Процеси трансглікозидування з використанням D-глюкози як сировини.

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 алкілполіглікозиди шляхом прямого глікозилювання за Фішером або за допомогою двостадійних трансглікозидів бутилового поліглікозиду в присутності кислотного каталізатора, з водою як побічним продуктом. Щоб зрушити рівновагу реакції в бік бажаного продукту, з реакційної суміші необхідно відігнати воду. У процесі глікозилювання слід уникати неоднорідностей реакційної суміші, оскільки вони можуть призвести до надмірного утворення так званої полідекстрози, що є вкрай небажаним. Тому багато технічних стратегій зосереджуються на гомогенних продуктах н-глюкози та спирту, які важко змішувати через їхню різну полярність. 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 нормальних одиниць глюкози на алкільний залишок, так званий ступінь полімеризації, в основному є функцією молярного співвідношення вихідних речовин під час виробничого процесу. Завдяки їхнім чудовим поверхнево-активним властивостям, алкілполіглікозиди зі ступенем полімеризації між 1 і 3 є особливо переважними, з цієї причини приблизно 3-10 молей жирних спиртів повинні використовуватися на моль нормальної глюкози в цьому методі.

Ступінь полімеризації знижується при зростаючому надлишку жирного спирту. Надлишок жирного спирту відокремлюється та відновлюється за допомогою багатоступінчастих процесів вакуумної дистиляції з випарниками з падаючою плівкою, що дозволяє мінімізувати температурний стрес. Температура випаровування повинна бути достатньо високою, а час контакту в гарячій зоні достатньо довгим, щоб забезпечити адекватну дистиляцію надлишку жирного спирту та потік розплаву алкілполіглюкозиду без виникнення будь-яких значних реакцій розкладання. Для відділення спочатку низькокиплячих фракцій, потім основної кількості жирного спирту і, нарешті, решти жирного спирту до тих пір, поки алкілполіглюкозид не розплавиться, у вигляді розчинних у воді залишків, можна використовувати низку етапів випаровування.

Навіть коли синтез і випаровування жирного спирту виконуються в найбільш щадних умовах, виникає небажане знебарвлення, що вимагає відбілювання для очищення продуктів. Одним із методів відбілювання, який виявився придатним, є додавання окислювачів, таких як перекис водню, до водних препаратів алкілполіглюкозидів у лужному середовищі в присутності іонів магнію.

Різноманітні дослідження та варіанти, які використовуються під час синтезу, обробки та рафінування, показують, що навіть сьогодні все ще не існує загальноприйнятих рішень «під ключ» для отримання конкретних сортів продукції. Навпаки, всі етапи процесу мають бути відпрацьовані, взаємоузгоджені та оптимізовані. У цьому розділі надано пропозиції та описано деякі практичні способи розробки технічних рішень, а також визначено стандартні хімічні та фізичні умови для проведення реакцій, процесів 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.

Можна очікувати, що майбутня доступність і ціни на викопну та відновлювану сировину, а також подальший технічний прогрес у виробництві та застосуванні алкілполіглюкозидів матимуть вирішальний вплив на розвиток обсягу ринку та виробничих потужностей останніх. Життєздатні технічні рішення, які вже існують для виробництва та використання алкілполіглюкозидів, можуть дати важливу конкурентну перевагу на ринку поверхнево-активних речовин компаніям, які розробили або вже використовують такі процеси. Це особливо вірно у випадку високих цін на сиру нафту та низьких цін на зернові. Оскільки постійні витрати на виробництво, безумовно, знаходяться на звичайному рівні для масових промислових поверхнево-активних речовин, навіть незначне зниження ціни на місцеву сировину може підштовхнути до заміни товарів поверхнево-активних речовин і може явно сприяти встановленню нових заводів з виробництва алкілполіглюкозидів.