AZ ALKIL-GLÜKOZIDOK ELŐÁLLÍTÁSI MÓDSZEREI

A Fischer-glikozidálás az egyetlen kémiai szintézismódszer, amely lehetővé tette a mai gazdaságos és technikailag tökéletesített megoldások kifejlesztését az alkil-poliglükozidok nagyméretű előállítására. Már megvalósultak a 20 000 t/év feletti kapacitású gyártóüzemek, amelyek megújuló nyersanyagokon alapuló felületaktív anyagokkal bővítik a felületaktív iparág termékkínálatát. A D-glükóz és a lineáris C8-C16 zsíralkoholok bizonyultak az előnyben részesített alapanyagoknak. Ezeket a termékeket közvetlen Fischer-glikozidálással vagy kétlépéses transzglikozidálással butil-poliglükozidon keresztül savas katalizátorok jelenlétében, víz melléktermékkel alakíthatjuk át felületaktív alkil-poliglükozidokká. A vizet desztillálni kell a reakcióelegyből, hogy a reakcióegyensúlyt a kívánt termékek felé eltoljuk. A glikozilálási folyamat során kerülni kell a reakcióelegy inhomogenitásait, mivel ezek az úgynevezett poliglükozidok túlzott képződéséhez vezetnek, amelyek rendkívül nemkívánatosak. Számos technikai stratégia ezért az n-glükóz és az alkoholok kiindulási anyagainak homogenizálására összpontosít, amelyek polaritásuk eltérése miatt rosszul elegyednek. A reakció során glikozidos kötések alakulnak ki mind a zsíralkohol és az n-glükóz, mind maguk az n-glükóz egységek között. Az alkil-poliglükozidok ennek következtében a hosszú szénláncú alkilmaradéknál különböző számú glükóz egységet tartalmazó frakciók keverékeként képződnek. Ezen frakciók mindegyike viszont több izomer alkotóelemből áll, mivel az n-glükóz egységek a Fischer-glikozidáció során a kémiai egyensúlyban különböző anomer formákat és gyűrűs formákat vesznek fel, és a D-glükóz egységek közötti glikozidos kötések több lehetséges kötési helyzetben fordulnak elő. A D-glükóz egységek anomer aránya körülbelül α/β = 2:1, és a Fischer-szintézis leírt körülményei között nehezen befolyásolhatónak tűnik. Termodinamikailag szabályozott körülmények között a termékkeverékben található n-glükóz egységek túlnyomórészt piranozidok formájában vannak jelen. Az n-glükóz egységek átlagos száma alkilmaradékonként, az úgynevezett polimerizációs fok, lényegében a gyártás során keletkező kiindulási anyagok mólarányának függvénye. Kifejezett felületaktív tulajdonságaik[1] miatt különösen előnyösek az 1 és 3 közötti polimerizációs fokú alkil-poliglükozidok, amelyek előállításához n-glükóz mólonként körülbelül 3-10 mol zsíralkoholt kell felhasználni.

A polimerizáció foka csökken a zsíralkohol feleslegének növekedésével. A zsíralkoholok feleslegét többlépéses vákuumdesztillációs eljárással választják el és nyerik vissza, eső filmbepárlókkal, így a hőfeszültség minimálisra csökkenthető. A bepárlási hőmérsékletnek éppen elég magasnak, a forró zónában az érintkezési időnek pedig éppen elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy a zsíralkohol feleslegének megfelelő lepárlása és az alkil-poliglikozid olvadék áramlása jelentős bomlási reakció nélkül történjen. Előnyösen több bepárlási lépéssel lehet először az alacsony forráspontú frakciót, majd a zsíralkohol fő mennyiségét, végül pedig a maradék zsíralkoholt elválasztani, amíg az alkil-poliglikozid vízben oldódó maradékként megolvad.

