Transglikosideringsprosesse met D-glukose as grondstowwe.

Fischer-glikosidering is die enigste metode van chemiese sintese wat die ontwikkeling van vandag se ekonomiese en tegnies vervolmaakte oplossings vir grootskaalse produksie van alkielpoligukosiede moontlik gemaak het. Produksie-aanlegte met kapasiteit van meer as 20 000 t/jaar is reeds gerealiseer en vergroot die produkreeks van die benattingsmiddelbedryf met oppervlakaktiewe middels gebaseer op hernubare grondstowwe. D-Glukose en lineêre C8-C16-vetterige alkohole het geblyk die voorkeur-grondstowwe te wees. Hierdie edukte kan omgeskakel word in oppervlak-aktiewe alkiel poliglikosiede deur direkte Fischer-glikosilering of deur twee-stap transglikosiede van butiel poliglikosied in die teenwoordigheid van 'n suur katalisator, met water as 'n neweproduk. Water moet uit die reaksiemengsel gedistilleer word om die reaksie-ewewig na die verlangde produk te verskuif. In die glikosileringsproses moet inhomogeniteite in die reaksiemengsel vermy word omdat dit tot oormatige vorming van sogenaamde polidekstrose kan lei, wat hoogs ongewens is. Daarom fokus baie tegniese strategieë op die homogene edukte n-glukose en alkohol, wat moeilik mengbaar is as gevolg van hul verskillende polariteite. Tydens reaksie word glikosidiese bindings gevorm beide tussen vetterige alkohol en n-glukose en tussen die n-glukose-eenhede self. Alkielpoliglukosiede vorm gevolglik as mengsels van fraksies met verskillende getalle glukose-eenhede by die langketting alkielresidu. Elkeen van hierdie fraksies bestaan ​​op hul beurt uit verskeie isomere bestanddele, aangesien die n-glukose-eenhede verskillende anomere vorms en ringvorme in chemiese ewewig aanneem tydens Fischer-glikosidering en die glikosiediese bindings tussen D-glukose-eenhede voorkom in verskeie moontlike bindingsposisies . Die anomeerverhouding van die D-glukose-eenhede is ongeveer α/β＝ 2:1 en blyk moeilik te beïnvloed onder die beskryfde toestande van Fischer-sintese. Onder termodinamies beheerde toestande bestaan ​​die n-glukose-eenhede wat in die produkmengsel vervat is, hoofsaaklik in die vorm van piranosiede. Die gemiddelde aantal normale glukose-eenhede per alkielresidu, die sogenaamde graad van polimerisasie, is basies 'n funksie van die molêre verhouding van edukte tydens die vervaardigingsproses. As gevolg van hul merkwaardige oppervlakaktiewe eienskappe word veral alkielpoliglikosiede met 'n mate van polimerisasie tussen 1 en 3 verkies, daarom moet ongeveer 3-10 mol vetterige alkohole per mol normale glukose in hierdie metode gebruik word.

Die graad van polimerisasie neem af met 'n toenemende oormaat vetalkohol. Die oortollige vetalkohol word geskei en herwin deur middel van meerstap-vakuumdistillasieprosesse met valfilmverdampers, wat dit moontlik maak om die termiese spanning tot die minimum te beperk. Die verdampingstemperatuur moet net hoog genoeg wees en die kontaktyd in die warm sone net lank genoeg om voldoende distillasie van die oormaat vetalkohol en vloei van die alkielpoligukosiedsmelt te verseker, sonder dat enige aansienlike ontbindingsreaksies plaasvind. 'n Reeks verdampingsstappe kan gunstig aangewend word om eers laagkokende fraksies, dan die hoofhoeveelheid vetalkohol, en laastens die oorblywende vetalkohol te skei totdat die alkielpoligukosied smelt as wateroplosbare residue verkry word.

