AZ ALKIL-GLUKOZIDOK GYÁRTÁSÁNAK MÓDSZEREI

A Fischer-glikozidáció az egyetlen kémiai szintézis módszer, amely lehetővé tette napjaink gazdasági és műszakilag tökéletesített megoldásainak kifejlesztését az alkil-poliglükozidok nagyüzemi előállítására. A 20.000 t/év kapacitás feletti gyártóüzemek már megvalósultak, amelyek megújuló alapanyag alapú felületaktív anyagokkal bővítik a felületaktív anyag ipar termékpalettáját. A D-glükóz és a lineáris C8-C16 zsíralkoholok bizonyultak az előnyben részesített alapanyagnak. Ezek az eduktumok felületaktív alkil-poliglükozidokká alakíthatók át közvetlen Fischer-glikozidációval vagy kétlépéses transzglikozidációval butil-poliglükozidon keresztül, savas katalizátorok jelenlétében, melléktermékként vízzel. A vizet a reakcióelegyből desztillálni kell, hogy a reakcióegyensúlyt a kívánt termékek felé toljuk el. A glikozidálási folyamat során kerülni kell a reakcióelegy inhomogenitását, mivel ezek az úgynevezett poliglükozidok túlzott képződéséhez vezetnek, amelyek nagyon nemkívánatosak. Ezért sok technikai stratégia az n-glükóz és alkoholok homogenizálására összpontosít, amelyek polaritásuk különbsége miatt rosszul elegyednek. A reakció során glikozidos kötések jönnek létre mind a zsíralkohol és az n-glükóz között, mind maguk között az n-glükóz egységek között. Következésképpen az alkil-poliglükozidok a hosszú láncú alkil-maradékon különböző számú glükózegységet tartalmazó frakciók keverékeiként képződnek. Ezen frakciók mindegyike több izomer összetevőből áll, mivel az n-glükóz egységek különböző anomer formákat és gyűrűs formákat vesznek fel kémiai egyensúlyban a Fischer-glikozidáció során, és a D-glükóz egységek közötti glikozidos kötések több lehetséges kötési pozícióban fordulnak elő. . A D-glükóz egységek anomer aránya megközelítőleg α/β＝ 2:1, és a Fischer-szintézis leírt körülményei között nehezen befolyásolhatónak tűnik. Termodinamikailag szabályozott körülmények között a termékkeverékben lévő n-glükóz egységek túlnyomórészt piranozidok formájában léteznek. Az alkilmaradékonkénti n-glükózegységek átlagos száma, az úgynevezett polimerizációs fok, lényegében a gyártás során keletkező duktumok mólarányának függvénye. Kifejezett felületaktív tulajdonságaik[1] miatt különösen előnyösek az 1 és 3 közötti polimerizációs fokú alkil-poliglükozidok, amelyekhez körülbelül 3-10 mol zsíralkoholt kell felhasználni egy mól n-glükózra az eljárás során.

A polimerizáció mértéke a zsíralkohol feleslegének növekedésével csökken. A feleslegben lévő zsíralkoholokat többlépcsős vákuumdesztillációs eljárással választják le és nyerik vissza hullófilmes elpárologtatókkal, így a hőterhelés minimálisra csökkenthető. A párolgási hőmérsékletnek éppen elég magasnak kell lennie, és az érintkezési időnek a forró zónában éppen elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy biztosítsa a felesleges zsíralkohol megfelelő desztillációját és az alkil-poliglükozid olvadék áramlását jelentős bomlási reakció nélkül. Egy sor bepárlási lépést előnyösen alkalmazhatunk először az alacsony forráspontú frakció, majd a fő mennyiségű zsíralkohol, végül a maradék zsíralkohol szétválasztására, amíg az alkil-poliglikozid vízoldható maradékként megolvad.

Még a zsíralkoholok szintézisének és elpárologtatásának legenyhébb körülményei között is előfordulhat nemkívánatos barna elszíneződés, és fehérítési eljárások szükségesek a termék finomításához. Az egyik alkalmasnak bizonyult fehérítési módszer az, hogy oxidálószert, például hidrogén-peroxidot adnak az alkil-poliglikozid vizes készítményéhez lúgos közegben, magnéziumionok jelenlétében.

A szintézis, utófeldolgozás és finomítás során alkalmazott számos tanulmány és változat garantálja, hogy még ma sem létezik széles körben alkalmazható „kulcsrakész” megoldás egy adott termékminőség előállítására. Éppen ellenkezőleg, a folyamat összes lépését meg kell fogalmazni. Dongfu néhány javaslatot ad a megoldás tervezésére és a műszaki megoldásokra, valamint elmagyarázza a reakció, az elválasztás és a finomítási folyamat kémiai és fizikai feltételeit.

Mindhárom fő eljárás – a homogén transzglikozidálás, a szuszpenziós eljárás és a glükóz betáplálás technika – ipari körülmények között alkalmazható. A transzglikozidálás során az inhomogenitás elkerülése érdekében a köztitermék butil-poliglükozid koncentrációját, amely a D-glükóz és butanol szolubilizálószereként működik, a reakcióelegyben körülbelül 15% felett kell tartani. Ugyanebből a célból az alkil-poliglükozidok közvetlen Fischer-szintéziséhez használt reakcióelegy vízkoncentrációját körülbelül 1% alatt kell tartani. Magasabb víztartalom esetén fennáll annak a veszélye, hogy a szuszpendált kristályos D-glükóz ragacsos masszává alakul, ami ezt követően rossz feldolgozást és túlzott polimerizációt eredményez. A hatékony keverés és homogenizálás elősegíti a kristályos D-glükóz finom eloszlását és reakciókészségét a reakcióelegyben.

A szintézis módszerének és kifinomultabb változatainak kiválasztásakor műszaki és gazdasági tényezőket egyaránt figyelembe kell venni. A D-glükóz szirupokon alapuló homogén transzglikozidációs eljárások különösen kedvezőnek tűnnek a folyamatos nagyüzemi termeléshez. Tartós megtakarítást tesznek lehetővé a hozzáadott értékláncban a D-glükóz nyersanyag kristályosítása során, ami bőven kompenzálja a transzglikozidálási lépésben és a butanol kinyerésében felmerülő nagyobb egyszeri befektetéseket. Az n-butanol felhasználása egyéb hátrányokkal nem jár, mivel szinte teljesen újrahasznosítható, így a visszanyert végtermékekben a maradék koncentrációk csak néhány milliomod rész marad, ami nem tekinthető kritikusnak. A szuszpenziós eljárással vagy glükóz betáplálási technikával végzett közvetlen Fischer-glikozidáció eltekint a transzglikozidálási lépéstől és a butanol visszanyerésétől. Folyamatosan is kivitelezhető, és valamivel alacsonyabb beruházási ráfordítást igényel.

A jövőben a fosszilis és megújuló nyersanyagok kínálata és ára, valamint az alkil-poliszacharidok előállításának további technológiai fejlődése döntően befolyásolja a fejlesztés és alkalmazás piaci kapacitását és termelési kapacitását. Az alappoliszacharidnak már megvannak a saját műszaki megoldásai, amelyek fontos versenyelőnyt jelenthetnek a felületkezelési piacon az ilyen eljárásokat fejlesztő vagy alkalmazó cégek számára. Ez különösen igaz, ha az árak magasak és alacsonyak. A gyártási ágens gyártási költsége a megszokott szintre emelkedett, a helyi alapanyagok árának kismértékű csökkenése esetén is rögzítheti a felületaktív anyagok helyettesítőit, és ösztönözheti új alkil-poliszacharid gyártó üzemek telepítését.