عمليات Transglycosidation باستخدام D- الجلوكوز كمواد خام.

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 جليكوسيدات ألكيل نشطة السطح عن طريق جليكوزيل فيشر المباشر أو عن طريق ترانس جليكوسيدات من خطوتين لبوتيل بولي جليكوسيد في وجود محفز حمضي، مع الماء كمنتج ثانوي. يجب تقطير الماء من خليط التفاعل لتحويل توازن التفاعل نحو المنتج المطلوب. في عملية الارتباط بالجليكوزيل، يجب تجنب عدم التجانس في خليط التفاعل لأنه يمكن أن يؤدي إلى تكوين مفرط لما يسمى بوليدكستروز، وهو أمر غير مرغوب فيه إلى حد كبير. لذلك، تركز العديد من الاستراتيجيات التقنية على المستحضرات المتجانسة مثل الجلوكوز والكحول، والتي يصعب امتزاجها بسبب أقطابها المختلفة. 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 الطبيعية لكل بقايا ألكيل، أو ما يسمى بدرجة البلمرة، هو في الأساس دالة للنسبة المولية للقنوات أثناء عملية التصنيع. نظرًا لخصائصها الفعالة على السطح، يُفضل بشكل خاص ألكيل بولي جليكوسيدات بدرجة بلمرة تتراوح بين 1 و3، ولهذا السبب يجب استخدام حوالي 3-10 مول من الكحولات الدهنية لكل مول من الجلوكوز العادي في هذه الطريقة.

تنخفض درجة البلمرة عند زيادة نسبة الكحول الدهني. يتم فصل الكحول الدهني الزائد واستعادته عن طريق عمليات التقطير الفراغي متعددة الخطوات باستخدام المبخرات ذات الأغشية المتساقطة، مما يجعل من الممكن الحفاظ على الضغط 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 المناسب للكحول الدهني الزائد وتدفق مصهور الألكيل بولي جلوكوزيد، دون حدوث أي تفاعلات تحلل كبيرة. يمكن استخدام سلسلة من خطوات التبخر بشكل إيجابي لفصل الأجزاء منخفضة الغليان أولاً، ثم الكمية الرئيسية من الكحول الدهني، وأخيرًا الكحول الدهني المتبقي حتى يتم الحصول على ذوبان الألكيل بولي جلوكوزيد كمخلفات قابلة للذوبان في الماء.

حتى عندما يتم تصنيع وتبخير الكحول الدهني في ظل الظروف الأكثر لطفًا، يحدث تغير في اللون البني غير المرغوب فيه، مما يستدعي عمليات التبييض لتحسين المنتجات. إحدى طرق التبييض التي أثبتت ملاءمتها هي إضافة مواد مؤكسدة مثل بيروكسيد الهيدروجين إلى المستحضرات المائية من بولي جلوكوزيدات الألكيل في وسط قلوي في وجود أيونات المغنيسيوم.

تُظهر التحقيقات والمتغيرات المتعددة المستخدمة أثناء التوليف والعمل والتكرير أنه حتى اليوم لا توجد حلول "جاهزة للاستخدام" قابلة للتطبيق بشكل عام للحصول على درجات منتجات معينة. على العكس من ذلك، تحتاج جميع خطوات العملية إلى العمل عليها وتعديلها وتحسينها بشكل متبادل. يقدم هذا الفصل اقتراحات ووصف بعض الطرق العملية لوضع حلول تقنية، بالإضافة إلى ذكر الظروف الكيميائية والفيزيائية القياسية لإجراء التفاعلات وعمليات الفصل 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.

من المتوقع أن يكون للتوافر المستقبلي للمواد الخام الأحفورية والمتجددة وأسعارها، بالإضافة إلى المزيد من التقدم التقني في إنتاج واستخدام ألكيل بولي جلوكوسيدات، تأثير حاسم على تطوير حجم السوق وقدرات الإنتاج في هذه الأخيرة. إن الحلول التقنية القابلة للتطبيق الموجودة بالفعل لإنتاج واستخدام ألكيل بولي جلوكوزيدات قد تعطي ميزة تنافسية حيوية في سوق المواد الخافضة للتوتر السطحي للشركات التي طورت أو تستخدم بالفعل مثل هذه العمليات. وينطبق هذا بشكل خاص في حالة ارتفاع أسعار النفط الخام وانخفاض أسعار الحبوب. نظرًا لأن تكاليف التصنيع الثابتة هي بالتأكيد على المستوى المعتاد بالنسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي الصناعية، فإن حتى التخفيضات الطفيفة في أسعار المواد الخام المحلية قد تحث على استبدال سلع المواد الخافضة للتوتر السطحي وقد تشجع بوضوح إنشاء مصانع إنتاج جديدة لبولي جلوكوزيدات الألكيل.