Transglikozidacijos procesai naudojant D-gliukozę kaip žaliavą.

Fišerio glikozidavimas yra vienintelis cheminės sintezės būdas, sudaręs galimybę sukurti šiandieninius ekonominius ir techniškai ištobulintus sprendimus, skirtus plataus masto alkilpoligliukozidų gamybai. Jau įrengtos gamybinės gamyklos, kurių našumas viršija 20 000 t/metus ir plečia paviršinio aktyvumo medžiagų pramonės gaminių asortimentą atsinaujinančių žaliavų pagrindu pagamintomis paviršinio aktyvumo medžiagomis. Paaiškėjo, kad D-gliukozė ir linijiniai C8-C16 riebalų alkoholiai yra tinkamiausios žaliavos. Šiuos išteklius galima paversti paviršinio aktyvumo alkilpoliglikozidais tiesioginio Fišerio glikozilinimo būdu arba dviejų pakopų butilo poliglikozido transglikozidais, esant rūgštiniam katalizatoriui, kai šalutinis produktas yra vanduo. Vanduo turi būti distiliuojamas iš reakcijos mišinio, kad reakcijos pusiausvyra būtų pakeista link norimo produkto. Glikozilinimo procese reikėtų vengti nehomogeniškumo reakcijos mišinyje, nes dėl jų gali susidaryti per daug vadinamosios polidekstrozės, o tai labai nepageidautina. Todėl daugelis techninių strategijų yra orientuotos į homogenines n-gliukozės ir alkoholio medžiagas, kurias sunku maišyti dėl skirtingo poliškumo. Reakcijos metu glikozidiniai ryšiai susidaro tiek tarp riebalų alkoholio ir n-gliukozės, tiek tarp pačių n-gliukozės vienetų. Todėl alkilpoligliukozidai susidaro kaip frakcijų mišiniai su skirtingu gliukozės vienetų skaičiumi ilgos grandinės alkilo liekanoje. Kiekviena iš šių frakcijų, savo ruožtu, yra sudaryta iš kelių izomerinių sudedamųjų dalių, nes n-gliukozės vienetai įgauna skirtingas anomerines formas ir žiedo formas esant cheminei pusiausvyrai Fišerio glikozidavimo metu, o glikozidiniai ryšiai tarp D-gliukozės vienetų atsiranda keliose galimose jungties padėtyse. . D-gliukozės vienetų anomerų santykis yra maždaug α/β＝ 2:1 ir atrodo, kad jį sunku paveikti aprašytomis Fišerio sintezės sąlygomis. Termodinamiškai kontroliuojamomis sąlygomis produkto mišinyje esantys n-gliukozės vienetai daugiausia egzistuoja piranozidų pavidalu. Vidutinis normalių gliukozės vienetų skaičius alkilo liekanoje, vadinamasis polimerizacijos laipsnis, iš esmės yra gamybos proceso metu gaunamų molekulių molinio santykio funkcija. Dėl puikių paviršinio aktyvumo medžiagų savybių ypač tinka alkilpoliglikozidai, kurių polimerizacijos laipsnis yra tarp 1 ir 3, todėl šiuo metodu vienam normalios gliukozės moliui turi būti sunaudota apie 3-10 molių riebalų alkoholių.

Polimerizacijos laipsnis mažėja, kai didėja riebalų alkoholio perteklius. Riebalų alkoholio perteklius atskiriamas ir išgaunamas taikant daugiapakopius vakuuminio distiliavimo procesus su krintančios plėvelės garintuvais, kurie leidžia išlaikyti minimalų šiluminį įtampą. Garavimo temperatūra turi būti pakankamai aukšta, o sąlyčio laikas karštoje zonoje – pakankamai ilgas, kad būtų užtikrintas tinkamas riebalų alkoholio pertekliaus distiliavimas ir alkilpoligliukozido lydalo tekėjimas, be didelių skilimo reakcijų. Norint atskirti pirmąsias žemai verdančias frakcijas, tada pagrindinį riebalų alkoholio kiekį ir galiausiai likusį riebalų alkoholį, galima naudoti keletą garinimo etapų, kol alkilpoligliukozidas išsilydys kaip vandenyje tirpios liekanos.

