השיטות לייצור גלוקוזידים אלקיל

פישר גליקוזידציה היא השיטה היחידה לסינתזה כימית שאפשרה את פיתוח הפתרונות הכלכליים והטכניים של ימינו לייצור בקנה מידה גדול של פולי גלוקוזידים אלקיל. מפעלי ייצור בעלי קיבולת של מעל 20,000 ט' בשנה כבר מומשו ומגדילים את מגוון המוצרים של תעשיית פעילי השטח עם חומרים פעילי שטח המבוססים על חומרי גלם מתחדשים. D-Glucose ואלכוהולי שומניים ליניאריים C8-C16 הוכחו כחומרי הזנה המועדפים. ניתן להמיר חומרים אלו לפוליגלוקוזידים אלקיל פעילים על פני השטח באמצעות גלוקוזידציה ישירה של פישר או טרנסגליקוזידציה דו-שלבית באמצעות בוטיל פוליגלוקוזיד בנוכחות זרזים חומציים, עם מים כתוצר לוואי. יש לזקק את המים מתערובת התגובה על מנת להעביר את שיווי המשקל של התגובה לכיוון המוצרים הרצויים. במהלך תהליך הגליקוזידציה, יש להימנע מאי-הומוגניות בתערובת התגובה, מכיוון שהן מובילות להיווצרות יתר של מה שנקרא פוליגלוקוזידים, שהם מאוד לא רצויים. תכסיסים טכניים רבים מתרכזים אפוא בהומוגניזציה של הזרמים n-גלוקוז ואלכוהול, שאינם ניתנים לערבב בצורה גרועה בגלל ההבדל בקוטביות שלהם. במהלך התגובה נוצרים קשרים גליקוזידיים גם בין אלכוהול שומני ל-n-גלוקוז וגם בין יחידות ה-n-גלוקוז עצמן. כתוצאה מכך נוצרים פולי גלוקוזידים אלקיל כתערובת של שברים עם מספר שונה של יחידות גלוקוז בשארית האלקיל הארוכה. כל אחד מהשברים הללו, בתורו, מורכב מכמה מרכיבים איזומריים, מאחר ויחידות ה-n-גלוקוז לובשות צורות אנומריות שונות וצורות טבעות שונות בשיווי משקל כימי במהלך הגליקוזידציה של פישר והקשרים הגליקוזידיים בין יחידות D-גלוקוז מתרחשים במספר עמדות קשר אפשריות. . יחס האנומר של יחידות ה-D-גלוקוז הוא בקירוב α/β＝ 2: 1 ונראה שקשה להשפיע בתנאים המתוארים של סינתזת פישר. בתנאים מבוקרים תרמודינמית, יחידות n-גלוקוז הכלולות בתערובת המוצר קיימות בעיקר בצורה של פירנוזידים. המספר הממוצע של יחידות n-גלוקוז לשארית אלקיל, מה שנקרא דרגת פילמור, הוא בעצם פונקציה של היחס המולארי של ה-educts במהלך הייצור. בשל תכונותיהם המובהקות של פעילי שטח[1], העדפה מיוחדת ניתנת לפוליגלוקוזידים אלקיל עם דרגות פילמור בין 1 ל-3, שעבורם יש להשתמש ב-3-10 מול אלכוהול שומני לכל מול של n-גלוקוז בתהליך.

מידת הפילמור פוחתת ככל שעודף האלכוהול השומני עולה. עודפי אלכוהול שומני מופרדים ומשחזרים בתהליך זיקוק ואקום רב-שלבי עם מאיידי סרט נופל, כך שניתן לצמצם את הלחץ התרמי למינימום. טמפרטורת האידוי צריכה להיות מספיק גבוהה וזמן המגע באזור החם מספיק ארוך כדי להבטיח זיקוק מספק של עודפי האלכוהול השומניים וזרימה של נמס הפוליגלוקוזיד אלקיל ללא תגובה משמעותית של פירוק. ניתן להשתמש בסדרה של שלבי אידוי כדי להפריד תחילה את החלק הרותח הנמוך, לאחר מכן את הכמות העיקרית של אלכוהול שומני, ולבסוף את האלכוהול השומני הנותר, עד שהפוליגליקוזיד האלקיל נמס כשיר מסיס במים.