Selfs wanneer sintese en verdamping van die vetterige alkohol onder die mees sagte toestande uitgevoer word, vind ongewenste bruin verkleuring plaas, wat bleikprosesse vereis om die produkte te verfyn. Een bleikmetode wat geskik bewys het, is die byvoeging van oksidante soos waterstofperoksied by waterige preparate van alkielpoligukosiede in alkaliese medium in die teenwoordigheid van magnesiumione.

Die veelvuldige ondersoeke en variante wat tydens sintese, opwerking en verfyning aangewend is, toon dat daar selfs vandag nog geen algemeen toepaslike "turnkey" oplossings is vir die verkryging van spesifieke produkgrade nie. Inteendeel, alle prosesstappe moet uitgewerk, onderling aangepas en geoptimaliseer word. Hierdie hoofstuk het voorstelle verskaf en 'n paar praktiese maniere beskryf om tegniese oplossings te bedink, sowel as om standaard chemiese en fisiese toestande te noem vir die uitvoer van reaksies, skeiding en raffineringsprosesse.

Al drie hoofprosesse – homogene transglikosidasie, suspensieproses en glukosevoedingstegniek – kan onder industriële toestande gebruik word. Tydens transglikosidasie moet die konsentrasie van die intermediêre butielpoligukosied, wat dien as 'n oplosbaarder vir die edukte D-glukose en butanol, oor ongeveer 15% in die reaksiemengsel gehou word om inhomogeniteite te vermy. Vir dieselfde doel moet die waterkonsentrasie in die reaksiemengsel wat gebruik word vir direkte Fischer-sintese van alkielpoligukosiede op minder as ongeveer 1% gehou word. By hoër waterinhoud is daar 'n risiko om die gesuspendeerde kristallyne D-glukose in 'n klewerige massa te verander, wat dan lei tot swak verwerking en oormatige polimerisasie. Effektiewe roer en homogenisering bevorder die fyn verspreiding en reaktiwiteit van die kristallyne D-glukose in die reaksiemengsel.

Beide tegniese en ekonomiese faktore moet in ag geneem word wanneer die metode van sintese en sy meer gesofistikeerde variante gekies word. Homogene transglikosidasie prosesse gebaseer op D-glukose stroop blyk veral gunstig vir voortdurende produksie op groot skaal. Hulle laat permanente besparings op kristallisasie van die grondstof D-glukose in die waardetoegevoegde ketting toe, wat meer as vergoed vir die hoër eenmalige beleggings in die transglikosiasiestap en die herwinning van butanol. Die gebruik van n-butanol hou geen ander nadele in nie, aangesien dit feitlik volledig herwin kan word sodat die residuele konsentrasies in die herwonne eindprodukte slegs 'n paar dele per miljoen is, wat as nie-krities beskou kan word. Direkte Fischer-glikosidasie volgens die flodderproses of glukosevoedingstegniek laat die transglikosiasiestap en die herwinning van butanol af. Dit kan ook deurlopend uitgevoer word en vereis effens laer kapitaalbesteding.

Die toekomstige beskikbaarheid en pryse van fossiele en hernubare grondstowwe, asook verdere tegniese vooruitgang in produksie en toepassing van alkielpoligukosiede, kan na verwagting 'n deurslaggewende invloed hê op die ontwikkeling van laasgenoemde se markvolume en produksievermoë. Die lewensvatbare tegniese oplossings wat reeds bestaan ​​vir die produksie en gebruik van alkielpoligukosiede kan 'n noodsaaklike mededingende voordeel in die mark vir benattingsmiddels gee aan maatskappye wat sulke prosesse ontwikkel het of reeds gebruik. Dit is veral waar in die geval van hoë ruoliepryse en lae graanpryse. Aangesien die vaste vervaardigingskoste beslis op 'n gebruiklike vlak vir grootmaat industriële oppervlakaktiewe stowwe is, kan selfs geringe verlagings in die prys van inheemse grondstowwe die vervanging van benattingsmiddels kommoditeite aanspoor en kan dit duidelik die installering van nuwe produksie-aanlegte vir alkielpoliglukosiede aanmoedig.