طرق تصنيع جلوكوزيدات الألكيل

إن عملية غليكوزيدات فيشر هي الطريقة الوحيدة للتخليق الكيميائي التي مكنت من تطوير الحلول الاقتصادية والمتقنة تقنيًا لإنتاج كميات كبيرة من بولي جلوكوزيدات الألكيل. لقد تم بالفعل إنشاء مصانع إنتاج بسعة تزيد عن 20.000 طن سنويًا وتوسيع نطاق منتجات صناعة المواد الخافضة للتوتر السطحي باستخدام عوامل نشطة السطح تعتمد على مواد خام متجددة. لقد أثبت D-Glucose والكحوليات الدهنية الخطية C8-C16 أنها المواد الأولية المفضلة. يمكن تحويل هذه القنوات إلى بولي جلوكوزيدات ألكيل نشطة السطح عن طريق جليكوسيدات فيشر المباشرة أو تحويل جليكوسيدات على مرحلتين عبر بوتيل بولي جلوكوزيد في وجود محفزات حمضية، مع الماء كمنتج ثانوي. يجب تقطير الماء من خليط التفاعل من أجل تحويل توازن التفاعل نحو المنتجات المطلوبة. أثناء عملية الغليكوزيدات، يجب تجنب عدم التجانس في خليط التفاعل، لأنها تؤدي إلى تكوين مفرط لما يسمى بولي جلوكوزيدات، وهي غير مرغوب فيها إلى حد كبير. لذلك تركز العديد من الحيل التقنية على تجانس القنوات التي تحتوي على الجلوكوز والكحول، والتي تكون ضعيفة الامتزاج بسبب اختلاف قطبيتها. أثناء التفاعل، تتشكل الروابط الجليكوسيدية بين الكحول الدهني والجلوكوز n وبين وحدات الجلوكوز n نفسها. وبالتالي تتشكل ألكيل بولي جلوكوزيدات على شكل مخاليط من الكسور بأعداد مختلفة من وحدات الجلوكوز في بقايا الألكيل طويلة السلسلة. يتكون كل جزء من هذه الأجزاء، بدوره، من عدة مكونات أيزومرية، نظرًا لأن وحدات الجلوكوز n تتخذ أشكالًا شاذة وأشكالًا حلقية مختلفة في التوازن الكيميائي أثناء عملية غليكوزيد فيشر وتحدث الروابط الجليكوسيدية بين وحدات الجلوكوز D في عدة مواضع ترابط محتملة . تبلغ نسبة الشذوذ في وحدات الجلوكوز D حوالي α/β＝ 2:1 ويبدو من الصعب التأثير عليها في ظل الظروف الموصوفة لتخليق فيشر. في ظل ظروف التحكم الديناميكي الحراري، توجد وحدات الجلوكوز n الموجودة في خليط المنتج في الغالب في شكل بيرانوسيدات. إن متوسط ​​عدد وحدات الجلوكوز n لكل بقايا ألكيل، أو ما يسمى بدرجة البلمرة، هو في الأساس دالة للنسبة المولية للقنوات أثناء التصنيع. بسبب ارتباطاتها الواضحة بالفاعل بالسطح[1]، يتم إعطاء تفضيل خاص لبولي جلوكوزيدات الألكيل بدرجات بلمرة تتراوح بين 1 و3، حيث يجب استخدام ما يقرب من 3-10 مول من الكحول الدهني لكل مول من جلوكوز n في العملية.

تنخفض درجة البلمرة مع زيادة الكحول الدهني الزائد. يتم فصل الكحوليات الدهنية الزائدة واستعادتها من خلال عملية التقطير الفراغي متعددة الخطوات باستخدام مبخرات غشائية متساقطة، بحيث يمكن الحفاظ على الإجهاد الحراري عند الحد الأدنى. يجب أن تكون درجة حرارة التبخر عالية بما يكفي وأن يكون وقت التلامس في المنطقة الساخنة طويلًا بما يكفي لضمان التقطير الكافي للكحول الدهني الزائد وتدفق ذوبان الألكيل بولي جلوكوزيد بدون أي تفاعل تحلل مهم. يمكن استخدام سلسلة من خطوات التبخر بشكل مفيد لفصل الجزء منخفض الغليان أولاً، ثم الكمية الرئيسية من الكحول الدهني، وأخيرًا الكحول الدهني المتبقي، حتى يذوب بولي جليكوسيد الألكيل كبقايا قابلة للذوبان في الماء.

