Transglikosidasieprosesse met D-glukose as grondstof.

Fischer-glikosidasie is die enigste metode van chemiese sintese wat die ontwikkeling van vandag se ekonomiese en tegnies vervolmaakte oplossings vir grootskaalse produksie van alkielpoliglukosiede moontlik gemaak het. Produksie-aanlegte met kapasiteite van meer as 20 000 t/jaar is reeds gerealiseer en vergroot die produkreeks van die oppervlakaktiewe industrie met oppervlakaktiewe middels gebaseer op hernubare grondstowwe. D-Glukose en lineêre C8-C16-vetalkohole het bewys dat hulle die voorkeur-grondstowwe is. Hierdie produkte kan omgeskakel word na oppervlakaktiewe alkielpoliglikosiede deur direkte Fischer-glikosilering of deur tweestap-transglikoside van butielpoliglikosied in die teenwoordigheid van 'n suurkatalisator, 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, want dit kan lei tot oormatige vorming van sogenaamde polidekstrose, 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 tussen beide vetalkohol 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. Elk van hierdie fraksies bestaan ​​op sy beurt uit verskeie isomere bestanddele, aangesien die n-glukose-eenhede verskillende anomere vorms en ringvorms in chemiese ewewig aanneem tydens Fischer-glikosidasie en die glikosidiese bindings tussen D-glukose-eenhede in verskeie moontlike bindingsposisies voorkom. Die anomeerverhouding van die D-glukose-eenhede is ongeveer α/β = 2: 1 en blyk moeilik te beïnvloed word onder die beskrewe toestande van Fischer-sintese. Onder termodinamies beheerde toestande bestaan ​​die n-glukose-eenhede wat in die produkmengsel voorkom, hoofsaaklik in die vorm van piranosiede. Die gemiddelde aantal normale glukose-eenhede per alkielresidu, die sogenaamde polimerisasiegraad, is basies 'n funksie van die molverhouding van edukte tydens die vervaardigingsproses. As gevolg van hul merkwaardige oppervlakaktiewe eienskappe, word alkielpoliglikosiede met 'n polimerisasiegraad tussen 1 en 3 veral verkies, om watter rede ongeveer 3-10 mol vetalkohole per mol normale glukose in hierdie metode gebruik moet word.

Die polimerisasiegraad 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 'n minimum te hou. 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 alkielpoliglukosiedsmelt te verseker, sonder die voorkoms van enige noemenswaardige ontbindingsreaksies. 'n Reeks verdampingsstappe kan gunstig gebruik word om eers laagkokende fraksies, dan die hoofhoeveelheid vetalkohol, en laastens die oorblywende vetalkohol te skei totdat die alkielpoliglukosiedsmelte as wateroplosbare residue verkry word.

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

Die veelvuldige ondersoeke en variante wat tydens sintese, opwerking en raffinering gebruik is, toon dat daar selfs vandag nog geen algemeen toepaslike "sleutelklaar" 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 ontwerp, asook standaard chemiese en fisiese toestande vir die uitvoering van reaksies, skeiding en raffineringsprosesse gestel.

Al drie hoofprosesse – homogene transglikosidasie, slurryproses en glukosetoevoertegniek – kan onder industriële toestande gebruik word. Tydens transglikosidasie moet die konsentrasie van die intermediêre butielpoliglukosied, wat as 'n oplosmiddel vir die edukte D-glukose en butanol optree, bo 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 alkielpoliglukosiede 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 gevolglik tot swak verwerking en oormatige polimerisasie kan lei. Doeltreffende roering 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 sintesemetode en die meer gesofistikeerde variante daarvan gekies word. Homogene transglikosidasieprosesse gebaseer op D-glukosestroop blyk veral gunstig te wees vir deurlopende produksie op groot skaal. Hulle maak permanente besparings op kristallisasie van die grondstof D-glukose in die waardetoegevoegde ketting moontlik, wat meer as vergoed vir die hoër eenmalige beleggings in die transglikosidasiestap en die herwinning van butanol. Die gebruik van n-butanol bied geen ander nadele nie, aangesien dit byna 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 slurryproses of glukosetoevoertegniek maak die transglikosidasiestap en die herwinning van butanol weg. Dit kan ook deurlopend uitgevoer word en verg effens laer kapitaaluitgawes.

Die toekomstige beskikbaarheid en pryse van fossiel- en hernubare grondstowwe, sowel as verdere tegniese vooruitgang in die produksie en toepassing van alkielpoliglukosiede, sal na verwagting 'n beslissende invloed hê op die ontwikkeling van laasgenoemde se markvolume en produksiekapasiteit. Die lewensvatbare tegniese oplossings wat reeds bestaan vir die produksie en gebruik van alkielpoliglukosiede, kan 'n belangrike mededingende voordeel in die oppervlakaktiewe mark gee aan maatskappye wat sulke prosesse ontwikkel het of reeds gebruik. Dit is veral waar in die geval van hoë ru-oliepryse en lae graanpryse. Aangesien die vaste vervaardigingskoste beslis op 'n gebruiklike vlak is vir grootmaat industriële oppervlakaktiewe stowwe, kan selfs geringe verlagings in die prys van inheemse grondstowwe die vervanging van oppervlakaktiewe kommoditeite aanmoedig en die installering van nuwe produksieaanlegte vir alkielpoliglukosiede duidelik aanmoedig.