ALKILGLIKOZĪDU RAŽOŠANAS METODES

Fišera glikozilēšana ir vienīgā ķīmiskās sintēzes metode, kas ir ļāvusi izstrādāt mūsdienu ekonomiskus un tehniski pilnveidotus risinājumus alkilpoliglikozīdu ražošanai lielos apjomos. Jau ir realizētas ražošanas iekārtas ar jaudu virs 20 000 t/gadā, kas paplašina virsmaktīvo vielu nozares produktu klāstu ar virsmaktīvajām vielām, kuru pamatā ir atjaunojamas izejvielas. D-glikoze un lineārie C8-C16 taukskābju spirti ir izrādījušies vēlamās izejvielas. Šos produktus var pārveidot par virsmaktīvajiem alkilpoliglikozīdiem, izmantojot tiešu Fišera glikozilēšanu vai divpakāpju transglikozidēšanu caur butilpoliglikozīdu skābju katalizatoru klātbūtnē, un blakusprodukts ir ūdens. Ūdens ir jādestilē no reakcijas maisījuma, lai mainītu reakcijas līdzsvaru vēlamo produktu virzienā. Glikozēšanas procesā jāizvairās no nehomogenitātes reakcijas maisījumā, jo tā noved pie pārmērīgas tā saukto poliglikozīdu veidošanās, kas ir ļoti nevēlami. Tāpēc daudzas tehniskās stratēģijas koncentrējas uz n-glikozes un spirtu homogenizāciju, kas ir slikti sajaucami to atšķirīgās polaritātes dēļ. Reakcijas laikā glikozīdiskās saites veidojas gan starp taukskābju spirtu un n-glikozi, gan starp pašām n-glikozes vienībām. Līdz ar to alkilpoliglikozīdi veidojas kā frakciju maisījumi ar atšķirīgu glikozes vienību skaitu garās ķēdes alkilgrupā. Katra no šīm frakcijām savukārt sastāv no vairākām izomēru sastāvdaļām, jo n-glikozes vienības Fišera glikozilēšanas laikā ķīmiskajā līdzsvarā iegūst dažādas anomēru formas un gredzenu formas, un glikozīdiskās saites starp D-glikozes vienībām rodas vairākās iespējamās saišu pozīcijās. D-glikozes vienību anomēru attiecība ir aptuveni α/β = 2:1, un aprakstītajos Fišera sintēzes apstākļos to ir grūti ietekmēt. Termodinamiski kontrolētos apstākļos produkta maisījumā esošās n-glikozes vienības galvenokārt pastāv piranozīdu veidā. Vidējais n-glikozes vienību skaits uz alkilgrupu, tā sauktā polimerizācijas pakāpe, būtībā ir atkarīga no ražošanas produktu molārās attiecības. Pateicoties to izteiktajām virsmaktīvajām īpašībām[1], īpaša priekšroka tiek dota alkilpoliglikozīdiem ar polimerizācijas pakāpi no 1 līdz 3, kuru iegūšanai procesā jāizmanto aptuveni 3–10 moli taukskābju spirta uz katru n-glikozes molu.

Polimerizācijas pakāpe samazinās, palielinoties taukskābju spirta pārpalikumam. Taukskābju spirtu pārpalikumu atdala un atgūst, izmantojot daudzpakāpju vakuuma destilācijas procesu 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 pārpalikuma destilāciju un alkilpoliglikozīda kausējuma plūsmu bez jebkādas būtiskas sadalīšanās reakcijas. Iztvaikošanas posmu sēriju var izdevīgi izmantot, lai vispirms atdalītu zemas viršanas temperatūras frakciju, 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 krāsas maiņa, un produkta attīrīšanai ir nepieciešami balināšanas procesi. Viena no balināšanas metodēm, kas ir pierādījusi savu piemērotību, ir oksidētāja, piemēram, ūdeņraža peroksīda, pievienošana alkilpoliglikozīda ūdens formulai sārmainā vidē magnija jonu klātbūtnē.

Vairāki pētījumi un varianti, kas izmantoti sintēzes, pēcapstrādes un rafinēšanas procesā, garantē, ka pat mūsdienās joprojām nav plaši pielietojama “gatava” risinājuma, lai iegūtu konkrētu produkta pakāpi. Gluži pretēji, ir jāformulē visi procesa soļi. Dongfu sniedz dažus ieteikumus risinājuma izstrādei un tehniskajiem risinājumiem, kā arī izskaidro reakcijas, atdalīšanas un rafinēšanas procesa ķīmiskos un fizikālos apstākļus.

Visus trīs galvenos procesus — homogēnu transglikozidēšanu, suspensijas procesu un glikozes padeves tehniku — var izmantot rūpnieciskos apstākļos. Transglikozidēšanas laikā starpprodukta butilpoliglikozīda, kas darbojas kā D-glikozes un butanola šķīdinātājs, koncentrācija reakcijas maisījumā jāuztur virs aptuveni 15%, lai izvairītos no nehomogenitātes. Tajā pašā nolūkā ūdens koncentrācija reakcijas maisījumā, ko izmanto tiešai Fišera alkilpoliglikozīdu sintēzei, jāuztur mazāka par aptuveni 1%. Pie lielāka ūdens satura pastāv risks, ka suspendētā kristāliskā D-glikoze pārvērtīsies lipīgā masā, kas vēlāk var izraisīt sliktu apstrādi un pārmērīgu polimerizāciju. Efektīva maisīšana un homogenizācija veicina kristāliskās D-glikozes smalku sadalījumu un reaktivitāti reakcijas maisījumā.

Izvēloties sintēzes metodi un tās sarežģītākos 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 kristalizācijas izmaksām pievienotās vērtības ķēdē, kas vairāk nekā kompensē lielākus vienreizējos ieguldījumus transglikozidācijas posmā un butanola atgūšanā. N-butanola lietošanai nav citu trūkumu, jo to var gandrīz pilnībā pārstrādāt, tāpēc atlikušo koncentrāciju atgūtajos gala produktos var uzskatīt par nenozīmīgu. Tiešā Fišera glikozilācija, izmantojot suspensijas procesu vai glikozes padeves tehniku, atbrīvo no transglikozidācijas posma un butanola atgūšanas. To var veikt arī nepārtraukti, un tai nepieciešami nedaudz zemāki kapitālieguldījumi.

Nākotnē fosilo un atjaunojamo izejvielu piegāde un cena, kā arī turpmākā tehnoloģiskā attīstība alkilpolisaharīdu ražošanā izšķiroši ietekmēs tirgus kapacitāti un ražošanas jaudu izstrādei un pielietošanai. Bāzes polisaharīdam jau ir savi tehniskie risinājumi, kas var sniegt nozīmīgas konkurences priekšrocības virsmas apstrādes tirgū uzņēmumiem, kas izstrādā vai ir ieviesuši šādus procesus. Tas jo īpaši attiecas uz situācijām, kad cenas ir augstas un zemas. Ražošanas aģenta ražošanas izmaksas ir pieaugušas līdz ierastajam līmenim, pat ja vietējo izejvielu cena nedaudz samazinās, tas var fiksēt virsmaktīvo vielu aizstājējus un var veicināt jaunu alkilpolisaharīdu ražošanas rūpnīcu uzstādīšanu.