सल्फॉनीकरण

सल्फॉनीकरण : निरनिराळे रंग, औषधे व रसायने तयार करण्याकरिता, तसेच पाण्यात सहज विरघळणारे कार्बनी क्षार आणि साबणाप्रमाणे फेस देणारे पदार्थ तयार करण्यासाठी सल्फॉनीकरण या प्रक्रियेचा उपयोग करतात. या प्रक्रियेने कार्बनी संयुगातील कार्बन किंवा

सल्फॉनिक अम्ले आणि अल्कोहॉलाशी संयोग घडून तयार होणारी कार्बनी एस्टरे ह्यांमध्ये बराच फरक आहे. एस्टरामध्ये –SO₃H मूलक ऑक्सिजनाशी निगडित असतो. उदा., C₂H₅.HSO₄ किंवा  C₂H₅O.SO₂OH. ह्या एस्टरांचे सौम्य अल्कलीच्या साह्याने विभाजन होते. सल्फॉनिक अम्ले सौम्य अल्कलीबरोबर संयोग पावत नाहीत. हा दोन संयुगांतील महत्त्वाचा फरक आहे. ह्या तऱ्हेच्या सल्फॉनीकरण प्रक्रियेला ‘ सल्फेटीकरण ’ अशी संज्ञा आहे. जास्त रेणुभार असलेल्या अल्कोहॉलाबरोबर अशा तऱ्हेची एस्टरे तयार होतात. ह्यांचा उपयोग ⇨ प्रक्षालके म्हणून धुलाई धंदयात करतात. सल्फेटीकरण प्रक्रियेने तयार करण्यात आलेल्या सल्फ्यूरिक एस्टरामध्ये सेटिल सोडियम सल्फेट  (C₁₆H₃₃OSO₂Na) या पदार्थांचा उल्लेख करण्यासारखा आहे. सर्व सल्फ्यूरिक एस्टरे अफेनद ( फेस न होणाऱ्या ) पाण्यात उपयोगी पडून धुलाईच्या धंद्यांत वापरता येतात. कारण त्यांच्या संयुगाची अफेनद पाण्यात देखील विद्राव्यता (विरघळण्याची क्षमता) टिकते. [⟶ एस्टरे].

सल्फॉनीकरण प्रक्रिया प्रामुख्याने अविद्राव्य (न विरघळणारे) पदार्थ विद्राव्य (विरघळणारे) होण्याकरिता उदयोगधंदयांतून उपयोगात आणतात. त्याचप्रमाणे हायड्रॉक्सिल गटाचे (OH) संयुगात संस्थापन (प्रतिष्ठापन) करण्याकरिता प्रथम प्रक्रिया म्हणून वापरतात. त्याचप्रमाणे बाष्पनशील (वाफेच्या रूपात उडून जाणाऱ्या) संयुगांत नायट्रो, ॲमिनो आणि हॅलोजन गटांचे संस्थापन करण्याकरिता ह्या प्रक्रियेचा अवलंब करतात.

सल्फॉनिक गटाचे संस्थापन केल्याने खालील धंद्यांत त्याचा विशेष उपयोग करतात : (१) चामडयाच्या धंदयात फिनॉल व फॉर्माल्डिहाइड यांच्या सल्फोनेटेड संयुगांचा उपयोग होतो. (२) खनिज तेलाचे सल्फॉनीकरण करून त्याच्या अल्कली क्षारांचा साबणाच्या धंदयात उपयोग करतात. [⟶ साबण]. (३) टेट्राहायड्रोबेंझीन, प्रॉपिलीन, स्टिअरिक अम्ल, ओलेइक अम्ल वगैरेंचे सल्फॉनीकरण करून त्यांचा आर्द्रताकरक आणि पायसीकारक पदार्थ म्हणून उपयोग करतात. (४) रंगांच्या धंदयांत [⟶ रंजक व रंजकद्रव्ये] आणि धुलाईच्या धंदयात इसेथिऑनिक अम्लाचा ( हायड्रॉक्सिएथील सल्फॉनिक अम्लाचा ) ओलेइक अम्लाबरोबर संयोग घडवून त्यांचा उपयोग करतात. (५) त्याचप्रमाणे धुलाईच्या धंदयांमध्ये सेटिल, लॉरिल, सिरिल आणि पामिटिल अल्कोहॉलांशी सल्फ्यूरिक अम्लाची होणारी एस्टरे अत्यंत उपयुक्त प्रक्षालके समजली जातात. ती अफेनद पाण्यात देखील सहज विद्राव्य असतात. [⟶ धुलाई].

