Procesi transglikozidacije z uporabo D-glukoze kot surovine.

Fischerjeva glikozidacija je edina metoda kemijske sinteze, ki je omogočila razvoj danes ekonomsko in tehnično dovršenih rešitev za velikoserijsko proizvodnjo alkil poliglukozidov. Zgrajeni so že proizvodni obrati s kapaciteto nad 20.000 t/leto, ki širijo proizvodni program industrije površinsko aktivnih snovi s površinsko aktivnimi sredstvi na osnovi obnovljivih surovin. D-glukoza in linearni C8-C16 maščobni alkoholi so se izkazali za prednostne surovine. Te edukte je mogoče pretvoriti v površinsko aktivne alkil poliglikozide z neposredno Fischerjevo glikozilacijo ali z dvostopenjskim transglikozidom butil poliglikozida v prisotnosti kislega katalizatorja, z vodo kot stranskim produktom. Vodo je treba destilirati iz reakcijske mešanice, da se reakcijsko ravnovesje premakne proti želenemu produktu. V procesu glikozilacije se je treba izogibati nehomogenostim v reakcijski mešanici, ker lahko povzročijo prekomerno tvorbo tako imenovane polidekstroze, kar je zelo nezaželeno. Zato se številne tehnične strategije osredotočajo na homogena edukta n-glukozo in alkohol, ki ju je težko mešati zaradi različnih polarnosti. Med reakcijo nastanejo glikozidne vezi med maščobnim alkoholom in n-glukozo ter med samimi enotami n-glukoze. Alkilni poliglukozidi posledično nastanejo kot mešanice frakcij z različnim številom glukoznih enot na dolgoverižnem alkilnem ostanku. Vsaka od teh frakcij je sestavljena iz več izomernih sestavin, ker enote n-glukoze prevzamejo različne anomerne oblike in oblike obročev v kemijskem ravnovesju med Fischerjevo glikozidacijo in se glikozidne povezave med enotami D-glukoze pojavljajo v več možnih veznih položajih . Anomerno razmerje enot D-glukoze je približno α/β＝ 2:1 in zdi se, da je težko vplivati ​​nanj pod opisanimi pogoji Fischerjeve sinteze. Pod termodinamično nadzorovanimi pogoji obstajajo enote n-glukoze v mešanici izdelkov pretežno v obliki piranozidov. Povprečno število normalnih glukoznih enot na alkilni ostanek, tako imenovana stopnja polimerizacije, je v bistvu funkcija molarnega razmerja edukov med proizvodnim procesom. Zaradi svojih izjemnih površinsko aktivnih lastnosti so še posebej prednostni alkilni poliglikozidi s stopnjo polimerizacije med 1 in 3, zaradi česar je treba pri tej metodi uporabiti približno 3-10 molov maščobnih alkoholov na mol normalne glukoze.

Stopnja polimerizacije se zmanjša z naraščajočim presežkom maščobnega alkohola. Presežek maščobnega alkohola se loči in pridobi s pomočjo večstopenjskih postopkov vakuumske destilacije z uparjalniki s padajočim filmom, ki omogočajo minimalno toplotno obremenitev. Temperatura izhlapevanja mora biti ravno dovolj visoka in kontaktni čas v vroči coni ravno dovolj dolg, da se zagotovi ustrezna destilacija presežka maščobnega alkohola in pretok taline alkil poliglukozida, brez pojava večjih reakcij razgradnje. Za ločevanje najprej frakcij z nizkim vreliščem, nato glavne količine maščobnega alkohola in na koncu preostalega maščobnega alkohola, dokler se alkil poliglukozid ne stopi, ne dobimo kot vodotopni ostanki, je mogoče ugodno uporabiti niz stopenj izparevanja.

Tudi če se sinteza in izhlapevanje maščobnega alkohola izvajata pod najnežnejšimi pogoji, pride do neželenega rjavega obarvanja, kar zahteva postopke beljenja za rafiniranje izdelkov. Ena metoda beljenja, ki se je izkazala za primerno, je dodajanje oksidantov, kot je vodikov peroksid, vodnim pripravkom alkil poliglukozidov v alkalnem mediju v prisotnosti magnezijevih ionov.

Različne raziskave in različice, uporabljene med sintezo, obdelavo in rafiniranjem, kažejo, da tudi danes še vedno ni splošno uporabnih rešitev »na ključ« za pridobivanje določenih razredov izdelkov. Nasprotno, vse procesne korake je treba razdelati, medsebojno prilagoditi in optimizirati. V tem poglavju so bili podani predlogi in opisani nekateri praktični načini za oblikovanje tehničnih rešitev ter navedeni standardni kemijski in fizikalni pogoji za izvajanje reakcij, ločevanja in procesov rafiniranja.

Vse tri glavne postopke – homogeno transglikozidacijo, postopek gnojevke in tehniko dovajanja glukoze – je mogoče uporabiti v industrijskih pogojih. Med transglikozidacijo mora biti koncentracija vmesnega butil poliglukozida, ki deluje kot solubilizator za edukta D-glukozo in butanol, v reakcijski zmesi nad približno 15 %, da se izognemo nehomogenostim. Za isti namen mora biti koncentracija vode v reakcijski mešanici, ki se uporablja za neposredno Fischerjevo sintezo alkil poliglukozidov, vzdrževana pri manj kot približno 1 %. Pri večjih vsebnostih vode obstaja tveganje, da se suspendirana kristalna D-glukoza spremeni v lepljivo maso, kar bi posledično povzročilo slabo obdelavo in prekomerno polimerizacijo. Učinkovito mešanje in homogenizacija spodbujata fino porazdelitev in reaktivnost kristalne D-glukoze v reakcijski mešanici.

Pri izbiri metode sinteze in njenih zahtevnejših različic je treba upoštevati tako tehnične kot ekonomske dejavnike. Homogeni transglikozidacijski procesi na osnovi D-glukoznih sirupov se zdijo posebej ugodni za neprekinjeno proizvodnjo v velikem obsegu. Omogočajo trajne prihranke pri kristalizaciji surovine D-glukoze v verigi dodane vrednosti, ki več kot nadomestijo višje enkratne investicije v korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Uporaba n-butanola ne predstavlja nobenih drugih pomanjkljivosti, saj ga je mogoče skoraj v celoti reciklirati, tako da so preostale koncentracije v predelanih končnih produktih le nekaj delcev na milijon, kar se lahko šteje za nekritično. Neposredna Fischerjeva glikozidacija v skladu s postopkom gnojevke ali tehniko dovajanja glukoze opusti korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Lahko se izvaja tudi neprekinjeno in zahteva nekoliko nižje kapitalske izdatke.

Pričakovati je, da bodo bodoča razpoložljivost in cene fosilnih in obnovljivih surovin ter nadaljnji tehnični napredek v proizvodnji in uporabi alkil poliglukozidov odločilno vplivali na razvoj obsega trga in proizvodnih zmogljivosti slednjih. Izvedljive tehnične rešitve, ki že obstajajo za proizvodnjo in uporabo alkil poliglukozidov, lahko zagotovijo bistveno konkurenčno prednost na trgu površinsko aktivnih snovi podjetjem, ki so razvila ali že uporabljajo takšne postopke. To še posebej velja v primeru visokih cen surove nafte in nizkih cen žit. Ker so fiksni proizvodni stroški zagotovo na običajni ravni za industrijske površinsko aktivne snovi v razsutem stanju, lahko celo rahlo znižanje cen domačih surovin spodbudi zamenjavo blaga površinsko aktivnih snovi in ​​lahko jasno spodbudi namestitev novih proizvodnih obratov za alkil poliglukozide.