Tanaman padi adalah tumbuhan yang tergolong tanaman air dan dapat tumbuh di tanah yang terus-menerus digenangi air, baik penggenangan itu terjadi secara alami seperti tanah rawa-rawa, maupun…Full description
berisi tentang materi strukbar 1Deskripsi lengkap
sulfoDeskripsi lengkap
sulfonasi klmpk 7Deskripsi lengkap
TA BAB 11Full description
hjhfgFull description
Ini merupakan translatean termodinamika
zat cair
BAB XI SULFONASI & SULFATASI 11.1 Pendahuluan
Sulfonasi adalah reaksi memasukan gugus sulfonic acid (-SO 2OH) atau sulfonil halida (-SO2Cl) pada senyawa organik sebagai bahan baku. ugus tersebut bisa terikat pada atom C membentuk produk sulfonat !H " SO# !SO#H ($$.$) !H " H2SO% !SO#H " H2O ($$.2) !H " ClSO#H !SO#H " HCl ($$.#) ugu uguss terse tersebu butt bisa bisa teri terika katt pada pada atom atom & memb memben entu tuk k prod produk uk &- sulf sulfon onat at'' sulfamates (!&HSO2O&a) Sulfatasi Sulfatasi adalah adalah reaksi memasuk memasukkan kan gugus gugus OSO2OH pada atom membentuk acid sulfate (!OSO2OH) OH) atau atau memasu memasukka kkan n gugus gugus SO%-an SO%-antar taraa dua atom atom C membentuk !-OSO 2O! (CH#)2O " SO# (CH#)2SO% ($$.%) dimetil eter dimetil sulfate !OH " ClSO#H !OSO2OH " HCl HCl ($$.*) +lkohol alkohol sulfate +plikasi sulfonates , sulfates Sulfonates biasanya Sulfonates biasanya digunakan dalam bentuk asam atau garamnya. ndustri yang mengaplika mengaplikasikan sikan proses proses sulfonasi sulfonasi cukup cukup luas terutama industri industri kertas dengan produk utama yang dihasilkan adalah lignin sulfonate. (dodecyl benzene sulfonate . /etergent (dodecyl sulfonate) sulfonate) dihasilkan dengan cara menggabungkan gugus aktif -SO 2OH- sebagai kutub kutub polar hidrofilik hidrofilik dengan dengan senyawa senyawa organik organik rantai pan0ang pan0ang sebagai sebagai kutub kutub non polar hidrofobik.Toluenesulfonic hidrofobik.Toluenesulfonic acid digunakan digunakan sebagai katalis katalis phenolsulfonic acid digunakan digunakan sebagai bahan aditif pada proses elektroplating. Aromatic sulfonil chlorides chlorides -!SO2Cl- digunakan sebagai bahan baku pembuatan sulfoamides sulfoamides seperti obat-obatan sulfa 1at pewarna tekstil 1at penyamak kulit plasticizers plasticizers pemani pemaniss buatan buatan sakarin sakarin dan sulfonate ester (insektisida).Herbisida pemanis buatan dan antikoagulan darah merupakan 0enis Sulfamates. Sulfamates. 11.2 Tipe-tipe Proses Sulonasi a. Sulfochlorination memasukan SO 2Cl pada alkana dengan agent SO 2 "Cl !H " SO2 "C "Cl !SO2Cl "HCl ($$.) Sulfonil chloride bahan baku detergent b.Sulfooksidation memasukkan SO2 " O2 !H " SO2 " O2 " (CH#CO)2O!SO2OOCOCH# "CH#COOH ($$.3) !SO2OOCOCH # " SO2 " 2H2O !SO2OH " CH #COOH ($$.4)
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - $
c. Halo sulfonation reaksi antara halosulfonic acid ClSO#H atau 6SO#H dengan aromatik atau senyawa hetero siklik untuk memasukan gugus SO 2Cl atau SO26. !H " ClSO#H !SO#H " HCl ($$.7) !SO#H " ClSO#H !SO2Cl " H2SO% ($$.$8) d.Sulfoalkylation memasukan gugus sulfoalkyl ke senyawa hk berberat molekul besar (polimer obat-obatan bahan pencelup) sehingga mudah larut dalam air. Contoh sulfomethalation anilin CH* &H2 " HOCH2SO# &a CH* &HCH2SO# &a " H2O ($$.$$) anilin formaldehid bisulfite 6ormaldehid bisulfite adalah produk sulfonasi yang memiliki $-# atom karbon dan fungsionil yang reaktif (hidroksil amino chlorine , aldehid). 11.! Sulfonating & Sulfating Agents