कारक पदार्थ : सल्फॉनीकरण प्रक्रिया घडून येण्याकरिता पुढील कारक पदार्थ उपयोगात आणतात : (१) सल्फ्यूरिक अम्ल, (२) ओलियम ( शंभर टक्के सल्फ्यूरिक अम्लामध्ये सल्फर ट्राय-ऑक्साइड वायू विरघळलेला असतो ), (३) ॲसिड सल्फेटे आणि पॉलिसल्फेटे, (४) क्लोरोसल्फॉनिक अम्ल आणि फ्ल्युओसल्फॉनिक अम्ल, (५) सल्फाइट आणि ॲसिड सल्फाइटे, (६) हायपोसल्फाइटे, (७) ॲमिनो सल्फॉनिक अम्ल, (८) सल्फ्यूरिल क्लोराइड, (९) डायमिथिल आणि डायएथिल सल्फेटे. यांशिवाय SO₂, SO₃ यांसारखे सल्फॉनीकारक पदार्थदेखील उपयोगात आणतात.

(१) सल्फ्यूरिक अम्ल तीव्र ( संहत ) स्वरूपाचे असल्यास पाणी शोषून घेते. उच्च तापमानाला ही शक्ती कमी होते. पॅराफिन हायड्रोकार्बनांचे सल्फॉनीकरण सहज होऊ शकत नाही, त्याकरिता ओलियमाचा वापर करावा लागतो. उदा., C₆H₁₄ + ओलियम ⟶ C₆H₁₃HSO₃ + H₂O अतृप्त (द्विबंध वा त्रिबंध असणाऱ्या) हायड्रोकार्बनांमध्ये सल्फेटे तयार होतात व ही प्रक्रिया अल्कोहॉल तयार करण्याकरिता मोठया प्रमाणावर वापरतात [⟶ अल्कोहॉल].

बाष्पनशील हायड्रोकार्बनाचे सल्फॉनीकरण करताना संहत सल्फ्यूरिक अम्लाचा सरसकट वापर करण्यात येतो. उदा., बेंझिनापासून बेंझीन सल्फॉनिक अम्ल, नॅप्थॅलिनापासून नॅप्थॅलीन सल्फॉनिक अम्ल इ. औदयोगिक दृष्टया महत्त्वाचे पदार्थ तयार करता येतात.

(२) काही प्रक्रियांमध्ये तीव्र सल्फ्यूरिक अम्लाचा सल्फॉनीकरण प्रक्रियेकरिता विशेष उपयोग होत नाही. अशा वेळी SO₃ विरघळलेले ओलियम वापरतात. त्यामुळे निर्माण झालेल्या पाण्याच्या अंशाने प्रक्रियेचा वेग कमी झाल्यास ओलियमाच्या वापराने तो वेग भरून काढता येतो. ही प्रक्रिया ओलियमाच्या पुढील समीकरणाने दाखविता येते.

R.H + SO₃ ⟶ R.SO₂.OH

या प्रक्रियेमध्ये पाणी निर्माण होत नाही. SO₃ चे सल्फ्यूरिक अम्लामधील प्रमाण फक्त कमी होते. त्यामुळे सल्फ्यूरिक अम्लापेक्षा हे कमी खर्चाचे आहे.

(३) आणखी एक महत्त्वाचा कारक पदार्थ म्हणजे क्लोरोसल्फॉनिक अम्ल हा होय. ॲलिफॅटिक व ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांवर त्याची प्रक्रिया पुढीलप्रमाणे दर्शविता येते.

R.H + Cl.SO₂.OH ⟶ R.SO₂.OH + HCl

R.SO₂.OH + Cl.SO₂.OH ⟶ R.SO₂.Cl + H₂SO₄

क्लोरोसल्फॉनिक अम्लाचा सॅकॅरीन तयार करताना उपयोग होतो.

