OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2010 Medan, 1-7 Agustus 2010
BIDANG KIMIA
Ujian Praktikum KIMIA ORGANIK Waktu 150 menit
Kementerian Pendidikan Nasional Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Atas
2010
EKTRAKSI KAFEIN DARI MINUMAN BERKAFEIN
I. Pendahuluan Kafein merupakan senyawa alkaloida, yang banyak terkandung di dalam bahan alam, seperti dalam teh, kopi, tanaman cola serta dalam jumlah sedikit terkandung juga dalam coklat . kafein dikonsumsi secara tidak langsung dalam minuman sebagai bahan penyegar bersama-sama dengan bahan organik lainnya sebagai komponen rasa dan aroma. Kafein dapat merangsang kerja sistem pernafasan, jantung, sistem pusat syaraf dan merupakan diuretik (meningkatkan pembuangan air seni/urin). Oleh karena itu, kafein dapat menghilangkan kegundahan hati dan insomnia (kesulitan tidur). Sebagaimana banyak obatobatan yang mengandung kafein,teh, kopi dan minuman berkafein dapat saja menjadikan si peminumnya kecanduan (addict). Ekstraksi merupakan salah satu tehnik pemisahan yang melibatkan proses pemindahan satu atau lebih senyawa dari satu fasa ke fasa lain yang berlangsung berdasarkan prinsip kelarutan. Kelarutan suatu senyawa dalam suatu pelarut dapat dinyatakan sebagai jumlah gram zat terlarut dalam sujumlah tertentu larutan pada suhu tertentu. Salah satu faktor penting yang mempengaruhi kelarutan suatu zat adalah sifat kepolaran masing-masing zat. Kafein termasuk senyawa basa organik yang mempunyai rumus kimia C8H10N4O2 merupakan kristal putih dengan titik leleh/sublimasi :238°C. Kafein meskipun larut dalam air (2 g/100 g ) , namun lebih larut dalam pelarut organik seperti diklorometana (14 g/100g) sehingga kafein dapat diekstraksi dari suatu minuman dengan diklorometana melalui metode partisi cair-cair.
II. Alat dan Bahan -
Corong pisah 250 mL Ring stand Batang pengaduk Corong kaca Gelas piala/gelas beaker 100 mL Pipet tetes Gelas ukur 5,10 dan 25 mL Erlenmeyer 100 mL Penjepit kayu Kaca arloji Kertas saring Alumunium foil
-
Lampu UV Sampel minuman berkafein Pemanas listrik ( hotplate) Diklorometana 50 mL Larutan NaCl Jenuh 25 mL Aseton 5 mL n- heksana Na2SO4 Anhidrat Plat KLT Larutan pengembang ( Eluen) Pipa kapiler untuk penotolan Kertas tissue
III. Cara Kerja A. Ekstraksi 1. Ke dalam corong pisah, masukkan 100 mL sampel minuman berkafein yang telah disediakan dan kemudian tambahkan 10 mL Diklorometana. Kocok secara pelan
2.
3.
4.
5.
6.
7.
