روشهای ساخت آلکیل گلوکزیدها

گلیکوزیداسیون فیشر تنها روش سنتز شیمیایی است که امکان توسعه راه حل های اقتصادی و فنی امروزی را برای تولید در مقیاس بزرگ آلکیل پلی گلوکوزیدها فراهم کرده است. کارخانه‌های تولیدی با ظرفیت‌های بیش از 20000 تن در سال در حال حاضر محقق شده‌اند و گستره محصولات صنعت سورفکتانت‌ها را با عوامل فعال سطحی مبتنی بر مواد خام تجدیدپذیر افزایش می‌دهند. ثابت شده است که D-گلوکز و الکل های چرب خطی C8-C16 مواد اولیه ترجیحی هستند. این مواد را می توان با استفاده از گلیکوزیداسیون مستقیم فیشر یا ترانس گلیکوزیداسیون دو مرحله ای از طریق بوتیل پلی گلوکوزید در حضور کاتالیزورهای اسیدی و آب به عنوان یک محصول جانبی به پلی گلوکوزیدهای آلکیل فعال سطحی تبدیل کرد. آب باید از مخلوط واکنش تقطیر شود تا تعادل واکنش به سمت محصولات مورد نظر تغییر کند. در طول فرآیند گلیکوزیداسیون، باید از ناهمگنی در مخلوط واکنش اجتناب شود، زیرا منجر به تشکیل بیش از حد به اصطلاح پلی گلوکوزیدها می شود که بسیار نامطلوب هستند. بنابراین، بسیاری از استراتژی‌های فنی بر روی همگن کردن مجراهای گلوکز و الکل‌ها تمرکز می‌کنند، که به دلیل تفاوت قطبیت آنها، اختلاط ضعیفی دارند. در طی واکنش، پیوندهای گلیکوزیدی هم بین الکل چرب و n-گلوکز و هم بین خود واحدهای n-گلوکز تشکیل می شود. در نتیجه آلکیل پلی گلوکوزیدها به صورت مخلوطی از فراکسیون با تعداد واحدهای گلوکز متفاوت در باقیمانده آلکیل زنجیره بلند تشکیل می شوند. هر یک از این فراکسیون ها به نوبه خود از چندین جزء ایزومر تشکیل شده است، زیرا واحدهای n-گلوکز در طول گلیکوزیداسیون فیشر اشکال آنومری و حلقه های مختلفی را در تعادل شیمیایی به خود می گیرند و پیوندهای گلیکوزیدی بین واحدهای D-گلوکز در چندین موقعیت پیوند ممکن رخ می دهد. . نسبت آنومری واحدهای D-گلوکز تقریباً α/β＝ 2: 1 است و تحت شرایط توصیف شده سنتز فیشر به نظر می رسد دشوار باشد. تحت شرایط کنترل ترمودینامیکی، واحدهای n-گلوکز موجود در مخلوط محصول عمدتاً به شکل پیرانوزیدها وجود دارند. میانگین تعداد واحدهای گلوکز n در هر باقیمانده آلکیل، که اصطلاحاً درجه پلیمریزاسیون نامیده می شود، اساساً تابعی از نسبت مولی مجراها در طول ساخت است. با توجه به خصوصیات سورفکتانت مشخص [1] آنها، اولویت ویژه ای به پلی گلوکوزیدهای آلکیل با درجات پلیمریزاسیون بین 1 تا 3 داده می شود، که برای آنها باید تقریباً 10-3 مول الکل چرب در هر مول n-گلوکز در فرآیند استفاده شود.

با افزایش الکل چرب اضافی، درجه پلیمریزاسیون کاهش می یابد. الکل های چرب اضافی توسط یک فرآیند تقطیر خلاء چند مرحله ای با اواپراتورهای فیلم در حال سقوط جدا و بازیابی می شوند، به طوری که استرس حرارتی را می توان به حداقل رساند. دمای تبخیر باید به اندازه کافی بالا باشد و زمان تماس در منطقه داغ به اندازه کافی طولانی باشد تا از تقطیر کافی الکل چرب اضافی و جریان مذاب آلکیل پلی گلوکوزید بدون هیچ واکنش تجزیه قابل توجهی اطمینان حاصل شود. یک سری مراحل تبخیر را می توان برای جداسازی ابتدا بخش کم جوش، سپس مقدار اصلی الکل چرب و در نهایت الکل چرب باقیمانده، تا زمانی که آلکیل پلی گلیکوزید به عنوان پسماند محلول در آب ذوب شود، استفاده کرد.