सल्फॉनीकरण प्रक्रियांचे प्रकार : यांमध्ये दोन प्रकार आहेत: (१) ज्या पदार्थांचे वायुरूपात लवकर रूपांतर होते असे पदार्थ, (२) ज्यांचे वायुरूपात रूपांतर होत नाही असे पदार्थ. पहिल्या प्रकारात बेंझीन, नॅप्थॅलीन अशासारख्या पदार्थांचा समावेश होतो. दुसऱ्यामध्ये लवकर वायुरूपांत न जाणारे पदार्थ म्हणजे ऑर्थो -नायट्रोनॅप्थॅलीन व अँथॅक्विनोन हे होत.

थोडे थोडे वजन असलेले पदार्थ घेऊन त्यांचे सल्फॉनीकरण करणे याला खंडित पद्धती म्हणतात. अखंडित सल्फॉनीकरणाची पद्धत बहुधा शीघ्र वायुरूपात रूपांतर होणाऱ्या पदार्थांच्या बाबतीत वापरतात. त्याचप्रमाणे सल्फ्यूरिक अम्ल व सल्फॉनीकरणाकरिता वापरात आलेला पदार्थ यांचे मिश्रण करण्याचीदेखील एक विशिष्ट प्रक्रिया आहे. उदा., अँथॅक्विनोनाचे सल्फॉनीकरण करताना सल्फ्यूरिक अम्लात अँथॅक्विनोन मिसळण्यात येते; परंतु शीघ्र बाष्पनशील अशा बेंझिनाचे सल्फॉनीकरण करताना बेंझिना-मध्ये सल्फ्यूरिक अम्ल टाकण्यात येते. पदार्थांच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांवरूनच हे ठरविले जाते.

रासायनिक प्रक्रियेत निर्माण होणाऱ्या पाण्याचा ताबडतोब निचरा होणे आवश्यक असते. कारण त्यामुळे अम्लाची तीव्रता कमी होऊन प्रक्रिया मंदावते. याकरिता निरनिराळे जलशोषक पदार्थ वापरतात किंवा निर्माण झालेले पाणी अलग करण्यात येते. ओलियमाचा वापर करून SO₃ चे सल्फ्यूरिक अम्लातील प्रमाण कायम राखण्यात येते.

जास्त रेणुभाराच्या अल्कोहॉलाचे सल्फेटीकरण करताना सल्फर ट्राय-ऑक्साइड (SO₃) वायू व सोडियम नायट्राइट क्षार यांचा उपयोग केल्यामुळे पाणी निर्माण न होता प्रक्रिया पूर्णत्वास जाते. फिनॉल व बेंझीन यांचे सल्फॉनीकरण करताना ( दाब ०.५ ते १.०० इंच पारा ) निर्वात प्रदेश निर्माण करून प्रक्रिया घडवून आणतात.

संयुगे : सल्फॉनीकरण प्रक्रियेने औदयोगिक दृष्टया महत्त्वाची संयुगे खालीलप्रमाणे तयार करतात :

(१) बेंझीन सल्फॉनिक अम्ल व मेटा-बेंझीन डायसल्फॉनिक  अम्ल : बेंझीन सल्फॉनिक अम्लावर सोडियम सल्फाइटाची प्रक्रिया करून त्याचा सोडियम क्षार तयार करतात. त्याच्याशी दाहक ( कॉस्टिक ) सोडयाची प्रक्रिया करून फिनॉल तयार होते. बेंझीन डायसल्फॉनिक अम्लाचा उपयोग रिसॉरसिनॉल तयार करण्याकरिता करतात. [⟶ बेंझीन].

(२) सल्फॉनिलिक अम्ल : ( C₆H₄.NH₂.HSO₃). ॲनिलिनावर वाफाळणाऱ्या सल्फ्यूरिक अम्लाची प्रक्रिया करून प्रथम ॲनिलीन सल्फेट तयार करण्यात येते. त्याचे तापमान २००° से. पर्यंत वाढविले असता पाणी बाष्परूपाने नाहीसे होऊन सल्फॉनिलिक अम्ल तयार होते. हे अम्ल स्फटिकयुक्त असून उकळत्या पाण्यात विद्राव्य आहे. याचा उपयोग औषधे, ॲझो प्रकारचे काही रंग व मिथिल ऑरेंज तयार करण्याकरिता होतो.

