zprávy

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.V 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 toho 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 nutit k nahrazení komodit povrchově aktivních látek a může jednoznačně povzbudit instalaci nových výrobních závodů na alkylpolyglukosidy.

 


Čas odeslání: 11. července 2021