$. sulfur trio9ida a. SO# Oleum concentrated sulfuruc acid banyak di gunakan b. Chlorosulfonic acid (SO# " HCl) 2. sulfur dio9ida a. SO2 " Cl2 b. SO2 " O2 c. SO2 " H2O #. sulfoalkilating agents sulfonates a. sulfoalkylating agents - amino ethane sulfonates H2 & CH2 CH2SO#H - hidroksi ethane sulfonates HO CH2 CH2SO#H b. sulfomethylating agent hidro9y dan amino methane sulfonates
paling
11." Sulur Trio#sida se$a%ai Sulonatin% dan Sulatin% A%ents
+da tiga bentuk dari sulfur trioksida sebagai sulfonating dan sulfating agents adalah SO# Oleum dan H2SO% pekat. :iga bentuk tersebut memiliki kedekatan sifat dan paling banyak digunakan di industri. SO # adalah sulfonating'sulfating agent yang paling efisien merupakan polimer dengan struktur SO2 O
O SO2
O SO2 ;entuk <
O
:race moisture O
S O
O O
S O
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - 2
SO# memiliki karakteristik padat pada temperatur kamar memiliki afinitas terhadap air sangat tinggi dan sulit untuk tetap pada senyawa bentuk SO# tetapi selalu berada dalam bentuk hidratnya.SO # hidrate terurai men0adi SO # " H2O pada temperatur %*8o C. !eaksi sulfonasi dengan sulfonating agents SO # adalah !H " SO# !SO#H ($$.$2) SO# hidrate memiliki 2 bentuk yaitu oleum dan H 2SO% pekat dapat di0elaskan dengan komposisi berikut =onohidrate SO#. H2O $88> H2SO% /ihidrate SO#. 2H2O 4%*> H 2SO% ?yrosulfuric acid 2SO#. H2O %*> oleum acid SO# merupakan spesies reaktif dalam oleum dan asam sulfat pekat. =akin tinggi kandungan air makin rendah kekuatannya . ?erbandingan proses sulfonasi dengan menggunakan agent H 2SO% dan Oleum ditun0ukkan pada :abel $#.$. Ta$el 11.1 Per$andin%an proses sulonasi den%an en%%una#an agent '2SO" dan Oleu ()ro%%ins* 1+, 6aktor @a0u reaksi
:ahap reaksi Sisa asam Akuran reaktor
H2SO% @ambat =embutuhkan panas untuk menyempurnakan reaksi Sebagian ;erarti ;erarti
Biskositas campuran reaksi
!endah
elarutan dalam pelarut organik halogen
Sangat rendah
?anas reaksi
Oleum Cepat sekali Sangat eksotermis Sempurna :idak ada =inimum :inggi pada beberapa kasus @arut
?ersamaan reaksi sulfonasi senyawa aromatik !H keseluruhan 0ika menggunakan agent oleum adalah H2SO% !H " SO#
!SO#H " H2SO% ($$.$#)
inetika reaksi sulfonasi 0ika menggunakan agent oleum adalah !ate D k 2 E+rHFESO#F ecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi bahan baku (+rH) dan konsentrasi SO#. Sedangkan persamaan reaksi sulfonasi senyawa aromatik 0ika menggunakan agent concentrated sulfuric acid (H2SO% pekat) adalah !H " H2SO% !SO#H " H2O ($$.$%)
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - #
inetika reaksi sulfonasi pada pemakaian agent concentrated sulfuric acid (H2SO% pekat) adalah !ate D k 2 E+rHF'EwF2 arena dihasilkan H2O di akhir proses maka kecepatan reaksi berbanding terbalik dengan kuadrat konsentrasi air sehingga kecepatan reaksi akan berkurang secara berarti.
