فرآیندهای ترانس گلیکوزیداسیون با استفاده از D-گلوکز به عنوان ماده اولیه.

گلیکوزیداسیون فیشر تنها روش سنتز شیمیایی است که امکان توسعه راه‌حل‌های اقتصادی و فنی بی‌نقص امروزی را برای تولید انبوه پلی‌گلوکوزیدهای آلکیل فراهم کرده است. کارخانه‌های تولیدی با ظرفیت بیش از 20،000 تن در سال در حال حاضر راه‌اندازی شده‌اند و طیف محصولات صنعت سورفکتانت‌ها را با عوامل فعال سطحی مبتنی بر مواد اولیه تجدیدپذیر گسترش می‌دهند. D-گلوکز و الکل‌های چرب خطی C8-C16 به عنوان خوراک‌های ترجیحی ثابت شده‌اند. این ترکیبات را می‌توان با گلیکوزیلاسیون فیشر مستقیم یا با ترانس‌گلیکوزیدهای دو مرحله‌ای پلی‌گلیکوزید بوتیل در حضور یک کاتالیزور اسیدی، با آب به عنوان محصول جانبی، به پلی‌گلیکوزیدهای آلکیل فعال سطحی تبدیل کرد. برای تغییر تعادل واکنش به سمت محصول مورد نظر، باید آب از مخلوط واکنش تقطیر شود. در فرآیند گلیکوزیلاسیون، باید از ناهمگنی‌ها در مخلوط واکنش اجتناب شود زیرا می‌توانند منجر به تشکیل بیش از حد به اصطلاح پلی‌دکستروز شوند که بسیار نامطلوب است. بنابراین، بسیاری از استراتژی‌های فنی بر روی ترکیبات همگن n-گلوکز و الکل تمرکز می‌کنند که به دلیل قطبیت‌های مختلفشان، امتزاج‌پذیری آنها دشوار است. در طول واکنش، پیوندهای گلیکوزیدی هم بین الکل چرب و n-گلوکز و هم بین خود واحدهای n-گلوکز تشکیل می‌شوند. در نتیجه، پلی‌گلوکوزیدهای آلکیل به صورت مخلوطی از بخش‌هایی با تعداد مختلف واحدهای گلوکز در باقیمانده آلکیل زنجیره بلند تشکیل می‌شوند. هر یک از این بخش‌ها، به نوبه خود، از چندین جزء ایزومری تشکیل شده‌اند، زیرا واحدهای n-گلوکز در طول گلیکوزیداسیون فیشر، در تعادل شیمیایی، اشکال آنومری و حلقه‌ای مختلفی به خود می‌گیرند و پیوندهای گلیکوزیدی بین واحدهای D-گلوکز در چندین موقعیت پیوندی ممکن رخ می‌دهد. نسبت آنومری واحدهای D-گلوکز تقریباً α/β=2:1 است و به نظر می‌رسد که تحت شرایط توصیف شده سنتز فیشر، تحت تأثیر قرار دادن آنها دشوار است. در شرایط کنترل‌شده ترمودینامیکی، واحدهای n-گلوکز موجود در مخلوط محصول عمدتاً به شکل پیرانوزیدها وجود دارند. میانگین تعداد واحدهای گلوکز معمولی به ازای هر باقیمانده آلکیل، که به اصطلاح درجه پلیمریزاسیون نامیده می‌شود، اساساً تابعی از نسبت مولی ترکیبات در طول فرآیند تولید است. به دلیل خواص سورفکتانت قابل توجه آنها، پلی‌گلیکوزیدهای آلکیل با درجه پلیمریزاسیون بین ۱ تا ۳ به طور خاص ترجیح داده می‌شوند، به همین دلیل در این روش باید حدود ۳ تا ۱۰ مول الکل چرب به ازای هر مول گلوکز معمولی استفاده شود.

درجه پلیمریزاسیون با افزایش مقدار اضافی الکل چرب کاهش می‌یابد. الکل چرب اضافی با استفاده از فرآیندهای تقطیر خلاء چند مرحله‌ای با تبخیرکننده‌های فیلم نزولی جدا و بازیابی می‌شود که امکان حفظ حداقل تنش حرارتی را فراهم می‌کند. دمای تبخیر باید به اندازه کافی بالا و زمان تماس در منطقه گرم به اندازه کافی طولانی باشد تا تقطیر کافی الکل چرب اضافی و جریان مذاب آلکیل پلی‌گلوکوزید بدون وقوع هیچ واکنش تجزیه قابل توجهی تضمین شود. می‌توان از یک سری مراحل تبخیر به طور مطلوب برای جداسازی ابتدا بخش‌های با نقطه جوش پایین، سپس مقدار اصلی الکل چرب و در نهایت الکل چرب باقیمانده استفاده کرد تا ذوب‌های آلکیل پلی‌گلوکوزید به عنوان باقیمانده‌های محلول در آب به دست آیند.

