5001 Nitrasi fenol menjadi 2-nitrofenol dan 4-nitrofenol

Transkripsi

1 00 Nitrasi fenol menjadi -nitrofenol dan -nitrofenol KNO, H SO NO + NO C H O (9.) KNO (0.) H SO (98.) C H NO (9.) Klasifikasi Tipe reaksi dan penggolongan bahan Substitusi elektrofilik aromatis, nitrasi aromatis, fenol, nitroaromatis Teknik Laboratorium Reaksi dengan mikrowave, pengadukan dengan batang pengaduk magnet, penambahan bertetes dengan corong tetes, pemanasan dengan refluk, distilasi uap, ekstraksi, penggojokan, penyaringan, rekristalisasi, pembuangan gas, penggunaaan pendingin es. Instruksi (skala batch 70 mmol) Peralatan Sistem mikrowave ETHOS 00, tabung gelas (0 cm, NS 9), labu leher-tiga 00 ml, termometer internal, botol pencuci, adaptor dengan penghubung gelas dan selang penghubung, pengaduk magnet, batang pengaduk magnet (pengaduk silang), corong tetes dengan pengatur tekanan, pendingin refluk, peralatan distilasi besar, labu alas bulat 0 ml, labu pengisap, corong Buchner, desikator, penangas es. Bahan fenol (tl C) Kalium nitrat Asam sulfat pekat Asam klorida (0, M) Larutan natrium hidroksida ( M) Arang aktif Es, g (70 mmol) 0,0 g (9 mmol) 0, g (7, ml, 9 mmol) 00 ml 0 ml g

2 Reaksi Peralatan reaksi terdiri dari labu leher-tiga 00 ml dengan batang pengaduk magnet (lebih disukai pengaduk silang), termometer internal dan corong tetes dengan pengatur tekanan. Pada sisi labu yang terbuka, adaptor dengan penghubung gelas dan selang penghubung dipasang dan dihubungkan dengan pipa pembuangan untuk asap nitro yang mungkin terbentuk. Pipa dihubungkan dengan sebuah botol pencuci kosong dan dengan botol pencuci lain yang berisi 0 ml larutan natrium hidroksida M. Mula-mula dalam Erlenmeyer 00 ml,, g (70 mmol) fenol dilarutkan sesempurna mungkin dalam 00 ml air. Dalam labu leher-tiga, 0,0 g (9 mmol) kalium nitrat dilarutkan dalam 00 ml air. Dengan pendinginan dalam penangas es, 0, g (7, ml, 9 mmol) asam sulfat pekat ditambahkan. Kemudian, pada temperatur internal 0- C, campuran air-fenol ditambahkan dalam porsi kecil sebagai berikut: Setiap kali setelah labu Erlenmeyer digojog kuat, porsi kecil campuran dimasukkan ke dalam corong tetes dan kemudian dengan cepat ditambahkan bertetes-tetes ke dalam larutan yang diaduk di dalam labu leher-tiga. Temperatur internal (0- C) tidak akan terlampaui, karena pada temperatur 0 C asap nitro mulai terbentuk. Segera setelah penambahan selesai, labu reaksi diambil dari penangas es, termometer diganti dengan sensor temperatur dan peralatan dirangkai dengan pendingin refluk dalam sistem mikrowave (lihat Petunjuk teknis : peralatan refluk standar dalam sistem mikrowave ). Pembuangan gas dirangkai pada pendingin refluk. Campuran reaksi disinari dengan pengadukan selama 90 detik dengan daya 900 W pada temperatur yang tidak melebihi 0 C dan kemudian campuran reaksi panas diaduk selama 0 detik tanpa irradiasi microwave. Kemudian labu reaksi didinginkan dengan cepat mencapai suhu kamar dalam penangas es (sekitar menit). Penyelesaian Untuk menghilangkan kelebihan asam nitrat, campuran reaksi diencerkan dengan 00 ml air es dan fasa air didekantir dari minyak dengan hati-hati. Minyak dalam labu dicuci tiga kali masing-masing dengan 0 ml air, dimana setiap waktu air didekantir dengan hati-hati. Isomer dipisahkan dengan distilasi uap: pada minyak yang tersisa dalam labu reaksi ditambahkan 00 ml air, labu dilengkapi dengan pipa distilasi besar dan labu penampung didinginkan dalam penangas es. Peralatan dirangkai kembali dalam sistem mikrowave (lihat atas). Campuran distilasi dipanaskan dengan pengadukan selama menit dan daya 800 W sampai mendidih (temperatur target 0 C) dan didistilasi pada 00 W selama 0 menit. -Nitrofenol yang terakumulasi sebagai padatan kuning dalam distilat, disaring dengan corong Buchner dan dikeringkan dalam desikator. Hasil: 9,80 g (70, mmol, %); tl C Residu distilasi didinginkan dalam kulkas semalam pada C, kemudian endapan dipisahkan dengan corong Buchner. Untuk rekristalisasi, 00 ml HCl 0, M ditambahkan ke dalam padatan dalam labu alas bulat 0 ml, g karbon aktif ditambahkan, kemudian labu dirangkai dengan pendingin refluk dalam sistem microwave dan campuran dipanaskan sebentar sampai refluk: oleh karena itu isi labu dipanaskan menit dengan 800 W dari

