Hammadde olarak D-glikozun kullanıldığı transglikosidasyon işlemleri.

Fischer glikosidasyonu, alkil poliglikozitlerin büyük ölçekli üretimi için günümüzün ekonomik ve teknik açıdan mükemmel çözümlerinin geliştirilmesini sağlayan tek kimyasal sentez yöntemidir. 20.000 ton/yılı aşan kapasiteye sahip üretim tesisleri halihazırda hayata geçirilmiş olup, yenilenebilir hammaddelere dayalı yüzey aktif maddelerle yüzey aktif madde endüstrisinin ürün yelpazesini genişletmektedir. D-Glikoz ve lineer C8-C16 yağ alkollerinin tercih edilen hammaddeler olduğu kanıtlanmıştır. Bu edüktler, yan ürün olarak su ile bir asit katalizörünün varlığında doğrudan Fischer glikosilasyonuyla veya iki aşamalı bütil poliglikozit transglikozitleriyle yüzey aktif alkil poliglikozitlere dönüştürülebilir. Reaksiyon dengesini istenen ürüne doğru kaydırmak için suyun reaksiyon karışımından damıtılması gerekir. Glikosilasyon prosesinde, reaksiyon karışımındaki homojensizliklerden kaçınılmalıdır çünkü bunlar, son derece istenmeyen bir durum olan polidekstroz adı verilen maddenin aşırı oluşumuna yol açabilir. Bu nedenle birçok teknik strateji, farklı polariteleri nedeniyle karışması zor olan homojen edüktler n-glikoz ve alkole odaklanır. Reaksiyon sırasında, hem yağ alkolü ile n-glikoz arasında hem de n-glikoz birimlerinin kendi aralarında glikosidik bağlar oluşur. Alkil poliglikozidler sonuç olarak uzun zincirli alkil kalıntısında farklı sayıda glikoz birimine sahip fraksiyonların karışımları olarak oluşur. Bu fraksiyonların her biri, çeşitli izomerik bileşenlerden oluşur; çünkü n-glikoz birimleri, Fischer glikosidasyonu sırasında kimyasal dengede farklı anomerik formlar ve halka formları alır ve D-glikoz birimleri arasındaki glikosidik bağlantılar, çeşitli olası bağlanma pozisyonlarında meydana gelir. . D-glikoz birimlerinin anomer oranı yaklaşık olarak a/β=2:1'dir ve Fischer sentezinin açıklanan 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 normal glikoz birimlerinin ortalama sayısı, polimerizasyon derecesi olarak adlandırılan, temel olarak üretim prosesi sırasında çıkan maddelerin molar oranının bir fonksiyonudur. Olağanüstü yüzey aktif madde özelliklerinden dolayı, polimerizasyon derecesi 1 ile 3 arasında olan alkil poliglikozitler özellikle tercih edilir, bu nedenle bu yöntemde normal glikozun molü başına yaklaşık 3-10 mol yağ alkolü kullanılmalıdır.

Artan yağlı alkol fazlalığında polimerizasyon derecesi azalır. Aşırı yağ alkolü, termal stresin minimumda tutulmasını mümkün kılan düşen film buharlaştırıcıları ile çok adımlı vakumlu damıtma işlemleri yoluyla ayrılır ve geri kazanılır. Buharlaşma sıcaklığı yeterince yüksek olmalı ve sıcak bölgedeki temas süresi, fazla yağlı alkolün yeterli derecede damıtılmasını ve alkil poliglükosit eriyiğinin akışını, herhangi bir kayda değer ayrışma reaksiyonu meydana gelmeden sağlayacak kadar uzun olmalıdır. Önce düşük kaynama noktalı fraksiyonları, ardından yağlı alkolün ana miktarını ve son olarak da geri kalan yağlı alkolü, alkil poliglükosit eriyikleri suda çözünür kalıntılar olarak elde edilene kadar ayırmak için bir dizi buharlaştırma adımı uygun şekilde kullanılabilir.

Yağ alkolünün sentezi ve buharlaştırılması en yumuşak koşullar altında gerçekleştirilse bile, istenmeyen kahverengi renk değişimi meydana gelir ve bu durum, ürünlerin rafine edilmesi için ağartma işlemlerinin yapılmasını gerektirir. Uygun olduğu kanıtlanmış bir ağartma yöntemi, magnezyum iyonlarının varlığında alkalin ortamda alkil poliglükositlerin sulu preparasyonlarına hidrojen peroksit gibi oksidanların eklenmesidir.

