กระบวนการทรานส์ไกลโคซิเดชันโดยใช้ดี-กลูโคสเป็นวัตถุดิบ

ไกลโคซิเดชันของฟิสเชอร์เป็นวิธีเดียวในการสังเคราะห์ทางเคมีที่ช่วยให้สามารถพัฒนาโซลูชั่นทางเศรษฐกิจและสมบูรณ์แบบทางเทคนิคในปัจจุบันสำหรับการผลิตอัลคิลโพลีกลูโคไซด์ในปริมาณมาก โรงงานผลิตที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 20,000 ตัน/ปีได้รับการยอมรับแล้ว และขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์ของอุตสาหกรรมสารลดแรงตึงผิวด้วยสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวโดยใช้วัตถุดิบหมุนเวียน D-กลูโคสและแฟตตี้แอลกอฮอล์ C8-C16 เชิงเส้นได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นวัตถุดิบตั้งต้นที่ต้องการ ท่อนำเหล่านี้สามารถเปลี่ยนไปเป็นอัลคิลโพลีไกลโคไซด์ที่ออกฤทธิ์ที่พื้นผิวโดยฟิสเชอร์ไกลโคซิเลชันโดยตรงหรือโดยทรานส์ไกลโคไซด์สองขั้นตอนของบิวทิล พอลิไกลโคไซด์ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด โดยมีน้ำเป็นผลพลอยได้ ต้องกลั่นน้ำจากส่วนผสมของปฏิกิริยาเพื่อเปลี่ยนสมดุลของปฏิกิริยาไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ในกระบวนการไกลโคซิเลชัน ควรหลีกเลี่ยงความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในส่วนผสมของปฏิกิริยา เนื่องจากอาจนำไปสู่การก่อตัวของสิ่งที่เรียกว่าโพลีเด็กซ์โทรสมากเกินไป ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์อย่างมาก ดังนั้น กลยุทธ์ทางเทคนิคจำนวนมากจึงมุ่งเน้นไปที่ educts เอ็น-กลูโคสและแอลกอฮอล์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งยากต่อการผสมเนื่องจากมีขั้วที่แตกต่างกัน ในระหว่างปฏิกิริยา พันธะไกลโคซิดิกจะเกิดขึ้นทั้งระหว่างแฟตตี้แอลกอฮอล์และเอ็น-กลูโคส และระหว่างหน่วยของเอ็น-กลูโคสด้วย อัลคิลโพลีกลูโคไซด์จึงก่อตัวเป็นของผสมของเศษส่วนที่มีจำนวนหน่วยกลูโคสต่างกันที่เรซิดิวอัลคิลสายโซ่ยาว เศษส่วนแต่ละส่วนเหล่านี้ประกอบขึ้นด้วยองค์ประกอบไอโซเมอร์หลายชนิด เนื่องจากหน่วยเอ็น-กลูโคสจะมีรูปแบบอะโนเมอร์และรูปแบบวงแหวนที่แตกต่างกันในสมดุลทางเคมีระหว่างฟิสเชอร์ไกลโคซิเดชันและการเชื่อมโยงไกลโคซิดิกระหว่างหน่วยดี-กลูโคสเกิดขึ้นในตำแหน่งพันธะที่เป็นไปได้หลายตำแหน่ง . อัตราส่วนอะโนเมอร์ของหน่วย D-กลูโคสอยู่ที่ประมาณ α/β＝ 2: 1 และดูเหมือนจะควบคุมได้ยากภายใต้เงื่อนไขที่อธิบายไว้ของการสังเคราะห์ฟิสเชอร์ ภายใต้สภาวะที่ควบคุมด้วยอุณหพลศาสตร์ หน่วยเอ็น-กลูโคสที่มีอยู่ในส่วนผสมของผลิตภัณฑ์จะอยู่ในรูปของไพราโนไซด์เป็นส่วนใหญ่ จำนวนเฉลี่ยของหน่วยกลูโคสปกติต่ออัลคิลตกค้าง หรือที่เรียกว่าระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน โดยพื้นฐานแล้วจะขึ้นอยู่กับฟังก์ชันของอัตราส่วนโมลาร์ของท่อนำออกในระหว่างกระบวนการผลิต เนื่องจากคุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวที่โดดเด่น จึงแนะนำให้ใช้อัลคิลโพลีไกลโคไซด์ที่มีระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันระหว่าง 1 ถึง 3 เป็นพิเศษ ด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้แฟตตี้แอลกอฮอล์ประมาณ 3-10 โมลต่อกลูโคสปกติหนึ่งโมลในวิธีนี้

ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันจะลดลงเมื่อไขมันแอลกอฮอล์ส่วนเกินเพิ่มขึ้น แฟตตี้แอลกอฮอล์ส่วนเกินจะถูกแยกและนำกลับมาใช้ใหม่โดยกระบวนการกลั่นสุญญากาศหลายขั้นตอนด้วยเครื่องระเหยแบบฟิล์มตก ซึ่งทำให้สามารถรักษาความเครียดจากความร้อนให้น้อยที่สุดได้ อุณหภูมิการระเหยควรสูงเพียงพอและเวลาสัมผัสในเขตร้อนเพียงนานพอที่จะรับประกันการกลั่นแอลกอฮอล์ส่วนเกินและการไหลของอัลคิลโพลีกลูโคไซด์ที่ละลายอย่างเพียงพอ โดยไม่เกิดปฏิกิริยาการสลายตัวที่สำคัญใดๆ ขั้นตอนการระเหยหลายขั้นตอนสามารถนำมาใช้อย่างเหมาะสมเพื่อแยกเศษส่วนที่มีจุดเดือดต่ำขั้นแรก จากนั้นจึงแยกปริมาณแฟตตี้แอลกอฮอล์หลัก และสุดท้ายคือแฟตตี้แอลกอฮอล์ที่เหลือ จนกระทั่งได้อัลคิลโพลีกลูโคไซด์ละลายเป็นเรซิดิวที่ละลายน้ำได้

แม้ว่าการสังเคราะห์และการระเหยของแฟตตี้แอลกอฮอล์จะดำเนินการภายใต้สภาวะที่อ่อนโยนที่สุด แต่ก็ยังเกิดการเปลี่ยนสีเป็นสีน้ำตาลที่ไม่พึงประสงค์ ส่งผลให้ต้องใช้กระบวนการฟอกขาวเพื่อปรับแต่งผลิตภัณฑ์ วิธีการฟอกสีวิธีหนึ่งที่พิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมคือการเติมสารออกซิแดนท์ เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในการเตรียมน้ำของอัลคิล พอลิกลูโคไซด์ในตัวกลางที่เป็นด่างโดยมีแมกนีเซียมไอออนอยู่ด้วย

การตรวจสอบและตัวแปรต่างๆ มากมายที่ใช้ระหว่างการสังเคราะห์ การเตรียมงาน และการกลั่นกรอง แสดงให้เห็นว่าแม้ในปัจจุบันนี้ยังไม่มีโซลูชัน "แบบครบวงจร" ที่ใช้งานได้โดยทั่วไปในการรับเกรดผลิตภัณฑ์ที่เฉพาะเจาะจง ในทางตรงกันข้าม ขั้นตอนกระบวนการทั้งหมดจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุง ปรับเปลี่ยนร่วมกัน และปรับให้เหมาะสม บทนี้ได้ให้ข้อเสนอแนะและอธิบายวิธีที่ปฏิบัติได้บางประการในการคิดค้นวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิค ตลอดจนการระบุสภาวะทางเคมีและกายภาพมาตรฐานสำหรับการทำปฏิกิริยา การแยก และการกลั่นกระบวนการ

