ALKİL GLUKOZİTLERİN ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Fischer glikozidasyonu, alkil poliglukozitlerin büyük ölçekli üretimi için günümüzde ekonomik ve teknik olarak mükemmel çözümlerin geliştirilmesini sağlayan tek kimyasal sentez yöntemidir. Yıllık kapasitesi 20.000 tonun üzerinde olan üretim tesisleri halihazırda kurulmuş olup, yenilenebilir hammaddelere dayalı yüzey aktif maddelerle yüzey aktif madde endüstrisinin ürün yelpazesini genişletmektedir. D-Glikoz ve doğrusal C8-C16 yağ alkollerinin tercih edilen hammaddeler olduğu kanıtlanmıştır. Bu ürünler, asit katalizörlerin varlığında, yan ürün olarak su içeren, doğrudan Fischer glikozidasyonu veya butil poliglukozit aracılığıyla iki aşamalı transglikozidasyon yoluyla yüzey aktif alkil poliglukozitlere dönüştürülebilir. Reaksiyon dengesini istenen ürünlere doğru kaydırmak için suyun reaksiyon karışımından damıtılması gerekir. Glikozidasyon işlemi sırasında, reaksiyon karışımındaki homojensizliklerden kaçınılmalıdır, çünkü bunlar son derece istenmeyen poliglukozitlerin aşırı oluşumuna yol açar. Bu nedenle birçok teknik strateji, polaritelerindeki farklılık nedeniyle zayıf karışabilen n-glikoz ve alkol edüktlerinin homojenleştirilmesine odaklanır. Reaksiyon sırasında hem yağ alkolü ile n-glikoz arasında hem de n-glikoz ünitelerinin kendi aralarında glikozidik bağlar oluşur. Alkil poliglukozitler, uzun zincirli alkil kalıntısında farklı sayıda glikoz ünitesine sahip fraksiyon karışımları olarak oluşur. Bu fraksiyonların her biri, sırayla, birkaç izomerik bileşenden oluşur; çünkü n-glikoz üniteleri, Fischer glikozidasyonu sırasında kimyasal dengede farklı anomerik formlar ve halka formları alır ve D-glikoz üniteleri arasındaki glikozidik bağlar çeşitli olası bağlanma pozisyonlarında meydana gelir. D-glikoz ünitelerinin anomer oranı yaklaşık olarak α/β＝ 2: 1'dir ve açıklanan Fischer sentezi koşulları altında etkilenmesi zor görünmektedir. Termodinamik olarak kontrol edilen koşullar altında, ürün karışımında bulunan n-glikoz birimleri ağırlıklı olarak piranositler formunda bulunur. Alkil kalıntısı başına düşen ortalama n-glikoz birimi sayısı, yani polimerizasyon derecesi, esasen üretim sırasında elde edilen ürünlerin mol oranının bir fonksiyonudur. Belirgin yüzey aktif madde özellikleri[1] nedeniyle, 1 ile 3 arasında polimerizasyon derecesine sahip alkil poliglikozitler özellikle tercih edilir ve bu nedenle işlem sırasında mol n-glikoz başına yaklaşık 3-10 mol yağ alkolü kullanılmalıdır.

Fazla yağ alkolü arttıkça polimerizasyon derecesi azalır. Fazla yağ alkolleri, termal stresin minimumda tutulabilmesi için düşen film buharlaştırıcılı çok aşamalı bir vakum damıtma işlemiyle ayrılır ve geri kazanılır. Buharlaşma sıcaklığı, fazla yağ alkolünün yeterli şekilde damıtılmasını ve alkil poliglikozit eriyiğinin önemli bir ayrışma reaksiyonu olmadan akmasını sağlayacak kadar yüksek ve sıcak bölgedeki temas süresi yeterince uzun olmalıdır. Bir dizi buharlaştırma adımı, önce düşük kaynama noktalı fraksiyonu, ardından ana miktarda yağ alkolünü ve son olarak kalan yağ alkolünü ayırmak için avantajlı bir şekilde kullanılabilir ve alkil poliglikozit suda çözünür bir kalıntı olarak erir.

