«Иные» реакции
Традиционно считается, что химическая реакция осуществляется посредством тесного перемешивания исходных материалов при помощи процессов плавления, смешивания или добавления растворителя. Однако, сделанное недавно удивительное открытие было подтверждено для многих реакций: нерастворимые в воде материалы, находясь в водной среде, будут вступать в реакцию еще быстрее, чем это происходит при известных растворителях.

Одной из главных причин этого является то, что многие молекулы обладают некоторыми свойствами, которые делают их сходными с поверхностно-активными веществами – то есть, одна часть молекулы более гидрофобна, чем другая. Во время действия поперечных сил нерастворимые материалы такого типа будут стремиться к формированию мицелл, в которых менее гидрофобные части молекул находятся с внешней стороны. Смешанные мицеллы создают великолепные миниреакторы с более высокими локальными концентрациями реагентов в сравнении с растворителями. Пока этот процесс используется в лабораториях для синтеза ряда органических химикатов.

Работа со сверхкритической жидкостью
В пределах определенного диапазона температур и давлений многие жидкости входят в «сверхкритическое» состояние, в котором они одновременно демонстрируют поведение свойственное газам и жидкостям. Жидкости в сверхкритическом состоянии обладают низкой вязкостью, высокой температуропроводностью и высокой проникающей способностью, ускоряя таким образом реакции; другим полезным свойством является то, что сравнительно небольшое изменение условий значительно изменяет плотность сверхкритической жидкости. Этот эффект оказывает важнейшее воздействие на растворимость определенных составов, изменяя ход реакций и облегчая выделение конечных продуктов.

Огромный интерес представляет углекислый газ, так как его легко получить в качестве побочного продукта многих процессов, и он относится к тем соединениям, которые очень просто ввести в сверхкритическое состояние (при давлении 73 бара и температуре 31°C). Некоторые другие соединения с низким молекулярным весом, которые становятся газами при температуре окружающей среды, требуют немного более низкого давления. Однако, большинство из них чрезвычайно горючи или токсичны. Сверхкритический CO₂ (SCCO₂) находится в коммерческом применении несколько лет и используется для декофеинирования чая и кофе. Никаких проблем, связанных с остающимся в продукте опасном осадке, не возникает.

SCCO₂ впервые привлек к себе внимание промышленности покрытий примерно в 1990 году, когда были предложены наносимые распылением краски, в которых большая часть растворителя была заменена углекислым газом (процесс Unicarb), а также процесс Ferro VAMP для изготовления порошковых покрытий посредством растворения ингредиентов в SCCO₂ и создания порошка методом сброса давления в реакторе и «распылительной сушки». Однако самые первые инновации в новой области не всегда становятся наиболее полезными. Ни один из этих процессов не был коммерчески успешным.

Говоря о распылении, развитие технологий для водных систем и систем с высоким содержанием твердых частиц ослабило потребность в подобных механизмах. Для VAMP требовался крупный и дорогостоящий реактор периодического действия, тогда как стандартный процесс производства порошковых покрытий является непрерывным (экструзия). Был разработан альтернативный процесс на основе CO₂, который называется Continuous Powder Coating Spray Process (CPCSP; процесс нанесения порошковых покрытий методом распыления). Связующее вещество и отвердитель расплавляются раздельно, после чего смешиваются в стационарном миксере при высоком давлении. Затем вводится углекислый газ.

Газ частично растворяется в смеси, и после ее перемещения в распылительную башню расширение газа сразу же охлаждает смесь, и она разбивается на крошечные частицы. Чтобы растворить достаточное количество CO₂ для создания необходимого охлаждения и получения крошечных частиц нужных размеров требуется чрезвычайно высокое давление в районе 180 бар. Однако процесс обладает тем преимуществом, что лучше контролирует размер частиц и обеспечивает минимальное распределение частиц по размерам.3
SCCO₂ особенно полезен в полимеризации фторированных мономеров. В 2002 году компания DuPont представила сорта Тефлона, который производится методом полимеризации в SCCO₂. Компания заявила, что он очень эффективен в тех областях, в которых используется электричество и достигается высокая степень производительности.

