Transglykosideringsprocesser ved hjælp af D-glukose som råmateriale.

Fischer-glykosidering er den eneste metode til kemisk syntese, der har muliggjort udviklingen af ​​nutidens økonomiske og teknisk perfektionerede løsninger til storskalaproduktion af alkylpolyglukosider. Produktionsanlæg med kapaciteter på over 20.000 t/år er allerede blevet realiseret og udvider produktsortimentet for overfladeaktive stoffer industrien med overfladeaktive midler baseret på vedvarende råmaterialer. D-Glucose og lineære C8-C16 fedtalkoholer har vist sig at være de foretrukne råmaterialer. Disse edukter kan omdannes til overfladeaktive alkylpolyglycosider ved direkte Fischer-glycosylering eller ved to-trins transglykosider af butylpolyglycosid i nærværelse af en sur katalysator med vand som et biprodukt. Vand skal destilleres fra reaktionsblandingen for at flytte reaktionsligevægten mod det ønskede produkt. I glykosyleringsprocessen bør inhomogeniteter i reaktionsblandingen undgås, fordi de kan føre til overdreven dannelse af såkaldt polydextrose, hvilket er yderst uønsket. Derfor fokuserer mange tekniske strategier på de homogene edukter n-glucose og alkohol, som er svære at blande på grund af deres forskellige polariteter. Under reaktionen dannes glykosidbindinger både mellem fedtalkohol og n-glucose og mellem n-glucoseenhederne selv. Alkylpolyglukosider dannes følgelig som blandinger af fraktioner med forskellige antal glucoseenheder ved den langkædede alkylrest. Hver af disse fraktioner består igen af ​​flere isomere bestanddele, da n-glucoseenhederne antager forskellige anomere former og ringformer i kemisk ligevægt under Fischer-glykosidering, og de glykosidiske bindinger mellem D-glucoseenheder forekommer i flere mulige bindingspositioner . Anomerforholdet mellem D-glucoseenhederne er ca. α/β＝ 2:1 og synes vanskeligt at påvirke under de beskrevne betingelser for Fischer-syntese. Under termodynamisk kontrollerede forhold eksisterer n-glucoseenhederne i produktblandingen overvejende i form af pyranosider. Det gennemsnitlige antal normale glucoseenheder pr. alkylrest, den såkaldte polymerisationsgrad, er grundlæggende en funktion af molforholdet mellem edukter under fremstillingsprocessen. På grund af deres bemærkelsesværdige overfladeaktive egenskaber er alkylpolyglycosider med en polymerisationsgrad mellem 1 og 3 særligt foretrukne, hvorfor der skal anvendes ca. 3-10 mol fedtalkoholer pr. mol normal glucose ved denne fremgangsmåde.

Graden af ​​polymerisation falder ved et stigende overskud af fedtalkohol. Den overskydende fedtalkohol fraskilles og genvindes ved hjælp af flertrins vakuumdestillationsprocesser med faldfilmsfordampere, som gør det muligt at holde den termiske spænding på et minimum. Fordampningstemperaturen skal være lige høj nok, og kontakttiden i den varme zone lige lang nok til at sikre tilstrækkelig destillation af overskuddet af fedtalkohol og flow af alkylpolyglucosidsmelten, uden at der opstår væsentlige nedbrydningsreaktioner. En række af fordampningstrin kan med fordel anvendes til at adskille først lavtkogende fraktioner, derefter hovedmængden af ​​fedtalkohol og til sidst den resterende fedtalkohol, indtil alkylpolyglucosidet smelter opnås som vandopløselige rester.

Selv når syntese og fordampning af fedtalkoholen udføres under de mest skånsomme forhold, opstår der uønsket brun misfarvning, hvilket kræver blegeprocesser for at forfine produkterne. En blegemetode, der har vist sig egnet, er tilsætningen af ​​oxidanter såsom hydrogenperoxid til vandige præparater af alkylpolyglucosider i alkalisk medium i nærvær af magnesiumioner.

De mangfoldige undersøgelser og varianter, der anvendes under syntese, oparbejdning og raffinering, viser, at der selv i dag stadig ikke er nogen generelt anvendelige "nøglefærdige" løsninger til at opnå specifikke produktkvaliteter. Tværtimod skal alle procestrin udarbejdes, gensidigt justeres og optimeres. Dette kapitel har givet forslag og beskrevet nogle praktiske måder at udtænke tekniske løsninger på, samt angive kemiske og fysiske standardbetingelser for udførelse af reaktioner, separation og raffineringsprocesser.

Alle tre hovedprocesser – homogen transglykosidering, opslæmningsproces og glucosetilførselsteknik – kan bruges under industrielle forhold. Under transglykosidering skal koncentrationen af ​​mellemproduktet butylpolyglucosid, der virker som solubiliseringsmiddel for edukterne D-glucose og butanol, holdes over ca. 15 % i reaktionsblandingen for at undgå inhomogeniteter. Til samme formål skal vandkoncentrationen i reaktionsblandingen, der anvendes til direkte Fischer-syntese af alkylpolyglucosider, holdes på mindre end ca. 1 %. Ved højere vandindhold er der risiko for at omdanne den suspenderede krystallinske D-glucose til en klæbrig masse, hvilket efterfølgende ville resultere i dårlig forarbejdning og overdreven polymerisation. Effektiv omrøring og homogenisering fremmer den fine fordeling og reaktivitet af den krystallinske D-glucose i reaktionsblandingen.

Både tekniske og økonomiske faktorer skal tages i betragtning, når man vælger syntesemetoden og dens mere sofistikerede varianter. Homogene transglykosideringsprocesser baseret på D-glukosesirupper fremstår særligt gunstige til kontinuerlig produktion i stor skala. De muliggør permanente besparelser på krystallisation af råvaren D-glukose i værdikæden, hvilket mere end kompenserer for de højere engangsinvesteringer i transglykosideringstrinnet og genvinding af butanol. Anvendelsen af ​​n-butanol har ingen andre ulemper, da den kan genanvendes næsten fuldstændigt, således at restkoncentrationerne i de genvundne slutprodukter kun er nogle få ppm, hvilket kan betragtes som ikke-kritisk. Direkte Fischer-glykosidering i henhold til gylleprocessen eller glucosetilførselsteknikken undlader transglykosideringstrinnet og genvindingen af ​​butanol. Det kan også udføres kontinuerligt og kræver lidt lavere anlægsudgifter.

Den fremtidige tilgængelighed og priser på fossile og vedvarende råmaterialer samt yderligere tekniske fremskridt inden for produktion og anvendelse af alkylpolyglukosider kan forventes at have en afgørende indflydelse på udviklingen af ​​sidstnævntes markedsvolumen og produktionskapacitet. De levedygtige tekniske løsninger, der allerede findes til produktion og anvendelse af alkylpolyglukosider, kan give en afgørende konkurrencefordel på markedet for overfladeaktive stoffer til virksomheder, der har udviklet eller allerede anvender sådanne processer. Dette gælder især i tilfælde af høje råoliepriser og lave kornpriser. Da de faste fremstillingsomkostninger helt sikkert er på det sædvanlige niveau for bulk-industrielle overfladeaktive stoffer, kan selv små reduktioner i prisen på indfødte råmaterialer tilskynde til substitution af overfladeaktive stoffers råvarer og kan klart tilskynde til installation af nye produktionsanlæg for alkylpolyglucosider.