BAB
I
PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang
Dalam industri kimia dikenal berbagai
macam proses industri serta reaksi-reaksi yang menjadi metode dalam
menghasilkan barang jadi maupun setengah jadi. Reaksi – reaksi tersebut dapat
dilakukan dalam skala laboratorium maupun skala pabrik. Reaksi pada skala
laboratorium dapat dilakukan dalam volume kecil dan dengan alat laboratorium
sederhana , namun pada skala pabrik melibatkan kuantitas yang lebih besar dan
reaksi akan lebih kompleks.
Salah satu reaksi kimia dalam proses
industri kimia ialah Reaksi Sulfonasi. Reaksi ini melibatkan senyawa yang
mengandung sulfur atau belerang yaitu asam sulfat yang berkonsentrasi tinggi
atau pekat. Dalam makalah/paper ini, kami akan membahas teori tentang reaksi
sulfonasi. Di dalamnya mencakup pengertian sulfonasi, zat yang terlibat dalam
reaksi sulfonasi serta aplikasi reaksi sulfonasi.
Reaksi sulfonasi utamanya terjadi pada
senyawa aromatik benzene. Reaksi ini biasa terjadi pada tahap-tahap awal proses
industri yang memerlukan reksi ini. Reaksi ini banyak digunakan pada industri
deterjen. Selain pada industri deterjen, juga masih banyak industri lain yang
memerlukan reaksi sulfonasi.
B.
Rumusan
masalah
1. Apa
itu reaksi sulfonasi?
2. Apa
saja zat yang terlibat dalam reaksi sulfonasi?
3. Bagaimana
penggunaan reaksi sulfonasi?
C.
Tujuan
1. Mengetahui
pengertian reaksi sulfonasi.
2. Mengetahui
zat-zat yang terlibat pada reaksi sulfonasi.
3. Mengetahui
penggunaan reaksi sulfonasi dalam kehidupan dan
industri kimia.
BAB
II
ISI
2.
1 Pengertian Sulfonasi
Sulfonasi merupakan reaksi substitusi atom
H pada benzena oleh gugus sulfonat. Reaksi ini terjadi apabila benzena
dipanaskan dengan asam sulfat pekat sebagai pereaksi.
Dalam proses reaksi sulfonasi , melibatkan penggabungan gugus asam
sulfonat, -SO3H, ke dalam
suatu molekul ataupun ion, termasuk reaksi-reaksi yang melibatkan gugus
sulfonil halida ataupun garam-garam yang berasal dari gugus asam sulfonat,
misalnya penggabungan –SO2Cl ke dalam senyawa organik.
Istilah sulfonasi terutama digunakan untuk menyatakan reaksi-reaksi yang
menggunakan pereaksi sulfonasi yang umum seperti asam sulfat pekat, oleum, dan
pereaksi lainnya yang mengandung sulfur trioksida.
Sulfonasi senyawa aromatik merupakan salah satu jenis sulfonasi yang
paling penting. Sulfonasi tersebut dapat dilakukan dengan mereaksikan senyawa
aromatik dengan asam sulfat. Asam sulfat yang digunakan umumnya mengandung
sulfur trioksida (oleum). Sama halnya dengan nitrasi dan halogenasi, sulfonasi
senyawa aromatik adalah reaksi substitusi elektrofilik, tetapi merupakan reaksi
yang dapat balik (reversibel).
Untuk proses sulfonasi senyawa aromatik
yang lebih kompleks, temperatur dapat memberikan pengaruh, bukan hanya terhadap
laju reaksi, tetapi juga terhadap sifat dari produk yang dihasilkan. Sebagai
contoh, perubahan temperatur dalam sulfonasi naftalena menyebabkan perubahan
komposisi produk asam monosulfonat dari sekitar 95% alpha isomer pada
temperatur kamar menjadi 100% beta isomer pada 2000C.
II.2 Zat Dalam Sulfonasi
Dalam
reaksi sulfonasi terdapat zat-zat yang berperan sehingga reaksi terjadi.
Zat-zat tersebut dikelompokkan dalam dua bagian. Yaitu zat pensulfonasi dan zat
yang disulfonasi.
a.
