Processos de transglicosilació utilitzant D-glucosa com a matèria primera.

La glicosilació 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 de poliglucòsids d'alquil. Ja s'han realitzat plantes de producció amb capacitats de més de 20.000 t/any que 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 poliglucòsids d'alquil tensioactius mitjançant glicosilació de Fischer directa o mitjançant transglicòsids de dos passos de poliglucòsid de butil en presència d'un catalitzador àcid, amb aigua com a subproducte. Cal destil·lar aigua 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 a la mescla de reacció, ja que poden conduir a 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, que són difícils de miscir a causa de les seves diferents polaritats. Durant la reacció, es formen enllaços glicosídics tant entre l'alcohol gras i la n-glucosa com entre les pròpies unitats de n-glucosa. Els poliglucòsids alquils es formen en conseqüència com a mescles de fraccions amb diferents nombres d'unitats de glucosa al residu 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 glicosilació de Fischer i els enllaços glicosídics entre les unitats de D-glucosa es produeixen en diverses posicions d'enllaç possibles. La relació anòmera 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 controlades termodinàmicament, les unitats de n-glucosa contingudes a la mescla de productes existeixen predominantment en forma de piranòsids. El nombre mitjà d'unitats de glucosa normal per residu 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, es prefereixen especialment els poliglicòsids d'alquil amb un grau de polimerització entre 1 i 3, 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 es recupera mitjançant processos de destil·lació al buit de diverses etapes amb evaporadors de pel·lícula caient, que permeten mantenir la tensió tèrmica al mínim. La temperatura d'evaporació ha de ser prou alta i el temps de contacte a la zona calenta 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 pot emprar favorablement una sèrie de passos 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 s'obtenen les masses foses d'alquil poliglucòsid 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 ha demostrat ser adequat és l'addició d'oxidants com el peròxid d'hidrogen a preparacions aquoses de poliglucòsids d'alquil en medi alcalí en presència d'ions de magnesi.

Les múltiples investigacions i variants emprades durant la síntesi, el processament i el refinament mostren que, fins i tot avui dia, encara no hi ha solucions "clau en mà" generalment aplicables per obtenir graus de producte específics. Al contrari, cal elaborar, ajustar i optimitzar mútuament tots els passos del procés. Aquest capítol ha proporcionat suggeriments i ha descrit algunes maneres pràctiques de dissenyar solucions tècniques, així com ha establert les condicions químiques i físiques estàndard per dur a terme reaccions, separació i processos de refinament.

Els tres processos principals (la transglicosilació homogènia, el procés en suspensió i la tècnica d'alimentació de glucosa) es poden utilitzar en condicions industrials. Durant la transglicosilació, la concentració del butil poliglucòsid intermedi, que actua com a solubilitzant per als eductes D-glucosa i butanol, s'ha de mantenir per sobre del 15% a la mescla de reacció per evitar inhomogeneïtats. Amb el mateix propòsit, la concentració d'aigua a la mescla de reacció emprada per a la síntesi directa de Fischer de poliglucòsids d'alquil s'ha de mantenir inferior a l'1%. A continguts d'aigua més elevats hi ha el risc de convertir la D-glucosa cristal·lina suspesa en una massa enganxosa, que posteriorment provocaria un mal processament i una polimerització excessiva. Una agitació i homogeneïtzació efectives promouen la distribució fina i la reactivitat de la D-glucosa cristal·lina a la mescla de reacció.

A l'hora de seleccionar el mètode de síntesi i les seves variants més sofisticades, cal tenir en compte tant els factors tècnics com els econòmics. Els processos de transglicosilació 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, cosa que compensa amb escreix les majors inversions puntuals en l'etapa de transglicosilació i la recuperació de butanol. L'ús de n-butanol no presenta altres desavantatges, ja que es pot reciclar gairebé completament, de manera que les concentracions residuals en els productes finals recuperats són només unes poques parts per milió, cosa que es pot considerar no crítica. La glicosilació directa de Fischer segons el procés de suspensió o la tècnica d'alimentació de glucosa prescindeix de l'etapa de transglicosilació i la recuperació de butanol. També es pot realitzar de forma contínua i requereix una despesa de capital lleugerament inferior.

Es pot esperar que la disponibilitat i els preus futurs de les matèries primeres fòssils i renovables, així com els avenços tècnics addicionals en la producció i l'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 l'ús d'alquilpoliglucòsids 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 d'alts preus del petroli cru i baixos preus dels cereals. Atès que els costos fixos de fabricació es troben certament en un nivell habitual per als tensioactius industrials a granel, fins i tot lleugeres reduccions en el preu de les matèries primeres autòctones poden instar a la substitució dels tensioactius bàsics i poden fomentar clarament la instal·lació de noves plantes de producció d'alquilpoliglucòsids.