Reaksi Nitrasi

Reaksi Nitrasi 1.

Pengertian

 Nitrasi diartikan sebagai reaksi terbentuknya senyawa nitro atau masuknya gugus nitro pada pada suatu senyawa. Reaksi nitrasi adalah penggabungan satu atau lebih gugus nitro (-NO2) yang terikat pada karbon sebagai senyawa nitroaromatik atau nitroparafin. an !uga bisa pada oksigen sebagai senyawa nitrat ester maupun pada nitrogen sebagai senyawa nitramina. Proses reaksi sebagai subtitusi atom hidrogen" reaksi nitrasi !uga bisa berlangsung dengan subtitusi atom atau gugus lain seperti" halida" sulfonat dan asetil. Reaksi nitrasi adalah salah satu reaksi yang penting dalam industri sintesa bahan organik. #aris besar penggunaannya adalah bahan pelarut (sol$ent)" pewarna" farmasi" peledak" maupun bahan antara untuk produk lebih lan!ut. 2.

%katan gugus NO2 pada senyawa nitro

a

1) -&-NO2 &ontoh ' parafin

 b

*)

' disebut senyawa nitro  NO* + Nitroparafin

 2O

2) -O-NO2 ' disebut senyawa nitrat &ontoh ' gliserol  *NO* +glseril trinitrat

 *2O

-N-NO2 ' disebut senyawa nitriamin &ontoh ' guanidine  NO* + nitroguanidine

 2O

*. Reaksi pembentukan senyawa nitro a) Reaksi substitusi terhadap' a. hidrogen (-) &,  NO* +*&NO2  2O

b. klorida (-&l) R&l  gNO* +g&l  RNO2

. /ulfonat  b) Reaksi adisi ikatan rangkap

,.

0at yang dapat dinitrasi

a) Parafin  mumnya reaksi dilaksanakan pada fasa gas" reaksi berlansung melalui mekanisme radikal  bebas. asil dari nitrasi parafin adalah Nitroparafin. aasil samping berupa alkohol" aldehid" olefin. Proses dilaksanakan pada suhu *3-,3 dera!at elius  b) Olefin  Nitrasi olefin berlansung seara adisi. Reaksi pada umumnya berlansung pada fase gas. asil nitrasi adalah Nitroalkohol. pabila nitrasi berlan!ut" maka menghasilkan produk bermaammaam" karena senyawa nitroalkohol memiliki gugus -O dan NO2 ) romatik dan turunannya mumnya berlansung pada fase air. /enyawa aromatik yang biasa di nitrasi dalam industri adalah ben4ena beserta turunannya" naftalen" dan turunannya. d) lkohol  Nitrasi berlansung fase air. e)

/enyawa nitrogen

.

/enyawa penitrasi ( pengolah )

a) sam nitrat ' NO* Pemakaian dapat berbentuk ' a. air berasap ( ada NO2 bebas ) b. air pekat . air ener  d. gas5uap  b) sam nitrat dengan pengikat air  0at pengolah golongan ini digunakan untuk nitrasi fa se air. Pengikat air yang digunakan dapa berupa asm sulfat" asam phospat" dan anhidrida asam. &ontoh pengikat air ' asam sulfat" asm phosfat" dan anhidrida asetat. ) NO2" N2O, 4at dipakai untuk fase gas.

6.

7egunaan proses nitrasi

a)

8ahan peledak yang beruoa senyawa nitrat misalnya ' gliseril trinitrat dan selulosa nitrat

 b) /ebagai senyawa antara untuk pembuatan amina yang disentesa dengan proses reduksi senyawa nitro. 9isalnya Nitroben4ena direduksi men!adi anilin yang merupakan bahan baku 4at warna.

