi dengan air. Pada tahap rekristalisasi digunakan air sebagai pelarut yang sesuai karena asam fumarat termasuk senyawa yang polar sehingga akan larut dalam pelarut yang polar pula (like dissolve like).

                 Setelah dilakukan perhitungan diperoleh rendemen asam fumarat sebesar 90%. Nilai rendemen ini menunjukkan tingkat efisiensi dari percobaan yang dilakukan. Dapat dikatakan bahwa tingkat efisiensi pembentukan asam fumarat lebih tinggi daripada tingkat efisiensi pembentukan asam  maleat. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya kristal asam fumarat yang terbentuk yaitu 1,81 gram. Hal ini juga dapat terjadi karena saat penyaringan kristal dengan kertas saring, kristal yang terkumpul hampir tidak ada yang tertempel di corong kimia, sehingga memiliki keakurasian yang tinggi, yaitu 90%.

Dari hasil pengukuran titik leleh diperoleh titik leleh asam fumarat yaitu 90°C. Berdasarkan literatur asam fumarat menyublim pada suhu 287°C. Dapat dikatakan bahwa kristal yang meleleh itu kemungkinan adalah pengotor-pengotornya seperti asam maleat sisa.

BAB VII

KESIMPULAN

Pada praktikum keisomeran geometri, anhidrida maleat sebanyak 3 g diubah menjadi asam maleat dengan cara penambahan air yang dididihkan. Filtrat yang diperoleh ditambah HCl dan direfluks sehingga menjadi asam maleat. Kristal asam maleat yang didapatkan berbentuk serbuk putih seberat 2,2 g dengan % rendemen 61,97% dan titik lelehnya 95˚C. Sedangkan kristal asam fumarat yang didapatkan berbentuk serbuk putih seberat 2,9 g dengan % rendemen 214,81% dan titik lelehnya 99˚C.

DAFTAR PUSTAKA

Day, R.A, dan Underwood. 1987. Analisis Kimia Kualitatif. Jakarta: Erlangga.

Keenan, Charles. W dkk. 1992. Kimia untuk Universitas jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Brandy, E. James. 1989. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Jakarta: Binarupa Aksara.

Fessenden and Fessenden. 1986. Kimia Organik jilid I. Jakarta: Erlangga.

Heart, Harold. 2003. Kimia Organik Suatu Kuliah Singkat. Jakarta: Erlangga.

Day, R.A, dan Underwood. 1987. Analisis Kimia Kualitatif. Erlangga: Jakarta

Keenan, Charles. W dkk. 1992. Kimia untuk Universitas jilid 2. Erlangga: Jakarta

Brandy, E. James. 1989. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara: Jakarta

Fessenden and Fessenden. 1986. Kimia Organik jilid I. Erlangga: Jakarta

Heart, Harold. 2003. Kimia Organik Suatu Kuliah Singkat. Erlangga: Jakarta