Διεργασίες διαγλυκοσιδίωσης χρησιμοποιώντας D-γλυκόζη ως πρώτη ύλη.

Η γλυκοζίωση Fischer είναι η μόνη μέθοδος χημικής σύνθεσης που επέτρεψε την ανάπτυξη των σημερινών οικονομικών και τεχνικά τελειοποιημένων λύσεων για μεγάλης κλίμακας παραγωγή αλκυλο πολυγλυκοζιδίων. Εγκαταστάσεις παραγωγής με δυναμικότητες άνω των 20.000 t/έτος έχουν ήδη υλοποιηθεί και διευρύνουν τη γκάμα προϊόντων της βιομηχανίας τασιενεργών με επιφανειοδραστικούς παράγοντες που βασίζονται σε ανανεώσιμες πρώτες ύλες. Η D-γλυκόζη και οι γραμμικές λιπαρές αλκοόλες C8-C16 έχουν αποδειχθεί ότι είναι οι προτιμώμενες πρώτες ύλες. Αυτά τα προϊόντα μπορούν να μετατραπούν σε επιφανειοδραστικούς αλκυλ πολυγλυκοσίδες με άμεση γλυκοζυλίωση Fischer ή με τρανσγλυκοσίδες δύο σταδίων βουτυλοπολυγλυκοσίδης παρουσία ενός όξινου καταλύτη, με νερό ως παραπροϊόν. Το νερό πρέπει να αποστάζεται από το μίγμα της αντίδρασης για να μετατοπιστεί η ισορροπία της αντίδρασης προς το επιθυμητό προϊόν. Στη διαδικασία γλυκοζυλίωσης, οι ανομοιογένειες στο μείγμα της αντίδρασης θα πρέπει να αποφεύγονται επειδή μπορούν να οδηγήσουν σε υπερβολικό σχηματισμό της λεγόμενης πολυδεξτρόζης, η οποία είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητη. Ως εκ τούτου, πολλές τεχνικές στρατηγικές επικεντρώνονται στις ομοιογενείς εκπομπές n-γλυκόζης και αλκοόλης, οι οποίες είναι δύσκολο να αναμειχθούν λόγω των διαφορετικών πολικοτήτων τους. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, σχηματίζονται γλυκοσιδικοί δεσμοί τόσο μεταξύ της λιπαρής αλκοόλης και της n-γλυκόζης όσο και μεταξύ των ίδιων των μονάδων n-γλυκόζης. Οι αλκυλοπολυγλυκοζίτες κατά συνέπεια σχηματίζονται ως μίγματα κλασμάτων με διαφορετικούς αριθμούς μονάδων γλυκόζης στο μακράς αλυσίδας αλκυλικό υπόλειμμα. Κάθε ένα από αυτά τα κλάσματα, με τη σειρά του, αποτελείται από πολλά ισομερή συστατικά, καθώς οι μονάδες n-γλυκόζης λαμβάνουν διαφορετικές ανωμερικές μορφές και μορφές δακτυλίου σε χημική ισορροπία κατά τη γλυκοζίωση Fischer και οι γλυκοσιδικοί δεσμοί μεταξύ των μονάδων D-γλυκόζης εμφανίζονται σε διάφορες πιθανές θέσεις σύνδεσης . Η αναλογία ανωμερών των μονάδων D-γλυκόζης είναι περίπου α/β＝ 2:1 και φαίνεται δύσκολο να επηρεαστεί υπό τις περιγραφόμενες συνθήκες της σύνθεσης Fischer. Υπό θερμοδυναμικά ελεγχόμενες συνθήκες, οι μονάδες n-γλυκόζης που περιέχονται στο μείγμα προϊόντος υπάρχουν κυρίως με τη μορφή πυρανοσίδων. Ο μέσος αριθμός κανονικών μονάδων γλυκόζης ανά υπόλειμμα αλκυλίου, ο λεγόμενος βαθμός πολυμερισμού, είναι βασικά συνάρτηση της μοριακής αναλογίας των εκπομπών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παραγωγής. Λόγω των αξιοσημείωτων επιφανειοδραστικών ιδιοτήτων τους, προτιμώνται ιδιαιτέρως οι αλκυλο πολυγλυκοσίδες με βαθμό πολυμερισμού μεταξύ 1 και 3, για τον οποίο πρέπει να χρησιμοποιούνται περίπου 3-10 moles λιπαρών αλκοολών ανά mole κανονικής γλυκόζης σε αυτή τη μέθοδο.