11." /e#anise 0ea#si Sulonasi
!eaksi sulfonasi merupakan reaksi substitusi elektrofilik. =ekanisme reaksi sulfonasi untuk ben1ene dengan oleum sebagai sulfonating agent ditun0ukan pada reaksi di bawah ini. SO#-
O
-S "
S
"S
H
O H
O efektrofil
Gfektrofil akan menyerang elektron pi
#
SO H
H" +
SO#-
OH "
O
S
O
"
OH
OH H-O"
S
O
OH
=enerima proton dari + SO#H " H2SO%
ika digunakan H 2SO% pekat mengikuti reaksi !H " H2SO% !SO#H " H2O akan dihasilkan air !eaksi sulfonasi merupakan reaksi reversibel atau bolak balik namun pada temperatur rendah bersifat irreversibel karena reaksi desulfonasi ber0alan sangat Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - %
lambat. !eaksi sulfonasi sangat bergantung pada reaktifitas senyawa aromatis dan sifat dari senyawa elektrofilik yang diturunkan dari H 2SO% (asam sulfat) atau SO# (sulfur trioksida). =ekanisme reaksi sulfonasi dengan sulfonating agent concentrated H2SO% diawali dengan pembentukan elektrofilik (SO #). ?ada tahap ini ter0adi penguraian asam sulfat. ($$.$*) ?ada tahap selan0utnya ter0adi proses penyerangan senyawa naftalen oleh elektrofilik yang terbentuk .
!eaksi secara keseluruhan
($$.$)
11., Sulonasi den%an Sulonatin% A%ent '2SO"
6aktor-faktor yang mempengaruhi proses Sulfonasi a.onsentrasi SO# pada Sulfonating Agent dalam reaktor ?roses sulfonasi dapat berlangsung dengan baik tergantung pada konsentrasi SO # dalam sulfonating agent yang digunakan. !eaksi sulfonasi menggunakan sulfonating agent H2SO% akan menghasilkan air sebagai produk sampingnya. :erbentuknya air selama proses akan menurunkan konsentrasi asam yang akan menyebabkan kecepatan reaksi sulfonasi menurun saat kandungan SO # habis reaksi akan terhenti.
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - *
onsentrasi SO# minimum yang diperlukan agar reaksi sulfonasi tetap berlangsung didefinisikan sebagai I. ?ersamaan yang menyatakan kebutuhan asam untuk mensulfonasi $ mol senyawa organik diuraikan pada persamaan ($).
atau
X D 48
. . . . . . . . . . . . . ($)
/engan 5 adalah berat asam dalam gram dan J adalah banyaknya SO # dalam H2SO% dalam persen. Setiap senyawa organik memiliki nilai I yang berbeda-beda seperti yang ditun0ukkan :abel $#.2. Semakin mudah suatu bahan organik disulfonasi semakin rendah nilai I nya (roggins $7*4). Ta$el 1!.2 Nilai π beberapa senyawa organik &ilai I
?ersen H2SO% 4*
&aphtalenene (monosulfonation at 8oC)
*
&aphtalenene (monosulfonation at $8oC)
*2
#3
374
73#
42
$88$
&aphtalenene (trisulfonation at $8oC) &itroben1enae (monosulfonation)
b.:emperatur Operasi ?roses sulfonasi naftalen membentuk 2 0enis naftalen sulfonat yaitu J dan K-naftalen sulfonat. edua 0enis naftalen sulfonat tersebut berbeda pada penempatan gugus SO #H pada naftalennya. ?engaruh temperatur terhadap pembentukan naftalen sulfonat dan distribusi pembentukan J dan K-naftalen sulfonat disa0ikan pada ambar 2.2 dan :abel 2.#.
)a$ar 12.! Pe$entu#an Natalen Sulonat pada Teperatur Ber$eda
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 -
?ada temperatur rendah reaksi dikendalikan oleh faktor kinetika atau faktor cepat-lambatnya reaksi. J-naftalen sulfonat akan lebih cepat terbentuk pada kondisi ini karena reaksi berlangsung pada 0alur energi aktiLasi yang lebih rendah. !eaksi yang berlangsung pada temperatur yang lebih tinggi akan dikendalikan oleh faktor termodinamika atau faktor kestabilan produk. ?ada kondisi ini reaksi akan menghasilkan K-naftalen sulfonat yang lebih stabil meskipun memiliki energi aktiLasi yang lebih tinggi (Meininger $74%).