Netgi tada, kai riebalų alkoholio sintezė ir išgarinimas atliekami švelniausiomis sąlygomis, atsiranda nepageidaujamas rudos spalvos pakitimas, todėl reikia atlikti balinimo procesus, kad būtų patobulinti produktai. Vienas iš balinimo būdų, kuris pasirodė tinkamas, yra oksidantų, tokių kaip vandenilio peroksidas, pridėjimas prie vandeninių alkilpoligliukozidų preparatų šarminėje terpėje, esant magnio jonams.

Sintezės, apdirbimo ir gryninimo metu atlikti įvairūs tyrimai ir variantai rodo, kad ir šiandien vis dar nėra visuotinai taikomų „iki raktų“ sprendimų, leidžiančių gauti konkrečias gaminio rūšis. Priešingai, visi proceso etapai turi būti parengti, tarpusavyje suderinti ir optimizuoti. Šiame skyriuje pateikiami pasiūlymai ir aprašyti keli praktiški techninių sprendimų kūrimo būdai, taip pat nurodytos standartinės cheminės ir fizinės sąlygos reakcijoms, atskyrimui ir gryninimo procesams.

Visi trys pagrindiniai procesai – homogeninis transglikozidavimas, srutų procesas ir gliukozės padavimo technika – gali būti naudojami pramoninėmis sąlygomis. Transglikozidacijos metu tarpinio butilo poligliukozido, kuris veikia kaip eduktų D-gliukozės ir butanolio tirpiklis, koncentracija reakcijos mišinyje turi būti didesnė kaip apie 15%, kad būtų išvengta nehomogeniškumo. Tuo pačiu tikslu vandens koncentracija reakcijos mišinyje, naudojamame tiesioginei Fišerio alkilpoligliukozidų sintezei, turi būti mažesnė nei maždaug 1 %. Esant didesniam vandens kiekiui, kyla pavojus, kad suspenduota kristalinė D-gliukozė pavirs lipnia mase, o tai vėliau sukels blogą apdorojimą ir pernelyg didelę polimerizaciją. Veiksmingas maišymas ir homogenizavimas skatina smulkų kristalinės D-gliukozės pasiskirstymą ir reaktyvumą reakcijos mišinyje.

Renkantis sintezės metodą ir sudėtingesnius jo variantus, reikia atsižvelgti ir į techninius, ir į ekonominius veiksnius. Homogeniniai transglikozidacijos procesai, pagrįsti D-gliukozės sirupais, atrodo ypač palankūs nuolatinei gamybai dideliu mastu. Jie leidžia nuolat sutaupyti dėl žaliavos D-gliukozės kristalizacijos pridėtinės vertės grandinėje, o tai daugiau nei kompensuoja didesnes vienkartines investicijas į transglikozidacijos etapą ir butanolio atgavimą. N-butanolio naudojimas neturi kitų trūkumų, nes jį galima beveik visiškai perdirbti, todėl likutinės koncentracijos regeneruotuose galutiniuose produktuose yra tik kelios milijoninės dalys, o tai gali būti laikoma nekritiška. Tiesioginis Fišerio glikozidavimas pagal suspensijos procesą arba gliukozės tiekimo techniką neapima transglikozidavimo etapo ir butanolio regeneravimo. Jis taip pat gali būti atliekamas nuolat ir reikalauja šiek tiek mažesnių kapitalo išlaidų.

Tikimasi, kad ateityje iškastinių ir atsinaujinančių žaliavų prieinamumas ir kainos, taip pat tolesnė alkilpoligliukozidų gamybos ir taikymo techninė pažanga turės lemiamos įtakos pastarųjų rinkos apimties ir gamybos pajėgumų plėtrai. Jau egzistuojantys perspektyvūs techniniai sprendimai, skirti gaminti ir naudoti alkilpoligliukozidus, gali suteikti gyvybiškai svarbų konkurencinį pranašumą aktyviųjų paviršiaus medžiagų rinkoje įmonėms, kurios sukūrė arba jau naudoja tokius procesus. Tai ypač aktualu esant aukštoms žalios naftos kainoms ir žemoms grūdų kainoms. Kadangi fiksuotos gamybos sąnaudos neabejotinai atitinka masinių pramoninių paviršinio aktyvumo medžiagų įprastą lygį, net ir nedidelis vietinių žaliavų kainų sumažėjimas gali paskatinti pakeisti paviršinio aktyvumo medžiagas ir aiškiai paskatinti statyti naujas alkilpoligliukozidų gamyklas.