حتی در خفیف ترین شرایط برای سنتز و تبخیر الکل های چرب، تغییر رنگ قهوه ای نامطلوب رخ می دهد و فرآیندهای سفید کننده برای تصفیه محصول مورد نیاز است. یکی از روش های سفید کننده که مناسب بودن آن ثابت شده است، افزودن یک عامل اکسید کننده، مانند پراکسید هیدروژن، به فرمول آبی آلکیل پلی گلیکوزید در یک محیط قلیایی در حضور یون های منیزیم است.

مطالعات متعدد و انواع مورد استفاده در فرآیند سنتز، پس از پردازش و پالایش تضمین می‌کند که حتی امروزه، هنوز هیچ راه‌حلی به‌طور گسترده‌ای قابل اجرا "کلید در دست" برای به دست آوردن یک درجه محصول خاص وجود ندارد. برعکس، تمام مراحل فرآیند باید فرموله شوند. دانگ فو پیشنهاداتی برای طراحی محلول و راه حل های فنی ارائه می دهد و شرایط شیمیایی و فیزیکی واکنش، جداسازی و فرآیند تصفیه را توضیح می دهد.

هر سه فرآیند اصلی - ترانس گلیکوزیداسیون همگن، فرآیند دوغاب و تکنیک خوراک گلوکز - می توانند در شرایط صنعتی استفاده شوند. در طول ترانس گلیکوزیداسیون، غلظت بوتیل پلی گلوکوزید میانی، که به عنوان حل کننده برای خروجی های D-گلوکز و بوتانول عمل می کند، باید بیش از 15٪ در مخلوط واکنش نگه داشته شود تا از ناهمگنی جلوگیری شود. برای همین منظور، غلظت آب در مخلوط واکنش به کار رفته برای سنتز مستقیم فیشر آلکیل پلی گلوکوزیدها باید کمتر از حدود 1٪ نگه داشته شود. در محتویات آب بیشتر، خطر تبدیل D-گلوکز کریستالی معلق به یک توده چسبناک وجود دارد که متعاقباً منجر به پردازش بد و پلیمریزاسیون بیش از حد می شود. همزن و همگن شدن موثر، توزیع خوب و واکنش پذیری D-گلوکز کریستالی را در مخلوط واکنش افزایش می دهد.

هنگام انتخاب روش سنتز و انواع پیچیده تر آن، عوامل فنی و اقتصادی باید در نظر گرفته شوند. فرآیندهای ترانس گلیکوزیداسیون همگن بر اساس شربت های D-گلوکز به ویژه برای تولید مداوم در مقیاس بزرگ مطلوب به نظر می رسد. آنها امکان صرفه جویی دائمی در تبلور ماده خام D-گلوکز در زنجیره ارزش افزوده را فراهم می کنند، که بیش از سرمایه گذاری های یکباره بالاتر در مرحله ترانس گلیکوزیداسیون و بازیابی بوتانول را جبران می کند. استفاده از n-بوتانول هیچ ضرر دیگری ندارد، زیرا می توان آن را تقریباً به طور کامل بازیافت کرد به طوری که غلظت باقیمانده در محصولات نهایی بازیافت شده تنها چند قسمت در میلیون باشد که می تواند غیر بحرانی در نظر گرفته شود. گلیکوزیداسیون مستقیم فیشر طبق فرآیند دوغاب یا تکنیک تغذیه گلوکز از مرحله ترانس گلیکوزیداسیون و بازیابی بوتانول صرف نظر می کند. همچنین می تواند به طور مداوم انجام شود و هزینه سرمایه کمی کمتر را می طلبد.

در آینده، عرضه و قیمت مواد خام فسیلی و تجدیدپذیر، و همچنین پیشرفت تکنولوژیکی بیشتر در تولید پلی ساکاریدهای آلکیل، تأثیر تعیین کننده ای بر ظرفیت بازار و ظرفیت تولید توسعه و کاربرد خواهد داشت. پلی ساکارید پایه در حال حاضر راه حل های فنی خود را دارد که می تواند مزیت های رقابتی مهمی را در بازار تصفیه سطح برای شرکت هایی که چنین فرآیندهایی را توسعه می دهند یا اتخاذ کرده اند ایجاد کند. این امر به ویژه زمانی که قیمت ها بالا و پایین هستند صادق است. هزینه ساخت عامل تولید به سطح معمول افزایش یافته است، حتی اگر قیمت مواد خام محلی اندکی کاهش یابد، ممکن است جایگزین های سورفکتانت ها را برطرف کند و ممکن است نصب کارخانه های جدید تولید آلکیل پلی ساکارید را تشویق کند.