La síntesis de disolventes es un vínculo crucial entre las materias primas químicas básicas y los productos disolventes con propiedades fisicoquímicas específicas. La ruta técnica no sólo determina la pureza, el rendimiento y el coste del producto sino que también afecta directamente la idoneidad y seguridad del disolvente en aplicaciones posteriores. La síntesis de solventes generalmente utiliza fracciones de petróleo, productos químicos del carbón o recursos renovables como materiales de partida, empleando múltiples pasos como separación, conversión y refinación para construir la estructura molecular objetivo y regular sus propiedades.
La síntesis de disolventes de hidrocarburos depende en gran medida de los procesos de craqueo y refinación del petróleo. Los alcanos-de cadena lineal y los alcanos-de cadena ramificada se pueden obtener a partir de nafta o gasóleo ligero mediante destilación e hidrogenación para eliminar los componentes insaturados; Los solventes de hidrocarburos aromáticos como benceno, tolueno y xileno provienen principalmente de la aromatización y separación de gasolinas obtenidas mediante reformado catalítico o craqueo con vapor, seguido de procesos de refinación como desulfuración y desnitrogenación para lograr la pureza requerida. Estos métodos están maduros, tienen importantes economías de escala y son adecuados para la producción industrial de disolventes a granel.
Las rutas de síntesis de disolventes alcohólicos incluyen principalmente la producción de metanol a partir de gas de síntesis y la producción de alcoholes inferiores a partir de la hidratación de olefinas. El metanol se sintetiza a partir de monóxido de carbono e hidrógeno bajo catalizadores a base de cobre-o zinc-cromo. La derivatización, hidrogenación o transesterificación posteriores pueden producir etanol, isopropanol, etc. Las olefinas ligeras como el etileno y el propileno se hidratan mediante catálisis ácida para obtener los disolventes alcohólicos correspondientes. Estos métodos requieren un control preciso de la temperatura, la presión y la actividad del catalizador de la reacción para garantizar la eficiencia y la selectividad de la conversión.
Los disolventes cetónicos y ésteres a menudo se preparan mediante oxidación o esterificación de alcoholes o ácidos. La acetona se puede obtener por descomposición oxidativa del cumeno o por deshidrogenación del isopropanol; El acetato de etilo se prepara mediante la esterificación de etanol y ácido acético bajo catálisis ácida seguida de destilación. Estas síntesis requieren consideración tanto de la tasa de conversión de la materia prima como de la supresión de subproductos, a menudo empleando deshidratación azeotrópica o técnicas de separación continua para mejorar la eficiencia económica.
Los disolventes de hidrocarburos halogenados se preparan principalmente mediante la introducción de átomos de halógeno mediante reacciones de halogenación sobre bases de hidrocarburos. Por ejemplo, el cloro o el bromo reaccionan con alcanos y aromáticos bajo luz o catalizadores para producir cloroalcanos y bromoaromáticos. La reacción requiere un control estricto de la dosis de halógeno y las condiciones de reacción para evitar la sobre-sustitución y la formación de subproductos tóxicos, y requiere instalaciones de apoyo para la absorción de gases de cola y el tratamiento de líquidos residuales.
Los disolventes altamente polares a base de amida-, como la N,N-dimetilformamida, normalmente se sintetizan mediante carbonilación de dimetilamina y monóxido de carbono a alta presión, seguido de purificación para eliminar aminas e iones metálicos residuales. Su síntesis implica equipos de alta-presión y protección contra la corrosión, lo que requiere altos niveles de seguridad en el proceso.
En los últimos años, el concepto de síntesis verde ha impulsado la transformación de la preparación de disolventes hacia materias primas renovables y procesos de bajo-energía-. La esterificación y transesterificación de aceites vegetales o ácidos grasos puede producir disolventes ésteres de base biológica-; Las tecnologías de fermentación y catálisis enzimática también se utilizan para producir variedades respetuosas con el medio ambiente, como alcoholes bajos-en carbono o lactato de etilo. Además, la aplicación de separación por membrana, adsorción por tamiz molecular y reactores de flujo continuo ha mejorado la selectividad y la eficiencia de utilización de recursos del proceso de síntesis.
En resumen, los métodos de síntesis de solventes cubren la separación y conversión de hidrocarburos, la síntesis catalítica de alcoholes, cetonas y ésteres, la halogenación y funcionalización de amidas y la exploración innovadora de rutas renovables. Seleccionar y optimizar científicamente las rutas de síntesis en función de los requisitos estructurales y los escenarios de aplicación de diferentes disolventes es una garantía importante para lograr un alto rendimiento, un bajo coste y un desarrollo sostenible.