reaksi pada asam benzoat

REAKSI PADA ASAM BENZOAT

Asam Benzoat (benzoic acid) adalah suatu senyawa kimia dengan rumus C₆H₅COOH . Produk ini merupakan bahan kimia yang berupa asam organik padat berbentuk kristal putih, mudah terbakar, larut dalam alkohol, ether, mudah menguap, dan mudah meledak. Asam benzoat dengan nama dagang benzenecarboxylic acid atau carboxybenzene merupakan carboxylic acid aromatik yang paling sederhana. Asam benzoat memiliki struktur kimia sebagai berikut :

 Asam benzoat dapat disintesa dari dari bermacam-macam zat organik seperti benzyl alkohol, benzaldehyde, toluene, dan asam phtalat (The Columbia Enyclopedia, 2004).

            Secara umum ada beberapa cara yang dapat digunakan untuk membuat asam benzoat diantaranya adalah (Othmer, K., 1978) :

1.      Oksidasi Toluene dengan udara dalam fasa cair

Proses ini merupakan cara yang paling awal digunakan, dimana toluene, katalis, dan udara (atau O₂ yang terkandung dalam udara)diumpankan secara kontinyu ke dalam autoclave sehingga terbentuk asam benzoat pada suhu 150 – 250 ⁰C dan tekanan 5-50 atm. Perbandingan udara dan toluene dikendalikan untuk mendapatkan konversi 10-50%.  Panas reaksi dapat dihilangkan dengan refluks toluene dan penggunaan jacket cooling. Autoclave secara kontinyu overflow ke stripper kemudian toluene dipisahkan dan direcycle ke autoclave. Air yang terbentuk dari kondensasi aliran gas harus segera dipisahkan sebelum toluene yang tidak bereaksi dikembalikan ke reaktor.  Pemisahan dapat dilakukan dengan kristalisasi, distilasi, atau kombinasi keduanya. Yield yang diperoleh sekitar 80%. Asam benzoat yang terbentuk kemudian dibentuk menjadi flake atau disublimasi untuk mendapatkan variasu ukuran untuk dijual.

2.   Oksidasi Acetophenone

Campuran acetophenone, asam asetat, dan Mangan asetat tetrahidrat diaduk dengan cepat kemudian aliran O₂dilewatkan pada campuran tersebut. Campuran dipanaskan sampai 80⁰C dimana pada temperatur tesebut berubah warna menjadi coklat tua dan mulai terjadi adsorpsi O₂. Temperatur sistem dijalankan pada 92-97⁰C, setelah sekitar 3,5 jam, campuran dipanaskan hingga 105-110⁰C selama beberapa menit kemudian asam formiat dan asam asetat yang terbentuk selama reaksi dipisahkan dengan distilasi. Residu dilarutkan dengan 500ml air kemudian dengan distilasi uap acetophenone yang tidak bereaksi dipisahkan. Residu kemudian didinginkan kembali dan asam benzoat yang dikristalkan kemudian dikumpulkan pada filter dan dikeringkan. Yield yang didapat adalah 89%dengan kemurnian 98-99%.

3.                  Oksidasi Benzyl Bromida

Benzyl bromide dan asam asetat glasial  dimasukkan dalam pipa kaca tertutup didalam shaker bomb, O₂ 60% dimasukkan sampai tekanan mencapai 300 psig, kemudian dipanaskan sampai 190⁰C dengan dikocok.Temperatur ini dijaga sampai 3 jam. Bahan-bahan di dalam pipa kemudian didinginkan, ditambahkan air, dan kristal asam benzoat yang terbentuk disaring dari larutan.

