METÓDY VÝROBY ALKYLGLUKOZIDOV

Fischerova glykozidácia je jedinou metódou chemickej syntézy, ktorá umožnila vývoj dnešných ekonomických a technicky dokonalých riešení pre veľkovýrobu alkylpolyglukozidov. Výrobné závody s kapacitou nad 20 000 t/rok už boli zrealizované a rozširujú sortiment produktov priemyslu povrchovo aktívnych látok o povrchovo aktívne látky na báze obnoviteľných surovín. D-glukóza a lineárne C8-C16 mastné alkoholy sa ukázali ako výhodné suroviny. Tieto edukty môžu byť prevedené na povrchovo aktívne alkylpolyglukozidy pomocou priamej Fischerovej glykozidácie alebo dvojstupňovej transglykozidácie cez butylpolyglukozid v prítomnosti kyslých katalyzátorov s vodou ako vedľajším produktom. Voda sa musí z reakčnej zmesi oddestilovať, aby sa reakčná rovnováha posunula smerom k požadovaným produktom. Počas procesu glykozidácie sa treba vyhnúť nehomogenitám v reakčnej zmesi, pretože vedú k nadmernej tvorbe takzvaných polyglukozidov, ktoré sú vysoko nežiaduce. Mnoho technických stratégií sa preto sústreďuje na homogenizáciu eduktov n-glukózy a alkoholov, ktoré sú kvôli rozdielnej polarite zle miešateľné. Počas reakcie sa vytvárajú glykozidické väzby medzi mastným alkoholom a n-glukózou a medzi samotnými n-glukózovými jednotkami. Alkylpolyglukozidy sa následne tvoria ako zmesi frakcií s rôznym počtom glukózových jednotiek na alkylovom zvyšku s dlhým reťazcom. Každá z týchto frakcií sa skladá z niekoľkých izomérnych zložiek, pretože n-glukózové jednotky nadobúdajú rôzne anomérne formy a kruhové formy v chemickej rovnováhe počas Fischerovej glykozidácie a glykozidické väzby medzi D-glukózovými jednotkami sa vyskytujú v niekoľkých možných väzbových polohách. . Pomer anomérov jednotiek D-glukózy je približne α/β＝ 2:1 a zdá sa, že je ťažké ho ovplyvniť za opísaných podmienok Fischerovej syntézy. Za termodynamicky riadených podmienok existujú n-glukózové jednotky obsiahnuté v zmesi produktov prevažne vo forme pyranozidov. Stredný počet n-glukózových jednotiek na alkylový zvyšok, takzvaný stupeň polymerizácie, je v podstate funkciou molárneho pomeru eduktov počas výroby. Vzhľadom na ich výrazné povrchovo aktívne vlastnosti[1] sú zvlášť výhodné alkylpolyglukozidy so stupňom polymerizácie medzi 1 a 3, pri ktorých sa musí použiť približne 3 až 10 mol mastného alkoholu na mol n-glukózy v procese.

Stupeň polymerizácie klesá so zvyšujúcim sa nadbytkom mastného alkoholu. Prebytočné mastné alkoholy sa oddeľujú a získavajú viacstupňovým vákuovým destilačným procesom s odparovačmi so stekajúcim filmom, takže tepelné namáhanie je možné udržať na minime. Teplota vyparovania by mala byť dostatočne vysoká a doba kontaktu v horúcej zóne dostatočne dlhá, aby sa zabezpečila dostatočná destilácia prebytočného mastného alkoholu a tok taveniny alkylpolyglukozidov bez výraznejšej rozkladnej reakcie. Na oddelenie najprv nízkovriacej frakcie, potom hlavného množstva mastného alkoholu a nakoniec zvyšného mastného alkoholu, kým sa alkylpolyglykozid neroztopí ako vo vode rozpustný zvyšok, možno výhodne použiť sériu odparovacích krokov.

Dokonca aj za najmiernejších podmienok syntézy a odparovania mastných alkoholov dochádza k nežiaducemu hnedému sfarbeniu a na rafináciu produktu sú potrebné bieliace procesy. Jeden spôsob bielenia, ktorý sa ukázal ako vhodný, je pridanie oxidačného činidla, ako je peroxid vodíka, k vodnej formulácii alkylpolyglykozidu v alkalickom prostredí v prítomnosti horečnatých iónov.

Viaceré štúdie a varianty používané v procese syntézy, následného spracovania a rafinácie zaručujú, že ani dnes ešte stále neexistuje široko použiteľné riešenie „na kľúč“ na získanie konkrétneho druhu produktu. Naopak, všetky kroky procesu je potrebné sformulovať. Dongfu poskytuje niekoľko návrhov na návrh riešenia a technické riešenia a vysvetľuje chemické a fyzikálne podmienky pre proces reakcie, separácie a rafinácie.

Všetky tri hlavné procesy – homogénna transglykozidácia, suspenzný proces a technika dodávania glukózy – môžu byť použité v priemyselných podmienkach. Počas transglykozidácie musí byť koncentrácia intermediárneho butylpolyglukozidu, ktorý pôsobí ako solubilizátor pre edukty D-glukózu a butanol, v reakčnej zmesi nad približne 15 %, aby sa predišlo nehomogenitám. Na ten istý účel musí byť koncentrácia vody v reakčnej zmesi použitej na priamu Fischerovu syntézu alkylpolyglukozidov udržiavaná na hodnote nižšej ako asi 1 %. Pri vyššom obsahu vody hrozí premena suspendovanej kryštalickej D-glukózy na lepivú hmotu, čo by následne viedlo k zlému spracovaniu a nadmernej polymerizácii. Účinné miešanie a homogenizácia podporujú jemnú distribúciu a reaktivitu kryštalickej D-glukózy v reakčnej zmesi.

Pri výbere spôsobu syntézy a jej sofistikovanejších variantov je potrebné zvážiť technické aj ekonomické faktory. Homogénne transglykozidačné procesy na báze D-glukózových sirupov sa javia ako obzvlášť výhodné pre kontinuálnu výrobu vo veľkom meradle. Umožňujú trvalé úspory na kryštalizácii suroviny D-glukózy v reťazci pridanej hodnoty, čo viac ako kompenzuje vyššie jednorazové investície do kroku transglykozidácie a regenerácie butanolu. Použitie n-butanolu nepredstavuje žiadne ďalšie nevýhody, pretože ho možno takmer úplne recyklovať, takže zvyškové koncentrácie v regenerovaných konečných produktoch sú len niekoľko častí na milión, čo možno považovať za nekritické. Priama Fischerova glykozidácia podľa suspenzného procesu alebo techniky dodávania glukózy sa zaobíde bez transglykozidačného kroku a získania butanolu. Môže sa vykonávať aj nepretržite a vyžaduje si o niečo nižšie kapitálové výdavky.

Na kapacitu trhu a výrobnú kapacitu vývoja a aplikácie bude mať v budúcnosti rozhodujúci vplyv ponuka a cena fosílnych a obnoviteľných surovín, ako aj ďalší technologický pokrok vo výrobe alkylpolysacharidov. Základný polysacharid už má svoje vlastné technické riešenia, ktoré môžu poskytnúť dôležité konkurenčné výhody na trhu povrchových úprav pre spoločnosti, ktoré vyvíjajú alebo prijali takéto procesy. To platí najmä vtedy, keď sú ceny vysoké a nízke. Výrobné náklady na výrobné činidlo vzrástli na bežnú úroveň, aj keď cena miestnych surovín mierne klesne, môže to fixovať náhrady povrchovo aktívnych látok a môže to podporiť inštaláciu nových závodov na výrobu alkylpolysacharidov.