Procese de transglicozidare folosind D-glucoza ca materie primă.

Glicozidarea Fischer este singura metodă de sinteză chimică care a permis dezvoltarea soluțiilor economice și tehnic perfecționate de astăzi pentru producția pe scară largă de alchil poliglucozide. Au fost deja realizate fabrici de producție cu capacități de peste 20.000 t/an și extind gama de produse a industriei surfactanților cu agenți tensioactivi pe bază de materii prime regenerabile. D-glucoza și alcoolii grași liniari C8-C16 s-au dovedit a fi materiile prime preferate. Acești educte pot fi transformate în alchil poliglicozide tensioactive prin glicozilare directă Fischer sau prin transglicozide în două etape ale butil poliglicozide în prezența unui catalizator acid, cu apa ca produs secundar. Apa trebuie distilată din amestecul de reacție pentru a schimba echilibrul de reacție către produsul dorit. În procesul de glicozilare, neomogenitățile din amestecul de reacție trebuie evitate deoarece pot duce la formarea excesivă a așa-numitei polidextroze, care este foarte nedorită. Prin urmare, multe strategii tehnice se concentrează pe eductele omogene n-glucoză și alcool, care sunt greu de miscibil datorită polarităților diferite. În timpul reacției, se formează legături glicozidice atât între alcoolul gras și n-glucoză, cât și între unitățile de n-glucoză în sine. Alchil poliglucozidele se formează în consecință ca amestecuri de fracții cu numere diferite de unități de glucoză la restul de alchil cu lanț lung. Fiecare dintre aceste fracții, la rândul său, este alcătuită din mai mulți constituenți izomeri, deoarece unitățile de n-glucoză iau diferite forme anomerice și forme de inel în echilibru chimic în timpul glicozidării Fischer, iar legăturile glicozidice dintre unitățile de D-glucoză apar în mai multe poziții de legare posibile. . Raportul anomer al unităților de D-glucoză este de aproximativ α/β＝ 2: 1 și pare greu de influențat în condițiile descrise ale sintezei Fischer. În condiții controlate termodinamic, unitățile de n-glucoză conținute în amestecul de produse există predominant sub formă de piranozide. Numărul mediu de unități normale de glucoză per reziduu de alchil, așa-numitul grad de polimerizare, este practic o funcție a raportului molar al eductelor în timpul procesului de fabricație. Datorită proprietăților lor tensioactive remarcabile, alchil poliglicozidele cu un grad de polimerizare între 1 și 3 sunt deosebit de preferate, motiv pentru care în această metodă trebuie utilizați aproximativ 3-10 moli de alcooli grași per mol de glucoză normală.

Gradul de polimerizare scade la un exces tot mai mare de alcool gras. Excesul de alcool gras este separat și recuperat prin procedee de distilare în vid în mai multe etape cu evaporatoare cu film căzând, care fac posibilă menținerea stresului termic la minimum. Temperatura de evaporare trebuie să fie suficient de mare și timpul de contact în zona fierbinte suficient de lung pentru a asigura o distilare adecvată a excesului de alcool gras și a curgerii topiturii de alchil poliglucozidă, fără apariția unor reacții de descompunere considerabile. O serie de etape de evaporare pot fi folosite în mod favorabil pentru a separa mai întâi fracțiile cu punct de fierbere scăzut, apoi cantitatea principală de alcool gras și, în final, alcoolul gras rămas până când topiturile de alchil poliglucozidă sunt obținute ca reziduuri solubile în apă.

Chiar și atunci când sinteza și evaporarea alcoolului gras se realizează în cele mai blânde condiții, apare o decolorare maro nedorită, necesitând procese de albire pentru rafinarea produselor. O metodă de albire care s-a dovedit adecvată este adăugarea de oxidanți cum ar fi peroxidul de hidrogen la preparate apoase de alchil poliglucozide în mediu alcalin în prezența ionilor de magneziu.

Diversele investigații și variante utilizate în timpul sintezei, prelucrării și rafinării arată că nici astăzi nu există soluții general aplicabile „la cheie” pentru obținerea unor grade specifice de produse. Dimpotrivă, toți pașii procesului trebuie elaborati, ajustați reciproc și optimizați. Acest capitol a oferit sugestii și a descris câteva modalități practicabile de a concepe soluții tehnice, precum și a precizat condițiile chimice și fizice standard pentru desfășurarea reacțiilor, separarea și procesele de rafinare.

Toate cele trei procese principale - transglicozidarea omogenă, procesul de suspensie și tehnica de alimentare cu glucoză - pot fi utilizate în condiții industriale. În timpul transglicozidării, concentrația de butil poliglucozidă intermediară, care acționează ca solubilizator pentru eductele D-glucoză și butanol, trebuie menținută peste aproximativ 15% în amestecul de reacție pentru a se evita neomogenitățile. În același scop, concentrația de apă din amestecul de reacție utilizat pentru sinteza directă Fischer a alchil poliglucozidelor trebuie menținută la mai puțin de aproximativ 1 %. La un conținut mai mare de apă există riscul de a transforma D-glucoza cristalină în suspensie într-o masă lipicioasă, care ar avea ca rezultat o procesare proastă și o polimerizare excesivă. Agitarea și omogenizarea eficientă promovează distribuția fină și reactivitatea D-glucozei cristaline în amestecul de reacție.

Atât factorii tehnici, cât și cei economici trebuie luați în considerare atunci când se selectează metoda de sinteză și variantele sale mai sofisticate. Procesele omogene de transglicozidare pe bază de siropuri de D-glucoză apar deosebit de favorabile pentru producția continuă pe scară largă. Acestea permit economii permanente la cristalizarea materiei prime D-glucoza în lanțul de valoare adăugată, care compensează mai mult decât investițiile mai mari în etapa de transglicozidare și recuperarea butanolului. Utilizarea n-butanolului nu prezintă alte dezavantaje, deoarece acesta poate fi reciclat aproape complet, astfel încât concentrațiile reziduale din produsele finale recuperate să fie de doar câteva părți pe milion, ceea ce poate fi considerat necritic. Glicozidarea directă Fischer în conformitate cu procesul de suspensie sau tehnica de alimentare cu glucoză eliberează etapa de transglicozidare și recuperarea butanolului. De asemenea, poate fi efectuat în mod continuu și necesită cheltuieli de capital ușor mai mici.

Disponibilitatea și prețurile viitoare ale materiilor prime fosile și regenerabile, precum și progresele tehnice ulterioare în producția și aplicarea alchil poliglucozidelor, ar putea avea o influență decisivă asupra dezvoltării volumului pieței și capacităților de producție ale acestora din urmă. Soluțiile tehnice viabile care există deja pentru producerea și utilizarea alchil poliglucozidelor pot oferi un avantaj competitiv vital pe piața agenților tensioactivi companiilor care au dezvoltat sau folosesc deja astfel de procese. Acest lucru este valabil mai ales în cazul prețurilor ridicate ale țițeiului și al prețurilor scăzute la cereale. Deoarece costurile fixe de producție sunt cu siguranță la un nivel obișnuit pentru agenții tensioactivi industriali în vrac, chiar și scăderile ușoare ale prețului materiilor prime native pot încuraja înlocuirea mărfurilor surfactanților și pot încuraja în mod clar instalarea de noi fabrici de producție pentru alchil poliglucozide.