СПОСОБИ ОТРИМАННЯ АЛКІЛГЛЮКОЗИДІВ

Глікозидування за Фішером є єдиним методом хімічного синтезу, який дозволив розробити сучасні економічні та технічно досконалі рішення для великомасштабного виробництва алкілполіглюкозидів. Вже реалізовано виробничі потужності понад 20 000 т/рік, які розширюють асортимент промисловості поверхнево-активних речовин поверхнево-активними речовинами на основі відновлюваної сировини. D-глюкоза та лінійні C8-C16 жирні спирти виявилися переважними вихідними речовинами. Ці вихідні продукти можна перетворити на поверхнево-активні алкілполіглюкозиди за допомогою прямого глікозидування за Фішером або двоетапного трансглікозидування за допомогою бутилполіглюкозиду в присутності кислотних каталізаторів, з водою як побічним продуктом. Воду необхідно відігнати від реакційної суміші, щоб зрушити рівновагу реакції в бік бажаних продуктів. Під час процесу глікозидування слід уникати неоднорідностей реакційної суміші, оскільки вони призводять до надмірного утворення так званих поліглюкозидів, що є вкрай небажаним. Тому багато технічних стратегій зосереджені на гомогенізації продуктів n-глюкози та спиртів, які погано змішуються через різницю в полярності. Під час реакції утворюються глікозидні зв'язки як між жирним спиртом і n-глюкозою, так і між самими ланками n-глюкози. Таким чином, алкілполіглюкозиди утворюються як суміші фракцій з різною кількістю одиниць глюкози в довголанцюговому алкільному залишку. Кожна з цих фракцій, у свою чергу, складається з кількох ізомерних компонентів, оскільки одиниці n-глюкози приймають різні аномерні форми та кільцеві форми в хімічній рівновазі під час глікозидування за Фішером, а глікозидні зв’язки між одиницями D-глюкози виникають у кількох можливих положеннях зв’язку. . Співвідношення аномерів одиниць D-глюкози становить приблизно α/β＝ 2:1, і на нього важко впливати за описаних умов синтезу Фішера. У термодинамічно контрольованих умовах одиниці n-глюкози, що містяться в суміші продуктів, існують переважно у формі піранозидів. Середня кількість одиниць n-глюкози на алкільний залишок, так званий ступінь полімеризації, по суті є функцією молярного співвідношення вихідних продуктів під час виробництва. Завдяки вираженим поверхнево-активним властивостям [1] особливу перевагу надають алкілполіглюкозидам зі ступенем полімеризації від 1 до 3, для яких у процесі необхідно використовувати приблизно 3-10 моль жирного спирту на моль n-глюкози.

Зі збільшенням надлишку жирного спирту ступінь полімеризації зменшується. Надлишки жирних спиртів відокремлюються та відновлюються за допомогою багатоступеневої вакуумної дистиляції з випарниками з падаючою плівкою, щоб термічне навантаження було зведене до мінімуму. Температура випаровування має бути достатньо високою, а час контакту в гарячій зоні достатньо довгим, щоб забезпечити достатню дистиляцію надлишку жирного спирту та потік розплаву алкілполіглюкозиду без будь-якої значної реакції розкладання. Ряд етапів випаровування можна вигідно використовувати для відділення спочатку низькокиплячої фракції, потім основної кількості жирного спирту і, нарешті, жирного спирту, що залишився, доки алкілполіглікозид не розплавиться у вигляді водорозчинного залишку.

Навіть за найм’якших умов для синтезу та випаровування жирних спиртів буде відбуватися небажане знебарвлення в коричневий колір, і для очищення продукту потрібні процеси відбілювання. Одним із методів відбілювання, який виявився придатним, є додавання окислювача, такого як перекис водню, до водного складу алкілполіглікозиду в лужному середовищі в присутності іонів магнію.

Численні дослідження та варіанти, які використовуються в процесі синтезу, подальшої обробки та очищення, гарантують, що навіть сьогодні все ще не існує широко застосовного рішення «під ключ» для отримання конкретного класу продукту. Навпаки, необхідно сформулювати всі етапи процесу. Dongfu надає деякі пропозиції щодо дизайну розчину та технічних рішень, а також пояснює хімічні та фізичні умови для процесу реакції, розділення та очищення.

Усі три основні процеси – гомогенне трансглікозидування, суспензійний процес і техніка подачі глюкози – можна використовувати в промислових умовах. Під час трансглікозидування концентрація проміжного бутилового поліглюкозиду, який діє як солюбілізатор для вихідних продуктів D-глюкози та бутанолу, повинна підтримуватися в реакційній суміші на рівні приблизно 15%, щоб уникнути неоднорідності. З тією ж метою концентрація води в реакційній суміші, що використовується для прямого синтезу Фішера алкілполіглюкозидів, повинна підтримуватися на рівні менше ніж приблизно 1 %. При більш високому вмісті води існує ризик перетворення зваженої кристалічної D-глюкози в липку масу, що згодом призведе до поганої обробки та надмірної полімеризації. Ефективне перемішування та гомогенізація сприяють тонкому розподілу та реакційній здатності кристалічної D-глюкози в реакційній суміші.

При виборі методу синтезу та його більш складних варіантів необхідно враховувати як техніко-економічні фактори. Процеси гомогенного трансглікозидування на основі D-глюкозних сиропів є особливо сприятливими для безперервного виробництва у великих масштабах. Вони дозволяють постійно заощаджувати на кристалізації сировини D-глюкози в ланцюжку доданої вартості, що з лишком компенсує більші одноразові інвестиції в стадію трансглікозидування та відновлення бутанолу. Використання н-бутанолу не має інших недоліків, оскільки його можна майже повністю переробити, так що залишкові концентрації у відновлених кінцевих продуктах становлять лише кілька частин на мільйон, що можна вважати некритичним. Пряме глікозидування за Фішером відповідно до суспензійного процесу або технології подачі глюкози обходиться без етапу трансглікозидування та відновлення бутанолу. Його також можна виконувати безперервно та потребує дещо менших капітальних витрат.

У майбутньому пропозиція та ціна викопної та відновлюваної сировини, а також подальший технологічний прогрес у виробництві алкільних полісахаридів матимуть вирішальний вплив на ємність ринку та виробничу потужність розробки та застосування. Базовий полісахарид вже має власні технічні рішення, які можуть забезпечити важливі конкурентні переваги на ринку обробки поверхонь для компаній, які розробляють або запровадили такі процеси. Це особливо вірно, коли ціни високі та низькі. Вартість виробництва виробничого агента зросла до звичайного рівня, навіть якщо ціна на місцеву сировину трохи знизиться, це може виправити замінники поверхнево-активних речовин і може сприяти встановленню нових установок з виробництва алкілполісахаридів.