Растворители на биооснове

Замену растворителей движет регулирование, а не предпочтение. Несколько высокоэффективных диполярных апротонных растворителей — N-метилпирролидон, диметилформамид, диметилацетамид — репротоксичны и ограничены, а это ровно те растворители, которые растворяют трудные полимеры и делают возможными многие реакции. Их замена является настоящей химической задачей.

Три числа#

«Подобное растворяется в подобном» можно выразить количественно. Параметры растворимости Хансена разделяют энергию когезии растворителя на три составляющие: дисперсионные силы, полярные взаимодействия и водородные связи. Каждый растворитель и каждое растворяемое вещество занимают точку в этом трёхмерном пространстве, и вещество растворяется в тех растворителях, что лежат к нему близко.

Замена поэтому обязана совпасть по всем трём координатам, а не просто быть полярной или неполярной. Кандидат, совпавший по полярности, но не по водородным связям, откажет именно на тех веществах, ради которых он и был нужен.

Независимо действуют ещё два ограничения. Температура кипения определяет, можно ли отогнать растворитель, не разложив продукт, и можно ли его вернуть в цикл, — а экономику растворителя обычно определяет именно возврат, а не покупка. Смешиваемость с водой определяет возможность водной обработки, и замена, которая её меняет, вынуждает перепроектировать всю последующую цепочку.

Поэтому замена растворителя редко бывает прямой подстановкой, и поэтому жидкость биопроисхождения с привлекательной токсикологией автоматически ничему не является заменой.

Основные кандидаты и для чего каждый нужен#

Этиллактат, сложный эфир ферментационной молочной кислоты и этанола, — умеренно полярный растворитель с хорошей растворяющей способностью для смол и покрытий.

2-Метилтетрагидрофуран, получаемый из фурфурола из пентозных сахаров сельскохозяйственных остатков, действительно полезен как замена ТГФ и диэтилового эфира в реакционной химии, с одним ясным достоинством: он лишь слабо смешивается с водой, поэтому при обработке отделяется от неё, чего ТГФ не делает.

Цирен, получаемый в две стадии из целлюлозы, — диполярный апротонный растворитель с параметрами Хансена, близкими к NMP, и это самое близкое, к чему область подошла в поисках прямой замены этого класса.

Терпены вроде лимонена сильно неполярны и заменяют углеводородные обезжириватели.

Где каждый из них кусается в ответ#

Биопроисхождение не даёт стабильности, и у каждого есть свой отказ, которому место на этикетке.

Этиллактат является сложным эфиром и гидролизуется обратно до молочной кислоты и этанола в присутствии воды, особенно при кислотном или основном катализе. Во влажной или реакционноспособной системе он разрушается и подкисляет её.

2-МеТГФ является простым эфиром и образует пероксиды при хранении на воздухе — ровно как ТГФ и диэтиловый эфир. Он требует ингибитора и проверки на пероксиды перед отгонкой досуха.

Цирен является кетоном и гидратируется в воде до геминального диола, а в основной среде вступает в альдольную химию, — то есть он не инертен в тех реакциях, где мог бы понадобиться.

И «зелёный» не является свойством, вытекающим из сырья. Токсичность, биоразлагаемость, горючесть и энергозатраты производства являются измеряемыми характеристиками, и некоторые растворители биопроисхождения по ним хуже той нефтехимии, которую заменяют.