campuran tersebut selama 3 menit (pastikan tutupnya dalam keadaan ditahan oleh jari), sambil sekali-kali tutupnya dibuka untuk melepaskan tekanan udara yang terbentuk. Corong pisah di letakkan dalam keadaan tegak pada ring stand sambil dibuka tutupnya, biarkan sampai terjadi pemisahan sempurna antara fasa air dan fasa organik. Selanjutnya larutan Diklorometana dipisahkan dan ditampung pada gelas piala 100 mL dengan cara membuka kran bawah secara pelan-pelan sampai batas. Ulangi langkah pertama dan kedua pada proses ekstraksi ini sebanyak 3x dan kumpulkan menjadi satu larutan dikolrometana hasil ektraksi pada gelas piala yang telah berisi larutan Diklorometana hasil ekstraksi yang pertama. Setelah proses ektraksi selesai buang larutan yang ada di corong pisah lalu corong pisah dibilas menggunakan 10 mL diklorometana. Larutan Diklorometana hasil ektraksi dalam piala gelas dimasukkan kembali ke dalam corong pisah yang sudah kosong tersebut lalu tambahkan 25 mL larutan NaCl jenuh. Kocok secara pelan corong pisah selam 1 menit dan kembali disimpan dengan posisi tegak pada ring stand dan biarkan sampai terjadi pemisahan sempurna antara fasa air dan fasa organik. Larutan Diklorometana disaring ke dalam erlenmeyer 100 mL dengan menggunakan corong kaca yang telah dilengkapi kertas saring dan 3 g Na2SO4 Anhidrat (sudah disediakan). Buka pelan-pelan kran bawah untuk mengalirkan diklorometana melalui corong masuk ke dalam erlenmeyer.(Pastikan tutup corong pisah dibuka selama kran bawah dibuka). Larutan diklorometana yang telah tertampung dalam erlemeyer dipindahkan ke dalam piala gelas 100 mL yang telah diketahui bobotnya lalu uapkan diatas hotplate dengan suhu rendah sampai kering (titik didih diklorometana 40°C) .Bila mungkin lakukan diruang asam. Produk kristal /padatan yang didapat diamati bentuk dan warnanya dan ditentukan beratnya.
B. Rekristalisasi 1. Ke dalam gelas piala 100 mL yang berisi padatan/kristal kafein hasil penguapan ditambahkan 10 mL aseton, goyang-goyang gelas piala sampai seluruh padatan/kristal larut lalu panaskan di atas hotplate. 2. Dalam keadaan panas tambahkan 1 pipet penuh n-heksana sampai terbentuk kekeruhan lalu dinginkan campuran larutan hingga suhu kamar/ruang. 3. Biarkan larutan sampai pembentukan kristal sempurna ± 10-15 menit (gores bagian dasar piala gelas dengan pengaduk kaca untuk memperoleh kristal dengan pertumbuhan inti). 4. Pindahkan kristal yang diperoleh ke kertas saring yang telah diketahui bobotnya. 5. Tempatkan kertas saring pada kaca arloji dan biarkan kertas saring yang berisi kristal kafein tersebut mengering pada suhu ruang/kamar (3 menit). Amati dan tentukan bobotnya.
C. Kromatografi Lapisan Tipis (KLT/TLC)
1. Dengan menggunakan kaca arloji, larutkan sedikit kafein standart yang telah disediakan dengan 10 tetes diklorometana dan dalam kaca arloji yang lain, ambil sedikit kristal kafein yang saudara dapat/hasilkan pada percobaan ini, dan larutkan pula dengan 10 tetes diklorometana. 2. Siapkan sebuah pelat KLT dari Aluminium yang telah disediakan, dan dengan menggunakan pipa kapiler, totolkan larutan kafein standart pada titik A dan larutan kafein hasil percobaan pada titik B. 3. Masukkan 5 mL larutan pengembang (eluen) yang telah disediakan ke dalam gelas piala 100 mL lalu letakkan pelat KLT yang ditotol dengan kafein pada posisi tegak agak dimiringkan, seperti terlihat pada gambar, dan kemudian tutup bagian terbuka dari gelas piala dengan aluminium foil. 4. Biarkan proses elusi terjadi sampai batas eluen kira-kira mencapai 0,5 cm sebelum mencapai ujung KLT dan segera angkat plat KLT dari gelas piala dan tandai batas akhir eluen dengan menggunakan pensil. 5. Amati noda ( kromatogram) di bawah lampu UV lalu tandai bercak yang terbentuk menggunakan pensil dan tentukan nilai Rf ( faktor retensi) masing-masing noda. 6. Catat Rf yang anda peroleh dan ambil kesimpulan dari perhitungan kedua Rf tersebut. 7. Tempelkan plat KLT hasil elusi anda di lembar pengamatan.
