Transglykosidační procesy využívající jako surovinu D-glukózu.

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 alkylpolyglykosidy přímou Fischerovou glykosylací nebo dvoustupňovými transglykosidy butylpolyglykosidu v přítomnosti kyselého katalyzátoru, s vodou jako vedlejším produktem. Voda musí být z reakční směsi oddestilována, aby se reakční rovnováha posunula směrem k požadovanému produktu. Při procesu glykosylace by se mělo zabránit nehomogenitám v reakční směsi, protože mohou vést k nadměrné tvorbě tzv. polydextrózy, což je vysoce nežádoucí. Proto se mnoho technických strategií zaměřuje na homogenní edukty n-glukózu a alkohol, které jsou obtížně mísitelné kvůli jejich 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. Průměrný počet normálních glukózových jednotek na alkylový zbytek, takzvaný stupeň polymerace, je v podstatě funkcí molárního poměru eduktů během výrobního procesu. Vzhledem k jejich pozoruhodným povrchově aktivním vlastnostem jsou zvláště výhodné alkylpolyglykosidy se stupněm polymerace mezi 1 a 3, z čehož důvodu musí být při tomto způsobu použito asi 3 až 10 molů mastných alkoholů na mol normální glukózy.

Stupeň polymerace klesá se zvyšujícím se přebytkem mastného alkoholu. Přebytečný mastný alkohol se odděluje a regeneruje pomocí vícestupňových vakuových destilačních procesů s odparkami s klesajícím filmem, které umožňují udržet tepelné namáhání na minimu. Teplota vypařování by měla být dostatečně vysoká a doba kontaktu v horké zóně právě tak dlouhá, aby byla zajištěna adekvátní destilace přebytku mastného alkoholu a tok taveniny alkylpolyglukosidu, aniž by docházelo k nějakým významným rozkladným reakcím. K separaci nejprve nízkovroucích frakcí, poté hlavního množství mastného alkoholu a nakonec zbývajícího mastného alkoholu, dokud se neroztaví alkylpolyglukosid jako zbytky rozpustné ve vodě, lze s výhodou použít řadu odpařovacích kroků.

I když se syntéza a odpařování mastného alkoholu provádí za nejšetrnějších podmínek, dochází k nežádoucímu hnědému zbarvení, které vyžaduje bělicí procesy pro zušlechtění produktů. Jeden způsob bělení, který se ukázal jako vhodný, je přidání oxidantů, jako je peroxid vodíku, k vodným přípravkům alkylpolyglukosidů v alkalickém prostředí v přítomnosti hořčíkových iontů.

Rozmanité výzkumy a varianty používané během syntézy, zpracování a rafinace ukazují, že i dnes stále neexistují žádná obecně použitelná řešení „na klíč“ pro získání specifických jakostí produktů. Naopak všechny procesní kroky je potřeba propracovat, vzájemně upravit a optimalizovat. Tato kapitola poskytla návrhy a popsala některé praktické způsoby navrhování technických řešení a rovněž uvádí standardní chemické a fyzikální podmínky pro provádění reakcí, separace a rafinační procesy.

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.

Lze očekávat, že budoucí dostupnost a ceny fosilních a obnovitelných surovin, stejně jako další technický pokrok ve výrobě a aplikaci alkylpolyglukosidů, budou mít rozhodující vliv na vývoj jejich objemu trhu a výrobních kapacit. Životaschopná technická řešení, která již existují pro výrobu a použití alkylpolyglukosidů, mohou poskytnout zásadní konkurenční výhodu na trhu povrchově aktivních látek společnostem, které takové procesy vyvinuly nebo již používají. To platí zejména v případě vysokých cen ropy a nízkých cen obilovin. Vzhledem k tomu, že fixní výrobní náklady jsou jistě na obvyklé úrovni pro volně ložené průmyslové povrchově aktivní látky, může i nepatrné snížení ceny nativních surovin vybízet k nahrazení komodit povrchově aktivních látek a může jednoznačně povzbudit instalaci nových výrobních závodů na alkylpolyglukosidy.