حتى في ظل الظروف الأكثر اعتدالًا لتخليق الكحوليات الدهنية وتبخرها، سيحدث تغير في اللون البني غير المرغوب فيه، وستكون عمليات التبييض مطلوبة لتحسين المنتج. إحدى طرق التبييض التي أثبتت ملاءمتها هي إضافة عامل مؤكسد، مثل بيروكسيد الهيدروجين، إلى تركيبة مائية من ألكيل بولي جليكوسيد في وسط قلوي في وجود أيونات المغنيسيوم.

تضمن الدراسات والمتغيرات المتعددة المستخدمة في عملية التوليف والمعالجة اللاحقة والتكرير أنه حتى اليوم، لا يوجد حتى الآن حل "جاهز" قابل للتطبيق على نطاق واسع للحصول على درجة منتج معينة. على العكس من ذلك، يجب صياغة جميع خطوات العملية. يقدم Dongfu بعض الاقتراحات لتصميم المحاليل والحلول التقنية، ويشرح الظروف الكيميائية والفيزيائية لعملية التفاعل والفصل والتكرير.

يمكن استخدام جميع العمليات الرئيسية الثلاث - التحويل المتجانس للجليكوسيدات، وعملية الملاط، وتقنية تغذية الجلوكوز - في الظروف الصناعية. أثناء عملية تحويل الغليكوزيد، يجب الحفاظ على تركيز بوتيل بولي جلوكوزيد الوسيط، الذي يعمل كمذيب للقنوات D- الجلوكوز والبيوتانول، عند حوالي 15% في خليط التفاعل وذلك لتجنب عدم التجانس. لنفس الغرض، يجب الاحتفاظ بتركيز الماء في خليط التفاعل المستخدم لتخليق فيشر المباشر لبولي جلوكوزيدات الألكيل عند أقل من حوالي 1%. عند وجود محتويات مائية عالية، يكون هناك خطر تحويل الجلوكوز D البلوري المعلق إلى كتلة لزجة، مما قد يؤدي لاحقًا إلى معالجة سيئة وبلمرة مفرطة. يعمل التحريك والتجانس الفعالان على تعزيز التوزيع الدقيق والتفاعل للجلوكوز D البلوري في خليط التفاعل.

يجب أخذ العوامل التقنية والاقتصادية في الاعتبار عند اختيار طريقة التوليف ومتغيراتها الأكثر تطوراً. تبدو عمليات تحويل السكر في الدم المتجانسة المعتمدة على شراب الجلوكوز D ملائمة بشكل خاص للإنتاج المستمر على نطاق واسع. إنها تتيح توفيرًا دائمًا في تبلور المادة الخام D- الجلوكوز في سلسلة القيمة المضافة، والتي تعوض أكثر من الاستثمارات الأعلى لمرة واحدة في خطوة تحويل السكر في الدم واستعادة البيوتانول. لا يمثل استخدام البيوتانول n أي عيوب أخرى، حيث يمكن إعادة تدويره بالكامل تقريبًا بحيث تكون التركيزات المتبقية في المنتجات النهائية المستردة مجرد أجزاء قليلة في المليون، وهو ما يمكن اعتباره غير حرج. يتم الاستغناء عن جليكوسيدات فيشر المباشر وفقًا لعملية الملاط أو تقنية تغذية الجلوكوز مع خطوة تحويل السكر في الدم واستعادة البيوتانول. ويمكن أيضًا إجراؤها بشكل مستمر وتتطلب إنفاقًا رأسماليًا أقل قليلاً.

في المستقبل، سيكون لتوريد وأسعار المواد الخام الأحفورية والمتجددة، بالإضافة إلى التقدم التكنولوجي الإضافي في إنتاج عديد السكاريد الألكيلي، تأثير حاسم على قدرة السوق والقدرة الإنتاجية للتطوير والتطبيق. لدى السكاريد الأساسي بالفعل حلوله التقنية الخاصة التي يمكن أن توفر مزايا تنافسية مهمة في سوق المعالجة السطحية للشركات التي تطور أو تتبنى مثل هذه العمليات. وهذا ينطبق بشكل خاص عندما تكون الأسعار مرتفعة ومنخفضة. ارتفعت تكلفة تصنيع عامل التصنيع إلى المستوى المعتاد، حتى لو انخفض سعر المواد الخام المحلية قليلاً، فقد يؤدي ذلك إلى تثبيت بدائل المواد الخافضة للتوتر السطحي وقد يشجع على إنشاء مصانع جديدة لإنتاج عديد السكاريد الألكيل.