)

: . a)

8ahan pengoksidasi misalnya ' Nitroben4ena

plikasi Reaksi Nitrasi Nitrasi toluene men!adi dinitrotoluenes

da 2 langkah untuk metode ini yaitu ;ahap pertama" ampuran sulfur dan asam nitrat akan menyebabkan reaksi dengan toluen men!adi 2 mononitrotoluens (9;N) dengan komposisi (<) ortho =" meta , dan para *:. ;ahap kedua" menggunakan reagent yang sama" mononitrotoluens akan terkon$ersi men!adi dinitrotoluenes (N;) dengan mengontrol konsentrasi asam" men!aga pembentukan dari trinitrotoulene.  Nitrasi pertama yaitu menggerakkan reaktor dengan pendinginan sistem baik didalam maupun diluar. mpan terdiri dari toluen dan ampuran nitrat dan asam sulfuri" air dan dinitrotoluene. Pendinginan sistem dilakukan pada lingkungan 3O&. Produksi limbah reaktor adalah ener dengan kondungan asam sulfri :,<" asam nitrat dan satu dan dua bahan ampuran.  Nitrasi kedua dengan umpan bahan organi berisi mononitro dan beberapa asam dan air. 8eroperasi pada suhu 6O&. >imbah yang dihasilkan dikirim untuk diolah kembali pada nitrasi pertama. asil nitrasi kedua dinetralkan dengan ousti soda dan iar didalam kolom srubbing dan diakhir proses ini terpishkan dinitrotoluene dengan limbah hasil penuian.

 b)

Reduksi dinitrotoluene men!adi tolylene diamine

9enggunakan katalis hidrogen dengan presene Raney Nikel" men!aga suspensi pada reaksi menengah dengan menggunakan metanol sebagai bahan pelarut

)

Posgenasi diamine men!adi tolylene diisoyanate

reaksi totylene diamine dengan phosgene ada 2 langkah. 1.

Prosesnya sangat epat" menggunakan tempat yang temperaturnya rendah (3-*3O&)

2.

Prosesnya lebih lambat" pada suhu 1:3O&.

7on$ersi tolylene diamine ke tolylene diisoynate mengalami ?3 <. /edangkan 23< nya merupakan residu.

Phosgen adalah reaksi klorin berlebih dengan karon monoksida sehingga diperoleh haroal yang aktif" ini tre!adi pada temperatur 3O&.

d)

monia dan asam nitrat

 Nitrat (garam dari asam nitrat) se!ak 4aman dulu dibutuhkan banyak sebagai bahan baku serbuk mesiu. Namun" persediaannya terbatas" dan kalium nitrat yang ada seara alami adalah  bahan baku utama yang tersedia. i abad 1= ketika skala perang men!adi besar" kebutuhan nitrat men!adi membesar" dan kalium nitrat yang ada seara alami tidak dapat memenuhi  permintaan. /elain itu" nitrat diperlukan sebagai bahan baku pupuk buatan. i akhir pertengahan abad 1= kimiawan @erman @ustus $on >iebig (1?3*-1?:*) membuktikan kefektifan dan pentingnya  pupuk buatan. 9asalah yang menghalangi pemakaian bear-besaran pupuk buatan adalah harganya yang tinggi" khususnya pupuk nitrogen. i akhir abad 1=" fisikawan %nggris Ailliam &rookes (1?*2-1=1=) meramalkan peningkatan  !umlah makanan yang diproduksi tidak dapat menge!ar peningkatan populasi dunia dan dunia akan berakhir men!adi katastropi. /ituasi semaam memiu ilmuwan untuk menyelidiki fiksasi nitrogen artifisial atau menemukan proses untuk mengubah nitrogen yang tidak terbatas persediaanya di udara men!adi senyawa yang dapat digunakan. @elas diperlukan ara untuk melakukan fiksasi dalam skala besar. @adi" perobaannya harus dimulai di skala laboratorium untuk dapat diperbesar ke skala pabrik. Biksasi nitrogen berhasil dilakukan oleh kimiawan @erman Brit4 aber (1?6?-1=*,) dan insinyur kimia @erman" yang beker!a untuk 8/B" &arl 8osh (1?:,-1=,3)CCersamaan reaksi untuk   proses aber-8osh sangat sederhana" tetapi seara teknis terdapat berbagai kesukaran. Prosesnya dielaborasi sehingga reaksi eksoterm ini akan berlangsung ke sisi kanan dengan mulus.  N2  *2 DE 2N*  22"1 kkal (11.11) alam praktek" beberapa modifikasi dibuat. 9isalnya" rasio molar nitrogen ' hidrogen bukan 1'*" tetapi 1'*.*. 7ondisi reaksi yang dipilih adalah *33F& pada 33 atm. idrogen digunakan berlebih pada tekanan tinggi sehingga kesetimbangannya bergeser ke kanan.

