Procesos de transglicosidación utilizando D-glucosa como materia prima.

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 alquilpoliglicósidos tensioactivos mediante glicosilación directa de Fischer o mediante transglicósidos de dos etapas de butilpoliglicósido en presencia de un catalizador ácido, con agua como subproducto. Se debe destilar agua de la mezcla de reacción para cambiar el equilibrio de la reacción hacia el producto deseado. En el proceso de glicosilación se deben evitar las faltas de homogeneidad en la mezcla de reacción, ya que pueden conducir a una formación excesiva de la llamada polidextrosa, lo cual es altamente indeseable. Por lo tanto, muchas estrategias técnicas se centran en los eductos homogéneos n-glucosa y alcohol, que son difíciles de miscibles debido a sus diferentes polaridades. 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 glucosa normales por residuo alquilo, el llamado grado de polimerización, es básicamente una función de la relación molar de los eductos durante el proceso de fabricación. Debido a sus notables propiedades tensioactivas, se prefieren especialmente los alquilpoliglicósidos con un grado de polimerización entre 1 y 3, por lo que en este método se deben utilizar aproximadamente 3-10 moles de alcoholes grasos por mol de glucosa normal.

El grado de polimerización disminuye con un exceso creciente de alcohol graso. El exceso de alcohol graso se separa y recupera mediante procesos de destilación al vacío de varias etapas con evaporadores de película descendente, que permiten mantener el estrés térmico al mínimo. La temperatura de evaporación debería ser lo suficientemente alta y el tiempo de contacto en la zona caliente lo suficientemente largo para asegurar una destilación adecuada del exceso de alcohol graso y el flujo de la masa fundida de alquilpoliglucósido, sin que se produzcan reacciones de descomposición considerables. Se puede utilizar favorablemente una serie de etapas de evaporación para separar primero las fracciones de bajo punto de ebullición, luego la cantidad principal de alcohol graso y finalmente el alcohol graso restante hasta que se obtengan los alquilpoliglucósidos fundidos como residuos solubles en agua.

Incluso cuando la síntesis y evaporación del alcohol graso se realizan en las condiciones más suaves, se produce una decoloración marrón no deseada, lo que requiere procesos de blanqueo para refinar los productos. Un método de blanqueo que ha demostrado ser adecuado es la adición de oxidantes tales como peróxido de hidrógeno a preparaciones acuosas de alquilpoliglucósidos en medio alcalino en presencia de iones de magnesio.

Las múltiples investigaciones y variantes utilizadas durante la síntesis, el procesamiento y el refinado muestran que aún hoy no existen soluciones "llave en mano" de aplicación general para obtener grados de producto específicos. Al contrario, es necesario elaborar, adaptar y optimizar todos los pasos del proceso. Este capítulo ha proporcionado sugerencias y descrito algunas formas practicables de idear soluciones técnicas, además de establecer condiciones químicas y físicas estándar para realizar reacciones, separación y procesos de 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.

Se puede esperar que la disponibilidad y los precios futuros de las materias primas fósiles y renovables, así como los avances técnicos en la producción y aplicación de los alquilpoliglucósidos, tengan una influencia decisiva en el desarrollo del volumen del mercado y de las capacidades de producción de estos últimos. Las soluciones técnicas viables que ya existen para la producción y el uso de alquilpoliglucósidos pueden brindar una ventaja competitiva vital en el mercado de tensioactivos a las empresas que han desarrollado o que ya emplean dichos procesos. Esto es especialmente cierto en caso de precios elevados del petróleo crudo y precios bajos de los cereales. Dado que los costos fijos de fabricación están ciertamente en un nivel habitual para los surfactantes industriales a granel, incluso ligeras reducciones en el precio de las materias primas nativas pueden impulsar la sustitución de surfactantes como productos básicos y pueden alentar claramente la instalación de nuevas plantas de producción de alquilpoliglucósidos.