Ալկիլ գլյուկոզիդների արտադրության մեթոդներ

Ֆիշերի գլիկոզիդացումը քիմիական սինթեզի միակ մեթոդն է, որը հնարավորություն է տվել մշակել ալկիլ պոլիգլյուկոզիդների մեծածավալ արտադրության համար այսօրվա տնտեսական և տեխնիկապես կատարելագործված լուծումները: Ավելի քան 20,000 տ/տարի հզորությամբ արտադրական գործարաններ արդեն իսկ իրականացվել են և ընդլայնում են մակերևութային ակտիվ նյութերի արդյունաբերության արտադրանքի տեսականին՝ օգտագործելով վերականգնվող հումքի վրա հիմնված մակերևութային ակտիվ նյութեր: D-գլյուկոզը և գծային C8-C16 ճարպային սպիրտները ապացուցել են իրենց նախընտրելի հումքը: Այս արդուկտները կարող են վերածվել մակերևութային ակտիվ ալկիլ պոլիգլյուկոզիդների՝ ուղղակի Ֆիշերի գլիկոզիդացման կամ երկաստիճան տրանսգլիկոզիդացման միջոցով՝ բուտիլ պոլիգլյուկոզիդի միջոցով՝ թթվային կատալիզատորների առկայությամբ, ջուրը որպես ենթամթերք օգտագործելով: Ջուրը պետք է թորվի ռեակցիայի խառնուրդից՝ ռեակցիայի հավասարակշռությունը ցանկալի արդյունքների ուղղությամբ տեղափոխելու համար: Գլիկոզիդացման գործընթացի ընթացքում պետք է խուսափել ռեակցիայի խառնուրդի անհամասեռություններից, քանի որ դրանք հանգեցնում են այսպես կոչված պոլիգլյուկոզիդների չափազանց առաջացմանը, որոնք խիստ անցանկալի են: Հետևաբար, շատ տեխնիկական ռազմավարություններ կենտրոնանում են n-գլյուկոզի և սպիրտների արդյուկտների համասեռացման վրա, որոնք վատ են խառնվում իրենց բևեռայնության տարբերության պատճառով: Ռեակցիայի ընթացքում գլիկոզիդային կապեր են առաջանում ինչպես ճարպային սպիրտի և n-գլյուկոզի, այնպես էլ n-գլյուկոզիդային միավորների միջև: Հետևաբար, ալկիլ պոլիգլյուկոզիդները ձևավորվում են որպես ֆրակցիաների խառնուրդներ՝ երկար շղթայի ալկիլային մնացորդում տարբեր քանակությամբ գլյուկոզիդային միավորներով: Այս ֆրակցիաներից յուրաքանչյուրը, իր հերթին, կազմված է մի քանի իզոմեր բաղադրիչներից, քանի որ n-գլյուկոզիդային միավորները Ֆիշերի գլիկոզիդացման ընթացքում քիմիական հավասարակշռության մեջ ընդունում են տարբեր անոմերային ձևեր և օղակաձև ձևեր, և D-գլյուկոզիդային միավորների միջև գլիկոզիդային կապերը տեղի են ունենում մի քանի հնարավոր կապի դիրքերում: D-գլյուկոզիդային միավորների անոմերային հարաբերակցությունը մոտավորապես α/β＝ 2:1 է և, կարծես, դժվար է ազդել Ֆիշերի սինթեզի նկարագրված պայմաններում: Ջերմադինամիկորեն վերահսկվող պայմաններում, արտադրանքի խառնուրդում պարունակվող n-գլյուկոզիդային միավորները հիմնականում գոյություն ունեն պիրանոզիդների տեսքով: Ալկիլային մնացորդի վրա n-գլյուկոզային միավորների միջին քանակը, այսպես կոչված պոլիմերացման աստիճանը, էապես կախված է արտադրության ընթացքում ստացված նյութերի մոլային հարաբերակցությունից: Իրենց արտահայտված մակերևութային ակտիվ նյութերի հատկությունների[1] պատճառով հատուկ նախապատվություն է տրվում 1-ից 3 պոլիմերացման աստիճան ունեցող ալկիլ պոլիգլյուկոզիդներին, որոնց համար գործընթացում յուրաքանչյուր մոլ n-գլյուկոզի համար պետք է օգտագործվի մոտավորապես 3-10 մոլ ճարպային սպիրտ:

Պոլիմերացման աստիճանը նվազում է ճարպային սպիրտի ավելցուկի ավելացմանը զուգընթաց: Ավելորդ ճարպային սպիրտները բաժանվում և վերականգնվում են բազմաստիճան վակուումային թորման գործընթացով՝ ընկնող թաղանթային գոլորշիացնողներով, որպեսզի ջերմային լարվածությունը նվազագույնի հասցվի: Գոլորշիացման ջերմաստիճանը պետք է լինի բավականաչափ բարձր, իսկ շփման ժամանակը տաք գոտում՝ բավականաչափ երկար, որպեսզի ապահովվի ավելորդ ճարպային սպիրտի բավարար թորումը և ալկիլ պոլիգլյուկոզիդային հալույթի հոսքը՝ առանց որևէ էական քայքայման ռեակցիայի: Գոլորշիացման մի շարք փուլեր կարող են առավելապես օգտագործվել նախ ցածր եռման ֆրակցիան, ապա ճարպային սպիրտի հիմնական քանակը և վերջապես մնացած ճարպային սպիրտը առանձնացնելու համար, մինչև ալկիլ պոլիգլիկոզիդը հալվի որպես ջրում լուծվող մնացորդ:

