© Manufacture of Phenol from Cumene

Phenol, juga dikenal sebagai asam karbolat, merupakan senyawa organik aromatik dengan rumus molekul C₆H₅OH. Phenol berupa kristal putih padat yang mudah menguap. Molekul terdiri dari kelompok fenil (-C₆H₅) terikat pada gugus hidroksil (-OH). Senyawa ini agak asam dan membutuhkan penanganan hati-hati karena kecenderungan untuk menyebabkan luka bakar kimia.

Phenol pertama kali diekstrak dari tar batubara, tetapi hari ini diproduksi dalam skala besar (sekitar 7 miliar kg / tahun) dari minyak bumi. Ini merupakan komoditas industri yang penting sebagai prekursor untuk banyak bahan dan senyawa yang berguna. Kegunaan utamanya adalah konversi menjadi plastik atau bahan terkait. Phenol dan turunannya kimia adalah kunci untuk membangun polikarbonat, epoxies, Bakelite, nilon, deterjen, herbisida seperti herbisida phenoksi, dan berbagai obat-obatan farmasi.

Meskipun mirip dengan alkohol, phenol memiliki sifat unik yang berbeda. Tidak seperti alkohol, dimana gugus hidroksil terikat pada atom karbon jenuh, phenol memiliki gugus hidroksil yang melekat pada suatu aromatik (bergantian ikatan ganda dan tunggal) cincin hidrokarbon tak jenuh seperti benzena. Akibatnya, phenol memiliki keasaman yang lebih besar dari alkohol karena stabilisasi basa konjugat melalui resonansi dalam cincin aromatik.

Phenol lumayan larut dalam air, dengan sekitar 84,2 g larut dalamn 1000 ml (0,88 M). Campuran homogen phenol dan air pada rasio massa phenol terhadap air ~2,6 dan lebih tinggi juga mungkin. Garam natrium dari phenol, natrium phenoksida, jauh lebih larut dalam air.

Phenol adalah asam lemah dan pada pH tinggi memberikan anion phenolat C₆H₅O^- (juga disebut phenoxide): 

PhOH ⇌ PhO⁻ + H⁺          (K = 10⁻¹⁰)

Penggunaan utama phenol, mengkonsumsi dua pertiga dari produksi, meliputi konversi menjadi plastics. Kondensation dengan aseton memberikan bisphenol-A, prekursor kunci untuk polikarbonat dan resin epoksida. Kondensasi phenol, alkilphenol, atau diphenols dengan formaldehida memberikan resin phenolik, contoh terkenal adalah Bakelite. Parsial hidrogenasi phenol memberikan sikloheksanon, pendahulu untuk nilon. Deterjen nonionik diproduksi oleh alkilasi phenol untuk memberikan alkilphenol, misalnya, nonilphenol, yang kemudian mengalami etoksilasi.

Phenol juga merupakan prekursor serbaguna untuk koleksi besar obat-obatan, terutama aspirin dan juga banyak herbisida dan obat-obatan farmasi. Phenol juga digunakan sebagai obat bius / analgesik oral pada produk seperti Chloraseptic atau nama merek lain dan generic setara, yang biasa digunakan untuk mengobati radang tenggorokan sementara.

Phenol merupakan komponen dalam teknik ekstraksi phenol-kloroform cair / cair yang digunakan dalam biologi molekuler untuk memperoleh asam nukleat dari jaringan atau sampel kultur sel. Tergantung pada pH larutan baik DNA atau RNA dapat diekstraksi.

( https://en.wikipedia.org/wiki/Phenol )

© Manufacture of Maleic Anhydride from Butene and Air

Maleic anhydride (maleat anhidrid) adalah senyawa organik dengan rumus molekul  C₂H₂(CO)₂O. Ini adalah anhidrida dari asam maleat.  Senyawa tidak berwarna atau padatan putih dengan bau tajam. Senyawa ini dihasilkan industri dalam skala besar untuk aplikasi di pelapis (coating) dan polimer.

Sekitar 50% dari produksi maleat anhidrida dunia digunakan dalam pembuatan resin poliester tak jenuh (unsaturated polyester resins, UPR). Serat kaca irisan ditambahkan ke UPR untuk menghasilkan plastic fiberglass yang diperkuat, yang digunakan dalam berbagai aplikasi seperti kapal pesiar, perlengkapan kamar mandi, mobil, tanki dan pipa. Pasar UPR mencerminkan kondisi ekonomi secara umum seperti yang terkait dengan konstruksi, otomotif dan industri kelautan.