กระบวนการหลักทั้งสามกระบวนการ ได้แก่ ทรานส์ไกลโคซิเดชันที่เป็นเนื้อเดียวกัน กระบวนการสเลอรี และเทคนิคการป้อนกลูโคส สามารถใช้ได้ภายใต้สภาวะทางอุตสาหกรรม ในระหว่างการเปลี่ยนไกลโคซิเดชัน ความเข้มข้นของบิวทิลโพลีกลูโคไซด์ระดับกลางซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวละลายสำหรับ educts D-กลูโคสและบิวทานอล จะต้องเก็บไว้มากกว่าประมาณ 15% ในส่วนผสมของปฏิกิริยา เพื่อหลีกเลี่ยงความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน ความเข้มข้นของน้ำในส่วนผสมปฏิกิริยาที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์อัลคิลโพลีกลูโคไซด์โดยตรงของ Fischer จะต้องเก็บไว้ที่น้อยกว่าประมาณ 1 % ที่ปริมาณน้ำที่สูงขึ้น มีความเสี่ยงในการเปลี่ยน D-กลูโคสที่เป็นผลึกแขวนลอยให้เป็นมวลที่ไม่มีรสนิยม ซึ่งต่อมาจะส่งผลให้เกิดกระบวนการที่ไม่ดีและการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์มากเกินไป การกวนและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันอย่างมีประสิทธิภาพส่งเสริมการกระจายตัวและการเกิดปฏิกิริยาที่ดีของผลึกดี-กลูโคสในส่วนผสมของปฏิกิริยา

ต้องพิจารณาทั้งปัจจัยทางเทคนิคและเศรษฐกิจเมื่อเลือกวิธีการสังเคราะห์และตัวแปรที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น กระบวนการทรานส์ไกลโคซิเดชันที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีพื้นฐานจากไซรัป D-กลูโคสปรากฏว่าเอื้ออำนวยเป็นพิเศษสำหรับการผลิตอย่างต่อเนื่องในขนาดใหญ่ ช่วยให้ประหยัดการตกผลึกของวัตถุดิบ D-กลูโคสในห่วงโซ่มูลค่าเพิ่มได้อย่างถาวร ซึ่งมากกว่าการชดเชยการลงทุนครั้งเดียวที่สูงกว่าในขั้นตอนทรานส์ไกลโคซิเดชันและการนำบิวทานอลกลับมาใช้ใหม่ การใช้เอ็น-บิวทานอลไม่มีข้อเสียอื่นใด เนื่องจากสามารถรีไซเคิลได้เกือบทั้งหมด ดังนั้นความเข้มข้นที่ตกค้างในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่นำกลับมาใช้ใหม่จึงมีเพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วน ซึ่งถือได้ว่าไม่สำคัญ ไกลโคซิเดชันของฟิสเชอร์โดยตรงตามกระบวนการของสารละลายหรือเทคนิคการป้อนกลูโคสจะจ่ายด้วยขั้นตอนทรานส์ไกลโคซิเดชันและการนำบิวทานอลกลับคืนมา นอกจากนี้ยังสามารถดำเนินการได้อย่างต่อเนื่องและเรียกร้องให้มีรายจ่ายฝ่ายทุนลดลงเล็กน้อย

ความพร้อมและราคาในอนาคตของฟอสซิลและวัตถุดิบหมุนเวียน ตลอดจนความก้าวหน้าทางเทคนิคเพิ่มเติมในการผลิตและการใช้อัลคิลโพลีกลูโคไซด์ อาจคาดว่าจะมีอิทธิพลชี้ขาดต่อการพัฒนาปริมาณตลาดและกำลังการผลิตของตลาดหลังนี้ โซลูชันทางเทคนิคที่ใช้ได้ซึ่งมีอยู่แล้วสำหรับการผลิตและการใช้อัลคิลโพลีกลูโคไซด์อาจเพิ่มความได้เปรียบทางการแข่งขันที่สำคัญในตลาดสารลดแรงตึงผิวให้กับบริษัทที่ได้พัฒนาหรือใช้กระบวนการดังกล่าวแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ราคาน้ำมันดิบสูงและราคาธัญพืชต่ำ เนื่องจากต้นทุนการผลิตคงที่นั้นอยู่ในระดับปกติสำหรับสารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมจำนวนมาก แม้แต่การลดราคาวัตถุดิบในท้องถิ่นแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจกระตุ้นให้เกิดการทดแทนสินค้าโภคภัณฑ์สารลดแรงตึงผิว และอาจสนับสนุนให้มีการติดตั้งโรงงานผลิตใหม่สำหรับอัลคิลโพลีกลูโคไซด์อย่างชัดเจน