Процеси на трансгликозидация, използващи D-глюкоза като суровина.

Фишеровото гликозилиране е единственият метод за химичен синтез, който е позволил разработването на днешните икономически и технически усъвършенствани решения за мащабно производство на алкилполиглюкозиди. Вече са реализирани производствени инсталации с капацитет над 20 000 т/годишно, които разширяват продуктовата гама на индустрията за повърхностноактивни вещества с повърхностноактивни вещества на базата на възобновяеми суровини. D-глюкозата и линейните C8-C16 мастни алкохоли са се доказали като предпочитани суровини. Тези едукти могат да бъдат превърнати в повърхностноактивни алкилполигликозиди чрез директно Фишерово гликозилиране или чрез двуетапни трансгликозиди на бутилполигликозид в присъствието на киселинен катализатор, с вода като страничен продукт. Водата трябва да се дестилира от реакционната смес, за да се измести реакционното равновесие към желания продукт. В процеса на гликозилиране трябва да се избягват нееднородности в реакционната смес, тъй като те могат да доведат до прекомерно образуване на така наречената полидекстроза, което е силно нежелателно. Следователно, много технически стратегии се фокусират върху хомогенните едукти n-глюкоза и алкохол, които са трудни за смесване поради различната им полярност. По време на реакцията се образуват гликозидни връзки както между мастен алкохол и n-глюкоза, така и между самите n-глюкозни единици. Алкил полиглюкозидите следователно се образуват като смеси от фракции с различен брой глюкозни единици при дълговерижния алкилов остатък. Всяка от тези фракции, от своя страна, е съставена от няколко изомерни съставки, тъй като n-глюкозните единици приемат различни аномерни форми и пръстенни форми в химическо равновесие по време на Фишеровото гликозидиране, а гликозидните връзки между D-глюкозните единици се срещат в няколко възможни позиции на свързване. Аномерното съотношение на D-глюкозните единици е приблизително α/β = 2:1 и изглежда трудно да се повлияе при описаните условия на Фишеровия синтез. При термодинамично контролирани условия, n-глюкозните единици, съдържащи се в продуктовата смес, съществуват предимно под формата на пиранозиди. Средният брой нормални глюкозни единици на алкилов остатък, така наречената степен на полимеризация, е основно функция на моларното съотношение на едуктите по време на производствения процес. Поради забележителните си повърхностноактивни свойства, алкилполигликозидите със степен на полимеризация между 1 и 3 са особено предпочитани, поради което при този метод трябва да се използват около 3-10 мола мастни алкохоли на мол нормална глюкоза.

Степента на полимеризация намалява с нарастващ излишък на мастен алкохол. Излишният мастен алкохол се отделя и регенерира чрез многостъпкови вакуумни дестилационни процеси с изпарители с падащ филм, които позволяват поддържането на минимално термично напрежение. Температурата на изпаряване трябва да бъде точно толкова висока, колкото е необходимо, а времето за контакт в горещата зона - толкова дълго, че да се осигури адекватна дестилация на излишния мастен алкохол и поток на стопилката на алкилполиглюкозид, без да се появят значителни реакции на разлагане. Серия от стъпки на изпаряване може да се използва за отделяне първо на нискокипящи фракции, след това на основното количество мастен алкохол и накрая на останалия мастен алкохол, докато стопилките на алкилполиглюкозид се получат като водоразтворими остатъци.

Дори когато синтезът и изпаряването на мастния алкохол се извършват при най-щадящи условия, се получава нежелано кафяво обезцветяване, което налага избелващи процеси за рафиниране на продуктите. Един метод за избелване, който се е доказал като подходящ, е добавянето на окислители като водороден пероксид към водни препарати от алкилполиглюкозиди в алкална среда в присъствието на магнезиеви йони.

Многобройните изследвания и варианти, използвани по време на синтеза, обработката и рафинирането, показват, че дори днес все още няма общоприложими „готови“ решения за получаване на специфични видове продукти. Напротив, всички етапи на процеса трябва да бъдат разработени, взаимно коригирани и оптимизирани. Тази глава предоставя предложения и описва някои практически начини за разработване на технически решения, както и посочва стандартни химични и физични условия за провеждане на реакции, разделяне и рафиниране.

И трите основни процеса – хомогенна трансгликозидация, суспензионен процес и техника на подаване на глюкоза – могат да се използват в промишлени условия. По време на трансгликозидацията концентрацията на междинния бутилполиглюкозид, който действа като солюбилизатор за едуктите D-глюкоза и бутанол, трябва да се поддържа над около 15% в реакционната смес, за да се избегнат нехомогенности. За същата цел концентрацията на вода в реакционната смес, използвана за директен Фишеров синтез на алкилполиглюкозиди, трябва да се поддържа под около 1%. При по-високо съдържание на вода съществува риск от превръщане на суспендираната кристална D-глюкоза в лепкава маса, което впоследствие би довело до лоша обработка и прекомерна полимеризация. Ефективното разбъркване и хомогенизиране насърчават финото разпределение и реактивността на кристалната D-глюкоза в реакционната смес.

При избора на метода на синтез и неговите по-сложни варианти трябва да се вземат предвид както технически, така и икономически фактори. Хомогенните процеси на трансгликозидация, базирани на D-глюкозни сиропи, изглеждат особено благоприятни за непрекъснато производство в голям мащаб. Те позволяват трайни икономии при кристализация на суровината D-глюкоза във веригата за създаване на добавена стойност, което повече от компенсира по-високите еднократни инвестиции в етапа на трансгликозидация и възстановяването на бутанол. Използването на n-бутанол не представлява други недостатъци, тъй като той може да се рециклира почти напълно, така че остатъчните концентрации в регенерираните крайни продукти са само няколко части на милион, което може да се счита за некритично. Директната Фишерова гликозидация съгласно суспензионния процес или техниката на подаване на глюкоза премахва етапа на трансгликозидация и възстановяването на бутанол. Тя може да се извършва и непрекъснато и изисква малко по-ниски капиталови разходи.

Може да се очаква, че бъдещата наличност и цени на изкопаеми и възобновяеми суровини, както и по-нататъшният технически напредък в производството и приложението на алкилполиглюкозиди, ще окажат решаващо влияние върху развитието на пазарния обем и производствения капацитет на последните. Жизнеспособните технически решения, които вече съществуват за производството и употребата на алкилполиглюкозиди, могат да дадат жизненоважно конкурентно предимство на пазара на повърхностноактивни вещества на компании, които са разработили или вече използват такива процеси. Това е особено вярно в случай на високи цени на суровия петрол и ниски цени на зърнените култури. Тъй като фиксираните производствени разходи със сигурност са на обичайно ниво за насипните промишлени повърхностноактивни вещества, дори леки намаления в цената на местните суровини могат да подтикнат към заместване на повърхностноактивните вещества със стоки и могат ясно да насърчат инсталирането на нови производствени инсталации за алкилполиглюкозиди.