MKA PROSES KIMIA Oleh Sri Wahyu Murni Prodi Teknik Kimia FTI UPN “Veteran” Yogyakarta
Alkilasi didefinikan sebagai proses memasukkan gugus alkil atau aril ke dalam suatu senyawa. Gugus alkil : -CnH2n+1; misal : -CH3, -C2H5
Gugus Aril :
CH 3
Penggunaan Proses Alkilasi di Industri : 1. Industri Minyak Bumi Untuk membuat bahan bakar sintesis. Yaitu dalam pembuatan senyawa bercabang untuk meningkatkan kualitas bahan bakar. Bahan bakar motor yang mempunyai angka oktan tinggi adalah yang bercabang. 2. Industri Zat Warna misalnya membuatan anilin menjadi Dimetil anilin 3. Industri Obat-obatan
Cara masuknya Gugus Alkil ada 6 macam, tergantung pada Ikatannya : 1. Substitusi atom H pada senyawa karbon Bila senyawa aromatik mengalami alkilasi pada inti maka karbon dari alkil akan terikat pada atom karbon dari senyawa aromatik. Demikian juga untuk senyawa alifatik. Alkil terikat pada atom C, reaksi ini disebut alkilasi FiedelCraft. Contoh : (CH3)3C-CH2-CH(CH3)2 (isooktana) 2. Substitusi atom H pada gugus karboksil pada alkohol atau fenol Pada proses ini alkil terikat pada atom O. Contoh : C2H5-O-C2H5 3.
Substitusi atom H yang terikat pada atom N Alkil terikat pada N bervalensi 3. Contoh : C6H5-N-(CH3)2
Cara masuknya Gugus Alkil ada 6 macam, tergantung pada Ikatannya : 4. Adisi alkil halida atau ester pada senyawa N tersier Ikatan alkil pada N valensi 3 yang berubah menjadi valensi 5. Contoh : C6H5-N-(CH3)3-Cl 5. Senyawa logam alkil Alkil terikat pada logam. Contoh : Pb(C2H5)4 6. Alkil lainnya Merkaptan, alkil terikat pada atom S, Alkil silan, alkil terikat pada Si.
Contoh : C12H25-SH, C2H5-SiCl3
Zat-zat Pengalkilasi 1. Olefin : etilena, propilena, butilena.
RH harus banyak karena olefin mudah mengalami polimerisasi. 1. Alkohol ROH : metanol dan etanol. Digunakan pada pembuatan eter, isopropil eter, etil eter, naphtil metil eter. 3. Alkil Halogenida :R’X , sangat reaktif tetapi mahal. RH + R1X RR1 + HX RNa + R1X RR1 + NaX Pb(Na)y + y R1X Pb(R1)y + yNaX
Zat-zat Pengalkilasi 4. Alkil sulfat
Yang sering digunakan adalah dimetil sulfat, metil hidrogen sulfat dan dietilsulfat. Alkil sulfat rantai panjang digunakan pada beberapa hal saja. Dimetil sulfat sangat beracun dan harus ditangani secara hatihati. Alkil sulfat digunakan untuk mendapatkan senyawa dialkil eter, alkil aril eter, etil selulosa dan polivinil eter.
Zat-zat yang dialkilasi 1. Alkana Pada umumnya alkana hanya dapat dialkilasi dengan olefin. Dalam alkilasi alkana, perlu dibedakan dua kelompok : a. alkana lurus : hanya bisa dilakilasi dengan mekanisme radikal bebas, pada suhu tinggi b. alkana bercabang : lebih mudah dialkilasi dengan mekanisme ion.
Mekanisme : 1. Fase gas secara radikal bebas Contoh : reaksi antara propana dan etilena . CH 3
CH3CH2CH 3
. CH3
+ CH3CH2CH 3
H CH3C. + CH3
C2H4
+ C2H 5
.
H CH3C. + CH4 CH3 H . CH3C CH2CH2 CH3
H . CH3C CH2CH2 + CH3CH2CH 3 CH3
H CH3C CH2CH3 CH3
+
H CH3C. CH3
Reaksi penghentian : H H CH3C. + . C CH 3 CH3 CH3
CH 3CH CHCH 3 CH3 CH 3
+ CH3CH2CH 3 + CH 3CH=CH2
2. Fase
cair secara ionik
Katalisator asam protonik sering digunakan jika isoparafin atau aromatik cair dialkilasi dengan olefin. Katalis berfungsi sebagai donor proton, untuk membentuk ion karbonium. Contoh: mekanisme reaksi isobutana dengan etilena menggunakan katalis AlCl3. 1
( )
CH2 =CH2 + HCl + AlCl3
CH3
+ (2) CH3-CH + CH3-CH2 + AlCl4CH3
CH3
CH3 CH3-C+
+ AlCl4- + CH3CH3
CH3
CH3
CH3
(3) CH3-C+
CH 3 CH 2+ + AlCl-4
+ AlCl4- + CH2=CH2
CH3-C-CH2-CH2+ + AlCl4CH3
Mekanisme (lanjutan) CH3
+
CH3
CH3-C-CH-CH3 + AlCl4-
(3a) CH3-C-CH2-CH2+ + AlCl4CH3
CH3
+
isomerisasi
CH3-C
CH-CH3 + AlCl4-
CH3 CH3
CH3-CH CH3
CH3-CH
CH-CH3
CH3 CH3
CH3
CH3-C+ CH3
+
CH3 CH3
+
CH-CH3 + AlCl4-
+
+
4
( ) CH3-C
CH3
AlCl4-
Termodinamika
Reaksi alkilasi berjalan lambat sehingga kesetimbangan tidak tercapai. Reaksi alkilasi bersifat eksotermis.