Jenis zat pensulfonasi
Jenis
zat pensulfonasi antara lain :
1.
Persenyawaan SO3, termasuk didalamnya : SO3, H2SO4,
oleum
2.
Persenyawaan SO2.
3.
Senyawa sulfoalkilasi. Contohnya senyawa anionic yang berperan sebagai
surfaktan dalam proses pembuatan deterjen.
Zat
pensulfonasi yang paling efisien adalah SO3 karena hanya melibatkan
satu reaksi adisi secara langsung, contohnya:
RH + SO3 RSO3H
ROH + SO3 ROSO3H
SO3 yang banyak digunakan
adalah SO3 dalam bentuk hidrat (oleum atau asam sulfat pekat) karena
dengan SO3 hidrat, air akan bertindak murni sebagai pelarut.
b.
Jenis Zat yang disulfonasi
Sedangkan, zat-zat yang disulfonasi antara
lain: zat alifatik misalnya hidrokarbon jenuh, oleofin, alkohol, selulosa,
senyawa aromatis, dan lain-lain.
II.3 Penggunaan Reaksi
Sulfonasi
1.
Pembuatan asam
sulfanilat
Salah satu proses yang melibatkan reaksi sulfonasi yaitu pembuatan Asam
Sulfanilat. Kegunaan asam sulfanat ialah:
a. Dapat digunakan sibagai katalis
dalam industry
b. Dapat digunakan sebagai detergent
atau sebagai zat pengemulsi
c. Pestisida ( membunuh kuman)
d. Sebagai bahan dasar obat-obatan
e. Sebagai sumber obat-obatan sulfa
yang bersifat antibacterial agent.
f. Produksi metal ester sebagai
pengganti surfaktan deterjen.
g. Produksi metal ester sulfonat
h. Proses sulfonasi lignin menjadi NLS
Adapun proses pembuatannya yaitu :
A.
Skala Laboratorium
Asam sulfanilat dapat dibuat dari reaksi antara anilin dengan oleum
(asam sulfat pekat) pada suhu reaksi antara 180°C dan 195°C dengan produk
utamanya yaitu asam sulfanilat, sedangkan produk sampingnya yaitu air. Pada mulanya
produk yang dihasilkan larutan karena asam sulfanilat bersifat mudah larut maka
untuk mendapatkan kristalnya didinginkan.
Reaksinya sebagai berikut:
C6H5(NH2) + H2SO4
→ C6H4(NH2) SO3H + O
Atau:
|
|
+H2SO4 →
|
|
+ H2O
|
Produk alanilat ini merupakan
produk yang tidak tentu, di mana lewat pemanasan berlanjut akan menghasilkan
asam sulfanilat dan air
|
Secara komersial, asam sulfanilat dibuat dengan proses Baking. Dalam
proses ini, anilin dan asam sulfat pekat dimasukkan ke dalam ke dalam suatu
ketel besi tuang yang dilengkapi dengan kondensor refluks. Lalu dimasukkan
benzena sulfonat, dicampurkan dalam ketel besi.
Pengadukan dilakukan dalam suhu operasi 1500C, anilin dan air
yang keluar dalam ketel besi akan direflux oleh kondensor. Dua jam setelah
penambahan anilin (dari kondensor reflux), maka reaksi akan sempurna, dengan
hasil yaitu asam sulfanilat dengan konsentrasi 97%. Dengan kata lain Proses
Baking ini sangat cocok karena asam sulfanilat yang diperoleh cukup pekat dan
konversinya besar.
Kebaikan menggunakan proses baking
adalah:
-
Kondensor reflux digunakan untuk memanfaatkan kembali sisa anilin dan sulfat
agar tidak terbuang begitu saja.
-
Dilengkapi dengan propeller untuk kesempurnaan campuran.
-
Sirkulasi udara dapat diatur dengan cirkulating fan.
-
Dilengkapi dengan coil pemanas karena suhu diatur 100 – 150°C.
Keburukan menggunakan proses baking
adalah :
-
Temperatur harus tetap dijaga 150°C karena itu diperlukan pengawas.
