فرآیندهای ترانس گلیکوزیداسیون با استفاده از D-گلوکز به عنوان مواد خام

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 گلیکوزیلاسیون مستقیم فیشر یا ترانس گلیکوزیدهای دو مرحله ای بوتیل پلی گلیکوزید در حضور یک کاتالیزور اسیدی به همراه آب به عنوان محصول جانبی به پلی گلیکوزیدهای آلکیل فعال سطحی تبدیل کرد. آب باید از مخلوط واکنش تقطیر شود تا تعادل واکنش به سمت محصول مورد نظر تغییر کند. در فرآیند گلیکوزیلاسیون، باید از ناهمگنی در مخلوط واکنش اجتناب شود زیرا می تواند منجر به تشکیل بیش از حد به اصطلاح پلی دکستروز شود که بسیار نامطلوب است. بنابراین، بسیاری از استراتژی‌های فنی بر روی خروجی‌های همگن n-گلوکز و الکل تمرکز می‌کنند که به دلیل قطبیت‌های مختلف آنها اختلاط دشوار است. 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 نرمال در هر باقیمانده آلکیل، که اصطلاحاً درجه پلیمریزاسیون نامیده می شود، اساساً تابعی از نسبت مولی ادوکت ها در طول فرآیند تولید است. با توجه به خواص سورفکتانت قابل توجهی که دارند، پلی گلیکوزیدهای آلکیل با درجه پلیمریزاسیون بین 1 تا 3 ترجیح داده می شوند، به همین دلیل در این روش باید حدود 3-10 مول الکل چرب به ازای هر مول گلوکز نرمال استفاده شود.

درجه پلیمریزاسیون با افزایش الکل چرب کاهش می یابد. الکل چرب اضافی با استفاده از فرآیندهای تقطیر خلاء چند مرحله ای با اواپراتورهای فیلم ریزش جدا شده و بازیابی می شود، که این امکان را فراهم می کند که تنش حرارتی را در حداقل ممکن نگه دارد. 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 و جریان مذاب آلکیل پلی گلوکوزید اطمینان حاصل شود، بدون اینکه هیچ واکنش تجزیه قابل توجهی رخ دهد. یک سری مراحل تبخیر را می توان به طور مطلوب برای جدا کردن بخش های کم جوش، سپس مقدار اصلی الکل چرب، و در نهایت الکل چرب باقیمانده تا زمانی که آلکیل پلی گلوکوزید ذوب شود، به عنوان بقایای محلول در آب جدا کرد.

حتی زمانی که سنتز و تبخیر الکل چرب در ملایم‌ترین شرایط انجام می‌شود، تغییر رنگ قهوه‌ای ناخواسته رخ می‌دهد که نیاز به فرآیندهای سفیدکننده برای تصفیه محصولات دارد. یکی از روش های سفید کننده که مناسب بودن آن ثابت شده است، افزودن اکسیدان هایی مانند پراکسید هیدروژن به آماده سازی های آبی آلکیل پلی گلوکوزیدها در محیط قلیایی در حضور یون های منیزیم است.

بررسی‌ها و انواع مختلفی که در طول سنتز، کار و پالایش به کار می‌روند نشان می‌دهند که حتی امروزه هنوز هیچ راه‌حل قابل اجرا «کلید در دست» برای به دست آوردن درجه‌های محصول خاص وجود ندارد. برعکس، تمام مراحل فرآیند باید به کار گرفته شوند، متقابلاً تنظیم و بهینه شوند. در این فصل پیشنهاداتی ارائه شده و برخی از راه‌های عملی برای ابداع راه‌حل‌های فنی و همچنین بیان شرایط استاندارد شیمیایی و فیزیکی برای انجام واکنش‌ها، جداسازی و فرآیندهای پالایش بیان شده است.

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 و قیمت مواد خام فسیلی و تجدیدپذیر، و همچنین پیشرفت‌های فنی بیشتر در تولید و کاربرد آلکیل پلی‌گلوکوزیدها، می‌توان انتظار داشت که تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر توسعه حجم بازار و ظرفیت‌های تولید دومی داشته باشد. راه‌حل‌های فنی قابل قبولی که در حال حاضر برای تولید و استفاده از آلکیل پلی‌گلوکوزیدها وجود دارد، ممکن است یک مزیت رقابتی حیاتی در بازار سورفکتانت‌ها به شرکت‌هایی بدهد که چنین فرآیندهایی را توسعه داده‌اند یا قبلاً به کار می‌برند. این امر به ویژه در مورد قیمت بالای نفت خام و قیمت پایین غلات صادق است. از آنجایی که هزینه‌های تولید ثابت برای سورفکتانت‌های صنعتی فله در سطح معمولی است، حتی کاهش جزئی در قیمت مواد خام بومی ممکن است به جایگزینی کالاهای سورفکتانت‌ها نیاز داشته باشد و به وضوح نصب کارخانه‌های جدید تولید آلکیل پلی‌گلوکوزیدها را تشویق کند.