Ta$el 11." Pen%aruh Teperatur terhadap Sulonasi Natalen Tep o
11.3 Fa#tor-a#tor 4an% /epen%aruhi produ# Sulonasi a. Teperatur ecepatan reaksi sulfonasi naik 2 kali lipat pada kenaikan temperatur $8 oC. ?ada
kebanyakan kasus sulfonasi yang dilakukan pada banyak kasus temperatur rendah dengan perioda reaksi yang pan0ang akan menghasilkan produk lebih murni dan warna lebih terang. :emperatur reaksi berpengaruh pula pada distribusi membentuk isomer (roggins$7*4). Ta$el 11., Pen%aruh teperatur terhadap 5arna dode64l$en7e asam'hk (rasio mol) #2 27 2
:emp (oC) 2% 27 #4
produ# sulonasi
Marna 2-# %-* *-
Ta$el 11.3 Pen%aruh teperatur rea#si pada distri$usi pe$entu#an isoer sulonasi toluen somer orto para meta
2*oC(>) $4-22 %- 3%-3
*8oC(>) $2-$4 *- 34-42
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - 3
:emperatur reaksi memberikan efek pembentukan polysulfonates pada sulfonasi aminoben1ene. Ta$el 11.8 ?engaruh temperatur terhadap pembentukan polysulfonates :emp (oC) 8 $8-$2 $7-28
Maktu (0am) # 2% $2
?roduk mono $'2 mono $'2 di di
$. 9atalis atalis berfungsi untuk mengarahkan posisi &O# pada produk (orientasi)
contohnya pada sulfonasi anthraNuinone dengan menggunakan
katalis
Hg
(logam sulfate cloride) O
O SO#H
anthraNuinone sulfat O
O SO#H
Hg
-anthraNuinon sulfat
?engubah orientasi
ontoh pada Sulonasi natalen
SO#H HOSO#H
naftalen sulfonate pada temperatur rendah
SO#H naftalen sulfonate pada temperatur tinggi
ika pada temperatur yang tinggi diinginkan produk -naftalen sulfonat maka digunakan katalis. atalis berfungsi pula untuk menekan reaksi samping.Contoh
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - 4
produk samping sulfone dapat ditekan dengan pemberian katalis asam asetat anhidrid atau natrium sulfat sebanyak *> dari berat hidrokarbon (bahan baku) !SO#SO#H " !H
!2SO 2 " H2SO% ($$.$3)
6. Pelarut sulonate:edia suspensi
;eberapa kasus sulfonasi selama proses berlangsung dihasilkan produk yang Liskositasnya tinggi bahkan memadat sehingga dibutuhkan media untuk melarutkan produk tersebut agar pengadukan tetap berlangsung.?elarut yang digunakan adalah pelarut klor yaitu methylene chloride chloroform CCl% Orto dichloroben1ene ang memiliki karakteristik sebagai berikut tidak larut dalam air relatiL inert
stabil titik didih tinggi ?elarut lain yang dapat digunakan adalah SO2 cair yang memiliki sifat murah inert non flammable larut dalam sulfonating agent produk sulfonates refrigerant (bp-$8oC) bau ta0am korosif operasi pada tekanan rendah. SO 2 cair digunakan untuk sulfonasi toluene dodecyl ben1ene detergent alkylate sulfating alkohol berantai pan0ang. 11.8 Peisahan Produ# sulonasi dari 9ele$ihan Perea#si ' 2SO" a. ?engeceran dengan air ?roduk sulfonic acid relatif tidak larut dalam H 2SO% dengan konsentrasi (*8-48>)
terbentuk layer (lapisan) yang mudah dipisahkan. b. ?enambahan larutan &aCl &a2SO% !SO#H " &aCl !SO# &a " HCl !SO# &a akan mengendap (proses salting out) c.?enambahan Ca(OH)2 atau CaCO# SO# SO#H (
11. Apli#asi Proses Sulonasi a. Sulonasi $en7ene
;en1ene water Lapor
2
#8> H2SO% " hasil reaksi
*
$ acket produk Aap ben1ene
%
#
#
)a$ar 11." Flo5 sheet sulonasi $en7ene
$. 2. #. %. *. .