Sentez, hazırlama ve rafine etme sırasında kullanılan çeşitli araştırmalar ve varyantlar, bugün bile belirli ürün kalitelerini elde etmek için genel olarak uygulanabilir "anahtar teslimi" çözümlerin bulunmadığını göstermektedir. Tam tersine, tüm süreç adımlarının üzerinde çalışılması, karşılıklı olarak ayarlanması ve optimize edilmesi gerekir. Bu bölümde öneriler sunulmuş ve teknik çözümler tasarlamak için bazı uygulanabilir yollar açıklanmış, ayrıca reaksiyonların, ayırma ve rafinasyon işlemlerinin yürütülmesi için standart kimyasal ve fiziksel koşullar belirtilmiştir.

Üç ana prosesin tümü (homojen transglikozidasyon, bulamaç prosesi ve glikoz besleme tekniği) endüstriyel koşullar altında kullanılabilir. Transglikosidasyon sırasında, D-glikoz ve bütanol çıkarımları için bir çözündürücü görevi gören ara bütil poliglikozit konsantrasyonunun, homojensizlikleri önlemek amacıyla reaksiyon karışımında yaklaşık %15'in üzerinde tutulması gerekir. Aynı amaçla, alkil poliglikozitlerin doğrudan Fischer sentezi için kullanılan reaksiyon karışımındaki su konsantrasyonunun yaklaşık %1'den az tutulması gerekir. Daha yüksek su içeriklerinde, süspanse kristalin D-glikozun yapışkan bir kütleye dönüşme riski vardır, bu da daha sonra kötü işleme ve aşırı polimerizasyonla sonuçlanacaktır. Etkili karıştırma ve homojenleştirme, reaksiyon karışımındaki kristalli D-glikozun ince dağılımını ve reaktivitesini destekler.

Sentez yöntemini ve onun daha karmaşık varyantlarını seçerken hem teknik hem de ekonomik faktörlerin dikkate alınması gerekir. D-glikoz şuruplarına dayalı homojen transglikosidasyon işlemleri, büyük ölçekte sürekli üretim için özellikle uygun görünmektedir. Katma değer zincirinde hammadde D-glikozun kristalizasyonunda kalıcı tasarruf sağlarlar; bu, transglikosidasyon aşamasına ve bütanolün geri kazanımına yapılan tek seferlik daha yüksek yatırımları fazlasıyla telafi eder. N-butanol kullanımı başka bir dezavantaj oluşturmaz, çünkü hemen hemen tamamen geri dönüştürülebilir, böylece geri kazanılan son ürünlerdeki kalıntı konsantrasyonları milyonda yalnızca birkaç parça olur ve bu da kritik değildir. Bulamaç prosesine veya glikoz besleme tekniğine göre doğrudan Fischer glikosidasyonu, transglikosidasyon adımını ve bütanolün geri kazanımını ortadan kaldırır. Ayrıca sürekli olarak da gerçekleştirilebilir ve biraz daha düşük sermaye harcaması gerektirir.

Fosil ve yenilenebilir hammaddelerin gelecekte bulunabilirliği ve fiyatlarının yanı sıra alkil poliglikozitlerin üretimi ve uygulanmasındaki diğer teknik ilerlemelerin, sonuncusunun pazar hacminin ve üretim kapasitelerinin gelişimi üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olması beklenebilir. Alkil poliglikozitlerin üretimi ve kullanımına yönelik hâlihazırda mevcut olan geçerli teknik çözümler, bu tür süreçleri geliştiren veya hâlihazırda kullanan şirketlere yüzey aktif madde pazarında hayati bir rekabet avantajı sağlayabilir. Bu durum özellikle yüksek ham petrol fiyatları ve düşük tahıl fiyatları durumunda geçerlidir. Sabit üretim maliyetleri, toplu endüstriyel yüzey aktif maddeler için kesinlikle alışılagelmiş bir seviyede olduğundan, yerli hammaddelerin fiyatındaki hafif düşüşler bile, yüzey aktif madde ürünlerinin ikamesini teşvik edebilir ve alkil poliglikozitler için yeni üretim tesislerinin kurulmasını açıkça teşvik edebilir.