ZPŮSOBY VÝROBY ALKYLGLUKOSIDŮ

Fischerova glykosidace je jedinou metodou chemické syntézy, která umožnila vývoj dnešních ekonomických a technicky dokonalých řešení pro velkovýrobu alkylpolyglukosidů. Již byly realizovány výrobní závody s kapacitou přes 20 000 t/rok, které rozšiřují produktovou řadu průmyslu povrchově aktivních látek o povrchově aktivní látky na bázi obnovitelných surovin. D-glukóza a lineární C8-C16 mastné alkoholy se ukázaly být výhodnými výchozími surovinami. Tyto edukty mohou být převedeny na povrchově aktivní alkylpolyglukosidy pomocí přímé Fischerovy glykosidace nebo dvoustupňové transglykosidace přes butylpolyglukosid v přítomnosti kyselých katalyzátorů, s vodou jako vedlejším produktem. Voda musí být z reakční směsi oddestilována, aby se reakční rovnováha posunula směrem k požadovaným produktům. Během procesu glykosidace je třeba se vyvarovat nehomogenit v reakční směsi, protože vedou k nadměrné tvorbě tzv. polyglukosidů, které jsou vysoce nežádoucí. Mnoho technických triků se proto soustředí na homogenizaci eduktů n-glukózy a alkoholů, které jsou špatně mísitelné kvůli rozdílné polaritě. Během reakce se tvoří glykosidické vazby jak mezi mastným alkoholem a n-glukózou, tak mezi n-glukózovými jednotkami samotnými. Alkylpolyglukosidy se následně tvoří jako směsi frakcí s různým počtem glukózových jednotek na alkylovém zbytku s dlouhým řetězcem. Každá z těchto frakcí se zase skládá z několika izomerních složek, protože n-glukózové jednotky nabývají různé anomerní formy a kruhové formy v chemické rovnováze během Fischerovy glykosidace a glykosidické vazby mezi D-glukózovými jednotkami se vyskytují v několika možných vazebných polohách. . Poměr anomerů D-glukózových jednotek je přibližně α/β＝ 2:1 a zdá se být obtížně ovlivnitelný za popsaných podmínek Fischerovy syntézy. Za termodynamicky řízených podmínek existují n-glukózové jednotky obsažené ve směsi produktu převážně ve formě pyranosidů. Střední počet n-glukózových jednotek na alkylový zbytek, takzvaný stupeň polymerace, je v podstatě funkcí molárního poměru eduktů během výroby. Vzhledem k jejich výrazným povrchově aktivním vlastnostem[1] jsou zvláště preferovány alkylpolyglukosidy se stupněm polymerace mezi 1 a 3, pro které musí být použito přibližně 3-10 mol mastného alkoholu na mol n-glukózy v procesu.

Stupeň polymerace se snižuje se zvyšujícím se přebytkem mastného alkoholu. Přebytečné mastné alkoholy se oddělují a regenerují vícestupňovým vakuovým destilačním procesem s odparkami s klesajícím filmem, takže tepelné namáhání lze udržet na minimu. Teplota vypařování by měla být dostatečně vysoká a doba kontaktu v horké zóně právě tak dlouhá, aby byla zajištěna dostatečná destilace přebytečného mastného alkoholu a proudění taveniny alkylpolyglukosidu bez jakékoli významné rozkladné reakce. K oddělení nejprve nízkovroucí frakce, poté hlavního množství mastného alkoholu a nakonec zbývajícího mastného alkoholu, dokud se alkylpolyglykosid neroztaje jako ve vodě rozpustný zbytek, lze s výhodou použít řadu odpařovacích kroků.

Dokonce i za nejmírnějších podmínek pro syntézu a odpařování mastných alkoholů dochází k nežádoucímu hnědému zbarvení a pro rafinaci produktu jsou nutné bělící procesy. Jedním ze způsobů bělení, který se ukázal jako vhodný, je přidání oxidačního činidla, jako je peroxid vodíku, do vodné formulace alkylpolyglykosidu v alkalickém prostředí v přítomnosti hořčíkových iontů.

Mnohočetné studie a varianty používané v procesu syntézy, následného zpracování a rafinace zaručují, že ani dnes stále neexistuje široce použitelné řešení „na klíč“ pro získání konkrétní třídy produktu. Naopak je třeba formulovat všechny procesní kroky. Dongfu poskytuje některé návrhy pro návrh řešení a technická řešení a vysvětluje chemické a fyzikální podmínky pro proces reakce, separace a rafinace.

Všechny tři hlavní procesy – homogenní transglykosidace, suspenzní proces a technika dávkování glukózy – lze použít v průmyslových podmínkách. Během transglykosidace musí být koncentrace meziproduktu butylpolyglukosidu, který působí jako solubilizátor pro edukty D-glukózu a butanol, udržována v reakční směsi nad asi 15 %, aby se zabránilo nehomogenitám. Za stejným účelem musí být koncentrace vody v reakční směsi použité pro přímou Fischerovu syntézu alkylpolyglukosidů udržována na méně než asi 1 %. Při vyšším obsahu vody hrozí přeměna suspendované krystalické D-glukózy na lepivou hmotu, což by následně vedlo ke špatnému zpracování a nadměrné polymeraci. Účinné míchání a homogenizace podporuje jemnou distribuci a reaktivitu krystalické D-glukózy v reakční směsi.

Při volbě metody syntézy a jejích sofistikovanějších variant je třeba vzít v úvahu technické i ekonomické faktory. Homogenní transglykosidační procesy na bázi D-glukózových sirupů se jeví jako zvláště výhodné pro kontinuální výrobu ve velkém měřítku. Umožňují trvalé úspory na krystalizaci suroviny D-glukózy v řetězci přidané hodnoty, což více než kompenzuje vyšší jednorázové investice do transglykosidačního kroku a zpětného získávání butanolu. Použití n-butanolu nepředstavuje žádné další nevýhody, protože jej lze téměř úplně recyklovat, takže zbytkové koncentrace v regenerovaných konečných produktech jsou pouze několik částí na milion, což lze považovat za nekritické. Přímá Fischerova glykosidace podle suspenzního procesu nebo techniky dodávání glukózy se obejde bez transglykosidačního kroku a regenerace butanolu. Může být také prováděn nepřetržitě a vyžaduje o něco nižší kapitálové výdaje.

Na tržní kapacitu a výrobní kapacitu vývoje a aplikace bude mít v budoucnu rozhodující vliv nabídka a cena fosilních a obnovitelných surovin, stejně jako další technologický pokrok ve výrobě alkylpolysacharidů. Základní polysacharid již má svá vlastní technická řešení, která mohou společnostem, které takové procesy vyvíjejí nebo přijaly, poskytnout důležité konkurenční výhody na trhu povrchových úprav. To platí zejména tehdy, když jsou ceny vysoké a nízké. Výrobní náklady na výrobní činidlo vzrostly na obvyklou úroveň, i když cena místních surovin mírně klesne, může to fixovat náhražky povrchově aktivních látek a může povzbudit instalaci nových závodů na výrobu alkylpolysacharidů.