La sintesi dei solventi è un collegamento cruciale tra le materie prime chimiche di base e i prodotti solventi con proprietà fisico-chimiche specifiche. Il percorso tecnico non solo determina la purezza, la resa e il costo del prodotto, ma influisce anche direttamente sull'idoneità e sulla sicurezza del solvente nelle applicazioni successive. La sintesi dei solventi utilizza tipicamente frazioni di petrolio, prodotti chimici del carbone o risorse rinnovabili come materiali di partenza, impiegando più passaggi come separazione, conversione e raffinazione per costruire la struttura molecolare target e regolarne le proprietà.
La sintesi dei solventi idrocarburici si basa in gran parte sui processi di raffinazione e cracking del petrolio. Gli alcani a catena-diritta e gli alcani a catena-ramificata possono essere ottenuti da nafta o gasolio leggero attraverso distillazione e idrogenazione per rimuovere i componenti insaturi; I solventi idrocarburici aromatici come benzene, toluene e xilene provengono principalmente dall'aromatizzazione e dalla separazione della benzina ottenuta mediante reforming catalitico o cracking con vapore, seguiti da processi di raffinazione come desolforazione e denitrogenazione per ottenere la purezza richiesta. Questi metodi sono maturi, presentano significative economie di scala e sono adatti per la produzione industriale di solventi sfusi.
Le vie di sintesi dei solventi alcolici comprendono principalmente la produzione di metanolo dal gas di sintesi e la produzione di alcoli inferiori dall'idratazione delle olefine. Il metanolo viene sintetizzato dal monossido di carbonio e dall'idrogeno tramite catalizzatori a base di rame-o zinco-cromo. La successiva derivatizzazione, idrogenazione o transesterificazione può produrre etanolo, isopropanolo, ecc. Olefine leggere come etilene e propilene vengono idratate sotto catalisi acida per ottenere corrispondenti solventi alcolici. Questi metodi richiedono un controllo preciso della temperatura di reazione, della pressione e dell'attività del catalizzatore per garantire efficienza e selettività di conversione.
I solventi chetonici ed esterici vengono spesso preparati mediante l'ossidazione o l'esterificazione di alcoli o acidi. L'acetone può essere ottenuto dalla decomposizione ossidativa del cumene o dalla deidrogenazione dell'isopropanolo; l'acetato di etile viene preparato mediante esterificazione di etanolo e acido acetico mediante catalisi acida seguita da distillazione. Queste sintesi richiedono la considerazione sia del tasso di conversione delle materie prime che della soppressione dei sottoprodotti, spesso impiegando disidratazione azeotropica o tecniche di separazione continua per migliorare l'efficienza economica.
I solventi idrocarburici alogenati vengono preparati principalmente introducendo atomi di alogeno attraverso reazioni di alogenazione su basi idrocarburiche. Ad esempio, il cloro o il bromo reagiscono con alcani e sostanze aromatiche sotto la luce o catalizzatori per produrre cloroalcani e bromoaromatici. La reazione richiede un controllo rigoroso del dosaggio dell'alogeno e delle condizioni di reazione per evitare un'eccessiva-sostituzione e la formazione di sottoprodotti tossici, e necessita di strutture di supporto per l'assorbimento del gas di coda e il trattamento dei liquidi di scarto.
I solventi altamente polari a base di ammide-, come la N,N-dimetilformammide, vengono generalmente sintetizzati mediante carbonilazione di dimetilammina e monossido di carbonio ad alta pressione, seguita da purificazione per rimuovere ammine residue e ioni metallici. La loro sintesi prevede apparecchiature ad alta-pressione e protezione dalla corrosione, che richiedono elevati livelli di sicurezza del processo.
Negli ultimi anni, il concetto di sintesi verde ha guidato la trasformazione della preparazione dei solventi verso materie prime rinnovabili e processi a basso consumo di-energia-. L'esterificazione e la transesterificazione di oli vegetali o acidi grassi possono produrre solventi esterici a base biologica-; le tecnologie di fermentazione e catalisi enzimatica vengono utilizzate anche per produrre varietà rispettose dell'ambiente come gli alcoli a basso-carbonio o il lattato di etile. Inoltre, l'applicazione della separazione a membrana, dell'adsorbimento a setaccio molecolare e dei reattori a flusso continuo ha migliorato la selettività e l'efficienza di utilizzo delle risorse del processo di sintesi.
In sintesi, i metodi di sintesi dei solventi coprono la separazione e conversione degli idrocarburi, la sintesi catalitica di alcoli, chetoni ed esteri, l'alogenazione e la funzionalizzazione delle ammidi e l'esplorazione innovativa di percorsi rinnovabili. Selezionare e ottimizzare scientificamente i percorsi di sintesi in base ai requisiti strutturali e agli scenari applicativi dei diversi solventi è un'importante garanzia per ottenere prestazioni elevate, bassi costi e uno sviluppo sostenibile.