7arena reaksinya eksoterm" reaksi ini lebih baik dilakukan pada temperatur yang lebih rendah sesuai dengan a4as >e &hatelier . i pihak lain" la!u reaksi akan terlalu rendah pada temperatur rendah. @adi suhunya dibuat agak tinggi ( yakni" dengan tetap mempertimbangkan agar dekomposisi N* tidak ter!adi). 7atalis yang dibuat dari besi digunakan dengan ekstensif. Proses aber-8osh men!adi terkenal sebagai ontoh pertama teori kesetimbangan diaplikasikan dalam produksi. i satu sisi fiksasi nitrogen dengan proses aber-8osh membawa banyak manfaat karena kemudahan mendapat pupuk. i sisi lain amonia berarti  bahan baku mesiu dapayt diperoleh dengan mudah pula. Proses modern untuk menghasilkan asam nitrat NO* adalah okidasi amonia di udara. alam proses ini" amonia diampur dengan udara berlebih" dan ampurannya dipanaskan sampai temperatur tinggi dengan katalis platina. monia akan diubah men!adi nitrogen oksida NO" yang kemudian dioksidasi lebih lan!ut di udara men!adi nitrogen dioksida NO2.  Nitrogen dioksida direaksikan dengan air menghasilkan asam nitrat. 9etoda ini dikembangkan oleh Ostwald" kimiawan yang banyak memberikan kimia katalis" dan disebut  proses Ostwald. Proses ini diungkapkan dalam persamaan reaksi berikut.

,N*   O2 DE ,NO  6 2O (11.12) 2NOO2 DE 2NO2 (11.1*) *NO22O DE 2NO*NO (11.1,) e)

Pembuatan Nitrogliserin

 Nitrogliserin dapat dibuat dengan mereaksikan gliserin (gliserol) dengan asam nitrat (NO*). Reaksi ini merupakan reaksi esterifikasi" yaitu reaksi antara alkohol dan asam" seperti terlihat dalam reaksi dibawah ini.

Perhitungan teoritis yang didasarkan atas persamaan reaksi di atas menun!ukkan bahwa bila 133 g gliserin ditambahkan pada 23" = NO* akan menghasilkan 2,6" = nitrogliserin. Pada saat yang sarna !uga akan terbentuk ?": g air. Pada prakteknya" hasil ini tidak pernah diperoleh" karena nitrasi gliserin" seperti halnya pada reaksi esterifikasi lainnya" merupakan reaksi Gre$ersibleG" artinya nitrogliserin yang terbentuk dapat terhidrolisis kembali men!adi gliserin. ntuk menggeser kesetimbangan ke arah kanan diperlukan asam nitrat berlebih. /emakin tinggi konsentrasi asam" semakin besar dera!at nitrasi dan semakin tinggi nitrogliserin yang

dihasilkan. kan tetapi kelebihan asam nitrat tidak boleh terlalu besar" karena gliserin hanya sedikit larut dalam asam yang digunakan dan hal ini menyebabkan berkurangnya produk yang dihasilkan. 8ila 13 g gliserin diampur dengan 133 g asam nitrat ==< pada temperatur di bawah suhu kamar" kemudian dienerkan dengan *33  air " akan dihasilkan 23":2 g nitrogliserin yang mengandung sebagian keil nitrogliserin. al ini berkisar sekitar ?,< dari hasil teoritis. 7andungan nitrogliserin akan semakin tinggi" yaitu * kali kandungan nitrogliserin" bila 13 gliserin diampur dengan 3 = asam nitrat ==<. al ini !elas tidak ekonomis" karena disamping hasilnya yang rendah !uga sangat sulit untuk memperoleh asam nitrat ==<. Pada saat ini" asam yang umum digunakan sebagai nitrating agent adalah ampuran asam nitrat dan asam sulfat dengan perbandingan sebagai berikut'

