ალკილის გლუკოზიდების წარმოების მეთოდები

ფიშერის გლიკოზიდაცია ქიმიური სინთეზის ერთადერთი მეთოდია, რომელმაც საშუალება მისცა შემუშავებულიყო დღევანდელი ეკონომიკური და ტექნიკურად დახვეწილი გადაწყვეტილებები ალკილის პოლიგლუკოზიდების ფართომასშტაბიანი წარმოებისთვის. უკვე რეალიზებულია საწარმოო ქარხნები, რომელთა სიმძლავრე აღემატება 20000 ტონა/წლიურად და აფართოებს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ინდუსტრიის პროდუქციის ასორტიმენტს განახლებად ნედლეულზე დაფუძნებული ზედაპირული აქტიური აგენტებით. D-გლუკოზა და ხაზოვანი C8-C16 ცხიმოვანი სპირტები უპირატესი საკვებია. ეს გამონაბოლქვი შეიძლება გარდაიქმნას ზედაპირულად აქტიურ ალკილის პოლიგლუკოზიდებად პირდაპირი ფიშერის გლიკოზიდაციის ან ორეტაპიანი ტრანსგლიკოზიდაციის საშუალებით ბუტილ პოლიგლუკოზიდის საშუალებით მჟავა კატალიზატორების თანდასწრებით, წყალთან ერთად, როგორც გვერდითი პროდუქტი. წყალი უნდა გამოიხადოს რეაქციის ნარევიდან, რათა გადაიტანოს რეაქციის წონასწორობა სასურველ პროდუქტებზე. გლიკოზიდაციის პროცესის დროს თავიდან უნდა იქნას აცილებული რეაქციულ ნარევში არაერთგვაროვნება, რადგან ეს იწვევს ეგრეთ წოდებული პოლიგლუკოზიდების გადაჭარბებულ წარმოქმნას, რომლებიც მეტად არასასურველია. ამიტომ ბევრი ტექნიკური სტრატეგია კონცენტრირებულია n-გლუკოზისა და ალკოჰოლური ნივთიერებების ჰომოგენიზაციაზე, რომლებიც ცუდად ერევა პოლარობის განსხვავების გამო. რეაქციის დროს გლიკოზიდური ბმები იქმნება როგორც ცხიმოვან ალკოჰოლსა და n-გლუკოზას შორის, ასევე თავად n-გლუკოზის ერთეულებს შორის. შედეგად, ალკილის პოლიგლუკოზიდები წარმოიქმნება ფრაქციების ნარევების სახით გლუკოზის ერთეულების სხვადასხვა რაოდენობით გრძელ ჯაჭვის ალკილის ნარჩენზე. თითოეული ეს ფრაქცია, თავის მხრივ, შედგება რამდენიმე იზომერული შემადგენელისაგან, ვინაიდან n-გლუკოზის ერთეულები იღებენ სხვადასხვა ანომერულ ფორმებს და რგოლის ფორმებს ქიმიურ წონასწორობაში ფიშერის გლიკოზიდაციის დროს და გლიკოზიდური კავშირები D-გლუკოზის ერთეულებს შორის ხდება რამდენიმე შესაძლო შემაკავშირებელ პოზიციაზე. . D-გლუკოზის ერთეულების ანომერის თანაფარდობა არის დაახლოებით α/β＝ 2:1 და, როგორც ჩანს, ძნელია გავლენა მოახდინოს ფიშერის სინთეზის აღწერილ პირობებში. თერმოდინამიკურად კონტროლირებად პირობებში, პროდუქტის ნარევში შემავალი n-გლუკოზის ერთეულები, ძირითადად, პირანოზიდების სახით არსებობს. n-გლუკოზის ერთეულების საშუალო რაოდენობა ალკილის ნარჩენზე, ეგრეთ წოდებული პოლიმერიზაციის ხარისხი, არსებითად არის წარმოების დროს გამონაბოლქვის მოლური თანაფარდობის ფუნქცია. მათი გამოხატული სურფაქტანტის შესაბამისი [1] კავშირის გამო, განსაკუთრებული უპირატესობა ენიჭება ალკილის პოლიგლუკოზიდებს პოლიმერიზაციის ხარისხით 1-დან 3-მდე, რისთვისაც პროცესში უნდა იქნას გამოყენებული დაახლოებით 3-10 მოლი ცხიმოვანი სპირტი თითო მოლ n-გლუკოზაზე.

