MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE ALQUIL GLUCÓSIDOS

La glicosidación de Fischer es el único método de síntesis química que ha permitido el desarrollo de soluciones económicas y técnicamente perfeccionadas para la producción a gran escala de alquilpoliglucósidos. Ya se han construido plantas de producción con capacidad superior a 20.000 t/año, ampliando la gama de productos de la industria de los tensioactivos con agentes tensioactivos basados en materias primas renovables. La D-glucosa y los alcoholes grasos lineales C8-C16 han demostrado ser las materias primas preferidas. Estos eductos pueden convertirse en alquilpoliglucósidos tensioactivos mediante glicosidación de Fischer directa o transglicosidación en dos etapas mediante butilpoliglucósido en presencia de catalizadores ácidos, con agua como subproducto. El agua debe destilarse de la mezcla de reacción para desplazar el equilibrio de la reacción hacia los productos deseados. Durante el proceso de glicosidación, deben evitarse las inhomogeneidades en la mezcla de reacción, ya que conducen a la formación excesiva de los llamados poliglucósidos, que son altamente indeseables. Por lo tanto, muchas estrategias técnicas se centran en homogeneizar los eductos n-glucosa y alcoholes, que son poco miscibles debido a su diferencia de polaridad. Durante la reacción, se forman enlaces glucosídicos tanto entre el alcohol graso y la n-glucosa como entre las propias unidades de n-glucosa. En consecuencia, los alquilpoliglucósidos se forman como mezclas de fracciones con diferentes números de unidades de glucosa en el residuo alquilo de cadena larga. Cada una de estas fracciones, a su vez, está compuesta por varios constituyentes isoméricos, ya que las unidades de n-glucosa adoptan diferentes formas anómeras y anulares en equilibrio químico durante la glicosidación de Fischer, y los enlaces glucosídicos entre las unidades de D-glucosa se presentan en varias posiciones de enlace posibles. La relación anómera de las unidades de D-glucosa es de aproximadamente α/β＝ 2:1 y parece difícil de modificar en las condiciones descritas de la síntesis de Fischer. En condiciones termodinámicamente controladas, las unidades de n-glucosa contenidas en la mezcla de productos se presentan predominantemente en forma de piranósidos. El número medio de unidades de n-glucosa por residuo de alquilo, el denominado grado de polimerización, depende esencialmente de la relación molar de los eductos durante la fabricación. Debido a sus pronunciadas propiedades tensioactivas[1], se da especial preferencia a los alquilpoliglucósidos con grados de polimerización entre 1 y 3, para los cuales se deben utilizar aproximadamente de 3 a 10 moles de alcohol graso por mol de n-glucosa en el proceso.

El grado de polimerización disminuye a medida que aumenta el exceso de alcohol graso. Este exceso se separa y recupera mediante un proceso de destilación al vacío de varias etapas con evaporadores de película descendente, lo que minimiza la tensión térmica. La temperatura de evaporación debe ser lo suficientemente alta y el tiempo de contacto en la zona caliente lo suficientemente largo para garantizar una destilación suficiente del exceso de alcohol graso y el flujo de la masa fundida de alquilpoliglucósido sin una reacción de descomposición significativa. Se puede utilizar ventajosamente una serie de etapas de evaporación para separar primero la fracción de bajo punto de ebullición, luego la mayor parte del alcohol graso y, finalmente, el alcohol graso restante, hasta que el alquilpoliglucósido se funde como un residuo hidrosoluble.

Incluso en las condiciones más suaves para la síntesis y evaporación de alcoholes grasos, se produce una decoloración marrón indeseable, por lo que se requieren procesos de blanqueo para refinar el producto. Un método de blanqueo que ha demostrado ser eficaz consiste en añadir un agente oxidante, como el peróxido de hidrógeno, a una formulación acuosa de alquilpoliglucósido en un medio alcalino en presencia de iones de magnesio.

Los múltiples estudios y variantes empleados en los procesos de síntesis, posprocesamiento y refinación garantizan que, incluso hoy en día, no exista una solución integral de amplia aplicación para obtener un grado específico de producto. Por el contrario, es necesario formular todos los pasos del proceso. Dongfu ofrece algunas sugerencias para el diseño de soluciones y soluciones técnicas, y explica las condiciones químicas y físicas del proceso de reacción, separación y refinación.

Los tres procesos principales (transglucosidación homogénea, proceso en suspensión y técnica de alimentación de glucosa) pueden emplearse en condiciones industriales. Durante la transglucosidación, la concentración del intermedio butil poliglucósido, que actúa como solubilizante para los eductos D-glucosa y butanol, debe mantenerse por encima de aproximadamente el 15 % en la mezcla de reacción para evitar inhomogeneidades. Con el mismo propósito, la concentración de agua en la mezcla de reacción empleada para la síntesis directa de Fischer de alquilpoliglucósidos debe mantenerse por debajo de aproximadamente el 1 %. Con contenidos de agua más altos, existe el riesgo de convertir la D-glucosa cristalina suspendida en una masa pegajosa, lo que posteriormente resultaría en un procesamiento deficiente y una polimerización excesiva. Una agitación y homogeneización efectivas promueven la distribución fina y la reactividad de la D-glucosa cristalina en la mezcla de reacción.

Al seleccionar el método de síntesis y sus variantes más sofisticadas, deben considerarse factores técnicos y económicos. Los procesos de transglicosidación homogéneos basados en jarabes de D-glucosa resultan especialmente favorables para la producción continua a gran escala. Permiten ahorros permanentes en la cristalización de la D-glucosa como materia prima en la cadena de valor, lo que compensa con creces las mayores inversiones únicas en la etapa de transglicosidación y la recuperación de butanol. El uso de n-butanol no presenta otras desventajas, ya que puede reciclarse casi por completo, de modo que las concentraciones residuales en los productos finales recuperados son de tan solo unas pocas partes por millón, lo que puede considerarse no crítico. La glicosidación directa de Fischer, mediante el proceso en suspensión o la técnica de alimentación de glucosa, prescinde de la etapa de transglicosidación y la recuperación de butanol. Además, puede realizarse de forma continua y requiere una inversión de capital ligeramente inferior.

En el futuro, el suministro y el precio de las materias primas fósiles y renovables, así como el avance tecnológico en la producción de polisacáridos de alquilo, tendrán un impacto decisivo en la capacidad de mercado y la capacidad de producción para su desarrollo y aplicación. El polisacárido base ya cuenta con soluciones técnicas propias que pueden brindar importantes ventajas competitivas en el mercado del tratamiento de superficies a las empresas que desarrollan o han adoptado dichos procesos. Esto es especialmente cierto en condiciones de precios altos y bajos. El costo de fabricación del agente de fabricación ha aumentado a su nivel habitual, incluso si el precio de las materias primas locales disminuye ligeramente, lo que podría fijar los sustitutos de los surfactantes e incentivar la instalación de nuevas plantas de producción de polisacáridos de alquilo.