Процеси на трансгликозидиране, използващи D-глюкоза като суровини.

Гликозидирането по Фишер е единственият метод на химичен синтез, който е позволил разработването на днешните икономически и технически съвършени решения за широкомащабно производство на алкилполиглюкозиди. Вече са реализирани производствени инсталации с капацитет над 20 000 т/година, които разширяват продуктовата гама на индустрията на ПАВ с повърхностно активни вещества на базата на възобновяеми суровини. D-глюкозата и линейните C8-C16 мастни алкохоли се оказаха предпочитаните суровини. Тези едукти могат да бъдат превърнати в повърхностно активни алкил полигликозиди чрез директно гликозилиране на Fischer или чрез двуетапни трансгликозиди на бутил полигликозид 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 нехомогенности в реакционната смес, тъй като те могат да доведат до прекомерно образуване на така наречената полидекстроза, което е крайно нежелателно. Поради това много технически стратегии се фокусират върху хомогенните едукти n-глюкоза и алкохол, които са трудни за смесване поради различните им полярности. 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, на свой ред, е съставена от няколко изомерни съставки, тъй като n-глюкозните единици приемат различни аномерни форми и пръстенови форми в химично равновесие по време на гликозидирането на Фишер и гликозидните връзки между D-глюкозните единици се появяват 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 синтеза на Фишер. 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 техните забележителни повърхностноактивни свойства, алкил полигликозидите със степен на полимеризация между 1 и 3 са особено предпочитани, поради което около 3-10 мола мастни алкохоли трябва да се използват на мол нормална глюкоза в този метод.

Степента на полимеризация намалява при нарастващ излишък на мастен алкохол. Излишният мастен алкохол се отделя и възстановява чрез многоетапни процеси на вакуумна дестилация с изпарители с падащ филм, които позволяват поддържането на термичния стрес минимален. Температурата на изпарение трябва да бъде достатъчно висока и времето за контакт в горещата зона достатъчно дълго, за да се осигури адекватна дестилация на излишъка от мастен алкохол и поток на стопилката на алкилполиглюкозид, без възникване на някакви значителни реакции на разлагане. Серия от етапи на изпаряване може да се използва благоприятно за отделяне на първо нискокипящи фракции, след това на основното количество мастен алкохол и накрая на останалия мастен алкохол, докато алкил полиглюкозидът се стопи и 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 изисква процеси на избелване за рафиниране на продуктите. Един метод за избелване, който се оказа подходящ, е добавянето на окислители като водороден пероксид към водни препарати на алкил полиглюкозиди 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 решения „до ключ“ за получаване на специфични степени на продукта. Напротив, всички стъпки 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 процеси на рафиниране.

И трите основни процеса – хомогенно трансгликозидиране, суспензионен процес и техника за захранване с глюкоза – могат да се използват в индустриални условия. По време на трансгликозидирането, концентрацията на междинния бутил полиглюкозид, 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 синтез на Fischer на алкил полиглюкозиди, трябва да се поддържа на по-малко от 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 имат предвид както техническите, така и икономическите фактори. Процесите на хомогенно трансгликозидиране, базирани на D-глюкозни сиропи, изглеждат особено благоприятни за непрекъснато производство в голям мащаб. Те позволяват трайни спестявания при кристализация на суровината D-глюкоза във веригата за добавена стойност, което повече от компенсира по-високите еднократни инвестиции в етапа на трансгликозидиране и възстановяването на бутанол. Използването на n-бутанол не представлява други недостатъци, тъй като той може да бъде рециклиран почти напълно, така че остатъчните концентрации в възстановените крайни продукти да са само няколко части на милион, което може да се счита за некритично. Директното гликозидиране по Fischer съгласно суспензионния процес или техниката на подаване на глюкоза отпада от етапа на трансгликозидиране и възстановяването на бутанол. Може също така да се извършва непрекъснато и изисква малко по-ниски капиталови разходи.

Може да се очаква бъдещата наличност и цени на изкопаеми и възобновяеми суровини, както и по-нататъшният технически напредък в производството и приложението на алкилполиглюкозиди, да окажат решаващо влияние върху развитието на пазарния обем и производствения капацитет на последните. Жизнеспособните технически решения, които вече съществуват за производството и използването 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 обичайното ниво за насипни промишлени повърхностноактивни вещества, дори леки намаления в цената на местните суровини може да накарат замяната на сурфактантите и може ясно да насърчи инсталирането на нови производствени инсталации за алкилполиглюкозиди.