Procesi transglikozidacije koristeći D-glukozu kao sirovinu.
Fischer glikozidacija je jedina metoda hemijske sinteze koja je omogućila razvoj današnjih ekonomskih i tehnički usavršenih rješenja za proizvodnju alkil poliglukozida velikih razmjera. Već su realizovani proizvodni pogoni kapaciteta preko 20.000 t/godišnje koji proširuju proizvodni asortiman industrije surfaktanata površinski aktivnim agensima na bazi obnovljivih sirovina. D-glukoza i linearni C8-C16 masni alkoholi su se pokazali kao poželjne sirovine. Ovi se produkti mogu pretvoriti u površinski aktivne alkil poliglikozide direktnom Fišerovom glikozilacijom ili dvostepenim transglikozidima butil poliglikozida u prisustvu kiselog katalizatora, sa vodom kao nusproizvodom. Voda se mora destilirati iz reakcione smjese kako bi se pomaknula reakcijska ravnoteža prema željenom proizvodu. U procesu glikozilacije treba izbjegavati nehomogenosti u reakcijskoj smjesi jer mogu dovesti do prekomjernog stvaranja takozvane polidekstroze, što je vrlo nepoželjno. Stoga se mnoge tehničke strategije fokusiraju na homogene edukte n-glukozu i alkohol, koje je teško miješati zbog njihovih različitih polariteta. Tokom reakcije formiraju se glikozidne veze između masnog alkohola i n-glukoze i između samih jedinica n-glukoze. Alkil poliglukozidi se posljedično formiraju kao mješavine frakcija s različitim brojem jedinica glukoze na dugolančanom alkilnom ostatku. Svaka od ovih frakcija se, zauzvrat, sastoji od nekoliko izomernih konstituenata, budući da jedinice n-glukoze poprimaju različite anomerne oblike i oblike prstena u hemijskoj ravnoteži tokom Fischerove glikozidacije, a glikozidne veze između jedinica D-glukoze se javljaju u nekoliko mogućih položaja vezivanja. . Odnos anomera jedinica D-glukoze je približno α/β= 2:1 i čini se da je teško uticati pod opisanim uslovima Fischerove sinteze. U termodinamički kontrolisanim uslovima, jedinice n-glukoze sadržane u mešavini proizvoda pretežno postoje u obliku piranozida. Prosječan broj normalnih jedinica glukoze po alkilnom ostatku, takozvani stepen polimerizacije, u osnovi je funkcija molarnog omjera edukta tokom procesa proizvodnje. Zbog svojih izvanrednih svojstava surfaktanta, posebno su poželjni alkil poliglikozidi sa stepenom polimerizacije između 1 i 3, zbog čega se u ovoj metodi mora koristiti oko 3-10 mola masnih alkohola po molu normalne glukoze.
Stepen polimerizacije opada sa povećanjem viška masnog alkohola. Višak masnog alkohola se odvaja i izvlači pomoću višestepenih procesa vakuumske destilacije sa isparivačima s padajućim filmom, koji omogućavaju da se termički stres zadrži na minimumu. Temperatura isparavanja treba biti dovoljno visoka, a vrijeme kontakta u vrućoj zoni dovoljno dugo da se osigura odgovarajuća destilacija viška masnog alkohola i protok taline alkil poliglukozida, bez pojave bilo kakvih značajnijih reakcija raspadanja. Niz koraka isparavanja može se povoljno primijeniti da se odvoje prve frakcije s niskim ključanjem, zatim glavna količina masnog alkohola i na kraju preostali masni alkohol dok se alkil poliglukozid ne istopi kao ostaci rastvorljivi u vodi.
Čak i kada se sinteza i isparavanje masnog alkohola izvode u najblažim uslovima, dolazi do neželjene smeđe boje, što zahtijeva procese izbjeljivanja kako bi se proizvodi rafinirali. Jedna metoda izbjeljivanja koja se pokazala prikladnom je dodavanje oksidansa kao što je vodikov peroksid u vodene preparate alkil poliglukozida u alkalnoj sredini u prisustvu jona magnezija.
Mnogobrojna istraživanja i varijante korištene tokom sinteze, obrade i rafiniranja pokazuju da ni danas još uvijek ne postoje općenito primjenjiva rješenja „ključ u ruke“ za dobijanje specifičnih kvaliteta proizvoda. Naprotiv, svi koraci procesa moraju biti razrađeni, međusobno prilagođeni i optimizirani. Ovo poglavlje dalo je prijedloge i opisalo neke praktične načine za osmišljavanje tehničkih rješenja, kao i navođenje standardnih hemijskih i fizičkih uslova za provođenje reakcija, odvajanja i procesa rafiniranja.
Sva tri glavna procesa – homogena transglikozidacija, proces suspenzije i tehnika hranjenja glukozom – mogu se koristiti u industrijskim uslovima. Tokom transglikozidacije, koncentracija međuprodukta butil poliglukozida, koji djeluje kao solubilizator za edukte D-glukozu i butanol, mora se održavati preko oko 15% u reakcijskoj smjesi kako bi se izbjegle nehomogenosti. U istu svrhu, koncentracija vode u reakcionoj smjesi koja se koristi za direktnu Fischerovu sintezu alkil poliglukozida mora se održavati na manje od oko 1 %. Pri većem sadržaju vode postoji opasnost od pretvaranja suspendirane kristalne D-glukoze u ljepljivu masu, što bi kasnije rezultiralo lošom preradom i pretjeranom polimerizacijom. Efikasno miješanje i homogenizacija pospješuju finu distribuciju i reaktivnost kristalne D-glukoze u reakcionoj smjesi.
Prilikom odabira metode sinteze i njenih sofisticiranijih varijanti moraju se uzeti u obzir i tehnički i ekonomski faktori. Homogeni procesi transglikozidacije na bazi D-glukoznih sirupa su posebno povoljni za kontinuiranu proizvodnju u velikim razmjerima. Oni omogućavaju trajne uštede na kristalizaciji sirovine D-glukoze u lancu dodane vrijednosti, što više nego kompenzira veća jednokratna ulaganja u korak transglikozidacije i oporavak butanola. Upotreba n-butanola ne predstavlja druge nedostatke, budući da se može gotovo u potpunosti reciklirati tako da su preostale koncentracije u obnovljenim krajnjim proizvodima samo nekoliko dijelova na milijun, što se može smatrati nekritičnim. Direktna Fischerova glikozidacija u skladu sa postupkom suspenzije ili tehnikom hranjenja glukozom ne uključuje korak transglikozidacije i obnavljanje butanola. Također se može izvoditi kontinuirano i zahtijeva nešto niže kapitalne izdatke.
Može se očekivati da će buduća dostupnost i cijene fosilnih i obnovljivih sirovina, kao i daljnji tehnički napredak u proizvodnji i primjeni alkil poliglukozida, imati odlučujući utjecaj na razvoj obima tržišta i proizvodnih kapaciteta potonjih. Održiva tehnička rješenja koja već postoje za proizvodnju i upotrebu alkil poliglukozida mogu dati vitalnu konkurentsku prednost na tržištu surfaktanata kompanijama koje su razvile ili već koriste takve procese. Ovo se posebno odnosi na visoke cijene sirove nafte i niske cijene žitarica. Budući da su fiksni troškovi proizvodnje svakako na uobičajenom nivou za rasute industrijske surfaktante, čak i neznatna sniženja cijena domaćih sirovina mogu potaknuti zamjenu proizvoda surfaktanata i mogu jasno potaknuti instalaciju novih proizvodnih pogona za alkil poliglukozide.
Vrijeme objave: Jul-11-2021