,3-3 < NO* 3-63 < 2/O,

Perbandingan asam5gliserin harus di!aga sedemikian rupa sehingga !umlah asam berlebih (kira-kira 23<) dari asam yang seharusnya dibutuhkan menurut perhitungan teoritis. mumnya perbandingan berat antara *m5gliserin adalah "-6". sam yang tersisa setelah reaksi tidak boleh digunakan lagi sebagai nitrating agent atau disimpan. al ini karena besar kemungkinan nitrogliserin masih terdapat dalam asam tersebut dan dapat menyebabkan  bahaya ledakan. &ara pengadukan adalah satu faktor utama yang harus diperhatikan" selain tentu sa!a  pengadukan yang kurang baik akan menghasilkan hasil yang rendah. Hang harus diperhatikan dalam pengadukan adalah semua bagian harus teraduk"tidak boleh ada bagian dalam reaktor yang tidak teraduk" yang menyebabkan terakumulasikannya panas yang tidak terkontrol dan  bisa menimbulkan resiko ledakan. /elain bahan peledak" nitrogliserin !uga digunakan sebagai obat untuk meredakan rasa sakit dan mengurangi frekuensi serangan angina pektoris. ;ablet nitrogliserin biasa larut di bawah lidah dalam 23 detik dan meredakan sakit dalam * menit. Nitrogliserin dapat dibuat dengan mereaksikan gliserin dengan asam nitrat" ada beberapa !enis bahan peledak dapat dibuat dengan menggunakan asam nitrat'seperti reaksi pembentukan trinitrotoluena ini terbentuk dari reaksi asam nitrat dengan toluena.

Reaksi asam nitrat dengan toluena.

Proses Produksi Nitrogliserin berdasarkan reaksi kimia dihasilkan dengan mereksikan gliserin ( gliserol ) dengan asam nitrat. Namun ada beberapa maam proses pembuatan nitrogliserin . 1. /hmid-9eissner ontinous proess 2. Nitro nobel in!etor proses *. 8ia44i ontinous proess 1. /hmid-9eissner ontinous proess /hmid-9eissner ontinous proess adalah proses pertama dalam pembuatan nitrogliserin. Prosesnya meliputi nitrasi " pemisahan " dan pemurnian nitrogen seara netralisasi dan  penuian. Nitratornya berbentuk tangki berpengaduk " dilengkapi pipa-pipa pendingin $ertikal . /ebagai medium pendingin dipakai brine yang masuk pada suhu -o&. sam ampuran masuk dari bagian bawah nitrator dan gliserin masuk dari bagian atas sedangkan hasilnya keluar seara o$erflow ke separator ( stainless steel ). /uhu nitrator di!aga !angan lebih dari 1?o& dan tekanan atmosfer . Nitrogliserin yang telah terpisah diampur dengan larutan penampur yang panas " berupa soda dan ammonia dan kemudian diemulsi dengan udara .

2. Nitro nobel in!etor proess

lat dalam proses ini adalah sebuah in!ektor yang dipakai untuk menampur gliserol dengan  pre- ooled nitration aid ( asam penitrasi yangtelah didinginkan ). liran asam yang lewat in!ektor akan menimbulkan ke$akuman " hingga gliserin akan tertarik masuk . Penampuran kedua 4at ini sangat epat dan akan membentuk emulsi . #liserin yang terisap ke in!etor  pada suhu ,?o& segera bereaksi dengan asam . Reaksi berlangsung pada suhu ,-3o&. Imulsi yang diperoleh segera didinginkan sampai suhu 1o& lalu keluar seara gra$itasi menu!u entrifuge.

*. 8ia44i ontinous proess

8ia44i ontinous proess adalah proses terbaru dalam produksi nitrogliserin . Perlengkapannya terdiri atas nitrator " separator " dan penui berpengaduk . /ebagian unit alatnya terbuat dari stainless steel " untuk menegah penimbunan nitrogliserin . Prosesnya meliputi nitrasi " pemisahan " dan pemurnian nitroglisern dengan ara penuian . Nitratornya  berupa $essel berbentuk silinder keil yang dilengkapi dengan stainless steel $essel dengan

koil pendingin " dimana brine pada suhu (-2) D (-)o& disirkulasikan selama nitrasi untuk men!aga reaksi pada suhu 1o& dan tekanan atmosfer (1 atm ).

7emudian hasil nitrator masuk ke separator % untuk memisahkan nitrogliserin dari asam sisa  berdasarkan berat !enis dan kelarutan " kemudian sisa asam dinetralkan dengan larutan natrium karbonat 2<