-
Larutan asam sulfat bersifat korosif dapat merusak ketel.
-
Ketel harus dilengkapi pompa vakum untuk memisahkan air yang ikut terbentuk
selama reaksi.
Beberapa sifat asam sulfanilat:
A.
Sifat Fisika :
- Pada suhu kamar berbentuk kristal padat yang berwarna putih.
- Merupakan golongan asam yang sangat kuat.
- Memiliki sifat higroskopis yaitu mudah menyerap air untuk masuk ke dalam molekul-molekulnya.
- Berat molekul : 173,19
- Titik cair : 288°C
- Titik didih : 172-187°C
- Mudah larut dalam air panas dan pelarut polar lainnya
B. Sifat Kimia
- Asam sulfanilat dapat dihidrolisa menghasilkan asam sulfat dan anilin
NH2 SO3H + H2O
NH2 + H2SO4
Asam Sulfanilat
Air Anilin Asam Sulfat
2.
Dengan basa akan membentuk garam,
dan dapat bereaksi dengan asam nitrat menghasilkan p-nitro anilin
NH2 SO3H + HNO3
NH2 NO2 + H2SO4
Asam Sulfanilat As. Nitrat p-nitro Anilin As. Sulfat
3. Dapat bereaksi dengan amida
menghasilkan sulfanilamide
NH2 SO3H + R C NH2
SO3NH2 + RCOOHNH2
Asam
Sulfanilat Amida Sulfanilamide As. Karboksilat
Asam
sulfanilat sendiri pada dunia industri yang paling banyak adalah sebagai bahan
baku pembuatan obat-obatan dalam industri farmasi. Asam sulfanilat merupakan
sumber bahan obat-obatan sulfa yang bersifat sebagai antibacterial agen.
Pada
tahun 1935, Domagk, seorang peneliti dari Jerman, adalah orang pertama yang
meneliti nilai klinis dari protonsil yaitu suatu senyawa berwarna merah yang
berasal dari pewarna azo. Para-aminobenzensulfanilat merupakan bagian yang
efektif dari molekul protonsil. Senyawa ini disebut sebagai sulfanilat.
Sulfanilat merupakan senyawa yang pertama dari kelompoknya yang digunakan
secara meluas untuk percobaan klinis, dan ditemukan bahwa obat-obatan
sulfanilat memang efektif untuk pengobatan penyakit hemolitic streptococcal dan
infeksi staphylococcal. Dalam jangka waktu yang relatif singkat, obat-obatan
yang berhubungan dengan sulfanilat disintesa dan dilakukan juga percobaan
klinis. Obat-obat sintesa tersebut antara lain: sulfapyridine, sulfathiazole, sulfaguanidine,
sulfadiazine, dan sulfamerazine. Obat-obatan ini bekerja dengan menghambat
pertumbuhan bakteri bukan dengan membunuh organisme.
Walaupun
sejumlah efek samping dari penggunaan obat-obatan sulfanilat ditemukan,
sulfanilat memegang peranan yang penting dalam dunia pengobatan sebelum adanya
antibiotika. Dalam beberapa tahun belakangan, penggunaan obat-obatan yang
disebut sebagai obat sulfa tersebut telah hilang, tetapi untuk kasus-kasus
tertentu obat sulfa masih digunakan sebagai antimikroba. Unuk masa sekarang,
sulfanilat digunakan terutama untuk mengobati infeksi ringan pada saluran urin,
termasuk prostatitis yang disebabkan oleh bakteri E. Coli. Obat sulfa juga
pernah digunakan dalam pengobatan meningococcal meningitis dan disentri basil.
Namun, setelah beberapa tahun, ketahanan basil penyebab penyakit terhadap obat
pun meningkat sehingga obat menjadi kurang efektif.
Dalam
beberapa tahun terakhir, telah diproduksi obat sulfa yang baru, diantaranya:
trimethoprim-sulfamethoxazol. Obat ini telah meperluas pengobatan terhadap
infeksi saluran urin yang berasal dari klebsiella, enterobacter dan proteus,
selain E. Coli. Obat ini juga digunakan untuk pengobatan penyakit otitis akut
pada anak-anak.