(३) नॅप्थॅलिनापासून (C₁₀H₈) आल्फा नॅप्थॅलीन सल्फॉनिक अम्ल आणि बीटा नॅप्थॅलीन सल्फॉनिक अम्ल तयार करतात. यांचा उपयोग रंगाच्या कारखान्यात करतात. [⟶ नॅप्थॅलिन].

(४) ॲलिझरीन रंग तयार करण्याकरिता अँथॅक्विनोन बिटा सल्फॉनिक अम्ल (C₁₄H₇.HSO₃) तयार करावे लागते. त्याकरिता अँथॅक्विनोनाशी वाफाळणारे सल्फ्यूरिक अम्ल किंवा ओलियमाची प्रक्रिया करतात.

(५) सल्फेटीकृत संयुगांमध्ये सर्वांत महत्त्वाची संयुगे मेदी अल्कोहॉले सल्फेटीकारक पदार्थाच्या रासायनिक प्रक्रियेने तयार होतात. या संयुगात लॉरिल अल्कोहॉल आणि ओलील अल्कोहॉल ही दोन प्रमुख होत. ही जास्त रेणुभारांची अल्कोहॉले ग्लिसराइडांचे ⇨ क्षपण करून तयार करतात. ह्या संतृप्त (द्विबंध वा त्रिबंध नसलेल्या) मेदी अल्कोहॉलांशी तीव्र सल्फ्यूरिक अम्लाचा संयोग घडवून आणतात. ह्या प्रक्रियेत सल्फेट  तयार होते. त्यावर अल्कलीची प्रक्रिया करून सोडियम क्षार तयार करण्यात येतो.

या सल्फेटीकृत एस्टर समूहांपैकी खोबऱ्याच्या तेलामधील मेदी-अम्लाचे ग्लिसराइड हे एक होय. निरनिराळ्या विशिष्ट नावांनी ते बाजारात विकले जाते. उदा., आरटिक, सिंटेक्स आणि व्हेल. ही मेदी ग्लिसराइडे मेदी-अम्ल आणि ग्लिसरीन ह्यांच्या प्रक्रियेने तयार करतात. त्यानंतर त्यांचे सल्फेटीकरण करतात.

अमाइड सल्फेट वर्गापैकी ‘ इगेपॉन टी ’ या पदार्थाचा धुलाईच्या धंदयात मोठया प्रमाणावर प्रक्षालक म्हणून उपयोग करतात [⟶ प्रक्षालके]. ओलेइक ॲसिड क्लोराइड आणि एन मिथिल ऑरिन यांचा दाहक सोड्याच्या सान्निध्यात रासायनिक संयोग घडवून आणतात व सल्फेटीकृत अमाइड पदार्थ मिळतो.

(६) सल्फेटीकरण प्रक्रियेने एरंडीचे तेल, मोहरीचे तेल, सोयाबीन, खोबरे यांच्यापासून सल्फेटीकृत ॲलिफॅटिक एस्टरे मिळतात. यांना सल्फेटीकृत तेले असे म्हणतात. ‘ टर्की रेड ऑइल ’ हे महत्त्वाचे सल्फेटीकृत तेल एरंडीच्या तेलापासून तयार करतात. १०० भाग एरंडीच्या तेलावर २० टक्के तीव्र सल्फ्यूरिक अम्लाची प्रक्रिया ३०° से. तापमानापर्यंत करण्यात येते. पाणी आणि सोडियम सल्फेटाने होणाऱ्या संयुगाला धुवून काढण्यात येते. या रिसिनोलिइक सल्फ्यूरिक संयुगावर दाहक सोडा टाकून पाण्याबरोबर स्वच्छ विद्राव मिळेपर्यंत ही प्रक्रिया चालू ठेवतात. ह्या सल्फेटीकृत तेलाचा रंगाच्या कारखान्यात व चामड्याच्या कारखान्यात उपयोग होतो. हे पाण्यात विद्राव्य असते.