3 temperature kamar sampai 0 C dan temperatur dijaga selama menit pada 00 W. Campuran panas disaring dengan mendekantir larutan oranye dari fasa minyak menggunakan kertas saring berlipat ke dalam Erlenmeyer. Untuk penyempurnaan kristalisasi, filtrat disimpan beberapa waktu dalam pendingin. -Nitrophenol yang berupa jarum tidak berwarna, disaring dan dikeringkan dalam desikator. Hasil:,88 g (, mmol, %); tl C Komentar Perlakuan dengan mikrowave segera dilakukan setelah penambahan fenol, tanpa ada waktu setelah reaksi. Sebelum prosedur radiasi, campuran masih mengandung % reaktan (lihat analisis). Dengan pendingin es segera setelah perlakuan dengan microwave dan penghilangan kelebihan asam nitrat dengan cepat, nitrasi kedua pada fenol dapat dihindari. Produk samping p-benzokuinon dan,-dinitrofenol dapat dideteksi (lihat analisis). Manajemen Limbah Pembuangan Limbah Limbah Fasa air dari campuran reaksi Fasa air dari distilasi uap Larutan induk dari rekristalisasi Larutan air dari botol cucian Karbon aktif hasil saringan Pembuangan Campuran pelarut air, bebas halogen Campuran pelarut air, bebas halogen Campuran pelarut air, mengandung halogen Limbah air, basa Limbah padat, bebas dari merkuri Waktu Nitrasi 0 menit Distilasi uap kira kira jam Rekristalisasi 0 menit Penghentian sementara Setelah pencucian asam nitrat, sebelum distilasi (simpan minyak dalam pendingin) Tingkat kesulitan Sedang

4 Analisis Hubungan temperatur-waktu pada tahap kerja dengan energi mikrowave nitrasi fenol dalam mikrowave mit Eisbad Kühlen T [ C] Energie [Watt ] wa k t u [ de t i k ] distilasi uap o-nitrofenol dalam mikrowave Temperatur [ C] Energie [W] 0 T [ C] Energie [Watt] Zeiz [sec] Pengamatan reaksi dengan GC Preparasi sampel: Sebelum dan setelah perlakuan dengan mikrowave, sampel diambil dari fasa minyak dan 0 mg sampel dilarutkan dalam ml diklorometana. µl dari larutan ini diinjeksikan.

5 Kondisi GC kolom: HP-; panjang 0 m, diameter internal 0, mm, film 0, µm inlet: Split injection 9: Gas pembawa: H, tekanan pra-kolom kpa oven: menit isoterm pada 0 C, kemudian 8 C/menit sampai 0 C detektor: 00 C Persen konsentrasi dihitung dari luas puncak GC campuran reaksi sebelum perlakuan dengan mikrowave Waktu retensi (menit) Senyawa Luas puncak %,0 p-benzokuinon, fenol 9, -nitrofenol 7, -nitrofenol 0 GC campuran reaksi setelah perlakuan dengan mikrowave Waktu retensi (menit) Senyawa Luas puncak %,0 p-benzokuinon 0, -nitrofenol 0 7,0 -nitrofenol

6 GC produk -nitrofenol setelah distilasi uap Waktu retensi (menit) Senyawa Luas puncak % 0, -nitrofenol > 99, GC produk -nitrofenol Waktu retensi (menit) Senyawa Luas puncak %, p-benzokuinon 0,,,-dinitrofenol, 7, -nitrofenol 98,

7 Spektrum H NMR produk -nitrofenol (00 MHz, CDCl ) NO δ Multiplisitas Jumlah H Keterangan 0,8 S O-H 8,0 dd, J, = 8, Hz J, =,7 Hz -H 7,8 dt, 7, ddd,,99 dt, J, = 8, Hz J, = 8, Hz J, =,7 Hz J, = 8, Hz J, =, Hz J, = 0, Hz J, = 8, Hz J, = 8, Hz J, =, Hz -H -H -H 7, pelarut 7

8 Spektrum C NMR produk -nitrofenol (00 MHz, CDCl ) δ Keterangan, C- 7, C-,7 C-, C- 0, C- 9,9 C- 7,-77, pelarut NO Spektrum C NMR produk -nitrofenol (00 MHz, aseton-d ) δ Keterangan, C-,7 C-,9 C-, C-, C-, C- 0, 0 pelarut NO 8

9 Spektrum H NMR produk -nitrofenol (00 MHz, aseton-d ) NO δ Multiplisitas Jumlah H Keterangan 9,80 s O-H 8, d (AA ) -H, -H 7,0 d (XX ) -H, -H,0 aseton, air 9

10 Spektrum IR produk -nitrofenol (KBr) 0,0 0,0 0, 9,0 9,70 9,99 0,0 07,0 78,,77 8, Egy 0, 78, 8, 0,0 078, 0, 9,8 9,8 0,0 8,8, 9,9 7,9 0,0 87,09,9 7,9,8 0, o-nitrophenol,90 7,00,7 7,9 0,9, 0,9,79 000, ,0 cm- (cm - ) Keterangan, 0 Ikatan O-H, berhimpit dengan ikatan C-H aromatis 0, 90 Ikatan C=C, aromatis 0, 0 Ikatan N=O, asimetri dan simetri. Spektrum IR produk -nitrofenol (KBr),,,,0 0,9 0,8 08,8 077,9 9,0 98,89 97,9 0, 88,7,0 Egy 0,7 7, 0, 0, 9, 99,07,88 0, 0, 0, 0,, p-nitrophenol 09, 9,9 0,09 90,78 9, 07,8 00,00 000, ,0 cm- 8,9 (cm - ) Keterangan Ikatan O-H, berhimpit dengan ikatan C-H aromatis 0, 90 Ikatan C=C, aromatis 9, 0 Ikatan N=O, asimetri dan simetri. 0