ალკილგლუკოზიდების წარმოების მეთოდები

ფიშერის გლიკოზიდაცია ქიმიური სინთეზის ერთადერთი მეთოდია, რომელმაც შესაძლებელი გახადა ალკილპოლიგლუკოზიდების მასშტაბური წარმოებისთვის დღევანდელი ეკონომიკური და ტექნიკურად დახვეწილი გადაწყვეტილებების შემუშავება. უკვე რეალიზებულია 20,000 ტ/წელიწადში მეტი სიმძლავრის საწარმოო ქარხნები, რომლებიც აფართოებენ ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ინდუსტრიის პროდუქციის ასორტიმენტს განახლებადი ნედლეულის ბაზაზე დაფუძნებული ზედაპირულად აქტიური აგენტებით. D-გლუკოზა და ხაზოვანი C8-C16 ცხიმოვანი სპირტები აღმოჩნდა სასურველი ნედლეული. ამ პროდუქტების ზედაპირულად აქტიურ ალკილ პოლიგლუკოზიდებად გარდაქმნა შესაძლებელია პირდაპირი ფიშერის გლიკოზიდაციის ან ორეტაპიანი ტრანსგლიკოზიდაციის გზით ბუტილპოლიგლუკოზიდის მეშვეობით მჟავა კატალიზატორების თანაარსებობისას, წყლით, როგორც თანმდევი პროდუქტის გამოყენებით. რეაქციის წონასწორობა სასურველი პროდუქტებისკენ გადასაადგილებლად, წყალი უნდა გამოიხდეს რეაქციის ნარევიდან. გლიკოზიდაციის პროცესის დროს თავიდან უნდა იქნას აცილებული რეაქციის ნარევში არაერთგვაროვნება, რადგან ისინი იწვევენ ე.წ. პოლიგლუკოზიდების ჭარბ წარმოქმნას, რომლებიც ძალიან არასასურველია. ამიტომ, მრავალი ტექნიკური სტრატეგია ფოკუსირებულია n-გლუკოზისა და სპირტების ჰომოგენიზაციაზე, რომლებიც პოლარობის სხვაობის გამო ცუდად ერევიან. რეაქციის დროს გლიკოზიდური ბმები წარმოიქმნება როგორც ცხიმოვან სპირტსა და n-გლუკოზას, ასევე თავად n-გლუკოზის ერთეულებს შორის. შესაბამისად, ალკილის პოლიგლუკოზიდები წარმოიქმნება ფრაქციების ნარევების სახით, რომლებსაც აქვთ გლუკოზის ერთეულების სხვადასხვა რაოდენობა გრძელჯაჭვიან ალკილის ნარჩენზე. თითოეული ეს ფრაქცია, თავის მხრივ, შედგება რამდენიმე იზომერული შემადგენელი ნაწილისგან, რადგან n-გლუკოზის ერთეულები ფიშერის გლიკოზიდაციის დროს ქიმიურ წონასწორობაში იღებენ სხვადასხვა ანომერულ ფორმებს და რგოლის ფორმებს და D-გლუკოზის ერთეულებს შორის გლიკოზიდური კავშირები რამდენიმე შესაძლო შემაკავშირებელ პოზიციაში გვხვდება. D-გლუკოზის ერთეულების ანომერის თანაფარდობა დაახლოებით α/β＝ 2:1-ია და, როგორც ჩანს, ფიშერის სინთეზის აღწერილ პირობებში მასზე გავლენის მოხდენა რთულია. თერმოდინამიკურად კონტროლირებად პირობებში, პროდუქტის ნარევში შემავალი n-გლუკოზის ერთეულები ძირითადად პირანოზიდების სახით არსებობს. ალკილის ნარჩენზე n-გლუკოზის ერთეულების საშუალო რაოდენობა, ე.წ. პოლიმერიზაციის ხარისხი, არსებითად წარმოების დროს წარმოებული პროდუქტების მოლური თანაფარდობის ფუნქციაა. მათი გამოხატული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების თვისებების[1] გამო, განსაკუთრებული უპირატესობა ენიჭება ალკილ პოლიგლუკოზიდებს, რომელთა პოლიმერიზაციის ხარისხი 1-დან 3-მდეა, რისთვისაც პროცესში n-გლუკოზის ყოველ მოლზე დაახლოებით 3-10 მოლი ცხიმოვანი სპირტი უნდა იქნას გამოყენებული.