4.                  Klorinasi Toluene

Toluene diklorinasi pada 100-150 ⁰C, hingga Specifik grafity mencapai 1,375-1,385 pada 20 ⁰C Sedikit alkali dapat ditambahkan untuk netralisasi residu hydrogen klorida. Benzotriklorid dapat didistilasi kemudian diumpankan dalam bejana yang dilengkapi dengan agitator. Setelah dipanaskan sampai 100 ⁰C, sekitar 0,7 % berat (berdasarkan umpan) Zinc Chloride sebagai katalis. Kemudian air ditambahkan perlahan-lahan di bawah permukaan cairan. Hidrogen klorid yang terlibat dalam reaksi diserap oleh air membentuk hidroclorid acid.Temperatur akan naik secara perlahan sampai 110-115 ⁰C. Pada saat reaksi sempurna dimana ditandai dengan tidak adanya hydrogen klorid, air ditambahkan, dan produk reaksi dibiarkan sampai 0,5 jam dengan pengadukan. Temperatur diturunkan sampai 90-100 ⁰C, air panas ditambahkan untuk melarutkan Zinc Klorid dan hidroclorid acid sisa. Lapisan asam dipisahkan dan dibiarkan mengeras, lapisan air didinginkan, hal ini mempercepat terlarutnya asam benzoat, yang dipisahkan dengan filtrasi, dicuci dengan air dingin, dan ditambahkan pada padatan asam benzoat. Komposisi padatan terdiri dari asam benzoat crude dan jumlah yang bervariasi dari air, pumice, dan impuritas yang lain. Ini dapat diubah menjadi Sodium benzoat kualitas tinggi dengan melarutkan dalam Sodium hidroksid, penyaringan, dan pemurnian larutan benzoat. Asam benzoat crude dapat dimurnikan dengan memberi USP asam benzoat dengan beberapa cara seperti sublimasi atau kristalisasi. Yield 90% dapat tercapai berdasarkan benzotriklorid yang diumpankan.

5.                  Dekarboksilasi Pthalyc Anhydrid

Dalam proses ini phtalyc anhydrid direaksikan dengan steam, dan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

            C₆H₄ (CO)₂O + H₂O             ===>    C₆H₅COOH + CO₂

                                                     (85% yield)

Proses pembentukan asam benzoat dari pthalyc anhydrid dapat dilakukan dalam fase cair maupun fase gas.

a.      Proses fase cair

Pthaltc anhydrid cair diumpankan crude dalam ketel tertutup yang dilengkapi agitator efisien. Ditambahkan 2-6% katalis yang terdiri dari kromium dan sodium pthalat dalam jumlah hampir sama. Katalis dapat diumpankan secara terpisah atau dapat juga dengan penambahan secara langsung Kromium hidroksid dan kaustik soda ke dalam reaktor dalam jumlah yang hampir sama. Umpan tersebut kemudian dipanaskan sampai kurang lebih 200 ⁰C dan kemudian 2-20 bagian steam/jam (dari 100 bagian pthalyc anhydrid) dimasukkan dibawah permukaan campuran. Dalam proses juga terbentuk pthalyc acid. Reflux kondensor mengembalikan air, asam benzoat, dan pthalyc acid ke dalam reaktor. Sementara itu CO₂ dibuang ke atmosfer. Reaksi dibiarkan berlangsung sampai campuran mengandung kurang dari 5% pthalyc acid. Asam benzoat kemudian dpisahkan dengan distilasi dengan atau tanpa bantuan steam. Pemisahan asam benzoat yang lebih sempurna dilakukan dengan menambahkan kaustik soda sebelum distilasi.

 b. Proses fase gas

Asam benzoat dapat diproduksi dengan dekarboksilasi fase uap dari pthalyc anhydrid. Dalam proses ini, uap pthalyc anhydrid dicampur dengan steam seberat 10-50 kali berat pthalyc anhydrid pada suhu 200⁰C. Kemudian dilewatkan pada katalis yang diam pada temperatur sekitar 450⁰C. Campuran katalis terdiri dari seng oksida pada batu apung carier atau tembaga karbonat dan kalsium hidroksida pada butiran batu apung. Karbon dioksida yang dihasilkan dari reaksi dipisahkan dari asam benzoat dengan separator untuk mengambil asam benzoat yang terbawa. Asam benzoat kemudian dipisahkan setelah kondensasi dengan destilasi untuk memisahkan sisa reaktan (pthalyc anhydrid dan H₂O). Pthalyc anhydrid yang tidak bereaksi direcycle untuk direaksikan kembali dengan steam. Sementara asam benzoat diambil sebagai produk.

