Procesos de transglicosidación utilizando D-glicosa como materia prima.

A glicosidación de Fischer é o único método de síntese química que permitiu o desenvolvemento das solucións económicas e tecnicamente perfeccionadas actuais para a produción a gran escala de alquilpoliglucósidos. Xa se realizaron plantas de produción con capacidades superiores a 20.000 t/ano e amplían a gama de produtos da industria de surfactantes con tensioactivos baseados en materias primas renovables. A D-glicosa e os alcohois graxos lineais C8-C16 demostraron ser as materias primas preferidas. Estes eductos poden converterse en alquilpoliglicósidos tensioactivos mediante a glicosilación directa de Fischer ou mediante transglicósidos en dous pasos de butilpoliglicósido en presenza dun catalizador ácido, coa auga como subproduto. A auga debe ser destilada da mestura de reacción para desprazar o equilibrio da reacción cara ao produto desexado. No proceso de glicosilación, débense evitar as inhomoxeneidades na mestura de reacción porque poden levar á formación excesiva da chamada polidextrosa, que é moi indesexable. Polo tanto, moitas estratexias técnicas céntranse nos eductos homoxéneos n-glicosa e alcohol, que son difíciles de miscir debido ás súas diferentes polaridades. Durante a reacción, fórmanse enlaces glicosídicos tanto entre o alcohol graxo e a n-glicosa como entre as propias unidades de n-glicosa. Consecuentemente, os alquilpoliglucósidos fórmanse como mesturas de fraccións con diferentes números de unidades de glicosa no residuo de alquilo de cadea longa. Cada unha destas fraccións, á súa vez, está formada por varios constituíntes isoméricos, xa que as unidades de n-glicosa asumen diferentes formas anoméricas e formas de anel en equilibrio químico durante a glicosidación de Fischer e as ligazóns glicosídicas entre as unidades de D-glicosa ocorren en varias posicións de enlace posibles. . A proporción de anómeros das unidades de D-glicosa é de aproximadamente α/β＝ 2:1 e parece difícil de influír nas condicións descritas na síntese de Fischer. En condicións termodinámicamente controladas, as unidades de n-glicosa contidas na mestura de produtos existen predominantemente en forma de piranósidos. O número medio de unidades normais de glicosa por residuo de alquilo, o chamado grao de polimerización, é basicamente unha función da relación molar dos edutos durante o proceso de fabricación. Debido ás súas notables propiedades surfactantes, prefírense especialmente os alquilpoliglicósidos cun grao de polimerización entre 1 e 3, polo que neste método deben usarse uns 3-10 moles de alcohois graxos por mol de glicosa normal.

O grao de polimerización diminúe ao aumentar o exceso de alcohol graxo. O exceso de alcohol graxo sepárase e recupera mediante procesos de destilación ao baleiro de varios pasos con evaporadores de película descendente, que permiten manter o estrés térmico ao mínimo. A temperatura de evaporación debe ser o suficientemente alta e o tempo de contacto na zona quente o suficiente para garantir a destilación adecuada do exceso de alcohol graxo e o fluxo do fundido de alquil poliglucósido, sen que se produzan reaccións de descomposición considerables. Pódense empregar favorablemente unha serie de etapas de evaporación para separar primeiro as fraccións de baixo punto de ebulición, despois a principal cantidade de alcohol graxo e, finalmente, o resto de alcohol graxo ata que se obteñan os alquilpoliglucósidos fundidos como residuos solubles en auga.

Mesmo cando a síntese e a evaporación do alcohol graxo se realizan nas condicións máis suaves, prodúcese unha decoloración marrón non desexada, que require procesos de branqueamento para refinar os produtos. Un método de branqueamento que resultou adecuado é a adición de oxidantes como peróxido de hidróxeno a preparacións acuosas de alquilpoliglucósidos en medio alcalino en presenza de ións magnesio.

As múltiples investigacións e variantes empregadas durante a síntese, o traballo e o perfeccionamento mostran que aínda hoxe non existen solucións "chave en man" xeralmente aplicables para a obtención de calidades específicas de produtos. Pola contra, todos os pasos do proceso deben ser elaborados, axustados mutuamente e optimizados. Este capítulo proporcionou suxestións e describiu algunhas formas practicables de idear solucións técnicas, ademais de indicar as condicións físicas e químicas estándar para a realización de reaccións, separación e procesos de refinado.

Os tres procesos principais: transglicosidación homoxénea, proceso de purín e técnica de alimentación de glicosa, pódense utilizar en condicións industriais. Durante a transglicosidación, a concentración do poliglucósido de butil intermedio, que actúa como solubilizante dos edutos D-glicosa e butanol, debe manterse nun 15% aproximadamente na mestura de reacción para evitar deshomoxeneidades. Para o mesmo fin, a concentración de auga na mestura de reacción empregada para a síntese directa de Fischer de alquilpoliglucósidos debe manterse en menos do 1 %. A maiores contidos de auga existe o risco de converter a D-glicosa cristalina en suspensión nunha masa pegajosa, o que posteriormente provocaría un mal procesamento e unha polimerización excesiva. A axitación e homoxeneización efectivas promoven a distribución fina e a reactividade da D-glicosa cristalina na mestura de reacción.

Á hora de seleccionar o método de síntese e as súas variantes máis sofisticadas hai que ter en conta tanto factores técnicos como económicos. Os procesos de transglicosidación homoxéneos baseados en xaropes de D-glicosa parecen especialmente favorables para a produción continua a gran escala. Permiten un aforro permanente na cristalización da materia prima D-glicosa na cadea de valor engadido, que compensan con creces os maiores investimentos puntuales na etapa de transglicosidación e na recuperación do butanol. O uso de n-butanol non presenta outras desvantaxes, xa que se pode reciclar case por completo, polo que as concentracións residuais nos produtos finais recuperados son só unhas poucas partes por millón, o que pode considerarse non crítico. A glicosidación directa de Fischer segundo o proceso de purín ou a técnica de alimentación de glicosa prescinde da etapa de transglicosidación e da recuperación de butanol. Tamén se pode realizar de forma continua e require un gasto de capital lixeiramente inferior.

Pódese esperar que a dispoñibilidade e os prezos futuros das materias primas fósiles e renovables, así como os novos avances técnicos na produción e aplicación de alquilpoliglucósidos, teñan unha influencia decisiva no desenvolvemento do volume de mercado e da capacidade de produción destes últimos. As solucións técnicas viables que xa existen para a produción e uso de alquilpoliglucósidos poden dar unha vantaxe competitiva vital no mercado de surfactantes ás empresas que desenvolveron ou xa empregan tales procesos. Isto é especialmente certo no caso de prezos elevados do petróleo e baixos prezos dos cereais. Dado que os custos fixos de fabricación son certamente un nivel habitual para os surfactantes industriais a granel, incluso pequenas reducións no prezo das materias primas nativas poden impulsar a substitución de produtos surfactantes e poden incentivar claramente a instalación de novas plantas de produción de alquilpoliglucósidos.