Még a zsíralkoholok szintézisének és elpárologtatásának legenyhébb körülményei között is nemkívánatos barna elszíneződés lép fel, és a termék finomításához fehérítési eljárásokra van szükség. Az egyik fehérítési módszer, amely alkalmasnak bizonyult, egy oxidálószer, például hidrogén-peroxid hozzáadása az alkil-poliglikozid vizes készítményéhez lúgos közegben magnéziumionok jelenlétében.

A szintézis, az utófeldolgozás és a finomítás során alkalmazott számos tanulmány és változat garantálja, hogy még ma sem létezik széles körben alkalmazható „kulcsrakész” megoldás egy adott termékminőség előállítására. Épp ellenkezőleg, az összes folyamatlépést ki kell dolgozni. A Dongfu javaslatokat tesz a megoldás tervezésére és a műszaki megoldásokra, valamint elmagyarázza a reakció, az elválasztási és a finomítási folyamat kémiai és fizikai feltételeit.

Mindhárom fő eljárás – a homogén transzglikozidálás, a szuszpenziós eljárás és a glükózadagolásos technika – ipari körülmények között alkalmazható. A transzglikozidálás során a butil-poliglükozid intermedier koncentrációját, amely a D-glükóz és butanol kiindulási anyagok oldódását elősegítő anyagként működik, a reakcióelegyben körülbelül 15% felett kell tartani az inhomogenitások elkerülése érdekében. Ugyanebből a célból az alkil-poliglükozidok közvetlen Fischer-szintéziséhez alkalmazott reakcióelegy vízkoncentrációját körülbelül 1% alatt kell tartani. Magasabb víztartalom esetén fennáll annak a veszélye, hogy a szuszpendált kristályos D-glükóz ragacsos masszává alakul, ami később rossz feldolgozáshoz és túlzott polimerizációhoz vezet. A hatékony keverés és homogenizálás elősegíti a kristályos D-glükóz finom eloszlását és reakcióképességét a reakcióelegyben.

A szintézis módszerének és kifinomultabb változatainak kiválasztásakor mind a technikai, mind a gazdasági tényezőket figyelembe kell venni. A D-glükózszirupokon alapuló homogén transzglikozidációs eljárások különösen kedvezőek a nagymértékű folyamatos termeléshez. Ezek lehetővé teszik a nyersanyag, a D-glükóz kristályosításának tartós megtakarítását az értékláncban, ami bőven kompenzálja a transzglikozidációs lépésbe és a butanol kinyerésébe történő egyszeri nagyobb beruházásokat. Az n-butanol használata nem jár más hátrányokkal, mivel szinte teljes mértékben újrahasznosítható, így a kinyert végtermékekben a maradék koncentrációk csak néhány ppm, ami nem tekinthető kritikusnak. A szuszpenziós eljárással vagy glükózadagolási technikával végzett közvetlen Fischer-glikozidáció kiküszöböli a transzglikozidációs lépést és a butanol kinyerését. Folyamatosan is elvégezhető, és valamivel alacsonyabb tőkeráfordítást igényel.

A jövőben a fosszilis és megújuló nyersanyagok kínálata és ára, valamint az alkil-poliszacharidok előállításában elért további technológiai fejlődés döntő hatással lesz a fejlesztés és alkalmazás piaci kapacitására és termelési kapacitására. Az alap poliszacharid már rendelkezik saját technikai megoldásokkal, amelyek jelentős versenyelőnyt biztosíthatnak a felületkezelési piacon azoknak a vállalatoknak, amelyek ilyen eljárásokat fejlesztenek vagy alkalmaznak. Ez különösen igaz akkor, amikor az árak magasak és alacsonyak. A gyártószer előállítási költsége a szokásos szintre emelkedett, még ha a helyi nyersanyagok ára kissé csökken is, az rögzítheti a felületaktív anyagok helyettesítőit, és ösztönözheti új alkil-poliszacharid-gyártó üzemek telepítését.