图1.生物甘油作为重要原料可用于制备多种可持续生产的实用溶剂。

溶剂的使用因涉及到环境保护和安全问题而受到社会的高度关注，同样受到关注的还有这类溶剂的可持续制备。本文介绍了3种生物源溶剂，由于其高性能和符合“绿色化学”的要求，得到了广泛的应用。

也许人们对溶剂或溶媒在概念上还存在分歧，但在一件事情上看法却是一致的：那就是世界不能没有溶剂，不仅食品和涂料的研发、生产需要使用溶剂，化学试剂、合成材料的生产者、药剂师、艺术家、厨师和画家同样需要使用溶剂。所谓溶剂，简而言之，指能将气体、液体或固体进行溶解、稀释等匀质化处理，而不改变其化学性质和物理性质的无机、有机液体物质。水是最常用的溶剂，此外，以碳-氢化合物为标志、源自化石原料如石油或天然气的溶剂也应用广泛。据Ceresana Research（独立的市场研究机构）实际统计，2005年全球对溶剂的需求达1790万t，价值80亿欧元。

溶剂的可持续供应

化学溶剂为生产和生活带来便捷的同时，也逐渐显露出对人类和环境的潜在危险。现在，越来越多的研究者们自愿放弃使用那些有害物质，转而去寻求适宜的替代品，并且呼吁立法者采取措施全面禁止使用有害溶剂，并采取强有力的监管措施。同时，如何正确地处置溶剂的剩余物和残渣也很重要，对用户来说，这可能会耗费大量的时间和费用。迫于环境恶化的压力，人们逐渐提高环境保护意识，这可用“绿色化学”来概括，意指尽可能减少有毒或危险物质的使用，或用环保型物料取代危险物质。而对于溶剂的可持续供应问题，则需更进一步从可再生资源应用的意义上加以考虑。

以生物甘油为原料

生物柴油的副产品甘油（SSG），是天然溶剂的重要基础。位于德国萨克森安哈特邦的Glaconchemie 公司以这种甘油为原料，生产高质量的生物甘油，然后大规模地用于药品、化妆品、润滑剂、颜料和油漆等的工业生产。生物甘油被视为天然溶剂的基础原料，生产的天然溶剂具有准同系物的属性。它们是：

异亚丙基甘油（4-羟甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊环）CAS 100-79-8,

甘油甲缩醛（4-羟甲基-1,3-二氧戊环）CAS 5466-28-8,

甘油碳酸盐（4-羟甲基-1,3--二氧戊环-2-酮）CAS-931-40-8。

此3种物质的同系物均基于核心的配位环1,3-二氧戊环以及第4位的羟甲基，这些化合物主要为一些伯醇、环醚。不同于真正的化学同系物通过交换取代形成相似结构，这里的所谓同系物则是在第2位上显示出不同的基团类型和键型：异亚丙基甘油，一种环状的缩酮，具有两个甲基基团；甘油甲缩醛呈现的是带有两个氢原子的缩酮；甘油碳酸盐在其环状C原子上带有氧原子双键，但仍属于环状碳酸盐。这3种物质虽然存在显著差别，但仍显示出相似的属性。

图2. 3种溶剂的结构式从左至右依次为：异亚丙基甘油、甘油甲缩醛和甘油碳酸盐。

异亚丙基甘油，甘油甲缩醛以及甘油碳酸盐在室温下为液态，凝固点位于零点以下，具有高沸点。异亚丙基甘油和甘油甲缩醛的蒸汽压在20℃时为0.1mbar，甘油碳酸盐显示出354℃的沸点（计算值）和在20℃时为0.01mbar的蒸汽压。异亚丙基甘油和甘油甲缩醛分别具有11cP(25 ℃)和14cP(25 ℃)，可视为粘度很低的液体，甘油碳酸盐以85 cP(25 ℃)可作为中等粘度的液体。与此相比，甘油具有945 cP(25 ℃)的粘度。

完全与水混合

这3种二氧戊环最重要的属性在于它们能够完全与水混合。异亚丙基甘油显示出普适性，它在所有被检测的物质组群中都没有出现不相容现象，即使与非极性物质例如脂肪族化合物也能够在足够广的范围内进行部分混合。异亚丙基甘油与环状脂肪族化合物、芳香化合物能够完全混合。在植物油中，异亚丙基甘油也具有很高百分数的可溶性，而植物油在异亚丙基甘油中的溶解度甚微。

3种化合物的极性为异亚丙基甘油＜甘油甲缩醛＜甘油碳酸盐，与非极性或弱极性化合物的相容性则是异亚丙基甘油＞甘油甲缩醛＞甘油碳酸盐。当碳氢化合物（脂肪族化合物、环状脂肪族化合物和芳香化合物）与甘油甲缩醛尚能在小范围内互相混合的时候，与甘油碳酸盐基本不能混合，这一规律同样适用于植物油的混合。对于醚类或含氯的碳氢化合物，与甘油甲缩醛的相容性在微小限制的情况下显示出与异亚丙基甘油同样的优势，而异亚丙基甘油则表现出较大的缺陷。由于3种溶剂相容性的差异，形成了适合于物质组合差异很大的选择体系。

聚合物的溶解力

每种聚合物都是按照制造商各自的配方为达到特定性能而生产的。而根据不同聚合物相容性的差异，还需进行应用技术方面的测试。对于不同大分子化合物，诸如聚酯、醋酸纤维、聚丙烯酸酯、环氧衍生物、聚氨酯、尿素树脂和密胺树脂的溶解度业已见诸于文献。现在即使是复杂的大分子如聚酰胺酯也可以应用这类溶剂进行溶解。这种溶剂还可以取代性能出色但存在安全隐忧的甲酚。

“绿色化学”溶剂

采用一种化学试剂或溶剂，安全性是需要重点考虑的因素，异亚丙基甘油，甘油甲缩醛以及甘油碳酸盐均无毒性，没有或几乎没有刺激性气味，对人体不会造成影响。由于不具有危险性，也符合标签规定：燃点在100℃左右或更高（甘油碳酸盐），因而它们均是环境保护型产品。

从历史的角度来看，异亚丙基甘油、甘油甲缩醛、甘油碳酸盐均非新物质，早在19世纪末已有制备方法的描述，而作为溶剂或原料用于提高置换反应性能方面的描述，也于数十年之前众所周知。对于用户来说，应用障碍在于产量小以及昂贵的成本。不过这一切都已过去：异亚丙基甘油、甘油甲缩醛和甘油碳酸盐现在均能以大规模的产量和实惠的价格服务于广大用户。

这3种溶剂除了具有高性能和广泛的应用领域，最值得一提的是，它们是基于生物源的产品。而且作为另一生产过程的副产品，既节约了基础原料的消耗，也减少了不可再生的化石能源的使用。异亚丙基甘油、甘油甲缩醛和甘油碳酸盐满足了“绿色化学”的要求：在制备上是可持续的，在应用上是无害和安全的。

生物柴油的副产品——甘油

位于萨克森安哈尔特州梅泽堡的Glaconchemie有限公司是一家生产医药质量级高纯甘油的德国制造商，甘油100%来自生物柴油的副产品。企业的目标是：为市场提供高质量和大规模工业化生产的异亚丙基甘油、甘油甲缩醛和甘油碳酸盐，并进一步扩大这些产品的应用范围。