Ο βαθμός πολυμερισμού μειώνεται με αυξανόμενη περίσσεια λιπαρής αλκοόλης. Η περίσσεια λιπαρής αλκοόλης διαχωρίζεται και ανακτάται μέσω διεργασιών απόσταξης κενού πολλαπλών σταδίων με εξατμιστήρες πτώσεως μεμβράνης, οι οποίοι καθιστούν δυνατή τη διατήρηση της θερμικής καταπόνησης στο ελάχιστο. Η θερμοκρασία εξάτμισης θα πρέπει να είναι αρκετά υψηλή και ο χρόνος επαφής στην καυτή ζώνη ακριβώς αρκετά μεγάλος ώστε να εξασφαλίζεται επαρκής απόσταξη της περίσσειας λιπαρής αλκοόλης και ροή του τήγματος αλκυλοπολυγλυκοζίτη, χωρίς την εμφάνιση σημαντικών αντιδράσεων αποσύνθεσης. Μια σειρά από στάδια εξάτμισης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευνοϊκά για να διαχωριστούν πρώτα τα κλάσματα χαμηλού σημείου βρασμού, μετά η κύρια ποσότητα λιπαρής αλκοόλης και τέλος η υπόλοιπη λιπαρή αλκοόλη μέχρις ότου λιώσει ο αλκυλοπολυγλυκοζίτης ληφθούν ως υδατοδιαλυτά υπολείμματα.

Ακόμη και όταν η σύνθεση και η εξάτμιση της λιπαρής αλκοόλης εκτελούνται κάτω από τις πιο ήπιες συνθήκες, εμφανίζεται ανεπιθύμητος καφέ αποχρωματισμός, που απαιτεί διαδικασίες λεύκανσης για τη βελτίωση των προϊόντων. Μια μέθοδος λεύκανσης που έχει αποδειχθεί κατάλληλη είναι η προσθήκη οξειδωτικών όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε υδατικά παρασκευάσματα αλκυλο πολυγλυκοσιδών σε αλκαλικό μέσο παρουσία ιόντων μαγνησίου.

Οι πολλαπλές έρευνες και οι παραλλαγές που χρησιμοποιούνται κατά τη σύνθεση, την επεξεργασία και τη διύλιση δείχνουν ότι ακόμη και σήμερα δεν υπάρχουν ακόμη γενικά εφαρμόσιμες λύσεις «με το κλειδί στο χέρι» για την απόκτηση συγκεκριμένων κατηγοριών προϊόντων. Αντίθετα, όλα τα βήματα της διαδικασίας πρέπει να επεξεργαστούν, να προσαρμοστούν αμοιβαία και να βελτιστοποιηθούν. Αυτό το κεφάλαιο παρείχε προτάσεις και περιέγραψε ορισμένους πρακτικούς τρόπους για να επινοηθούν τεχνικές λύσεις, καθώς και δηλώνοντας τυπικές χημικές και φυσικές συνθήκες για τη διεξαγωγή αντιδράσεων, διεργασιών διαχωρισμού και διύλισης.

