СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛГЛЮКОЗИДОВ

Гликозидирование по Фишеру — единственный метод химического синтеза, позволивший разработать современные экономичные и технически совершенные решения для крупномасштабного производства алкилполиглюкозидов. Уже реализованы производства мощностью более 20 000 т/год, расширяющие ассортимент продукции индустрии ПАВ поверхностно-активными веществами на основе возобновляемого сырья. D-глюкоза и линейные жирные спирты C8-C16 оказались предпочтительным сырьем. Эти эдукты могут быть преобразованы в поверхностно-активные алкилполиглюкозиды посредством прямого гликозидирования по Фишеру или двухстадийного трансгликозидирования через бутилполиглюкозид в присутствии кислотных катализаторов с водой в качестве побочного продукта. Воду необходимо отогнать из реакционной смеси, чтобы сместить равновесие реакции в сторону желаемых продуктов. В процессе гликозидирования следует избегать неоднородностей реакционной смеси, так как они приводят к избыточному образованию так называемых полиглюкозидов, что крайне нежелательно. Поэтому многие технические уловки концентрируются на гомогенизации продуктов н-глюкозы и спиртов, которые плохо смешиваются из-за разницы в полярности. В ходе реакции образуются гликозидные связи как между жирными спиртами и н-глюкозой, так и между самими звеньями н-глюкозы. В результате алкилполиглюкозиды образуются в виде смесей фракций с разным числом глюкозных единиц у длинноцепочечного алкильного остатка. Каждая из этих фракций, в свою очередь, состоит из нескольких изомерных составляющих, поскольку звенья н-глюкозы принимают различные аномерные формы и кольцевые формы в химическом равновесии во время гликозидирования по Фишеру, а гликозидные связи между звеньями D-глюкозы возникают в нескольких возможных положениях связи. . Соотношение аномеров звеньев D-глюкозы составляет примерно α/β＝ 2:1 и, по-видимому, на него трудно повлиять в описанных условиях синтеза Фишера. В термодинамически контролируемых условиях содержащиеся в смеси продуктов звенья н-глюкозы существуют преимущественно в форме пиранозидов. Среднее количество звеньев н-глюкозы на алкильный остаток, так называемая степень полимеризации, по существу является функцией молярного соотношения эдуктов во время производства. Благодаря выраженным поверхностно-активным свойствам[1] особое предпочтение отдается алкилполиглюкозидам со степенью полимеризации от 1 до 3, для чего на моль н-глюкозы в процессе необходимо использовать примерно 3-10 моль жирного спирта.

Степень полимеризации снижается по мере увеличения избытка жирного спирта. Избыточные жирные спирты отделяются и восстанавливаются с помощью многоступенчатого процесса вакуумной перегонки с использованием испарителей с падающей пленкой, что позволяет свести термическое напряжение к минимуму. Температура испарения должна быть достаточно высокой, а время контакта в горячей зоне - достаточно продолжительным, чтобы обеспечить достаточную отгонку избыточного жирного спирта и течение расплава алкилполиглюкозида без какой-либо значительной реакции разложения. Ряд стадий выпаривания можно с успехом использовать для отделения сначала низкокипящей фракции, затем основного количества жирного спирта и, наконец, оставшегося жирного спирта до тех пор, пока алкилполигликозид не расплавится в виде водорастворимого остатка.

Даже в самых мягких условиях синтеза и испарения жирных спиртов произойдет нежелательное коричневое окрашивание, и для облагораживания продукта потребуются процессы отбеливания. Одним из методов отбеливания, который оказался подходящим, является добавление окислителя, такого как перекись водорода, к водной композиции алкилполигликозида в щелочной среде в присутствии ионов магния.

Многочисленные исследования и варианты, используемые в процессах синтеза, постобработки и рафинирования, гарантируют, что даже сегодня не существует широко применимого решения «под ключ» для получения продукта определенного сорта. Напротив, все этапы процесса должны быть сформулированы. Дунфу предоставляет некоторые предложения по проектированию и техническим решениям, а также объясняет химические и физические условия реакции, процесса разделения и очистки.

Все три основных процесса – гомогенное трансгликозидирование, суспензионный процесс и метод подачи глюкозы – могут быть использованы в промышленных условиях. Во время трансгликозидирования концентрация промежуточного бутилполиглюкозида, который действует как солюбилизатор эдуктов D-глюкозы и бутанола, должна поддерживаться в реакционной смеси на уровне около 15%, чтобы избежать неоднородностей. С той же целью концентрацию воды в реакционной смеси, используемой для прямого синтеза алкилполиглюкозидов по Фишеру, следует поддерживать на уровне менее примерно 1%. При более высоком содержании воды существует риск превращения взвешенной кристаллической D-глюкозы в липкую массу, что впоследствии приведет к плохой обработке и чрезмерной полимеризации. Эффективное перемешивание и гомогенизация способствуют тонкому распределению и реакционной способности кристаллической D-глюкозы в реакционной смеси.

При выборе метода синтеза и его более сложных вариантов необходимо учитывать как технические, так и экономические факторы. Гомогенные процессы трансгликозидирования на основе сиропов D-глюкозы особенно благоприятны для непрерывного производства в больших масштабах. Они позволяют постоянно экономить на кристаллизации сырья D-глюкозы в цепочке создания добавленной стоимости, что более чем компенсирует более высокие единовременные инвестиции на этапе трансгликозидирования и извлечения бутанола. Использование н-бутанола не имеет других недостатков, поскольку его можно практически полностью перерабатывать, так что остаточные концентрации в извлекаемых конечных продуктах составляют всего несколько частей на миллион, что можно считать некритичным. Прямое гликозидирование по Фишеру в соответствии с суспензионным процессом или методом подачи глюкозы обходится без стадии трансгликозидирования и выделения бутанола. Это также может осуществляться непрерывно и требует несколько меньших капитальных затрат.

В будущем предложение и цены на ископаемое и возобновляемое сырье, а также дальнейший технологический прогресс в производстве алкилполисахаридов окажут решающее влияние на емкость рынка и производственные возможности разработки и применения. Базовый полисахарид уже имеет собственные технические решения, которые могут обеспечить важные конкурентные преимущества на рынке обработки поверхности компаниям, которые разрабатывают или внедрили такие процессы. Это особенно актуально, когда цены высокие и низкие. Себестоимость производства производственного агента выросла до обычного уровня, даже если цены на местное сырье немного снизятся, это может исправить заменители поверхностно-активных веществ и может стимулировать установку новых заводов по производству алкилполисахаридов.