Rf
=
Jarak yang ditempuh sampel Jarak yang ditempuh pelarut
=
Jarak tempuh noda dari batas bawah Jarak tempuh pelarut dari batas bawah
Tutup alumunium foil
Piala Gelas
A
B
Jarak tempuh pelarut
E Rf = C/E untuk zat A
Plat KLT
D Rf = D/E untuk zat B C
Pelarut / Eluen
Gambar 1 : Cara proses elusi
Gambar 2 : Cara Penentuan nilai Rf
Mohon Perhatian : -
Catat seluruh pengamatan proses ektraksi kafein dan hasil perhitungan saudara di Lembar Pengamatan dan tempelkan pelat KLT hasi kerja saudara. Buang semua larutan limbah cair bekas praktikum kedalam botol pembuangan yang telah disediakan. Cuci bersih dan keringkan kembali seluruh peralatan percobaan yang saudara gunakan dan letakkan kembali pada tempatnya semula.
IV. Tugas dan Pertanyaan 1. Struktur kafein adalah C8H10N4O2, ada berapa derajat indek kekurangan hidrogen dari kafein tersebut? 2. Jika kafein dianalisis dengan spektrofotometer IR, pada bilangan gelombang berapakah puncak serapan dari gugus Nitrogen? 3. Tuliskan rumus kimia Diklorometana! 4. Dari struktur molekulnya, jelaskan mengapa kelarutan kafein di dalam diklorometana lebih besar daripada kelarutan kafein di dalam air ? 5. Bagaimana pendapat saudara, apakah sebaiknya ekstraksi dilakukan sekali saja dalam jumlah volume pelarut yang besar atau ekstraksi dilakukan berulangkali dengan jumlah akhir volume pelarut sama dengan pelarut yang digunakan pada ektraksi sekali saja?Jelaskan pendapat saudara! 6. Karena kafein termasuk senyawa alkloida, yaitu senyawa yang mengandung unsur Nitrogen (N), maka sebetulnya kafein juga dapat diekstraksi dengan larutan asam atau basa, jelaskan jawaban saudara! 7. Menurut saudara, apakah maksud pelaksanaan kromatografi lapisan tipis (KLT) pada percobaan ini dan mengapa harus dilakukan perbandingan dengan kafein standart? 8. Dalam proses ekstraksi kafein yang telah anda lakukan, apakah fungsi dari penambahan natrium sulfat anhidrat ! 9. Jelaskan menurut pendapat saudara, mengapa perlu dilakukan rekristalisasi pada proses ektraksi kafein ini? 10. Mengapa pada proses rekristalisasi diunakan dua sistem pelarut yang pada umumnya berbeda kepolarannya, sebagai contoh pada percobaan digunakan aseton dan n-heksana.
LEMBAR PENGAMATAN DAN JAWABAN
Uraian
Data Pengamatan dan Jawaban
I. Ekstraksi Larutan sampel + diklorometana
: ............................................................
Hasil ekstraksi + NaCl Jenuh
: ............................................................
Hasil ekstraksi sebelum penguapan
: ............................................................
Hasil ektraksi setelah penguapan
: ............................................................
Bobot produk hasil ekstraksi
: ........................................................... gram
II. Rekristalisasi Produk + aseton
Sebelum pemanasan
: ............................................................
Setelah pemanasan
: ............................................................
Produk + aseton panas + n- heksan
Sebelum didinginkan
: ............................................................
Setelah didinginkan
: ............................................................
Kristal yang terbentuk
Warna
Bentuk
Bobot
Sebelum rekristalisasi
..................... gram
Setelah rekristalisasi
..................... gram
III. KLT Plat KLT Hasil elusi Tempel disini ..!
Rf Kafein standar
: ……….
cm
Rf produk
: ……….
cm
Kesimpulan: ....................................................................................... .......................................................................................
IV. Jawaban Pertanyaan 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