პოლიმერიზაციის ხარისხი მცირდება ჭარბი ცხიმოვანი ალკოჰოლის მატებასთან ერთად. ჭარბი ცხიმოვანი სპირტები განცალკევებულია და აღდგება მრავალსაფეხურიანი ვაკუუმური დისტილაციის პროცესით ჩამოვარდნილი ფირის აორთქლების საშუალებით, ისე, რომ თერმული სტრესი მინიმუმამდე იყოს შეყვანილი. აორთქლების ტემპერატურა საკმარისად მაღალი უნდა იყოს, ხოლო ცხელ ზონაში კონტაქტის დრო საკმაოდ გრძელი უნდა იყოს, რათა უზრუნველყოს ზედმეტი ცხიმოვანი ალკოჰოლის საკმარისი დისტილაცია და ალკილის პოლიგლუკოზიდის დნობის დინება რაიმე მნიშვნელოვანი დაშლის რეაქციის გარეშე. აორთქლების საფეხურების სერია შეიძლება გამოყენებულ იქნას უპირატესად ჯერ დაბალ დუღილის ფრაქციის, შემდეგ ცხიმოვანი სპირტის ძირითადი რაოდენობის და ბოლოს დარჩენილი ცხიმოვანი სპირტის გამოსაყოფად, სანამ ალკილის პოლიგლიკოზიდი არ დნება წყალში ხსნად ნარჩენად.

ცხიმოვანი სპირტების სინთეზისა და აორთქლების ყველაზე რბილ პირობებშიც კი წარმოიქმნება არასასურველი ყავისფერი შეფერილობა და პროდუქტის დახვეწისთვის საჭიროა გაუფერულების პროცესები. გათეთრების ერთ-ერთი მეთოდი, რომელიც დადასტურდა, რომ შესაფერისია, არის ჟანგვის აგენტის დამატება, როგორიცაა წყალბადის ზეჟანგი, ალკილის პოლიგლიკოზიდის წყალხსნარში ტუტე გარემოში მაგნიუმის იონების თანდასწრებით.

სინთეზის, შემდგომი დამუშავებისა და დახვეწის პროცესში გამოყენებული მრავალი კვლევა და ვარიანტები იძლევა გარანტიას, რომ დღესაც არ არსებობს ფართოდ გამოყენებადი „გასაღები“ გამოსავალი კონკრეტული პროდუქტის კლასის მისაღებად. პირიქით, პროცესის ყველა ეტაპი უნდა იყოს ჩამოყალიბებული. Dongfu გთავაზობთ რამდენიმე წინადადებას ხსნარის დიზაინისა და ტექნიკური გადაწყვეტილებებისთვის და განმარტავს რეაქციის, გამოყოფისა და დახვეწის პროცესის ქიმიურ და ფიზიკურ პირობებს.