Usaha Untuk memperbanyak Hasil : 1.
2.
Suhu Harus dilihat sifat reaksinya apakah eksotermis atau endotermis Menggunakan Pereaksi Berlebih a. RH + RCH=CH2, RH berlebih b. RNH2 + R’OH, R’OH berlebih c. ROH + R’X, R’X berlebih ROH = alkohol rantai panjang, misal : selulosa
Usaha Untuk memperbanyak Hasil : (lanjutan) 3.
4.
Menghilangkan Salah satu hasil a. RH + RCH=CH2 RCHCH2R, tidak ada yang perlu dihilangkan b. RNH2 + R’OH RNHR’ + H2O, air dihilangkan dengan menambahkan zat yang dapat mengikat air. c. ROH + R’X ROR’ + HX, HX dihilangkan Tekanan Dibesarkan Reaksi a menguntungkan Reaksi b dan c tidak begitu menguntungkan
Kinetika Usaha untuk Mempercepat Reaksi 1. Suhu 2. Katalisator Digunakan senyawa yang bersifat asam, misal : H2SO4, asam lain : HF, HCl, AlCl3. untuk reaksi b. digunakan Al2O3. Untuk reaksi c digunakan NaOH untuk mengikat HX yang terjadi. 3. Konsentrasi pereaksi • Untuk reaksi yang lambat digunakan konsentrasi setinggitingginya. • Untuk reaksi a. RCH=CH2 tidak boleh terlalu pekat karena reaksi terlalu cepat dan kemungkinan terjadi polimerisasi. • Untuk reaksi b. R’OH pekat dan anhidrid. 4. Pengadukan
Alkilasi di Industri 1. Pembuatan Dodekil benzena C6H6 + C12H24 C6H5C12H25 benzena dodekana dodekilbenzena Reaksi : katalitik, katalis yang digunakan bersifat asam, misal AlCl3 Suhu : 115oF Digunakan benzena berlebih untuk mencegah terbentuknya polomer. Kelebihan benzena didistilasi dan dikembalikan Hasil berupa monoalkil benzena, dengan rantai samping 12 C jenuh. Dodekil benzena disulfonasi menjadi dodekil benzena sulfonat (bahan baku untuk membuat detergen)
2. Alkilasi untuk Industri Minyak Bumi Alkilat untuk bahan bakar motor dan pesawat terbang yang berkualitas tinggi Alkilat dibuat dengan reaksi olefin dengan parafin atau isoparafin secara komersiil. cara: a. alkilasi termal fase uap b. alkilasi katalitik dengan HF, H2SO4, AlCl3, hidrokarbon, semua fase cair Yang perlu diingat, baik fase uap atau fase cair, olefin yang digunakan konsentrasinya rendah untuk mencegah polimerisasi dan parafin konsentrasi tinggi. Perbandingan isoparafin: olefin (3-8). Kelebihan isoparafin dipisahkan dan dikembalikan lagi.
Termal alkilasi Produk utama termal alkilasi adalah neoheksana yang mempunyai bilangan oktana 104,8. Kondisi termal alkilasi adalah 5000 psi dan 950oF. (kondisi yang sangat mengkhawatirkan) Alkilasi dengan katalisator HF Reaksi alkilasi olefin dengan isoparafin menggunakan katalisator HF cair anhidrid. Alkilat berkualitas tinggi dihasilkan dari reaksi isobutilena dengan isobutana membentuk isooktana (2,2,4-trimetilpentana). Untuk menyempurnakan reaksi perlu pengadukan karena hidrokarbon hanya sedikit larut dalam HF cair. Suhu reaksi 27oC dan waktu kontak 5 menit.
Hidrokarbon yang terbentuk dalam alkilasi menggunakan katalisator HF Alkilasi isobutana dengan propilena komponen
% dalam alkilat total
2,4-dimetil pentana
10-15
2,3-dimetilpentana
40-50
Hidrokarbon lain:
sedikit
Pentane Heksana 2,2,4-trimetil pentana dan isooktana yang lain, isononana, isodekanaisoundekana
Alkilasi isobutana dengan butilena komponen
% dalam total alkilat
2,2,4-trimetil pentana
35-40
2,3,4-trimetil pentana
20-30
2,2,3-trimetil pentana Hidrokarbon lain isopentana 2,3-dimetilbutana 2,4-dimetilpentana 2,3-dimetilpentana Dimetilheksana Isononana, isodekana, isoundekana
sedikit