Yağ alkollerinin sentezi ve buharlaşması için en ılımlı koşullar altında bile istenmeyen kahverengi renk bozulmaları meydana gelir ve ürünü rafine etmek için ağartma işlemleri gerekir. Uygun olduğu kanıtlanmış bir ağartma yöntemi, alkali bir ortamda ve magnezyum iyonlarının varlığında, sulu bir alkil poliglikozit formülasyonuna hidrojen peroksit gibi bir oksitleyici madde eklemektir.

Sentez, son işlem ve rafinasyon süreçlerinde kullanılan çok sayıda çalışma ve varyant, belirli bir ürün kalitesi elde etmek için bugün bile yaygın olarak uygulanabilen bir "anahtar teslimi" çözümün bulunmadığını göstermektedir. Aksine, tüm işlem adımlarının formüle edilmesi gerekmektedir. Dongfu, çözelti tasarımı ve teknik çözümler için bazı önerilerde bulunmakta ve reaksiyon, ayırma ve rafinasyon sürecinin kimyasal ve fiziksel koşullarını açıklamaktadır.

Üç ana proses – homojen transglikozidasyon, bulamaç prosesi ve glikoz besleme tekniği – endüstriyel koşullar altında kullanılabilir. Transglikozidasyon sırasında, D-glikoz ve bütanol edüktleri için bir çözücü görevi gören ara ürün butil poliglikozidin konsantrasyonu, homojensizlikleri önlemek için reaksiyon karışımında yaklaşık %15'in üzerinde tutulmalıdır. Aynı amaçla, alkil poliglikozidlerin doğrudan Fischer sentezi için kullanılan reaksiyon karışımındaki su konsantrasyonu yaklaşık %1'in altında tutulmalıdır. Daha yüksek su içeriklerinde, askıda kalan kristalin D-glikozun yapışkan bir kütleye dönüşme riski vardır ve bu da daha sonra kötü işleme ve aşırı polimerizasyona neden olur. Etkili karıştırma ve homojenizasyon, reaksiyon karışımında kristalin D-glikozun ince dağılımını ve reaktivitesini destekler.

Sentez yöntemi ve daha karmaşık varyantları seçilirken hem teknik hem de ekonomik faktörler göz önünde bulundurulmalıdır. D-glikoz şuruplarına dayalı homojen transglikozidasyon prosesleri, büyük ölçekli sürekli üretim için özellikle uygun görünmektedir. Katma değer zincirinde hammadde D-glikozun kristalizasyonunda kalıcı tasarruflar sağlayarak, transglikozidasyon adımı ve bütanol geri kazanımı için yapılan yüksek tek seferlik yatırımları fazlasıyla telafi etmektedir. n-bütanol kullanımının başka bir dezavantajı yoktur, çünkü neredeyse tamamen geri dönüştürülebilir ve geri kazanılan son ürünlerdeki kalıntı konsantrasyonları milyonda yalnızca birkaç parçadır ve bu da kritik olmayan bir durum olarak kabul edilebilir. Bulamaç prosesi veya glikoz besleme tekniğine göre doğrudan Fischer glikozidasyonu, transglikozidasyon adımını ve bütanol geri kazanımını ortadan kaldırır. Ayrıca sürekli olarak gerçekleştirilebilir ve biraz daha düşük sermaye harcaması gerektirir.

Gelecekte, fosil ve yenilenebilir hammaddelerin arzı ve fiyatı ile alkil polisakkaritlerin üretimindeki teknolojik ilerlemenin ilerlemesi, pazar kapasitesi ve geliştirme ve uygulama kapasitesi üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olacaktır. Baz polisakkarit, bu tür süreçleri geliştiren veya benimseyen şirketler için yüzey işleme pazarında önemli rekabet avantajları sağlayabilecek kendi teknik çözümlerine zaten sahiptir. Bu durum, özellikle fiyatların yüksek ve düşük olduğu durumlarda geçerlidir. Üretim maddesinin üretim maliyeti olağan seviyeye yükselmiştir; yerel hammaddelerin fiyatı biraz düşse bile, bu durum yüzey aktif maddelerin ikamelerini belirleyebilir ve yeni alkil polisakkarit üretim tesislerinin kurulmasını teşvik edebilir.