Bagaimana Sains Baru Membuat Reaksi Lama Lebih Aman

Industri kimia telah menggunakan reaksi dengan bahan kimia yang mudah meledak selama lebih dari 100 tahun — kini para ilmuwan Mülheim telah menemukan alternatif yang lebih aman.

Ledakan dan keracunan. Cedera serius dan bahkan kematian. Dalam sejarah industri kimia, telah terjadi kecelakaan berulang kali, terkadang berakibat fatal, sering kali disebabkan oleh bahan kimia berbahaya dan mudah meledak yang diperlukan untuk reaksi tertentu.

Garam Aryldiazonium, yang telah digunakan selama 140 tahun, adalah salah satu bahan kimia tersebut. Mereka sangat reaktif dan oleh karena itu sangat berguna untuk menghasilkan senyawa lain – misalnya pewarna. Namun, reaktivitas yang tinggi berarti garam arildiazonium yang diisolasi tidak begitu stabil sehingga dapat bereaksi secara tidak sengaja dan terkadang meledak. Pada tanggal 23 Desember 1969, terjadi ledakan serius yang melibatkan bahan kimia ini di Ciba AG di Basel. Sebuah bangunan hancur dan pecahan reaktor berat beterbangan di udara. Tiga pekerja kehilangan nyawa dan 31 orang luka berat. Meskipun terdapat laporan yang mengerikan, penelitian terhadap garam aryldiazonium terus berlanjut.

Inovasi dalam Keamanan Bahan Kimia

Sebuah tim yang dipimpin oleh Prof.Dr.Tobias Ritter, direktur di Max Planck Institute untuk Kohlenforschung, kini telah berhasil membuat kimia berisiko dengan garam aryldiazonium secara signifikan lebih aman. Protokol Mülheim tidak hanya mengurangi bahaya penggunaan senyawa tersebut, namun juga berpotensi membuka peluang berkembangnya reaksi baru.

“Biasanya, penggunaan garam diazonium dilakukan dalam dua langkah: pertama Anda mengisolasi atau mengakumulasi garam diazonium, yang berbahaya, dan kemudian mengubahnya menjadi produk yang diinginkan pada langkah kedua. Dalam proyek kami, kami menggabungkan dua langkah sintesis dan menghasilkan produk yang diinginkan tanpa mengumpulkan garam diazonium, yang secara signifikan mengurangi risiko ledakan,” jelas Tim Schulte, mahasiswa doktoral dari kelompok Tobias Ritter.

Metode Sintesis Baru dan Implikasinya

Secara tradisional, garam aryldiazonium disintesis dari anilin dengan nitrous kecut, atau dengan senyawa nitrit, suatu reaksi yang hanya mengalami sedikit inovasi selama bertahun-tahun. Reaksi harus dilakukan pada suhu rendah (di bawah 5 °C) karena garam arildiazonium tidak stabil pada suhu yang lebih tinggi. Namun, Javier Mateos, peneliti pascadoktoral di kelompok tersebut, dan Tim Schulte telah menemukan metode baru yang memungkinkan adanya nukleofil berbeda dalam campuran reaksi.

Strategi baru ini didasarkan pada penggunaan proses alami, reduksi nitrat, yang dilakukan pada tanaman. Para peneliti berhasil meniru proses alami dalam tabung reaksi dan menggabungkannya dengan kimia aril diazonium untuk mengembangkan metode sintesis yang lebih aman. Dengan cara ini, keterbatasan yang terkait dengan metode tradisional seperti sensitivitas suhu dan kebutuhan asam kuat yang disebutkan di atas dapat dihindari.

Karena para peneliti menggabungkan beberapa langkah dalam protokol baru mereka, konsentrasi zat berbahaya yang besar tidak muncul. Dan bukan hanya itu yang ditemukan oleh para ilmuwan dari Mülheim: “Untuk metode sintesis kami, kami menggunakan bahan kimia yang digunakan dalam jumlah besar di industri pupuk dan bahan bakar sehingga harganya murah,” kata Tim Schulte. Hal ini dapat membuat jalur sintesis menjadi sangat menarik bagi perusahaan di industri kimia karena berarti biaya produksi lebih rendah.

“Solusi terhadap masalah ini sebenarnya telah ditemukan 100 tahun yang lalu, namun reaksi yang ditemukan saat ini mungkin tidak direncanakan dengan cara yang sama,” kata Tobias Ritter. “Kombinasi bahan kimia yang pada akhirnya memberikan hasil yang baik ditemukan secara kebetulan saat kami sedang mengerjakan proyek lain,” kata Javier Mateos. Meskipun reagen yang digunakan telah dikenal sejak lama, namun potensinya dalam kimia diazonium hingga saat ini masih terabaikan.

Metode baru ini juga memiliki kepentingan ilmiah karena pendekatan kimia baru kini dapat dilakukan, yang tidak mungkin dilakukan dengan metode klasik karena tingginya risiko ledakan dan ketidakstabilan sambungan.

Referensi: “Reduksi nitrat memungkinkan kimia arildiazonium lebih aman” oleh Javier Mateos, Tim Schulte, Deepak Behera, Markus Leutzsch, Ahmet Altun, Takuma Sato, Felix Waldbach, Alexander Schnegg, Frank Neese dan Tobias Ritter, 25 April 2024, Sains.
DOI: 10.1126/science.adn7006