Reaksi Sulfonasi

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:

	SO3H

 

+H2SO4 →

NH2

+   H2O

Produk alanilat ini merupakan produk yang tidak tentu, di mana lewat pemanasan berlanjut akan menghasilkan asam sulfanilat dan air

      B. Skala Industri

     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 :

1. Pada suhu kamar berbentuk kristal padat yang berwarna putih.
2. Merupakan golongan asam yang sangat kuat.
3. Memiliki sifat higroskopis yaitu mudah menyerap air untuk masuk ke dalam molekul-molekulnya.
4. Berat molekul : 173,19
5. Titik cair : 288°C
6. Titik didih : 172-187°C
7. Mudah larut dalam air panas dan pelarut polar lainnya

B. Sifat Kimia

1. 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

contoh:

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 45^oC dan keluar reaktor pada temperatur sekitar 30^oC. 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 (~80^oC) 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.

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.

d.      Tahap Pengeringan
     Selanjutnya, pasta netral MES dilewatkan ke dalam sistem TurboTube^TM 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.