Sifat-sifat
senyawa sulfanilat (bekerja secara cepat, dapat sinergis dengan kebanyakan
obat-obatan, penyerapan yang sedikit, dan efektifitas lainnya) sangat
bermanfaat. Sulfanilat efektif (yang bekerja secara cepat) meliputi
sulfisoxazole, sulfadiazine, dan trisulfapyrimidine. Sedangkan sulfanilat
menengah yang banyak digunakan adalah sulfamethoxazole.
Efek
samping dari penggunaan sulfanilat diantaranya: dapat menimbulkan
hiper-sensitivitas yang disebut ‘drug fever’, rasa mual dan muntah. Hal ini
dapat terjadi akibat frekuensi pemakaian sulfanilat yang berlebih. Obat-obatan
sulfa biasanya jug dapat menyebabkan anemia hemolitik, dan kernicterus (pada
bayi) melalui air susu ibunya yang mengkonsumsi obat sulfa tersebut.
2.
Reaksi asam sulfat pekat dengan
alkohol
Reaksi sulfonasi antara asam sulfat pekat dengan
alkohol dapat menghasilkan ester sulfat monoalkil atau dialkil. Misalnya :
metil
hidrogen dimetil sulfat metil etil sulfat
sulfat
secara singkat reaksi sulfonasi antara alkohol dan
asam sulfat adalah sebagai berikut:
ROH + H2SO4 ROSO3H
+ H2O
alkohol asam sulfat alkil hidrogen sulfat
3.
Reaksi Sulfonasi pada pembuatan MES (
Metil Ester Sulfonat)
Surfaktan (surface acting agent) merupakan senyawa
organik yang dalam molekulnya memiliki sedikitnya satu gugus hidrofilik dan
satu gugus hidrofobik. Apabila ditambahkan ke suatu cairan pada konsentrasi
rendah, maka dapat mengubah karakteristik tegangan permukaan dan antarmuka
cairan tersebut. Antarmuka adalah bagian dimana dua fasa saling bertemu/kontak.
Permukaan yaitu antarmuka dimana satu fasa kontak dengan gas, biasanya udara.
Saat ini surfaktan deterjen masih
didominasi oleh produk turunan petrokimia yang bernama Linier Alkyl Benzene
Sulfonat (LABS). Semakin tingginya harga minyak bumi dunia membuat
beberapa pabrikan deterjen di Amerika dan Jepang sudah mulai menggunakan metil
ester sulfonat (MES) berbasis minyak nabati. Beberapa produsen oleochemical
bahkan pabrik biodiesel (metil ester) sudah memasang unit sulfonasi untuk
bisa paralel membuat metil ester atau terus ke MES untuk bahan deterjen.MES memiliki beberapa kelebihan dibandingkan surfaktan lainnya, yaitu antara lain kemampuan penyabunan yang baik; terutama yang berasal dari C16 dan C18 (dari minyak kelapa), toleransi yang baik terhadap kesadahan air, bersinergi baik dengan sabun (sebagai zat aditif sabun), daya larut dalam air yang baik, lembut dan tidak iritasi pada kulit, dan memiliki karakteristik biodegradasi yang baik.
Produksi metil ester sulfonat dalam skala industri terdiri dari 4
(empat) tahap yaitu tahap sulfonasi, tahap pemucatan, tahap netralisasi, dan
tahap pengeringan.
a. Tahap Sulfonasi
MES diproduksi melalui proses sulfonasi metil ester dengan campuran SO3/udara. Reaksi pengontakkan SO3 dan bahan organik terjadi di dalam suatu falling film reactor. Gas dan organik mengalir di dalam tube secara co-current dari bagian atas reaktor pada temperatur 45oC dan keluar reaktor pada temperatur sekitar 30oC. Proses pendinginan dilakukan dengan air pendingin yang berasal dari cooling tower. Air pendingin ini mengalir pada bagian shell dari reaktor. Hal ini bertujuan untuk menjaga kestabilan temperatur reaksi akibat reaksi eksoterm yang berlangsung di dalam reaktor.