6.                  Oksidasi Toluene dengan Sulfur dan Air

Proses tipe ini dapat dapat menghasilkan asam benzoat dari toluene atau asam lain dari bahan baku yang lain. Paten mendiskripsikan bahwa prosesnya adalah sebagai berikut : autoclave dari stainless-steel A4.5-1 diisi dengan 92 g toluene dan19 ml air. Tube glass berukuran besar yang berisi 100 g sulfur diletakkan dalam autoclave sedemikian rupa sehingga saat pertama kali autoclave digoncangkan, isi dalam autoclave bisa bercampur dengan yang ada dalam tube. Autoclave diisolasi dan dipanaskan 625 ^oC sebelum digoncangkan. Penggoncangan pada temperatur tersebut dilanjutkan selama 90 menit, tekanan meningkat sampai 2250 psig. Autoclave didinginkan dan 70 g hydrogen sulfide dialirkan ke dalam scrubber kaustik. Produk difilter dan dikeringkan, dan cake padat yang merupakan campuran asam benzoate,sulfur, dan by-product didistilasi. Sebagai potongan bagian atas, 79,9 g asam benzoate dan ekivalen netral 124,4 didapatkan. Selanjutnya 5 g didapatkan tertahan dalam kolom, dan dalam aqueous filtrate, 6,8 g ditemukan dalam dasar kolom distilasi, 20,6 terkandung sulfur, dan by-product berwarna gelap lainnya.

Tahap selanjutnya menggunakan oksidan tipe sulfur menunjukkan bahwa hasil yang lebih banyak bisa didapatkan dengan kondisi berbeda. Dengan sulfur dioksid sebagai oksidan (dengan sedikit hydrogen sulfide sebagai inisiator), 82% yield didapatkan, an dengan sedikit penambahan NaOH ke sistem akan didapatkan 83,6% yield. Beberapa proses lain di masa lampau belum pernah dicoba pada skala pabrik.

7.                  Oksidasi Toluene dengan Asam Nitrat

Prosesnya adalah sebagai berikut : tangki reaksi harus dalam kondisi asam dan harus mampu beroperasi pada tekanan 75 psi. Tangki diisi 85 lb asam nitrat 67%, 800 lb air, 500 lb toluene, dan 5 lb mangan dioksid. Selama kurang lebih 2 jam, temperature dibawa ke 80-90 ^oC, tekanan meningkat manjadi 35-40 lb. kondisi ini dipertahankan 6 atau 7 jam. Akhirnya selama 24 jam proses, temperature meningkat menjadi 110^oC, dan tekanan meningkat sampai 75 lb. Secara periodic selama proses pemanasan, oksigen (atau gas yang kaya oksigen) dimasukkan dalam kettle di atas pengeluaran. Gas inert dikeluarkan kadang-kadang. Yield dalam proses ini 70-80 % dalam jumlah teoritis.

8.                  Oksidasi Toluene dengan Sodium Dikromat

Toluen dan larutan sodium dikromat dalam air dipanaskan pada 250-300 oC, dengan pengadukan yang kasar, dalam autoclave selama 2-3 jam sehingga terbentuk sodium benzoate, sodium hidroksid, dan chromic oxide (Cr₂O₃). Autoclave didinginkan sampai sekitar 100 ^oC dan toluene yang tidak bereaksi didistilasi. Asam benzoate ditambahkan untuk menetralkan natrium hidroksid yang terbentuk. Chromic oxide kemudian diambil dari campuran dengan difilter, dicuci, dan dimasukkan kembali ke autoclave bersama-sama dengan air dan cukup natrium hidroksida untuk membentuk sodium khromat. Isi autoclave dikondisikan pada tekanan udara 1400 psi dan dipanaskan menjadi 280-300 ^oC selama 4-8 jam, sementara itu udara yang kehabisan oksigen sebagian dikeluarkan. Larutan sodium dikromat yang terbentuk digunakan dalam oksidasi pemasukan toluene.

Dari tabel perbandingan proses di atas, proses yang dipilih adalah proses Dekarboksilasi Pthalyc Anhydrid dengan pertimbangan dan keuntungan dari proses tersebut adalah :

1. Bahan baku phtalyc anhydrid dapat diperoleh dari pabrik di dalam negeri sehingga tidak perlu melakukan impor.

2.     Yield relatif tinggi, proses 1 fase, dan harga katalis murah.