การสังเคราะห์ตัวทำละลายคือการเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างวัตถุดิบเคมีพื้นฐานและผลิตภัณฑ์ตัวทำละลายที่มีคุณสมบัติเคมีกายภาพจำเพาะ เส้นทางทางเทคนิคไม่เพียงแต่กำหนดความบริสุทธิ์ ผลผลิต และราคาของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อความเหมาะสมและความปลอดภัยของตัวทำละลายในการใช้งานครั้งต่อไปอีกด้วย โดยทั่วไปการสังเคราะห์ตัวทำละลายจะใช้เศษส่วนปิโตรเลียม ผลิตภัณฑ์เคมีจากถ่านหิน หรือทรัพยากรหมุนเวียนเป็นวัสดุตั้งต้น โดยใช้หลายขั้นตอน เช่น การแยก การแปลงสภาพ และการกลั่นเพื่อสร้างโครงสร้างโมเลกุลเป้าหมายและควบคุมคุณสมบัติของมัน
การสังเคราะห์ตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่อาศัยกระบวนการกลั่นและการแตกร้าวปิโตรเลียม อัลเคนสายโซ่ตรง-และอัลเคนสายโซ่-สามารถได้รับจากแนฟทาหรือน้ำมันดีเซลเบาผ่านการกลั่นและไฮโดรจิเนชันเพื่อกำจัดส่วนประกอบที่ไม่อิ่มตัวออก ตัวทำละลายอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน เช่น เบนซีน โทลูอีน และไซลีน ส่วนใหญ่มาจากการทำให้เป็นอะโรเมติกและการแยกน้ำมันเบนซินที่ได้รับจากการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาหรือการแตกตัวด้วยไอน้ำ ตามด้วยกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ เช่น การแยกซัลเฟอร์ไรเซชัน และดีไนโตรเจนเนชัน เพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ที่ต้องการ วิธีการเหล่านี้มีความสมบูรณ์ มีการประหยัดต่อขนาดอย่างมาก และเหมาะสำหรับการผลิตตัวทำละลายปริมาณมากทางอุตสาหกรรม
เส้นทางการสังเคราะห์ตัวทำละลายแอลกอฮอล์ส่วนใหญ่รวมถึงการผลิตเมทานอลจากซินกาสและการผลิตแอลกอฮอล์ระดับล่างจากโอเลฟินไฮเดรชั่น เมทานอลถูกสังเคราะห์จากคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนภายใต้ตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียม-ที่มีทองแดงหรือสังกะสี- การเกิดอนุพันธ์ ไฮโดรจิเนชัน หรือทรานส์เอสเตริฟิเคชันตามมาสามารถให้ผลลัพธ์เป็นเอธานอล ไอโซโพรพานอล ฯลฯ โอเลฟินเบา เช่น เอทิลีนและโพรพิลีนจะถูกทำให้ไฮเดรตภายใต้การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดเพื่อให้ได้ตัวทำละลายแอลกอฮอล์ที่สอดคล้องกัน วิธีการเหล่านี้ต้องการการควบคุมอุณหภูมิปฏิกิริยา ความดัน และกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาที่แม่นยำ เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการแปลงและการเลือกสรร
ตัวทำละลายคีโตนและเอสเทอร์มักเตรียมโดยการออกซิเดชันหรือเอสเทอริฟิเคชันของแอลกอฮอล์หรือกรด อะซิโตนสามารถหาได้จากการสลายตัวแบบออกซิเดชันของคิวมีนหรือโดยการดีไฮโดรจีเนชันของไอโซโพรพานอล เอทิลอะซิเตตเตรียมโดยเอสเทอริฟิเคชันของเอทานอลและกรดอะซิติกภายใต้การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดตามด้วยการกลั่น การสังเคราะห์เหล่านี้จำเป็นต้องพิจารณาทั้งอัตราการแปลงวัตถุดิบและการยับยั้งผลพลอยได้ โดยมักใช้เทคนิคการแยกน้ำแบบอะซีโอโทรปิกหรือการแยกอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ
ตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนที่เติมฮาโลเจนส่วนใหญ่เตรียมโดยการแนะนำอะตอมของฮาโลเจนผ่านปฏิกิริยาฮาโลเจนบนฐานไฮโดรคาร์บอน ตัวอย่างเช่น คลอรีนหรือโบรมีนทำปฏิกิริยากับอัลเคนและอะโรเมติกส์ภายใต้แสงหรือตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิตคลอโรอัลเคนและโบรโมอะโรเมติกส์ ปฏิกิริยานี้จำเป็นต้องมีการควบคุมปริมาณฮาโลเจนและสภาวะของปฏิกิริยาอย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยง-การทดแทนและการก่อตัวของผลพลอยได้ที่เป็นพิษ และจำเป็นต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกในการดูดซับก๊าซหางและการบำบัดของเหลวเสีย
ตัวทำละลายที่มีขั้วสูงที่มีเอไมด์- เช่น N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ โดยทั่วไปจะถูกสังเคราะห์โดยคาร์บอนิลเลชันของไดเมทิลลามีนและคาร์บอนมอนอกไซด์ภายใต้แรงดันสูง ตามด้วยการทำให้บริสุทธิ์เพื่อกำจัดเอมีนและไอออนของโลหะที่ตกค้าง การสังเคราะห์เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์แรงดันสูง-และการป้องกันการกัดกร่อน ซึ่งต้องการความปลอดภัยของกระบวนการในระดับสูง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แนวคิดของการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้ขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงการเตรียมตัวทำละลายไปสู่วัตถุดิบหมุนเวียนและกระบวนการ-ใช้พลังงานต่ำ- เอสเทอริฟิเคชันและทรานส์เอสเตริฟิเคชันของน้ำมันพืชหรือกรดไขมันสามารถให้ผลลัพธ์เป็นตัวทำละลายเอสเทอร์ที่มีพื้นฐานทางชีวภาพ- เทคโนโลยีการหมักและการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ยังใช้ในการผลิตพันธุ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น -แอลกอฮอล์คาร์บอนต่ำหรือเอทิลแลคเตต นอกจากนี้ การประยุกต์ใช้การแยกเมมเบรน การดูดซับตะแกรงโมเลกุล และเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลต่อเนื่องได้ปรับปรุงประสิทธิภาพการเลือกสรรและการใช้ทรัพยากรของกระบวนการสังเคราะห์
โดยสรุป วิธีการสังเคราะห์ตัวทำละลายครอบคลุมถึงการแยกและการแปลงไฮโดรคาร์บอน การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาของแอลกอฮอล์ คีโตน และเอสเทอร์ ฮาโลเจนและการทำงานของเอไมด์ และการสำรวจเส้นทางพลังงานหมุนเวียนที่เป็นนวัตกรรมใหม่ การเลือกและเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางการสังเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ตามความต้องการเชิงโครงสร้างและสถานการณ์การใช้งานของตัวทำละลายต่างๆ ถือเป็นการรับประกันที่สำคัญสำหรับการบรรลุประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ และการพัฒนาที่ยั่งยืน