Transglikozidācijas procesi, kuros kā izejvielu izmanto D-glikozi.

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 pārvērst par virsmaktīvajiem alkilpoliglikozīdiem, izmantojot tiešu Fišera glikozilēšanu vai butilpoliglikozīda divpakāpju transglikozīdus skābes katalizatora klātbūtnē, un blakusprodukts ir ūdens. Lai mainītu reakcijas līdzsvaru vēlamā produkta virzienā, no reakcijas maisījuma ir jādestilē ūdens. Glikozilēšanas procesā jāizvairās no nehomogenitātes reakcijas maisījumā, jo tā var izraisīt pārmērīgu tā sauktās polidekstrozes veidošanos, kas ir ļoti nevēlami. Tāpēc daudzas tehniskās stratēģijas koncentrējas uz homogēniem eduktiem n-glikozi un spirtu, kurus ir grūti sajaukt 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 normālās glikozes vienību skaits uz alkilgrupu, tā sauktā polimerizācijas pakāpe, būtībā ir atkarīga no ražošanas procesā iegūto produktu molārās attiecības. Pateicoties to ievērojamajām virsmaktīvajām īpašībām, īpaši vēlami ir alkilpoliglikozīdi ar polimerizācijas pakāpi no 1 līdz 3, tāpēc šajā metodē uz vienu molu normālās glikozes jāizmanto aptuveni 3–10 moli taukskābju spirtu.

Polimerizācijas pakāpe samazinās, palielinoties taukskābju spirta pārpalikumam. Taukskābju spirta pārpalikums tiek atdalīts un atgūts, izmantojot daudzpakāpju vakuuma destilācijas procesus ar krītošās plēves iztvaicētājiem, kas ļauj uzturēt minimālu termisko spriegumu. Iztvaikošanas temperatūrai jābūt pietiekami augstai un saskares laikam karstajā zonā - pietiekami ilgam, lai nodrošinātu pietiekamu taukskābju spirta pārpalikuma destilāciju un alkilpoliglikozīda kausējuma plūsmu, neradot ievērojamas sadalīšanās reakcijas. Lai atdalītu vispirms zemas viršanas temperatūras frakcijas, pēc tam galveno taukskābju spirta daudzumu un visbeidzot atlikušo taukskābju spirtu, līdz alkilpoliglikozīda kausējumi tiek iegūti kā ūdenī šķīstoši atlikumi, var veiksmīgi izmantot virkni iztvaikošanas posmu.

Pat tad, ja taukskābju spirta sintēze un iztvaikošana tiek veikta vissaudzīgākajos apstākļos, rodas nevēlama brūna krāsas maiņa, kas prasa balināšanas procesus produktu attīrīšanai. Viena no balināšanas metodēm, kas ir izrādījusies piemērota, ir oksidētāju, piemēram, ūdeņraža peroksīda, pievienošana alkilpoliglikozīdu ūdens preparātiem sārmainā vidē magnija jonu klātbūtnē.

Daudzpusīgie pētījumi un varianti, kas izmantoti sintēzes, apstrādes un rafinēšanas laikā, liecina, ka pat mūsdienās joprojām nav vispārēji piemērojamu "gatavas" risinājumu noteiktu produktu kategoriju iegūšanai. Gluži pretēji, visi procesa posmi ir jāizstrādā, savstarpēji jāpielāgo un jāoptimizē. Šajā nodaļā ir sniegti ieteikumi un aprakstīti daži praktiski veidi, kā izstrādāt tehniskus risinājumus, kā arī norādīti standarta ķīmiskie un fizikālie apstākļi reakciju, atdalīšanas un rafinēšanas procesu veikšanai.

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.

Fosilo un atjaunojamo izejvielu pieejamība un cenas nākotnē, kā arī turpmāka tehniskā attīstība alkilpoliglikozīdu ražošanā un izmantošanā, var sagaidīt, ka izšķiroši ietekmēs pēdējo tirgus apjoma un ražošanas jaudu attīstību. Dzīvotspējīgi tehniskie risinājumi, kas jau pastāv alkilpoliglikozīdu ražošanai un izmantošanai, var sniegt būtisku konkurences priekšrocību virsmaktīvo vielu tirgū uzņēmumiem, kas ir izstrādājuši vai jau izmanto šādus procesus. Tas jo īpaši attiecas uz augstām jēlnaftas cenām un zemām graudaugu cenām. Tā kā fiksētās ražošanas izmaksas noteikti ir ierastajā līmenī rūpnieciskajām virsmaktīvajām vielām, pat neliels vietējo izejvielu cenu samazinājums var veicināt virsmaktīvo vielu preču aizstāšanu un var nepārprotami veicināt jaunu alkilpoliglikozīdu ražotņu izveidi.