Produksi 1,4-butandiol (BDO) juga memiliki dampak pada pasar maleat anhidrida. BDO adalah salah satu bahan kimia yang paling cepat berkembang di dunia yang digunakan dalam produksi termoplastik poliuretan, elastane / serat Spandex, resin polibutilena terephthalate (PBT) dan banyak produk lainnya. Namun, BDO terbuat dari maleat anhidrida mentah yang tidak diperdagangkan dan hanya digunakan untuk aplikasi ini.

Pasar lain untuk anhidrida maleat adalah aditif minyak pelumas, yang digunakan dalam mesin bensin dan diesel sebagai dispersan dan inhibitor korosi. Perubahan spesifikasi pelumas dan mesin yang lebih efisien memiliki efek negatif pada permintaan aditif minyak pelumas, memberikan prospek pertumbuhan yang datar untuk maleat anhidrida dalam aplikasi ini.

Ada sejumlah aplikasi yang lebih kecil untuk maleat anhidrida. Industri makanan menggunakan maleat anhidrida di pemanis buatan dan perangkat tambahan rasa. Produk perawatan pribadi mengkonsumsi maleat anhidrida termasuk semprotan rambut, perekat dan poles lantai. Maleat anhidrida juga digunakan dalam bahan kimia pengolahan air, deterjen, insektisida dan fungisida, obat-obatan dan kopolimer.

Kimia maleat anhidrida sangat kaya, yang mencerminkan kesiapan ketersediaan dan reaktivitas bifunctional. Jika hidrolisis, menghasilkan asam maleat, cis-HOOC-CH=CH-COOH. Dengan alkohol, dihasilkan setengah-ester, misalnya, cis-HOOC-CH=CH-COOCH₃.

Maleat anhidrida adalah substrat klasik untuk reaksi Diels-Alder. Hal ini dilakukan pada tahun 1928 pada reaksi antara maleat anhidrida dan 1,3-butadiena, yang mana Otto Paul Hermann Diels dan Kurt Alder dianugerahi hadiah Nobel pada tahun 1950. Melalui reaksi ini maleat anhidrida akan dapat dikonversi ke banyak pestisida dan obat-obatan.

Pada tahun 1979 paten diberikan kepada Lever Brothers untuk reaksi maleat anhidrida dengan metilen aktif atau methine seperti ester malonat atau asetoasetat dengan adanya katalis natrium asetat. Intermediet ini kemudian digunakan untuk menghasilkan intermediate siklus Krebs asam aconitic dan asam isocitric. Dimerisasi maleat anhidrida dalam reaksi fotokimia membentuk cyclobutane tetracarboxylic dianhydride (CBTA). Senyawa ini digunakan dalam produksi polyimides dan sebagai film keselarasan untuk liquid crystal displays (LCD).

(  https://en.wikipedia.org/wiki/Maleic_anhydride )

REAKSI KIMIA

Saat ini oksidasi butane dilakukan di dalam reaktor fixedbed multitubular yang didinginkan oleh garam cair (molten salt). Rasio massa udara terhadap  butene harus besar umumnya di atas 40 : 1 untuk mencegah terjadinya ledakan. Reaksi terjadi pada suhu 350-470°C dan tekanan operasi 2.6 atm. Konversi butene sekitar 93%.

Selain pembentukan maleat anhidrid ada banyak reaksi samping yang tidak diinginkan yang dapat menurunkan yield, termasuk reaksi oksidasi maleat anhidrid menjadi carbon dioksida dan air. Ada juga reaksi samping pembentukan asam maleat. Jika suhu naik maka kemungkinan reaksi samping akan semakin membesar. Yield maleat anhidrid sekitar 50%. 

Persamaan reaksi oksida butene dapat digambarkan sbb:

C₄H₈                 +   3 O₂      ===>     C₂H₂(CO)₂O     +   3 H₂O

(butene)                                            (maleat anhidrid)       

 C₂H₂(CO)₂O   +   3 O₂      ===>      4 CO₂  +  H₂O

C₄H₈                 +   6 O₂      ===>     4 CO₂    +   4 H₂O 

C₄H₈                 +   3 O₂      ===>     (CH-COOH)₂    +   2 H₂O

                                                        (asam maleat)              

© Manufacture of Nitric Acid from NaNO3 and Sulfuric acid

Asam nitrat (HNO₃), adalah asam mineral kuat yang sangat korosif dan beracun yang dapat menyebabkan luka bakar yang parah. Hal ini juga dikenal sebagai aqua fortis, atau air yang kuat. Senyawa murni tidak berwarna, tetapi sampel yang lebih tua cenderung kuning pekat karena dekomposisi menjadi nitrogen oksida dan air. A asam nitrat komersial yang tersedia memiliki konsentrasi 68%. Ketika larutan mengandung lebih dari 86% HNO₃, ini disebut sebagai asam nitrat berasap. Tergantung pada jumlah nitrogen dioksida yang ada, asam nitrat berasap punya karakter sebagai asam nitrat asap putih atau asam nitrat asap merah, pada konsentrasi di atas 95%.