MES diproduksi melalui proses sulfonasi metil ester dengan campuran SO3/udara. Reaksi pengontakkan SO3 dan bahan organik terjadi di dalam suatu falling film reactor. Gas dan organik mengalir di dalam tube secara co-current dari bagian atas reaktor pada temperatur 45oC dan keluar reaktor pada temperatur sekitar 30oC. Proses pendinginan dilakukan dengan air pendingin yang berasal dari cooling tower. Air pendingin ini mengalir pada bagian shell dari reaktor. Hal ini bertujuan untuk menjaga kestabilan temperatur reaksi akibat reaksi eksoterm yang berlangsung di dalam reaktor.
Agar
campuran MESA mencapai waktu yang tepat dalam reaksi sulfonasi yang sempurna,
MESA harus dilewatkan kedalam digester yang memilki temperature konstan
(~80oC) selama kurang lebih satu jam. Efek samping dari MESA
digestion adalah penggelapan warna campuran asam sulfonat secara signifikan.
Sementara itu, gas-gas yang meninggalkan reaktor menuju sistem pembersihan gas
buangan (waste gas cleaning system).
b. Tahap Pemucatan (Bleaching)
Untuk mengurangi warna sampai sesuai dengan spesifikasi, digested MESA harus diukur didalam sistem kontinu acid bleaching, dimana dicampurkan dengan laju alir metanol yang terkontrol dan hidrogen peroksida sesudahnya. Reaksi bleaching lalu dilanjutkan dengan metanol reflux dan pengontrolan temperatur yang presisi.
Untuk mengurangi warna sampai sesuai dengan spesifikasi, digested MESA harus diukur didalam sistem kontinu acid bleaching, dimana dicampurkan dengan laju alir metanol yang terkontrol dan hidrogen peroksida sesudahnya. Reaksi bleaching lalu dilanjutkan dengan metanol reflux dan pengontrolan temperatur yang presisi.
c. Tahap Netralisasi
Acid ester yang terbentuk dalam proses sulfonasi bersifat tidak stabil dan mudah terhidrolisis. Oleh karena itu, pencampuran yang sempurna antara asam sulfonat dan aliran basa dibutuhkan dalam proses netralisasi untuk mencegah lokalisasi kenaikan pH dan temperatur yang dapat mengakibatkan reaksi hidrolisis yang berlebih. Neutralizer beroperasi secara kontinu, mempertahankan komposisi dan pH dari pasta secara otomatis.
Acid ester yang terbentuk dalam proses sulfonasi bersifat tidak stabil dan mudah terhidrolisis. Oleh karena itu, pencampuran yang sempurna antara asam sulfonat dan aliran basa dibutuhkan dalam proses netralisasi untuk mencegah lokalisasi kenaikan pH dan temperatur yang dapat mengakibatkan reaksi hidrolisis yang berlebih. Neutralizer beroperasi secara kontinu, mempertahankan komposisi dan pH dari pasta secara otomatis.
d. Tahap Pengeringan
Selanjutnya, pasta netral MES dilewatkan ke dalam sistem TurboTubeTM Dryer dimana metanol dan air proses yang berlebih dipisahkan untuk menghasilkan pasta terkonsentrasi atau produk granula kering MES, dimana produk ini tergantung pada berat molekul MES dan target aplikasi produk. Langkah akhir adalah merumuskan dan menyiapkan produk MES dalam komposisi akhir, baik itu dalam bentuk cair, batangan semi-padat atau granula padat, dengan menggunakan teknologi yang tepat.
Selanjutnya, pasta netral MES dilewatkan ke dalam sistem TurboTubeTM Dryer dimana metanol dan air proses yang berlebih dipisahkan untuk menghasilkan pasta terkonsentrasi atau produk granula kering MES, dimana produk ini tergantung pada berat molekul MES dan target aplikasi produk. Langkah akhir adalah merumuskan dan menyiapkan produk MES dalam komposisi akhir, baik itu dalam bentuk cair, batangan semi-padat atau granula padat, dengan menggunakan teknologi yang tepat.