Hak Cipta Dilindungi Undang-undang OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2015 CALON PESERTA INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD (IChO) 2016 Yogyakarta, DI Yogyakarta 18 24 Mei 2015 Kimia Soal Praktikum B Waktu: 120 menit KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH ATAS 2015
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 dalamkotakdi 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 atasmeja 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!! OSN_2015 Page ii
OSN_2015 Page iii
B. Beberapa Reaksi Transformasi Gugus Fungsi pada Vanilin I. Pendahuluan Vanilin 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 precursor 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 OSN_2015 Page 1
II. Bahan Kimia dan Reagen Vanilin (2 bungkus alumunium foil @ 0,5 g) NaBH 4 (1 bungkus alumunium 0,1 g) Anhidrida Asam Asetat Etanol 96 % Larutan HCl 2,5 M Larutan NaOH 2,5 M Larutan NaOH 1 M Larutan NaOH 10% Akuades Butiran/pecahan es (diambil di tempat peralatan yang dipakai bersama) Eluen (larutan pengembang) n-heksana : etilasetat = 2 : 1 Peralatan dan kelengkapan percobaan Labu Erlenmeyer 50 ml (2 buah) Labu Erlenmeyer 100 ml (2 buah) Gelas kimia 100 ml berisi kertas saring untuk wadah pengembang KLT (1 buah) Gelas kimia 100 ml tanpa kertas saring ( 1 buah) Gelas ukur 5 ml (1 buah) Gelas ukur 10 ml (1 buah) Kaca arloji (2 buah) Pipet tetes (2 buah) Batang pengaduk kaca (2 buah) Penangas es (2 buah) Botol semprot (1 buah) Corong penyaring (1 buah) Kertas tissue (1 gulung) Di dalam plastik klip tersedia: Pipa kapiler untuk penotol KLT (3 buah) Pelat KLT ukuran 4x7cm (1 buah) Parafilm untuk penutup erlenmeyer (1 lembar) Kertas saring (2 lembar) Alumunium foil (2 lembar) Label stiker Peralatan bersama Neraca Penampung limbah Lampu UV OSN_2015 Page 2
III. Prosedur Transformasi I : Reduksi Vanilin menjadi Vanilil Alkohol Larutkan sekitar 0,5 g (3,29 mmol) vanillin dalam 2,5 ml larutan NaOH 1M dalam labu Erlenmeyer 50mL. Goyangkan labu untuk membentuk larutan homogen berwarna kuning. Dinginkan labu dalam penangas es (suhu antara 10 15 o C). Tambahkan kedalam larutan di dalam labu tersebut sebanyak 0,1g (2,63 mmol) NaBH 4 sambil terus digoyang labunya selama 3 menit. 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 kedalam penangas es dan tambahkan tetes demi tetes larutan HCl 2,5M 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 (kurang lebih 15 menit). Saring kristal produk menggunakan kertas saring yang sudah ditimbang sebelumnya. Cuci kristal dengan 3 x 1 ml (20 tetes) air dingin. Keringkan produk di atas kertas saring 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 : etilasetat = 2 :1. Transformasi II: Esterifikasi Vanilin menjadi Vanilil Asetat Larutkan 0,5 g (3,29 mmol) vanillin dengan 7 ml larutan NaOH 10% di dalam labu Erlenmeyer 50 ml. Tambahkan kedalam larutan tersebut 8 g butiran es (ditimbang menggunakan kaca arloji) dan 1,191 g (1,1 ml/ 22 tetes) anhidrida asam asetat. Tutup labu dengan kertas parafilm goyangkan labu untuk mencampurkan reaksi beberapa kali 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 10 x 1mL (10 x 20 tetes) 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 : etilasetat = 2 :1. OSN_2015 Page 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 tiga (3) titik yang berbeda, yaitu vanillin, produk I selanjutnya produk II, lalu diamkan kurang lebih 2 menit di udara terbuka. 3. Masukkan 10 ml larutan pengembang (eluen) yang telah disediakan ke dalam gelas kimia100 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 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 dibawah lampu UV (catatan: minta bantuan petugas untuk melakukan hal ini) dan tandai noda yang teramati dengan pensil. 7. Tentukannilai R f masing masing dan temple hasil KLT saudara pada lembar kerja. Nilai R f adalah retardation factor atau nilai ratio-to-front yang diekspresikan sebagai fraksi desimal (lihat Gambar 3). OSN_2015 Page 4
Jarak yang ditempuh sampel Jarak noda daribatas bawah R f = = Jarak yang ditempuhpelarut Jarak tempuhpelarut daribatas bawah (Persamaan 1) Gambar 3 Cara penentuan nilai Rf Tugas dan Pertanyaan (100 poin). (Jawab di Lembar pengamatan dan Jawaban) 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) rendemen/hasil yang diperoleh pada percobaan % Rendemen/hasil = x100 rendemen/hasil berdasarkan perhitungan (teoritis) 4. Tentukan nilai R f hasil KLT dan tempelkan hasil KLT Anda pada lembar kerja.(30 poin) 5. Tuliskan mekanisme reaksi transformasi berikut dan gambarkan struktur produk masingmasing transformasi: (15 poin) a. Reduksi vanillin oleh NaBH 4 menjadivanililalkohol. (5 poin) b. Reaksi brominasi vanillin menjadi 5-bromovanilin. (5 poin) c. Esterifikasi vanillin menjadivanililasetat. (5 poin) OSN_2015 Page 5
Pustaka Mayo, D.W., Pike, R.M., Forbes, D.C. (2011), Microscale Organic Laboratory: with Multistep and Multiscale Synthesis, 5 th 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 showingvarious Biological activities,international Journal of PharmTech Research, 4(1), pp 266-279, CODEN (USA): IJPRIF ISSN : 0974-43044(1), pp 266-279, CODEN (USA): IJPR IF ISSN : 0974-4304 OSN_2015 Page 6