Asam nitrat digunakan dalam bahan bakar roket, untuk membantu membuat kayu terlihat lebih tua, dan digunakan dalam bahan peledak. Hal ini dapat bereaksi dengan logam seperti tembaga untuk menghasilkan gas coklat beracun disebut nitrogen dioksida. Asam nitrat dapat melarutkan perak tapi tidak untuk emas, sehingga baik untuk tes emas.

Asam nitrat adalah reagen utama yang digunakan untuk nitrasi; penambahan kelompok nitro, biasanya untuk sebuah molekul organik. Sementara beberapa senyawa nitro akan meledak, karena sensitive terhadap panas dan goncangan, beberapa cukup stabil untuk digunakan dalam amunisi dan peledak, sementara yang lain masih lebih stabil dan digunakan sebagai pigmen dalam tinta dan pewarna. Asam nitrat juga biasa digunakan sebagai agen pengoksidasi kuat.

Industri utama asam nitrat adalah untuk produksi pupuk. Asam nitrat dinetralkan dengan amonia untuk memberikan amonium nitrat. Aplikasi ini mengkonsumsi 75-80% dari 26M ton yang diproduksi setiap tahunnya (1987). Aplikasi utama lainnya adalah untuk produksi bahan peledak, prekursor nilon, dan senyawa organik khusus.

Dalam sintesis organik, industri dan sebaliknya, kelompok nitro adalah fungsi serbaguna. Sebagian turunan anilin disusun melalui nitrasi senyawa aromatik diikuti oleh reduksi. Nitrasi memerlukan penggabungan asam nitrat dan asam sulfat untuk menghasilkan ion nitronium, yang secara elektro bereaksi dengan senyawa aromatik seperti benzena. Banyak bahan peledak, misalnya TNT, disusun dengan cara ini. Prekursor nilon, asam adipat, diproduksi dalam skala besar oleh oksidasi sikloheksanon dan sikloheksanol dengan asam nitrat.

Asam nitrat telah digunakan dalam berbagai bentuk sebagai oksidator dalam roket berbahan bakar cair. Bentuk-bentuk meliputi asam nitrat asap merah, asam nitrat berasap putih, campuran dengan asam sulfat, dan bentuk-bentuk dengan inhibitor HF. IRFNA (inhibited red fuming nitric acid) adalah salah satu dari 3 komponen bahan bakar cair untuk rudal BOMARC. 

(  https://en.wikipedia.org/wiki/Nitric_acid )

REAKSI KIMIA

Proses retort menggunakan bahan dasar natrium nitrat dalam bentuk padat dan larutan asam sulfat. Reaksi antara natrium nitrat padat dan asam sulfat cair mengikuti persamaan reaksi kimia sbb:

                        

                NaNO_3(s)   +   H₂SO_4(aq)       ===>     HNO_3(g)  +   NaHSO_4(s)

Reaksi dijalankan di dalam reactor dengan dioperasikan secara batch. Waktu reaksi selama 12 jam. Kondisi operasi suhu 150-200°C dan tekanan atmosferis. Konversi bisa mencapai 95-97%. Selama reaksi asam nitrat yang terbentuk sebagian akan mengalami dekomposisi karena pengaruh dari panas reaksi yang akan meningkatkan suhu reaksi. Untuk mengurangi dekomposisi maka suhu reaksi harus dijaga. Asam nitrat sendiri akan menguap pada suhu 110-130°C.

Reaksi dekomposisi mengikuti persamaan reaksi sbb:

            4 HNO_3(g)      ===>     H₂O_(g)    +   4 NO_2(g)   +   O_2(g)

Hasil yang keluar dari reactor berupa gas yang keluar dari sisi atas reactor dan lumpur yang dikeluarkan dari sisi bawah reactor yang disebut sebagai Niter Cake. Gas-gas hasil terdiri dari  HNO₃ , H₂O, NO₂ dan  O_2. Sedangkan lumpur niter cake berupa NaHSO₄ dan sisa reaktan NaNO dan H₂SO_4. Niter Cake dapat digunakan pada industry baja dan juga dapat sebagai bahan baku asam chloride bila direaksikan dengan garam NaCl. 