حتی زمانی که سنتز و تبخیر الکل چرب تحت ملایم‌ترین شرایط انجام می‌شود، تغییر رنگ قهوه‌ای نامطلوبی رخ می‌دهد که نیاز به فرآیندهای سفیدکننده برای تصفیه محصولات را ایجاب می‌کند. یکی از روش‌های سفیدکننده که مناسب بودن آن ثابت شده است، افزودن اکسیدان‌هایی مانند پراکسید هیدروژن به فرآورده‌های آبی آلکیل پلی‌گلوکوزیدها در محیط قلیایی در حضور یون‌های منیزیم است.

بررسی‌ها و انواع روش‌های به کار رفته در طول سنتز، جداسازی و پالایش نشان می‌دهد که حتی امروزه هنوز هیچ راه‌حل «کلید در دست» قابل اجرا برای دستیابی به گریدهای خاص محصول وجود ندارد. برعکس، تمام مراحل فرآیند باید بررسی، تنظیم متقابل و بهینه‌سازی شوند. این فصل پیشنهاداتی ارائه داده و برخی از روش‌های عملی برای ابداع راه‌حل‌های فنی و همچنین بیان شرایط شیمیایی و فیزیکی استاندارد برای انجام واکنش‌ها، جداسازی و فرآیندهای پالایش را شرح داده است.

هر سه فرآیند اصلی - ترانس گلیکوزیداسیون همگن، فرآیند دوغابی و تکنیک تغذیه گلوکز - را می‌توان در شرایط صنعتی استفاده کرد. در طول ترانس گلیکوزیداسیون، غلظت پلی‌گلوکوزید بوتیل واسطه، که به عنوان حل‌کننده برای ترکیبات D-گلوکز و بوتانول عمل می‌کند، باید در مخلوط واکنش بیش از حدود ۱۵٪ نگه داشته شود تا از ناهمگنی جلوگیری شود. به همین منظور، غلظت آب در مخلوط واکنش مورد استفاده برای سنتز فیشر مستقیم آلکیل پلی‌گلوکوزیدها باید کمتر از حدود ۱٪ نگه داشته شود. در مقادیر آب بالاتر، خطر تبدیل D-گلوکز کریستالی معلق به یک توده چسبناک وجود دارد که متعاقباً منجر به پردازش بد و پلیمریزاسیون بیش از حد می‌شود. هم زدن و همگن‌سازی مؤثر، توزیع خوب و واکنش‌پذیری D-گلوکز کریستالی را در مخلوط واکنش افزایش می‌دهد.

هنگام انتخاب روش سنتز و انواع پیچیده‌تر آن، باید عوامل فنی و اقتصادی در نظر گرفته شوند. فرآیندهای ترانس گلیکوزیداسیون همگن مبتنی بر شربت‌های D-گلوکز به ویژه برای تولید مداوم در مقیاس بزرگ مطلوب به نظر می‌رسند. آنها امکان صرفه‌جویی دائمی در تبلور ماده اولیه D-گلوکز در زنجیره ارزش افزوده را فراهم می‌کنند، که بیش از جبران سرمایه‌گذاری‌های یکباره بالاتر در مرحله ترانس گلیکوزیداسیون و بازیابی بوتانول است. استفاده از n-بوتانول هیچ عیب دیگری ندارد، زیرا می‌توان آن را تقریباً به طور کامل بازیافت کرد به طوری که غلظت‌های باقیمانده در محصولات نهایی بازیابی شده تنها چند قسمت در میلیون است که می‌توان آن را غیربحرانی در نظر گرفت. گلیکوزیداسیون فیشر مستقیم طبق فرآیند دوغابی یا تکنیک تغذیه گلوکز، مرحله ترانس گلیکوزیداسیون و بازیابی بوتانول را حذف می‌کند. همچنین می‌تواند به طور مداوم انجام شود و هزینه سرمایه کمی کمتری را می‌طلبد.

می‌توان انتظار داشت که دسترسی و قیمت‌های آتی مواد اولیه فسیلی و تجدیدپذیر، و همچنین پیشرفت‌های فنی بیشتر در تولید و کاربرد آلکیل پلی‌گلوکوزیدها، تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر توسعه حجم بازار و ظرفیت‌های تولید داشته باشد. راه‌حل‌های فنی مناسبی که در حال حاضر برای تولید و استفاده از آلکیل پلی‌گلوکوزیدها وجود دارد، می‌تواند به شرکت‌هایی که چنین فرآیندهایی را توسعه داده‌اند یا در حال حاضر به کار می‌گیرند، مزیت رقابتی حیاتی در بازار سورفکتانت‌ها بدهد. این امر به ویژه در صورت بالا بودن قیمت نفت خام و پایین بودن قیمت غلات صادق است. از آنجایی که هزینه‌های ثابت تولید مطمئناً برای سورفکتانت‌های صنعتی فله‌ای در سطح معمول است، حتی کاهش اندک در قیمت مواد اولیه بومی ممکن است جایگزینی کالاهای سورفکتانت را ترغیب کند و به وضوح نصب کارخانه‌های تولید جدید برای آلکیل پلی‌گلوکوزیدها را تشویق کند.