גם בתנאים הקלים ביותר לסינתזה ולאידוי של אלכוהול שומני, יתרחש שינוי צבע חום לא רצוי, ונדרשים תהליכי הלבנה לחידוד המוצר. שיטת הלבנה אחת שהוכחה כמתאימה היא הוספת חומר מחמצן, כגון מי חמצן, לפורמולה מימית של אלקיל פוליגליקוזיד במדיום אלקליין בנוכחות יוני מגנזיום.

המחקרים והווריאציות המרובות המשמשות בתהליך הסינתזה, העיבוד והזיקוק מבטיחים שגם היום, עדיין אין פתרון "סוהר" ישים באופן נרחב להשגת דרגת מוצר ספציפית. להיפך, יש לגבש את כל שלבי התהליך. Dongfu מספק כמה הצעות לתכנון הפתרון ולפתרונות טכניים, ומסביר את התנאים הכימיים והפיזיקליים לתהליך התגובה, ההפרדה והזיקוק.

ניתן להשתמש בכל שלושת התהליכים העיקריים - טרנסגליקוזידציה הומוגנית, תהליך תמיסה וטכניקת הזנת גלוקוז - בתנאים תעשייתיים. במהלך הטרנסגליקוזידציה, יש לשמור על ריכוז ה-butyl polyglucoside הביניים, המשמש כממס עבור educts D-glucose ו-butanol, מעל כ-15% בתערובת התגובה כדי למנוע אי-הומוגניות. לאותה מטרה, יש לשמור על ריכוז המים בתערובת התגובה המשמשת לסינתזה ישירה של פישר של פוליגלוקוזידים אלקיל בפחות מ-1% בערך. בתכולת מים גבוהה יותר קיים סיכון להפיכת גלוקוז D גבישי מרחף למסה דביקה, מה שיגרום לאחר מכן לעיבוד גרוע ולפילמור מוגזם. ערבוב והומוגניזציה יעילים מקדמים את הפיזור העדין והתגובתיות של ה-D-גלוקוז הגבישי בתערובת התגובה.

יש לקחת בחשבון גורמים טכניים וכלכליים בעת בחירת שיטת הסינתזה והגרסאות המתוחכמות יותר שלה. תהליכי טרנסגליקוזידציה הומוגניים המבוססים על סירופי D-גלוקוז נראים נוחים במיוחד לייצור מתמשך בקנה מידה גדול. הם מאפשרים חיסכון קבוע בהתגבשות חומר הגלם D-גלוקוז בשרשרת הערך המוסף, אשר יותר ממפצה על ההשקעות החד פעמיות הגבוהות יותר בשלב הטרנסגליקוזידציה ובהחזרת הבוטנול. השימוש ב-n-בוטנול אינו מציג חסרונות אחרים, שכן ניתן למחזר אותו כמעט לחלוטין כך שהריכוזים השיוריים במוצרים הסופיים המוחזרים הם רק חלקים בודדים למיליון, מה שיכול להיחשב לא קריטי. הגלוקוזידציה ישירה של פישר לפי תהליך הרחצה או טכניקת הזנת הגלוקוז מונעת את שלב הטרנסגליקוזידציה והחלמת הבוטנול. זה גם יכול להתבצע באופן רציף ומחייב הוצאה הונית מעט נמוכה יותר.

בעתיד, לאספקה ​​ולמחיר של חומרי גלם מאובנים ומתחדשים, כמו גם להמשך ההתקדמות הטכנולוגית בייצור פוליסכרידים אלקיל, תהיה השפעה מכרעת על יכולת השוק וכושר הייצור של הפיתוח והיישום. לפוליסכריד הבסיס כבר יש פתרונות טכניים משלו שיכולים לספק יתרונות תחרותיים חשובים בשוק טיפולי פני השטח לחברות שמפתחות או אימצו תהליכים כאלה. זה נכון במיוחד כאשר המחירים גבוהים ונמוכים. עלות הייצור של סוכן הייצור עלתה לרמה הרגילה, גם אם מחיר חומרי הגלם המקומיים יורד מעט, הוא עשוי לתקן את התחליפים לחומרי שטח ועשוי לעודד התקנת מפעלי ייצור אלקיל פוליסכרידים חדשים.