В SCCO₂ осуществлялись многие другие процессы полимеризации и проведения реакций, однако большинство органических полимеров слабо растворяются в нем. Возможно, этот очень интересный процесс не сможет развиться в крупный бизнес. В 2001 году Томас Свон запустил первую в мире непрерывную фазу, сверхкритический реактор на высоком давлении, как для опытного, так и для коммерческого производства. Сегодня компания предлагает проведение индивидуальных реакций синтеза на своем лабораторном сверхкритическом оборудовании и промышленной установке, которые могут производить партии в размере от грамм до нескольких тонн готового продукта.

Горящая вода
Свойства воды изменяются практически до неузнаваемости после превышения ее критической точки на уровне 374°C и 221 бара. Она сможет смешиваться с маслом, но не сможет растворить обычную соль. Она будет растворять кислород – что позволяет использовать ее в качестве средства для окисления токсичных органических материалов в «беспламенном горении», при котором отсутствует риск появления токсичного дыма. Составы, содержащие галоген и серу (органические и неорганические), превращаются в соответствующие кислоты, которые легче обработать или повторно использовать, чем газообразные соединения.

В 2002 году Джонсон Мэтти приобрел реактор Aqua Critox у шведской компании Chematur с целью восстановления использованных катализаторов из драгоценных металлов. Вместо органических или углеродных материалов-подложек можно использовать углекислый газ и азот (высвобождая тепло для облегчения работы процесса) во время проведения чистой операции.

Поскольку процесс является полным и проходит очень быстро, размер реактора сравнительно невелик. Сторонники системы отмечают, что используются давления, аналогичные применяемым в стальных баллонах для подачи промышленных газов – а реакторы иногда не намного больше.

Эта возможность способствовать быстрому окислению может оказаться именно тем, что нежелательно в химическом синтезе. Свойства «подкритической» воды снова другие, и в этой области они стать очень ценными. При температурах 250-350°C вода может растворять полярные органические материалы и многие углеводороды. Ее постоянная ионизации может контролироваться в широком диапазоне посредством изменения температуры и давления.

Ионные жидкости
К природным ионным материалам относятся кристаллические твердые тела, образующие жидкости только при очень высоких температурах. Лишь немногие из известных материалов состоят из крупных свободных ионов в жидком состоянии при комнатной температуре. Эти ионные жидкости (IL) растворяют многие катализаторы, которые нерастворимы в стандартных органических химикатах. Органический синтез можно осуществить методом тесного перемешивания растворенного катализатора с реагентами. Преимущество заключается в том, что ионная жидкость легко выделяется после реакции, позволяя провести восстановление катализатора.
Первая IL, существующая при комнатной температуре, была обнаружена в 1914 году. Однако это были «двойные» IL, состоящие из смеси хлорида алюминия (III) и Н-алкил-пиридиния или хлорида 1,3- диалкилимидазолия, свойства которых впервые вызвали значительный интерес. Так как эти IL представляют собой смеси, содержащие как анионы, так и катионы, их свойства можно изменить, варьируя соотношение двух компонентов, и приспосабливать для использования в конкретных реакциях. К 2004 году IL в огромных количествах предлагались такими поставщиками, как Cytec, Merck и Sachem.
В целом, IL являются нелетучими веществами, и после завершения реакций формируется небольшое количество отходов или побочных продуктов. Можно использовать нагрев токами сверхвысокой частоты, и некоторые медленные реакции, обычно идущие днями, могут занять часы. Было показано, что сверхкритический CO₂ может быть полезен для повторного применения отработанных IL в таких областях, как обработка биомассы, выход металла, процессы сухой чистки, а также ряд областей электрохимии (батареи, панели солнечных батарей, топливные элементы, электрооптика).

Смешивание и сопоставление
Некоторое время назад голландская студентка Мааике Кроон, учившаяся на доктора философии, высказала идею совместить сверхкритическую обработку с использованием ионных жидкостей. В первых экспериментах Кроон показала, что имеется возможность осуществить синтез лекарственного препарата методом растворения реагентов в ионной жидкости, а также последующего добавления углекислого газа и проведения реакции при сверхкритических условиях.

Сообщается, что процесс проходит очень быстро, производит очень чистый продукт и позволяет с легкостью провести выделение посредством сброса давления. Идея Кроон была запатентована университетом Delft University, за которую она получила степень доктора философии в декабре 2006 года.