Синтез растворителей является важнейшим связующим звеном между основным химическим сырьем и продуктами растворителей со специфическими физико-химическими свойствами. Технический маршрут не только определяет чистоту, выход и стоимость продукта, но также напрямую влияет на пригодность и безопасность растворителя при последующих применениях. В синтезе растворителей обычно в качестве исходных материалов используются нефтяные фракции, угольные химические продукты или возобновляемые ресурсы, при этом используются несколько этапов, таких как разделение, конверсия и очистка, для создания целевой молекулярной структуры и регулирования ее свойств.
Синтез углеводородных растворителей во многом основан на процессах переработки нефти и крекинга. Алканы с прямой-цепью и алканы с разветвленной-цепью можно получить из нафты или легкого дизельного топлива путем перегонки и гидрирования для удаления ненасыщенных компонентов; ароматические углеводородные растворители, такие как бензол, толуол и ксилол, в основном получают в результате ароматизации и разделения бензина, полученного посредством каталитического риформинга или парового крекинга, с последующими процессами очистки, такими как десульфуризация и деазотирование, для достижения необходимой чистоты. Эти методы являются зрелыми, имеют значительную экономию за счет масштаба и подходят для промышленного производства растворителей в больших объемах.
Пути синтеза спиртовых растворителей в основном включают получение метанола из синтез-газа и производство низших спиртов путем гидратации олефинов. Метанол синтезируют из окиси углерода и водорода под действием катализаторов на основе меди-или цинка-хрома. Последующая дериватизация, гидрирование или переэтерификация могут дать этанол, изопропанол и т. д. Легкие олефины, такие как этилен и пропилен, гидратируются в условиях кислотного катализа с получением соответствующих спиртовых растворителей. Эти методы требуют точного контроля температуры реакции, давления и активности катализатора для обеспечения эффективности и селективности конверсии.
Кетоновые и сложноэфирные растворители часто получают окислением или этерификацией спиртов или кислот. Ацетон можно получить окислительным разложением кумола или дегидрированием изопропанола; Этилацетат получают этерификацией этанола и уксусной кислоты в условиях кислотного катализа с последующей перегонкой. Эти синтезы требуют учета как степени конверсии сырья, так и подавления побочных продуктов, часто с использованием методов азеотропной дегидратации или непрерывного разделения для повышения экономической эффективности.
Галогенированные углеводородные растворители в основном получают путем введения атомов галогена в результате реакций галогенирования на углеводородных основаниях. Например, хлор или бром реагируют с алканами и ароматическими соединениями под действием света или катализаторов с образованием хлоралканов и бромароматических соединений. Реакция требует строгого контроля дозировки галогена и условий реакции, чтобы избежать чрезмерного-замещения и образования токсичных побочных продуктов, а также требует наличия вспомогательных сооружений для абсорбции хвостовых газов и очистки сточных вод.
Высокополярные растворители на основе амидов-, такие как N,N-диметилформамид, обычно синтезируются путем карбонилирования диметиламина и монооксида углерода под высоким давлением с последующей очисткой для удаления остаточных аминов и ионов металлов. Их синтез предполагает использование оборудования высокого-давления и защиты от коррозии, что требует высокого уровня безопасности процесса.
В последние годы концепция «зеленого» синтеза привела к переходу к производству растворителей в сторону возобновляемого сырья и процессов с низким-энергопотреблением-. Этерификация и переэтерификация растительных масел или жирных кислот могут привести к образованию сложных эфиров на био-основе; Технологии ферментации и ферментативного катализа также используются для производства экологически чистых сортов, таких как низкоуглеродистые спирты или этиллактат. Кроме того, применение мембранного разделения, адсорбции на молекулярных ситах и реакторов непрерывного действия улучшило селективность и эффективность использования ресурсов процесса синтеза.
Таким образом, методы синтеза растворителей охватывают разделение и конверсию углеводородов, каталитический синтез спиртов, кетонов и сложных эфиров, галогенирование и функционализацию амидов, а также инновационное исследование возобновляемых источников энергии. Научный выбор и оптимизация маршрутов синтеза на основе структурных требований и сценариев применения различных растворителей является важной гарантией достижения высокой производительности, низкой стоимости и устойчивого развития.