ALKIGLLIKOZĪDU RAŽOŠANAS METODES

Fišera glikozidācija ir vienīgā ķīmiskās sintēzes metode, kas ļāvusi izstrādāt mūsdienu ekonomiski un tehniski pilnveidotus risinājumus liela mēroga alkilpoliglikozīdu ražošanai. Jau ir realizētas ražotnes ar jaudu virs 20 000 t/gadā un paplašina virsmaktīvo vielu nozares produktu klāstu ar virsmaktīvām vielām uz atjaunojamo izejvielu bāzes. D-glikoze un lineārie C8-C16 taukskābju spirti ir izrādījušies vēlamās izejvielas. Šos izdalījumus var pārveidot par virsmas aktīviem alkilpoliglikozīdiem, izmantojot tiešu Fišera glikozidāciju vai divpakāpju transglikozidāciju ar butilpoliglikozīdu skābes katalizatoru klātbūtnē, kā blakusproduktu izmantojot ūdeni. Ūdens ir jādestilē no reakcijas maisījuma, lai reakcijas līdzsvaru novirzītu uz vēlamajiem produktiem. Glikozidēšanas procesā ir jāizvairās no neviendabīguma reakcijas maisījumā, jo tās izraisa pārmērīgu tā saukto poliglikozīdu veidošanos, kas ir ļoti nevēlami. Tāpēc daudzas tehniskās stratēģijas ir vērstas uz n-glikozes un spirtu homogenizēšanu, kas ir slikti sajaucami to polaritātes atšķirību dēļ. Reakcijas laikā glikozīdiskās saites veidojas gan starp taukspirtu un n-glikozi, gan starp pašām n-glikozes vienībām. Rezultātā alkilpoliglikozīdi veidojas kā frakciju maisījumi ar dažādu glikozes vienību skaitu pie garās ķēdes alkilatlikuma. Katra no šīm frakcijām, savukārt, sastāv no vairākām izomēru sastāvdaļām, jo ​​n-glikozes vienības ķīmiskajā līdzsvarā Fišera glikozidēšanas laikā iegūst dažādas anomēru formas un gredzenu formas un glikozīdiskās saites starp D-glikozes vienībām notiek vairākās iespējamās saites pozīcijās. . D-glikozes vienību anomēru attiecība ir aptuveni α/β＝ 2:1 un šķiet grūti ietekmējama aprakstītajos Fišera sintēzes apstākļos. Termodinamiski kontrolētos apstākļos produktu maisījumā esošās n-glikozes vienības pārsvarā pastāv piranozīdu veidā. Vidējais n-glikozes vienību skaits uz alkilatlikumu, tā sauktā polimerizācijas pakāpe, būtībā ir atkarīga no izdalījumu molārās attiecības ražošanas laikā. Pateicoties to izteiktajām virsmaktīvās vielas īpašībām[1], īpaša priekšroka tiek dota alkilpoliglikozīdiem ar polimerizācijas pakāpi no 1 līdz 3, kuriem procesā ir jāizmanto aptuveni 3–10 moli taukspirta uz vienu molu n-glikozes.

Polimerizācijas pakāpe samazinās, palielinoties taukskābju spirta pārpalikumam. Taukskābju spirtu pārpalikums tiek atdalīts un reģenerēts daudzpakāpju vakuumdestilācijas procesā ar krītošas ​​plēves iztvaicētājiem, lai termisko spriegumu varētu samazināt līdz minimumam. Iztvaikošanas temperatūrai jābūt pietiekami augstai un saskares laikam karstajā zonā pietiekami ilgam, lai nodrošinātu pietiekamu taukskābju spirta pārpalikumu un alkilpoliglikozīda kausējuma plūsmu bez nozīmīgas sadalīšanās reakcijas. Var izdevīgi izmantot virkni iztvaicēšanas darbību, lai vispirms atdalītu frakciju ar zemu viršanas temperatūru, pēc tam galveno taukskābju spirta daudzumu un visbeidzot atlikušo taukskābju spirtu, līdz alkilpoliglikozīds izkūst kā ūdenī šķīstošs atlikums.