उत्प्रेरक : प्रत्यक्ष विक्रियेत भाग न घेता तिच्या गतीत व अन्य बदल करणाऱ्या पदार्थाला (रसायनाला) उत्प्रेरक म्हणतात. अशी विशिष्ट उत्प्रेरक रसायने सामान्यपणे अल्प प्रमाणात घातल्याने सल्फॉनीकरण प्रक्रियेवर लक्षणीय परिणाम होऊ शकतो. पारा घातल्याने अनेक ॲरोमॅटिक सल्फॉनीकरणांमध्ये संयुगाच्या दिक्विन्यासात (अणूंच्या मांडणीत) बदल होतो. आल्फा-अँथॅक्विनोन सल्फोनेटांच्या निर्मितीत ही गोष्ट अतिशय महत्त्वाची ठरते. पाऱ्याची संयुगे (उत्प्रेरक) नसताना केवळ बीटा- सल्फोनेटे मिळतात. वापरलेल्या अँथॅक्विनोनाच्या आधारे १ टक्का पारा (वा त्याचे समतुल्य लवण) यासाठी लागते. बेंझॉइक अम्ल, थॅलिक  ॲनहायड्राइड व नायट्रोबेंझीन यांच्या सल्फॉनीकरणांतही दिक्‌विन्यासावर पाऱ्याचा परिणाम होतो. यासाठी बऱ्याच जास्त प्रमाणात पारा वापरावा लागतो आणि दिक्‌विन्यासात अंशत:च बदल होतो.

कार्बनी संयुगात नायट्रो (NO₂ –) गट अंतर्भूत करणारे नायट्रोआवेशन व द्रव्यात हॅलोजन मूलद्रव्य अंतर्भूत करणारे हॅलोजनीकरण यांसारखे ॲरोमॅटिक सल्फॉनीकरण ही एक नमुनेदार विद्युत् स्नेही प्रतिष्ठापन विक्रिया आहे. तथापि, या इतर विक्रियांतून सल्फॉनीकरण पुढील दोन बाबतींत वेगळे असते : सल्फॉनीकरण ही उलट दिशेतही होऊ शकणारी व्युत्कमी  विक्रिया आहे आणि विशिष्ट बाबतीत (उदा., नॅप्थॅलिनाचे सल्फॉनीकरण) आत प्रविष्ट होणाऱ्या गटाच्या स्थानावर तापमानाचा मोठा परिणाम होतो. [⟶ उत्प्रेरण].

सामग्री : ७५-१०० टक्के प्रबलता असणाऱ्या सल्फ्यूरिक अम्लाच्या कियेला ओतीव लोखंड वा बीड तापमानाच्या बृयाच मोठया पल्ल्यात विरोध करते आणि सल्फॉनीकरणाचे किटलीसारखे पात्र बनविण्यासाठी पुष्कळ वर्षांपासून बीड हे आदर्श द्रव्य म्हणून वापरले जाते. विशेषत: रंजकांच्या मध्यस्थ पदार्थांसाठी व ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांसाठी ही पद्धत वापरतात. परंतु बिडाचे ताणबल कमी असते. तसेच त्याच्यावर ओलियमाची किंवा सल्फर ट्राय-ऑक्साइडाची संक्षारणाची (गंजून झिजण्याची) क्रिया होते. ओलियम सल्फॉनीकरणात या दोषाचे नियमन सल्फॉनीकरण होत असलेल्या द्रव्यात अम्ल सावकाशपणे घालून करता येऊ शकते. यामुळे अम्लाची संहती संक्षारक पातळीच्या खाली राहते.

सल्फॉनीकरणासाठी अस्तराची पोलादी पात्रे वापरल्यास खर्च कमी येतो, पात्र अधिक बळकट होते आणि संक्षारणाला चांगला विरोध होतो. काच, एनॅमल, शिसे, ३१६ प्रकारचे अगंज पोलाद हे पदार्थ सामान्यपणे अस्तरासाठी वापरतात.

अखंडित सल्फॉनीकरणासाठी खास सामग्री आवश्यक असते. मात्र विक्रियेची जलद त्वरा, तसेच जास्त प्रमाणात व स्थिर उत्पादन असणाऱ्या बाबतींतच अशी खास सामग्री फायदेशीर असते.

पहा : तेले व वसा; सल्फ्यूरिक अम्ल.

संदर्भ : 1. Gilbert, E. E. Sulfonation and Related Reactions, 1978.

2. Kirk, Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1997.

दीक्षित, व. चिं.;  ठाकूर, अ. ना.