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 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 glicosilación directa de Fischer o mediante transglicósidos de butilpoliglucósido en dos etapas en presencia de un catalizador ácido, con agua como subproducto. Es necesario destilar agua de la mezcla de reacción para desplazar el equilibrio de la reacción hacia el producto deseado. En el proceso de glicosilación, deben evitarse las inhomogeneidades en la mezcla de reacción, ya que pueden provocar la formación excesiva de la denominada 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 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 formada por varios constituyentes isoméricos, ya que las unidades de n-glucosa asumen diferentes formas anómeras y formas de anillo en equilibrio químico durante la glucosidación de Fischer y los enlaces glucosídicos entre las unidades de D-glucosa se producen 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 influir en las condiciones descritas de la síntesis de Fischer. En condiciones controladas termodinámicamente, las unidades de n-glucosa contenidas en la mezcla de productos existen predominantemente en forma de piranósidos. El número promedio de unidades de glucosa normal por residuo de alquilo, denominado grado de polimerización, depende básicamente de la relación molar de los eductos durante el proceso de fabricación. Debido a sus notables propiedades tensioactivas, se prefieren especialmente los alquilpoliglucósidos con un grado de polimerización entre 1 y 3, por lo que en este método se deben utilizar entre 3 y 10 moles de alcoholes grasos por mol de glucosa normal.

El grado de polimerización disminuye con un exceso creciente de alcohol graso. Este exceso se separa y recupera mediante procesos de destilación al vacío multietapa 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 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 emplear una serie de etapas de evaporación para separar primero las fracciones de bajo punto de ebullición, luego la mayor parte del alcohol graso y, finalmente, el alcohol graso restante, hasta obtener las masas fundidas de alquilpoliglucósido como residuos hidrosolubles.

Incluso cuando la síntesis y evaporación del alcohol graso se realizan en las condiciones más suaves, se produce una decoloración marrón indeseada, lo que requiere procesos de blanqueo para refinar los productos. Un método de blanqueo que ha demostrado ser adecuado es la adición de oxidantes como el peróxido de hidrógeno a preparaciones acuosas de alquilpoliglucósidos en un medio alcalino en presencia de iones de magnesio.

Las múltiples investigaciones y variantes empleadas durante la síntesis, el tratamiento y la refinación demuestran que, incluso hoy en día, no existen soluciones integrales de aplicación general para obtener grados específicos de producto. Por el contrario, es necesario definir, ajustar y optimizar todos los pasos del proceso. Este capítulo ha proporcionado sugerencias y descrito algunas maneras prácticas de idear soluciones técnicas, además de establecer condiciones químicas y físicas estándar para la realización de reacciones, 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.

Se espera que la futura disponibilidad y precios de materias primas fósiles y renovables, así como los avances técnicos en la producción y aplicación de alquilpoliglucósidos, tengan una influencia decisiva en el desarrollo del volumen de mercado y la capacidad de producción de estos últimos. Las soluciones técnicas viables que ya existen para la producción y el uso de alquilpoliglucósidos pueden otorgar una ventaja competitiva vital en el mercado de surfactantes a las empresas que han desarrollado o ya emplean dichos procesos. Esto es particularmente cierto en caso de altos precios del petróleo crudo y bajos precios de los cereales. Dado que los costos fijos de fabricación se encuentran ciertamente en un nivel habitual para surfactantes industriales a granel, incluso pequeñas reducciones en el precio de las materias primas nativas pueden impulsar la sustitución de surfactantes y pueden incentivar claramente la instalación de nuevas plantas de producción de alquilpoliglucósidos.