პოლიმერიზაციის ხარისხი მცირდება ჭარბი ცხიმოვანი სპირტის მატებასთან ერთად. ჭარბი ცხიმოვანი სპირტები გამოიყოფა და აღდგება მრავალსაფეხურიანი ვაკუუმური დისტილაციის პროცესით, ცვენადი აპკის აორთქლების გამოყენებით, რათა თერმული სტრესი მინიმუმამდე იყოს დაყვანილი. აორთქლების ტემპერატურა უნდა იყოს საკმარისად მაღალი და კონტაქტის დრო ცხელ ზონაში საკმარისად ხანგრძლივი, რათა უზრუნველყოფილი იყოს ჭარბი ცხიმოვანი სპირტის საკმარისი დისტილაცია და ალკილპოლიგლუკოზიდის დნობის ნაკადი მნიშვნელოვანი დაშლის რეაქციის გარეშე. აორთქლების ეტაპების სერია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჯერ დაბალმდუღარე ფრაქციის, შემდეგ ცხიმოვანი სპირტის ძირითადი რაოდენობის და ბოლოს დარჩენილი ცხიმოვანი სპირტის გამოსაყოფად, სანამ ალკილ პოლიგლიკოზიდი არ გადნება წყალში ხსნადი ნაშთის სახით.

ცხიმოვანი სპირტების სინთეზისა და აორთქლების ყველაზე რბილ პირობებშიც კი, არასასურველი ყავისფერი ფერის შეცვლა მოხდება და პროდუქტის გასაუმჯობესებლად საჭიროა გათეთრების პროცესები. გათეთრების ერთ-ერთი მეთოდი, რომელიც შესაფერისი აღმოჩნდა, არის ალკილ პოლიგლიკოზიდის წყალხსნარში ტუტე გარემოში მაგნიუმის იონების თანაობისას დამჟანგავი აგენტის, როგორიცაა წყალბადის ზეჟანგი, დამატება.

სინთეზის, შემდგომი დამუშავებისა და რაფინირების პროცესში გამოყენებული მრავალი კვლევა და ვარიანტი იძლევა იმის გარანტიას, რომ დღესაც კი არ არსებობს ფართოდ გამოყენებადი „გასაღები“ გადაწყვეტა კონკრეტული პროდუქტის ხარისხის მისაღებად. პირიქით, საჭიროა პროცესის ყველა ეტაპის ფორმულირება. დონგფუ იძლევა რამდენიმე წინადადებას ხსნარის დიზაინისა და ტექნიკური გადაწყვეტილებების შესახებ და განმარტავს რეაქციის, გამოყოფისა და რაფინირების პროცესის ქიმიურ და ფიზიკურ პირობებს.