Και οι τρεις κύριες διεργασίες - ομοιογενής διαγλυκοζίωση, διαδικασία ιλύος και τεχνική τροφοδοσίας γλυκόζης - μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπό βιομηχανικές συνθήκες. Κατά τη διάρκεια της διαγλυκοζίδωσης, η συγκέντρωση του ενδιάμεσου βουτυλικού πολυγλυκοσιδίου, ο οποίος δρα ως διαλυτοποιητής για τα προϊόντα D-γλυκόζης και βουτανόλης, πρέπει να διατηρείται πάνω από περίπου 15% στο μίγμα της αντίδρασης έτσι ώστε να αποφεύγονται ανομοιογένειες. Για τον ίδιο σκοπό, η συγκέντρωση νερού στο μείγμα αντίδρασης που χρησιμοποιείται για την άμεση σύνθεση Fischer αλκυλο πολυγλυκοζιδίων πρέπει να διατηρείται σε λιγότερο από περίπου 1 % . Σε υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό υπάρχει ο κίνδυνος μετατροπής της αιωρούμενης κρυσταλλικής D-γλυκόζης σε κολλώδη μάζα, η οποία στη συνέχεια θα είχε ως αποτέλεσμα κακή επεξεργασία και υπερβολικό πολυμερισμό. Η αποτελεσματική ανάδευση και ομογενοποίηση προάγουν τη λεπτή κατανομή και την αντιδραστικότητα της κρυσταλλικής D-γλυκόζης στο μίγμα της αντίδρασης.

Τόσο οι τεχνικοί όσο και οι οικονομικοί παράγοντες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή της μεθόδου σύνθεσης και των πιο εξελιγμένων παραλλαγών της. Οι διαδικασίες ομοιογενούς διαγλυκοζίωσης που βασίζονται σε σιρόπια D-γλυκόζης εμφανίζονται ιδιαίτερα ευνοϊκές για συνεχή παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα. Επιτρέπουν μόνιμη εξοικονόμηση πόρων στην κρυστάλλωση της πρώτης ύλης D-γλυκόζη στην αλυσίδα προστιθέμενης αξίας, η οποία υπεραντιστάθμιση των υψηλότερων εφάπαξ επενδύσεων στο στάδιο της διαγλυκοζίδωσης και στην ανάκτηση της βουτανόλης. Η χρήση της n-βουτανόλης δεν παρουσιάζει άλλα μειονεκτήματα, καθώς μπορεί να ανακυκλωθεί σχεδόν πλήρως, έτσι ώστε οι υπολειμματικές συγκεντρώσεις στα ανακτημένα τελικά προϊόντα να είναι μόνο μερικά μέρη ανά εκατομμύριο, τα οποία μπορούν να θεωρηθούν μη κρίσιμα. Η απευθείας γλυκοζίωση Fischer σύμφωνα με τη διαδικασία ιλύος ή την τεχνική τροφοδοσίας γλυκόζης αποκλείει το στάδιο της διαγλυκοζίωσης και την ανάκτηση της βουτανόλης. Μπορεί επίσης να εκτελείται συνεχώς και απαιτεί ελαφρώς χαμηλότερες κεφαλαιουχικές δαπάνες.

Η μελλοντική διαθεσιμότητα και οι τιμές των ορυκτών και ανανεώσιμων πρώτων υλών, καθώς και περαιτέρω τεχνικές πρόοδοι στην παραγωγή και την εφαρμογή αλκυλοπολυγλυκοζιδίων, αναμένεται να έχουν αποφασιστική επίδραση στην ανάπτυξη του όγκου της αγοράς και της παραγωγικής ικανότητας των τελευταίων. Οι βιώσιμες τεχνικές λύσεις που υπάρχουν ήδη για την παραγωγή και τη χρήση αλκυλο πολυγλυκοσιδών μπορεί να δώσουν ζωτικό ανταγωνιστικό πλεονέκτημα στην αγορά επιφανειοδραστικών ουσιών σε εταιρείες που έχουν αναπτύξει ή ήδη εφαρμόζουν τέτοιες διαδικασίες. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα στην περίπτωση των υψηλών τιμών του αργού πετρελαίου και των χαμηλών τιμών των σιτηρών. Δεδομένου ότι το σταθερό κόστος παραγωγής είναι ασφαλώς σε ένα συνηθισμένο επίπεδο για τα χύδην βιομηχανικά επιφανειοδραστικά, ακόμη και ελαφρές μειώσεις στην τιμή των φυσικών πρώτων υλών μπορεί να απαιτήσουν την αντικατάσταση των επιφανειοδραστικών προϊόντων και μπορεί σαφώς να ενθαρρύνουν την εγκατάσταση νέων μονάδων παραγωγής αλκυλο πολυγλυκοζίτες.