© Manufacture of Butyl Oleat from Butanol & Oleic Acid

Butil oleat adalah senyawa ester yang pada keadaan normal berupa cairan yang sedikit bewarna kuning, sedikit berbau, tidak larut dalam air. Kegunaan butyl oleat adalah sebagai pelarut, bahan pelumas, water proofing dan sebagai plasticizer. Plasticizer adalah bahan yang berguna untuk menaikkan kemampuan kerja dan fleksibilitas plastik, penambahan plasticizer akan menurunkan visikositas leburan dan elastik plastik. Diperkirakan untuk masa yang akan datang kebutuhan plastik akan terus meningkat, dengan meningkatnya produksi plastik maka kebutuhan akan plasticizer juga meningkat. Di Indonesia, untuk memenuhi plasticizer terutama butyl oleat masih harus mengimpor, padahal Indonesia adalah Negara agraris yang memiliki sumber daya alam yang merupakan sumber utama bahan baku asam oleat.

Esterifikasi adalah reaksi pembentukan ester dari alkohol dan asam. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Bertelot dan St. Gilles pada tahun 1862, diketahui secara umum reaksi esterifikasi adalah reaksi kesetimbangan yang berjalan bolak balik (reversible) sehingga reaksi ini tidak dapat terjadi secara komplit (Kick & Othmer, 1978).
Dari uraian diatas, maka agar produk esterifikasi lebih besar dan reaksi bergeser ke kanan (produk), perlu dilakukan usaha-usaha baik secara thermodinamika maupun secara kinetika. Secara thermodinamika usaha-usaha yang dilakukan adalah dengan mengatur suhu dan tekanan operasi, salah satu pereaksi dibuat berlebihan untuk meningkatkan kualitas kontak antar reaktan, dan juga pengusiran salah satu hasil yaitu ester atau air. Sedangkan secara kinetika, usaha-usaha yang perlu dilakukan adalah dengan penambahan katalisator dan reaktan diusahakan mempunyai kemurnian yang tinggi.
Katalisator yang digunakan antara lain adalah asam-asam kuat seperti resin sulfonat dan asam khlorida. Bahan-bahan lain seperti silika gel dan kation exchanger, resin juga sudah banyak digunakan. Pada skala laboratorium umumnya digunakan asam sulfat dan asam khlorida, tetapi pada skala pabrik lebih menguntungkan digunakan kation exchanger resin seperti amberlyte.

REAKSI KIMIA

Reaksi esterifikasi asam oleat dan butanol membentuk butyl oleat terjadi dalam fase cair. Diperlukan katalisator untuk mempercepat terjadinya reaksi. Katalisator yang digunakan berupa senyawa asam kuat inorganic seperti asam sulfat, asam chloride atau pun asam sulfat yang berupa larutan; bisa juga menggunakan asam yang berbentuk padat berupa an acidic ion exchance catalyst seperti resin sulfonat dengan nama dagang yang macam-macam.

Jika menggunakan katalisator berupa larutan asam cair maka reactor yang digunakan adalah reactor alir tangki berpengaduk (RATB/CSTR), sedangkan jika yang digunakan katalisator padat maka reactor yang digunakan reactor fixedbed adiabatic (single tube).

Jika menggunakan katalisator asam cair, maka hasil reaksi yang keluar dari reactor harus masuk ke tangki penetral untuk menentralkan katalisator asam yang ada dengan senyawa basa, dan juga Decanter untuk memisahkan larutan garam yang terbentuk dengan larutan organic yang tidak saling melarut atau kelarutannya kecil. Kerugian yang bisa terjadi adalah sisa reaktan yang berupa asam organic bisa ikut dinetrlkan oleh basa sehingga akan menambahh kebutuhan bahan baku asam organic.

Jika menggunakan katalisator padat, maka hasil reaksi yang keluar dari reactor bisa langsung diumpankan ke dalam Decanter untuk memisahkan air yang terbentuk selama reaksi.

Persamaan reaksi kimia :
                        

C₁₇H₃₃COOH   +  C₄H₉OH       ===>     C₁₇H₃₃COOC₄H₉  +  H₂O

 (asam oleat)           (butanol)                         (butyl oleat)

Asam oleat bereaksi dengan butanol membentuk butyl oleat terjadi pada suhu 120°C dan tekanan atmospheris. Untuk konversi 90% dengan menggunakan reactor RATB diperlukan 2 buah reactor yang disusun seri dengan waktu tinggal dalam masing-masing reactor sekitar 1,5 jam. Penggunaan reactor fixedbed adiabatic akan lebih efektif karena waktu tinggal akan lebih singkat dan tidak diperlukan pendinginan meskipun reaksi bersifat eksotermis (mengeluarkan panas), karena kenaikan suhu reaksi sekitar 15°C malah akan memperbesar kecepatan reaksi.