სამრეწველო პირობებში შესაძლებელია სამივე ძირითადი პროცესის - ერთგვაროვანი ტრანსგლიკოზიდაციის, სუსპენზიის პროცესის და გლუკოზის მიწოდების ტექნიკის - გამოყენება. ტრანსგლიკოზიდაციის დროს, შუალედური ბუტილ პოლიგლუკოზიდის კონცენტრაცია, რომელიც D-გლუკოზისა და ბუტანოლის წარმოებულების გამხსნელის ფუნქციას ასრულებს, რეაქციის ნარევში დაახლოებით 15%-ზე მეტი უნდა იყოს, რათა თავიდან იქნას აცილებული არაერთგვაროვნება. ამავე მიზნით, ალკილ პოლიგლუკოზიდების პირდაპირი ფიშერის სინთეზისთვის გამოყენებულ რეაქციულ ნარევში წყლის კონცენტრაცია დაახლოებით 1%-ზე ნაკლები უნდა იყოს. წყლის მაღალი შემცველობისას არსებობს რისკი, რომ სუსპენზირებული კრისტალური D-გლუკოზა წებოვან მასად გადაიქცეს, რაც შემდგომში ცუდ დამუშავებას და ჭარბ პოლიმერიზაციას გამოიწვევს. ეფექტური მორევა და ჰომოგენიზაცია ხელს უწყობს კრისტალური D-გლუკოზის წვრილ განაწილებას და რეაქტიულობას რეაქციის ნარევში.

სინთეზის მეთოდისა და მისი უფრო დახვეწილი ვარიანტების შერჩევისას გასათვალისწინებელია როგორც ტექნიკური, ასევე ეკონომიკური ფაქტორები. D-გლუკოზის სიროფებზე დაფუძნებული ჰომოგენური ტრანსგლიკოზიდაციის პროცესები განსაკუთრებით ხელსაყრელია დიდი მასშტაბით უწყვეტი წარმოებისთვის. ისინი საშუალებას იძლევა მუდმივი დაზოგოთ ნედლეულის D-გლუკოზის კრისტალიზაცია დამატებული ღირებულების ჯაჭვში, რაც სრულად ანაზღაურებს ტრანსგლიკოზიდაციის ეტაპზე და ბუტანოლის აღდგენაში ერთჯერად მაღალ ინვესტიციებს. n-ბუტანოლის გამოყენებას სხვა ნაკლოვანებები არ გააჩნია, რადგან მისი თითქმის სრულად გადამუშავება შესაძლებელია ისე, რომ აღდგენილ საბოლოო პროდუქტებში ნარჩენი კონცენტრაციები მხოლოდ რამდენიმე მილიონი ნაწილია, რაც შეიძლება ჩაითვალოს არაკრიტიკულად. პირდაპირი ფიშერის გლიკოზიდაცია სუსპენზიის პროცესის ან გლუკოზის მიწოდების ტექნიკის მიხედვით გამორიცხავს ტრანსგლიკოზიდაციის ეტაპზე და ბუტანოლის აღდგენას. ის ასევე შეიძლება შესრულდეს უწყვეტად და მოითხოვს ოდნავ დაბალ კაპიტალურ ხარჯებს.

მომავალში, წიაღისეული და განახლებადი ნედლეულის მიწოდება და ფასი, ასევე ალკილ პოლისაქარიდების წარმოების შემდგომი ტექნოლოგიური პროგრესი გადამწყვეტ გავლენას მოახდენს ბაზრის ტევადობაზე და განვითარებისა და გამოყენების წარმოების შესაძლებლობებზე. ბაზისურ პოლისაქარიდს უკვე აქვს საკუთარი ტექნიკური გადაწყვეტილებები, რომლებსაც შეუძლიათ მნიშვნელოვანი კონკურენტული უპირატესობების უზრუნველყოფა ზედაპირული დამუშავების ბაზარზე იმ კომპანიებისთვის, რომლებიც ავითარებენ ან იყენებენ ასეთ პროცესებს. ეს განსაკუთრებით მაშინ ხდება, როდესაც ფასები მაღალი და დაბალია. წარმოების აგენტის წარმოების ღირებულება ჩვეულებრივ დონემდე გაიზარდა, მაშინაც კი, თუ ადგილობრივი ნედლეულის ფასი ოდნავ დაეცემა, ამან შეიძლება დაადგინოს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების შემცვლელები და წაახალისოს ალკილ პოლისაქარიდების წარმოების ახალი ქარხნების დამონტაჟება.