LOS MÉTODOS PARA FABRICAR ALQUIL GLUCÓSIDOS

La glicosidación de Fischer es el único método de síntesis química que ha permitido el desarrollo de soluciones económicas y técnicamente perfeccionadas hoy en día para la producción a gran escala de alquilpoliglucósidos. Ya se han construido plantas de producción con capacidades de más de 20.000 t/año que amplían 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 se pueden convertir en alquilpoliglucósidos tensioactivos mediante glicosidación directa de Fischer 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 cambiar el equilibrio de la reacción hacia los productos deseados. Durante el proceso de glicosidación se deben evitar las faltas de homogeneidad en la mezcla de reacción, ya que conducen a una formación excesiva de los llamados poliglucósidos, que son altamente indeseables. Por ello, muchas estratagemas técnicas se centran en homogeneizar los eductos n-glucosa y alcoholes, que debido a su diferencia de polaridad son poco miscibles. Durante la reacción se forman enlaces glicosídicos 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 diferente número de unidades de glucosa en el residuo alquilo de cadena larga. Cada una de estas fracciones, a su vez, se compone de varios constituyentes isoméricos, ya que las unidades de n-glucosa asumen diferentes formas anoméricas y formas de anillo en equilibrio químico durante la glicosidación de Fischer y los enlaces glicosídicos entre las unidades de D-glucosa ocurren en varias posiciones de enlace posibles. . La proporción de anómeros de las unidades de D-glucosa es aproximadamente α/β＝ 2:1 y parece difícil de influir 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 encuentran predominantemente en forma de piranósidos. El número medio de unidades de n-glucosa por residuo alquilo, el llamado grado de polimerización, es esencialmente función de la relación molar de los eductos durante la fabricación. Debido a sus marcadas propiedades tensioactivas se prefieren especialmente los alquilpoliglucósidos con grados de polimerización entre 1 y 3, para los cuales se deben utilizar aproximadamente 3-10 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. El exceso de alcoholes grasos se separa y recupera mediante un proceso de destilación al vacío de varios pasos con evaporadores de película descendente, de modo que el estrés térmico se puede mantener al mínimo. La temperatura de evaporación debe ser lo suficientemente alta y el tiempo de contacto en la zona caliente lo suficientemente largo para asegurar una destilación suficiente del exceso de alcohol graso y el flujo de la masa fundida de alquilpoliglucósido sin ninguna 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 cantidad principal de alcohol graso y finalmente el alcohol graso restante, hasta que el alquilpoliglicósido se funda como un residuo soluble en agua.

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

Los múltiples estudios y variantes utilizadas en el proceso de síntesis, postprocesamiento y refinado garantizan que aún hoy no exista una solución “llave en mano” de amplia aplicación para obtener un grado de producto específico. Por el contrario, es necesario formular todos los pasos del proceso. Dongfu ofrece algunas sugerencias para el diseño de la solución y las soluciones técnicas, y explica las condiciones químicas y físicas para el proceso de reacción, separación y refinación.

Los tres procesos principales (transglucosidación homogénea, proceso de suspensión y técnica de alimentación de glucosa) se pueden utilizar en condiciones industriales. Durante la transglicosidación, la concentración del butilpoliglucósido intermedio, 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 faltas de homogeneidad. Con el mismo fin, la concentración de agua en la mezcla de reacción empleada para la síntesis directa de Fischer de alquilpoliglucósidos debe mantenerse en menos de aproximadamente el 1%. Con contenidos de agua elevados existe el riesgo de que la D-glucosa cristalina suspendida se convierta en una masa pegajosa, lo que conduciría posteriormente a un mal procesamiento y a una polimerización excesiva. La 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 tanto técnicos como económicos. Los procesos de transglucosidación homogéneos basados ​​en jarabes de D-glucosa parecen especialmente favorables para una producción continua a gran escala. Permiten ahorros permanentes en la cristalización de la materia prima D-glucosa en la cadena de valor añadido, que compensan con creces las mayores inversiones únicas en el paso de transglicosidación y recuperación de butanol. El uso de n-butanol no presenta otras desventajas, ya que se puede reciclar casi por completo, de modo que las concentraciones residuales en los productos finales recuperados son sólo de unas pocas partes por millón, lo que puede considerarse no crítico. La glicosidación directa de Fischer según el proceso de suspensión o la técnica de alimentación de glucosa prescinde de la etapa de transglicosidación y de la recuperación de butanol. También se puede realizar de forma continua y requiere un gasto de capital ligeramente menor.

En el futuro, la oferta y el precio de las materias primas fósiles y renovables, así como el avance tecnológico en la producción de alquilpolisacáridos, tendrán un impacto decisivo en la capacidad del mercado y la capacidad de producción, desarrollo y aplicación. El polisacárido base ya cuenta con soluciones técnicas propias que pueden proporcionar importantes ventajas competitivas en el mercado de tratamiento de superficies para las empresas que desarrollan o han adoptado dichos procesos. Esto es especialmente cierto cuando los precios son altos y bajos. El coste de fabricación del agente de fabricación ha aumentado al nivel habitual, aunque el precio de las materias primas locales baje ligeramente, esto puede fijar los sustitutos de los tensioactivos y fomentar la instalación de nuevas plantas de producción de alquilpolisacáridos.