Pat vismaigākajos taukskābju spirtu sintēzes un iztvaikošanas apstākļos radīsies nevēlama brūna krāsa, un produkta rafinēšanai ir nepieciešami balināšanas procesi. Viena no balināšanas metodēm, kas ir izrādījusies piemērota, ir pievienot oksidētāju, piemēram, ūdeņraža peroksīdu, alkilpoliglikozīda ūdens sastāvam sārmainā vidē magnija jonu klātbūtnē.

Vairāki pētījumi un varianti, kas izmantoti sintēzes, pēcapstrādes un rafinēšanas procesā, garantē, ka pat šodien joprojām nav plaši pielietojama "nolikto atslēgu" risinājuma, lai iegūtu konkrētu produktu. Gluži pretēji, visi procesa posmi ir jāformulē. Dongfu sniedz dažus ieteikumus risinājuma dizainam un tehniskajiem risinājumiem, kā arī izskaidro reakcijas, atdalīšanas un attīrīšanas procesa ķīmiskos un fizikālos apstākļus.

Rūpnieciskos apstākļos var izmantot visus trīs galvenos procesus – homogēno transglikozidāciju, vircas procesu un glikozes padeves tehniku. Transglikozidācijas laikā starpprodukta butilpoliglikozīda koncentrācija, kas darbojas kā izšķīdinātājs D-glikozei un butanolam, reakcijas maisījumā jāsaglabā virs aptuveni 15%, lai izvairītos no neviendabīguma. Šim pašam nolūkam ūdens koncentrācija reakcijas maisījumā, ko izmanto tiešai Fišera alkilpoliglikozīdu sintēzei, ir jāsaglabā mazākā par aptuveni 1 %. Pie lielāka ūdens satura pastāv risks, ka suspendētā kristāliskā D-glikoze var pārvērsties lipīgā masā, kas pēc tam izraisītu sliktu apstrādi un pārmērīgu polimerizāciju. Efektīva maisīšana un homogenizācija veicina kristāliskās D-glikozes smalko sadalījumu un reaktivitāti reakcijas maisījumā.

Izvēloties sintēzes metodi un tās sarežģītākus variantus, jāņem vērā gan tehniskie, gan ekonomiskie faktori. Homogēni transglikozidācijas procesi, kuru pamatā ir D-glikozes sīrupi, šķiet īpaši labvēlīgi nepārtrauktai ražošanai lielā mērogā. Tie ļauj pastāvīgi ietaupīt uz izejvielas D-glikozes kristalizāciju pievienotās vērtības ķēdē, kas vairāk nekā kompensē lielākus vienreizējos ieguldījumus transglikozidācijas posmā un butanola atgūšanā. N-butanola izmantošanai nav citu trūkumu, jo to var gandrīz pilnībā pārstrādāt, tā ka atlikuma koncentrācija reģenerētajos galaproduktos ir tikai dažas daļas uz miljonu, ko var uzskatīt par nekritisku. Tiešā Fišera glikozidācija saskaņā ar vircas procesu vai glikozes padeves paņēmienu izslēdz transglikozidācijas posmu un butanola atgūšanu. To var veikt arī nepārtraukti, un tas prasa nedaudz mazākus kapitālieguldījumus.

Nākotnē fosilo un atjaunojamo izejvielu piedāvājumam un cenai, kā arī turpmākajam tehnoloģiskajam progresam alkilpolisaharīdu ražošanā būs izšķiroša ietekme uz izstrādes un pielietojuma tirgus kapacitāti un ražošanas jaudu. Bāzes polisaharīdam jau ir savi tehniskie risinājumi, kas var nodrošināt nozīmīgas konkurences priekšrocības virsmas apstrādes tirgū uzņēmumiem, kas izstrādā vai ir pieņēmuši šādus procesus. Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad cenas ir augstas un zemas. Ražošanas aģenta ražošanas pašizmaksa ir pieaugusi līdz ierastajam līmenim, pat ja vietējo izejvielu cena nedaudz samazināsies, tas var fiksēt virsmaktīvo vielu aizstājējus un veicināt jaunu alkilpolisaharīdu ražotņu uzstādīšanu.