Processos de transglicosidació utilitzant D-glucosa com a matèries primeres.

La glicosidació de Fischer és l'únic mètode de síntesi química que ha permès el desenvolupament de les solucions econòmiques i tècnicament perfeccionades actuals per a la producció a gran escala d'alquilpoliglucòsids. Ja s'han realitzat plantes de producció amb capacitats superiors a 20.000 t/any i amplien la gamma de productes de la indústria dels tensioactius amb agents tensioactius basats en matèries primeres renovables. La D-glucosa i els alcohols grassos lineals C8-C16 han demostrat ser les matèries primeres preferides. Aquests eductes es poden convertir en alquil poliglicòsids tensioactius mitjançant la glicosilació directa de Fischer o mitjançant transglicòsids en dos passos de butilpoliglicòsid en presència d'un catalitzador àcid, amb aigua com a subproducte. L'aigua s'ha de destil·lar de la mescla de reacció per desplaçar l'equilibri de la reacció cap al producte desitjat. En el procés de glicosilació, s'han d'evitar les inhomogeneïtats en la mescla de reacció perquè poden provocar una formació excessiva de l'anomenada polidextrosa, que és altament indesitjable. Per tant, moltes estratègies tècniques se centren en els eductes homogenis n-glucosa i alcohol, difícilment miscibles per les seves diferents polaritats. Durant la reacció, es formen enllaços glicosídics tant entre l'alcohol gras i la n-glucosa com entre les unitats de n-glucosa. En conseqüència, els alquil poliglucòsids es formen com a mescles de fraccions amb diferents nombres d'unitats de glucosa al residu d'alquil de cadena llarga. Cadascuna d'aquestes fraccions, al seu torn, està formada per diversos constituents isomèrics, ja que les unitats de n-glucosa assumeixen diferents formes anomèriques i formes d'anell en equilibri químic durant la glicosidació de Fischer i els enllaços glicosídics entre les unitats de D-glucosa es produeixen en diverses posicions d'enllaç possibles. . La proporció d'anòmers de les unitats de D-glucosa és aproximadament α/β＝ 2: 1 i sembla difícil d'influir en les condicions descrites de la síntesi de Fischer. En condicions de control termodinàmic, les unitats de n-glucosa contingudes en la barreja de producte existeixen predominantment en forma de piranòsids. El nombre mitjà d'unitats normals de glucosa per residu d'alquil, l'anomenat grau de polimerització, és bàsicament una funció de la relació molar dels eductes durant el procés de fabricació. A causa de les seves notables propietats tensioactives, els alquilpoliglicòsids amb un grau de polimerització entre 1 i 3 són especialment preferits, per la qual cosa s'han d'utilitzar uns 3-10 mols d'alcohols grassos per mol de glucosa normal en aquest mètode.

El grau de polimerització disminueix amb un excés creixent d'alcohol gras. L'excés d'alcohol gras es separa i recupera mitjançant processos de destil·lació al buit en múltiples etapes amb evaporadors de pel·lícula caiguda, que permeten mantenir l'estrès tèrmic al mínim. La temperatura d'evaporació ha de ser prou alta i el temps de contacte a la zona calenta ha de ser prou llarg per garantir una destil·lació adequada de l'excés d'alcohol gras i el flux de la massa fosa d'alquil poliglucòsid, sense que es produeixin reaccions de descomposició considerables. Es poden utilitzar favorablement una sèrie d'etapes d'evaporació per separar primer les fraccions de baix punt d'ebullició, després la quantitat principal d'alcohol gras i, finalment, l'alcohol gras restant fins que l'alquil poliglucòsid es fongui com a residus solubles en aigua.

Fins i tot quan la síntesi i l'evaporació de l'alcohol gras es realitzen en les condicions més suaus, es produeix una decoloració marró no desitjada, que requereix processos de blanqueig per refinar els productes. Un mètode de blanqueig que s'ha demostrat adequat és l'addició d'oxidants com el peròxid d'hidrogen a preparacions aquoses d'alquilpoliglucòsids en medi alcalí en presència d'ions magnesi.

Les múltiples investigacions i variants emprades durant la síntesi, l'elaboració i el perfeccionament mostren que encara avui no hi ha solucions "claus en mà" generalment aplicables per a l'obtenció de graus específics de producte. Al contrari, tots els passos del procés han de ser elaborats, ajustats mútuament i optimitzats. Aquest capítol ha proporcionat suggeriments i ha descrit algunes maneres practicables d'elaborar solucions tècniques, així com les condicions químiques i físiques estàndard per a la realització de reaccions, separació i processos de refinat.

Els tres processos principals (transglicosidació homogènia, procés de purins i tècnica d'alimentació de glucosa) es poden utilitzar en condicions industrials. Durant la transglicosidació, la concentració del butilpoliglucòsid intermedi, que actua com a solubilitzant dels eductes D-glucosa i butanol, s'ha de mantenir al voltant del 15% a la mescla de reacció per evitar deshomogeneïtats. Amb el mateix propòsit, la concentració d'aigua a la mescla de reacció emprada per a la síntesi directa de Fischer d'alquilpoliglucòsids s'ha de mantenir a menys de l'1 % aproximadament. A continguts d'aigua més elevats hi ha el risc de convertir la D-glucosa cristal·lina en suspensió en una massa pegajosa, que posteriorment donaria lloc a un mal processament i una polimerització excessiva. L'agitació i l'homogeneïtzació eficaços afavoreixen la distribució fina i la reactivitat de la D-glucosa cristal·lina a la barreja de reacció.

S'han de tenir en compte tant els factors tècnics com els econòmics a l'hora de seleccionar el mètode de síntesi i les seves variants més sofisticades. Els processos de transglicosidació homogenis basats en xarops de D-glucosa semblen especialment favorables per a la producció contínua a gran escala. Permeten estalvis permanents en la cristal·lització de la matèria primera D-glucosa a la cadena de valor afegit, que compensen amb escreix les inversions puntuals més elevades en l'etapa de transglicosidació i la recuperació del butanol. L'ús de n-butanol no presenta altres inconvenients, ja que es pot reciclar gairebé completament de manera que les concentracions residuals en els productes finals recuperats són només d'unes poques parts per milió, que es poden considerar no crítiques. La glicosidació directa de Fischer segons el procés de purins o la tècnica d'alimentació de glucosa prescindeix de l'etapa de transglicosidació i la recuperació de butanol. També es pot realitzar de manera contínua i requereix una inversió de capital lleugerament inferior.

Es pot esperar que la futura disponibilitat i preus de les matèries primeres fòssils i renovables, així com els nous avenços tècnics en la producció i aplicació d'alquilpoliglucòsids, tinguin una influència decisiva en el desenvolupament del volum de mercat i les capacitats de producció d'aquests últims. Les solucions tècniques viables que ja existeixen per a la producció i ús d'alquil poliglucòsids poden donar un avantatge competitiu vital en el mercat dels tensioactius a les empreses que han desenvolupat o ja utilitzen aquests processos. Això és especialment cert en cas de preus elevats del petroli cru i preus baixos dels cereals. Atès que els costos fixos de fabricació són, sens dubte, al nivell habitual per als tensioactius industrials a granel, fins i tot una lleugera reducció del preu de les matèries primeres natives pot impulsar la substitució de productes bàsics de tensioactius i pot afavorir clarament la instal·lació de noves plantes de producció d'alquil poliglucòsids.