tanki asam sulfat reaktor (cast iron dilapisi glass enamol) tanki ben1ene Lapori1er superheater sulfonation tower (3 stage) plate column kondenser
Sulfonasi ben1ene scara kontinyu menggunakan metoda destilasi tekanan parsial. ;en1ene dialirkan dari tangki ben1ene ke dalam reaktor dengan menggunakan Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - $8
pompa. /i dalam reaktor asam sulfat bereaksi dengan ben1ene aliran keluar reaktor terdiri dari #8> H 2SO% yang tak bereaksi dan produk hasil reaksi menu0u bagian atas sulfonation tower . /ari dasar sulfonation tower dialirkan uap ben1ene sehingga campuran uap air-uap ben1ene akan terbentuk dan keluar dari bagian atas sulfonation tower menu0u kondensor. /i dalam kondensor ben1ene akan terkondensasi dan dikembalikan ke tangki ben1ene. ?ada kondisi optimum temperatur reaksi $48oC untuk $8 mol ben1en per mol H 2SO% dibutuhkan waktu reaksi selama $* 0am. ?roduk yang dihasilkan memiliki komposisi sebagai berikutP ben1ene sulfonic acid #-%> H2SO% dan 2*-#*> sulfone $. Sulonasi dode64l$en7ene
Sulfonasi dodecylben1ene dengan 28> oleum mengikuti persamaan reaksi berikut H2SO% C$2H2*CH* " SO# C$2H2*CH%SO#H " H2SO% ($$.28) Antuk $$.888 lb' $*88 gal bahan baku hidrokarbon digunakan reaktor yang dilapisi glass
yang berkapasitas $.*88 galon dilengkapi dengan pengaduk
berkekuatan $8 hp dan pipa pendingin berkapasitas $888 ft 2. $#.3*8 lb oleum 28> dialirkan sesegera mungkin ke dalam reaktor temperatur di0aga tidak melebihi #8oC. !eaksi berlangsung selama $* 2 0am diikuti dengan pematangan selama 2 0am pada #8oC untuk menyempurnakan reaksi. /i akhir reaksi akan terbentuk sulfonic acid dan sisa asam 742>. ?emisahan dilakukan dengan penambahan air 28 lb dan diaduk dengan kekuatan penuh kemudian didinginkan pada temperatur 8oC sehingga terbentuk lapisan sulfonic acid dan sisa asam 34>. ?emisahan lapisan dilakukan setelah % 0am pengendapan lapisan asam sisa (di bagiab bawah) dipisahkan sedangkan sulfonic acid (bagian atas) dinetralisir dengan penambahan kaustik soda #88 lb 28> pada suhu ** oC dan pH 3* 4 . ield sulfonic acid bisa mencapai 77>.
?ersamaan reaksinya mengikuti H2 &CH* " H2SO% H2 &CH%SO#H " H2O ($$.2$) Sulfonasi anilin dilakukan dengan metode QbackingR. +sam sulfat #*28 lb 72> dialirkan ke dalam sebuah reaktor cast-iron yang dilengkapi dengan pengaduk propeler. +nilin #8#8 lb #2* lbmol dialirkan melalui orifice sehingga temperatur reaktor naik sampai $*8oC. Aap air dan anilin direfluk dengan menggunakan kondensor. /ua 0am setelah penambahan anilin reaksi sudah sempurna. Sulfonic acid dihasilkan dalam bentuk pasta ditempatkan dalam rak-rak susun. Antuk komposisi bahan baku di atas dibutuhkan $#2 rak. !ak-rak dimasukan ke dalam Qbacking oLenR selama 3* menit. ?embakaran ini berlangsung selama $2* 0am. ?embakaran dilakukan dengan menggunakan udara kering bertemperatur 28-248oC. !ak-rak tersebut kemudian dimasukan dalam ruang pendingin selama $2* 0am. ?roduk yang dihasilkan berkadar 73> dengan yield *28 lb atau 74> dari reaksi stoikiometri.
Sulfonasi dan Sulfatasi 5 - $2
;AFTA0 PUSTA9A 1.
6essenden !. and 6essenden . $742 .”Organic hemistryR 2nd Gdition