სამივე ძირითადი პროცესი - ჰომოგენური ტრანსგლიკოზიდაცია, ხსნარის პროცესი და გლუკოზის კვების ტექნიკა - შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინდუსტრიულ პირობებში. ტრანსგლიკოზიდაციის დროს შუალედური ბუტილ პოლიგლუკოზიდის კონცენტრაცია, რომელიც მოქმედებს როგორც გამხსნელი პროდუქტები D-გლუკოზისა და ბუტანოლისთვის, უნდა იყოს შენახული დაახლოებით 15%-ზე მეტი სარეაქციო ნარევში, რათა თავიდან იქნას აცილებული არაერთგვაროვნება. ამავე მიზნით, წყლის კონცენტრაცია რეაქციულ ნარევში, რომელიც გამოიყენება ალკილის პოლიგლუკოზიდების პირდაპირი ფიშერის სინთეზისთვის, უნდა შენარჩუნდეს დაახლოებით 1%-ზე ნაკლებ დონეზე. მაღალი წყლის შემცველობისას არსებობს შეჩერებული კრისტალური D-გლუკოზის გადაქცევის რისკი წებოვან მასად, რაც შემდგომში გამოიწვევს ცუდად დამუშავებას და გადაჭარბებულ პოლიმერიზაციას. ეფექტური მორევა და ჰომოგენიზაცია ხელს უწყობს კრისტალური D-გლუკოზის წვრილ განაწილებას და რეაქტიულობას სარეაქციო ნარევში.

სინთეზის მეთოდისა და მისი უფრო დახვეწილი ვარიანტების არჩევისას გასათვალისწინებელია როგორც ტექნიკური, ასევე ეკონომიკური ფაქტორები. D-გლუკოზის სიროფებზე დაფუძნებული ჰომოგენური ტრანსგლიკოზიდაციის პროცესები განსაკუთრებით ხელსაყრელია ფართომასშტაბიანი უწყვეტი წარმოებისთვის. ისინი იძლევა მუდმივ დაზოგვას ნედლეულის D-გლუკოზის კრისტალიზაციაზე დამატებული ღირებულების ჯაჭვში, რაც ანაზღაურებს უფრო მაღალ ერთჯერად ინვესტიციებს ტრანსგლიკოზიდაციის ეტაპზე და ბუტანოლის აღდგენაში. n-ბუტანოლის გამოყენებას სხვა მინუსები არ გააჩნია, რადგან მისი თითქმის მთლიანად გადამუშავება შესაძლებელია ისე, რომ ამოღებულ საბოლოო პროდუქტებში ნარჩენი კონცენტრაცია იყოს მხოლოდ რამდენიმე ნაწილი მილიონზე, რაც შეიძლება ჩაითვალოს არაკრიტიკულად. პირდაპირი ფიშერის გლიკოზიდაცია სლუკოზის პროცესის ან გლუკოზის კვების ტექნიკის მიხედვით არ ითვალისწინებს ტრანსგლიკოზიდაციის საფეხურს და ბუტანოლის აღდგენას. ის ასევე შეიძლება განხორციელდეს უწყვეტად და მოითხოვს ოდნავ დაბალ კაპიტალურ ხარჯებს.

მომავალში, წიაღისეული და განახლებადი ნედლეულის მიწოდება და ფასი, ისევე როგორც შემდგომი ტექნოლოგიური პროგრესი ალკილის პოლისაქარიდების წარმოებაში, გადამწყვეტ გავლენას მოახდენს ბაზრის სიმძლავრეზე და განვითარებისა და გამოყენების შესაძლებლობებზე. ბაზის პოლისაქარიდს უკვე აქვს საკუთარი ტექნიკური გადაწყვეტილებები, რომლებსაც შეუძლიათ მნიშვნელოვანი კონკურენტული უპირატესობები უზრუნველყონ ზედაპირული დამუშავების ბაზარზე იმ კომპანიებისთვის, რომლებიც ავითარებენ ან მიიღებენ ასეთ პროცესებს. ეს განსაკუთრებით ეხება, როდესაც ფასები მაღალი და დაბალია. საწარმოო აგენტის წარმოების ღირებულება ჩვეულ დონემდე გაიზარდა, მაშინაც კი, თუ ადგილობრივი ნედლეულის ფასი ოდნავ დაეცემა, მან შეიძლება დააფიქსიროს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების შემცვლელები და შეიძლება წაახალისოს ალკილის პოლისაქარიდების წარმოების ახალი ქარხნების დაყენება.