Transglykosidaatioprosessit, joissa käytetään D-glukoosia raaka-aineena.

Fischer-glykosidaatio on ainoa kemiallinen synteesimenetelmä, joka on mahdollistanut nykypäivän taloudellisten ja teknisesti täydellisten ratkaisujen kehittämisen alkyylipolyglukosidien laajamittaiseen tuotantoon. Tuotantolaitokset, joiden kapasiteetti on yli 20 000 t/vuosi, on jo toteutettu ja ne laajentavat pinta-aktiivisten aineiden tuotevalikoimaa uusiutuviin raaka-aineisiin perustuvilla pinta-aktiivisilla aineilla. D-glukoosi ja lineaariset C8-C16-rasvaalkoholit ovat osoittautuneet edullisiksi raaka-aineiksi. Nämä eduktit voidaan muuntaa pinta-aktiivisiksi alkyylipolyglykosideiksi suoralla Fischer-glykosylaatiolla tai butyylipolyglykosidin kaksivaiheisilla transglykosideilla happokatalyytin läsnä ollessa, jolloin sivutuotteena on vesi. Vesi on tislattava reaktioseoksesta reaktiotasapainon siirtämiseksi kohti haluttua tuotetta. Glykosylaatioprosessissa tulee välttää epähomogeenisuuksia reaktioseoksessa, koska ne voivat johtaa liialliseen ns. polydekstroosin muodostumiseen, mikä on erittäin epätoivottavaa. Siksi monet tekniset strategiat keskittyvät homogeenisiin n-glukoosiin ja alkoholiin, joita on vaikea sekoittua erilaisten polariteettien vuoksi. Reaktion aikana muodostuu glykosidisia sidoksia sekä rasva-alkoholin ja n-glukoosin välille että itse n-glukoosiyksiköiden välille. Alkyylipolyglukosidit muodostuvat näin ollen fraktioiden seoksina, joissa on eri määrä glukoosiyksiköitä pitkäketjuisessa alkyylitähteessä. Jokainen näistä fraktioista puolestaan ​​koostuu useista isomeerisista aineosista, koska n-glukoosiyksiköt ottavat erilaisia ​​anomeerisia muotoja ja rengasmuotoja kemiallisessa tasapainossa Fischer-glykosidoinnin aikana ja D-glukoosiyksiköiden väliset glykosidiset sidokset esiintyvät useissa mahdollisissa sidoskohdissa. . D-glukoosiyksiköiden anomeerisuhde on noin α/β＝ 2:1 ja näyttää vaikealta vaikuttaa kuvatuissa Fischer-synteesin olosuhteissa. Termodynaamisesti kontrolloiduissa olosuhteissa tuoteseoksen sisältämät n-glukoosiyksiköt esiintyvät pääasiassa pyranosidien muodossa. Normaalien glukoosiyksiköiden keskimääräinen määrä alkyylijäännöstä kohti, niin kutsuttu polymerointiaste, on pohjimmiltaan valmistusprosessin aikana muodostuvien edukttien moolisuhteen funktio. Merkittävien pinta-aktiivisten ominaisuuksiensa vuoksi alkyylipolyglykosidit, joiden polymerointiaste on 1-3, ovat erityisen edullisia, minkä vuoksi tässä menetelmässä on käytettävä noin 3-10 moolia rasva-alkoholeja per mooli normaalia glukoosia.

Polymeroitumisaste laskee lisääntyvällä rasva-alkoholiylimäärällä. Ylimääräinen rasva-alkoholi erotetaan ja otetaan talteen monivaiheisilla tyhjötislausprosesseilla putoavilla kalvohaihduttimilla, jotka mahdollistavat lämpöjännityksen pitämisen minimissä. Haihdutuslämpötilan tulee olla juuri tarpeeksi korkea ja kosketusajan kuumalla vyöhykkeellä juuri tarpeeksi pitkä varmistamaan rasva-alkoholin ylimäärän riittävä tislaus ja alkyylipolyglukosidisulan virtaus ilman merkittäviä hajoamisreaktioita. Useita haihdutusvaiheita voidaan edullisesti käyttää erottamaan ensin alhaalla kiehuvat fraktiot, sitten pääasiallinen määrä rasva-alkoholia ja lopuksi jäljellä oleva rasva-alkoholi, kunnes alkyylipolyglukosidi sulaa vesiliukoisina jäännöksinä.

Jopa silloin, kun rasva-alkoholin synteesi ja haihdutus suoritetaan mitä hellävaraisimmissa olosuhteissa, tapahtuu ei-toivottua ruskeaa värjäytymistä, mikä vaatii valkaisuprosesseja tuotteiden jalostamiseksi. Eräs sopivaksi osoittautunut valkaisumenetelmä on hapettimien, kuten vetyperoksidin, lisääminen alkyylipolyglukosidien vesipitoisiin valmisteisiin alkalisessa väliaineessa magnesium-ionien läsnä ollessa.

Synteesin, jalostuksen ja jalostuksen aikana käytetyt moninaiset tutkimukset ja muunnelmat osoittavat, että vielä nykyäänkään ei ole olemassa yleisesti soveltuvia "avaimet käteen" -ratkaisuja tiettyjen tuotelaatujen saamiseksi. Päinvastoin, kaikki prosessin vaiheet on laadittava, sovitettava keskenään ja optimoitava. Tässä luvussa on annettu ehdotuksia ja kuvailtu joitain käytännöllisiä tapoja suunnitella teknisiä ratkaisuja sekä esitetty standardikemialliset ja fysikaaliset olosuhteet reaktioiden suorittamiseksi, erottelu- ja jalostusprosessien suorittamiseksi.

Kaikkia kolmea pääprosessia – homogeenista transglykosidaatiota, lieteprosessia ja glukoosinsyöttötekniikkaa – voidaan käyttää teollisissa olosuhteissa. Transglykosidoinnin aikana välituotebutyylipolyglukosidin, joka toimii liuottimena D-glukoosille ja butanolille, pitoisuus on pidettävä reaktioseoksessa yli noin 15 % epähomogeenisuuksien välttämiseksi. Samaa tarkoitusta varten reaktioseoksen vesipitoisuus, jota käytetään alkyylipolyglukosidien suoraan Fischer-synteesiin, on pidettävä alle noin 1 %:ssa. Suuremmilla vesipitoisuuksilla on vaara, että suspendoitunut kiteinen D-glukoosi muuttuu tahmeaksi massaksi, mikä johtaisi myöhemmin huonoon prosessointiin ja liialliseen polymeroitumiseen. Tehokas sekoitus ja homogenointi edistävät kiteisen D-glukoosin hienojakoisuutta ja reaktiivisuutta reaktioseoksessa.

Synteesimenetelmää ja sen kehittyneempiä muunnelmia valittaessa on otettava huomioon sekä tekniset että taloudelliset tekijät. Homogeeniset transglykosidaatioprosessit, jotka perustuvat D-glukoosisiirappiin, vaikuttavat erityisen edullisilta jatkuvassa suuressa mittakaavassa. Ne mahdollistavat pysyviä säästöjä raaka-aineen D-glukoosin kiteytyksessä lisäarvoketjussa, mikä enemmän kuin kompensoi suuremmat kertainvestoinnit transglykosidaatiovaiheeseen ja butanolin talteenottoon. N-butanolin käytössä ei ole muita haittoja, koska se voidaan kierrättää lähes kokonaan niin, että talteenotetuissa lopputuotteissa jäännöspitoisuudet ovat vain muutamia miljoonasosia, joita voidaan pitää ei-kriittisinä. Suora Fischer-glykosidointi lieteprosessin tai glukoosin syöttötekniikan mukaisesti jättää pois transglykosidaatiovaiheen ja butanolin talteenoton. Se voidaan suorittaa myös jatkuvasti ja vaatii hieman pienempiä investointeja.

Fossiilisten ja uusiutuvien raaka-aineiden tulevalla saatavuudella ja hinnoilla sekä alkyylipolyglukosidien tuotannon ja käytön teknisellä kehityksellä voidaan odottaa olevan ratkaiseva vaikutus viimeksi mainittujen markkinavolyymien ja tuotantokapasiteetin kehitykseen. Alkyylipolyglukosidien tuotantoon ja käyttöön jo olemassa olevat elinkelpoiset tekniset ratkaisut voivat antaa elintärkeän kilpailuedun pinta-aktiivisten aineiden markkinoilla yrityksille, jotka ovat kehittäneet tai jo käyttävät tällaisia ​​prosesseja. Tämä pätee erityisesti korkeiden raakaöljyn hintojen ja alhaisten viljan hintojen tapauksessa. Koska kiinteät valmistuskustannukset ovat varmasti bulkkiteollisten pinta-aktiivisten aineiden tavanomaisella tasolla, pienetkin natiiviraaka-aineiden hintojen laskut voivat vaatia pinta-aktiivisten aineiden korvaamista ja selvästi rohkaista uusien tuotantolaitosten asentamista alkyylipolyglukosideille.