Նույնիսկ ճարպային սպիրտների սինթեզի և գոլորշիացման ամենամեղմ պայմաններում տեղի կունենա անցանկալի շագանակագույն գունաթափում, և արդյունքը մաքրելու համար անհրաժեշտ կլինեն սպիտակեցման գործընթացներ: Սպիտակեցման հարմար մեթոդներից մեկը ալկիլ պոլիգլիկոզիդի ջրային բանաձևին օքսիդացնող նյութ, ինչպիսին է ջրածնի պերօքսիդը, ավելացնելն է ալկալային միջավայրում մագնեզիումի իոնների առկայությամբ:

Սինթեզի, հետմշակման և զտման գործընթացում օգտագործված բազմաթիվ ուսումնասիրություններն ու տարբերակները երաշխավորում են, որ նույնիսկ այսօր դեռևս չկա լայնորեն կիրառելի «պատրաստի» լուծում՝ որոշակի որակի արտադրանք ստանալու համար: Ընդհակառակը, անհրաժեշտ է ձևակերպել բոլոր գործընթացային քայլերը: Դոնգֆուն որոշ առաջարկներ է ներկայացնում լուծույթի նախագծման և տեխնիկական լուծումների վերաբերյալ, ինչպես նաև բացատրում է ռեակցիայի, բաժանման և զտման գործընթացի քիմիական և ֆիզիկական պայմանները:

Երեք հիմնական գործընթացներն էլ՝ համասեռ տրանսգլիկոզացումը, շաղախի գործընթացը և գլյուկոզի մատակարարման տեխնիկան, կարող են օգտագործվել արդյունաբերական պայմաններում: Տրանսգլիկոզացման ընթացքում միջանկյալ բուտիլ պոլիգլյուկոզիդի կոնցենտրացիան, որը գործում է որպես լուծիչ D-գլյուկոզի և բութանոլի արդյուքների համար, պետք է պահպանվի մոտ 15%-ից բարձր՝ անհամասեռություններից խուսափելու համար: Նույն նպատակով, ալկիլ պոլիգլյուկոզիդների ուղղակի Ֆիշերի սինթեզի համար օգտագործվող ռեակցիոն խառնուրդում ջրի կոնցենտրացիան պետք է պահպանվի մոտ 1%-ից պակաս: Ջրի բարձր պարունակության դեպքում կա ռիսկ, որ կախույթային բյուրեղային D-գլյուկոզը վերածվի կպչուն զանգվածի, ինչը հետագայում կհանգեցնի վատ մշակման և չափազանց պոլիմերացման: Արդյունավետ խառնումը և համասեռացումը նպաստում են բյուրեղային D-գլյուկոզի նուրբ բաշխմանը և ռեակտիվությանը ռեակցիայի խառնուրդում:

Սինթեզի մեթոդը և դրա ավելի բարդ տարբերակները ընտրելիս պետք է հաշվի առնել ինչպես տեխնիկական, այնպես էլ տնտեսական գործոնները: D-գլյուկոզային օշարակների վրա հիմնված միատարր տրանսգլիկոզացման գործընթացները հատկապես բարենպաստ են մեծ մասշտաբով շարունակական արտադրության համար: Դրանք թույլ են տալիս մշտական խնայողություններ կատարել արժեքի ավելացման շղթայում D-գլյուկոզայի հումքի բյուրեղացման վրա, ինչը գերազանցում է տրանսգլիկոզացման փուլում և բութանոլի վերականգնման մեջ կատարված ավելի բարձր միանվագ ներդրումները: n-բութանոլի օգտագործումը այլ թերություններ չունի, քանի որ այն կարող է վերամշակվել գրեթե ամբողջությամբ, այնպես որ վերականգնված վերջնական արտադրանքում մնացորդային կոնցենտրացիաները կազմում են ընդամենը մի քանի մաս միլիոնի մեջ, ինչը կարելի է համարել ոչ կրիտիկական: Ֆիշերի ուղղակի գլիկոզիլացումը՝ համաձայն շաղախի գործընթացի կամ գլյուկոզի մատակարարման տեխնիկայի, բացառում է տրանսգլիկոզացման փուլը և բութանոլի վերականգնումը: Այն կարող է նաև իրականացվել անընդհատ և պահանջում է մի փոքր ավելի ցածր կապիտալ ծախսեր:

Ապագայում բրածո և վերականգնվող հումքի մատակարարումն ու գինը, ինչպես նաև ալկիլ պոլիսախարիդների արտադրության հետագա տեխնոլոգիական առաջընթացը, որոշիչ ազդեցություն կունենան շուկայի կարողությունների և մշակման ու կիրառման արտադրական կարողությունների վրա: Հիմնական պոլիսախարիդն արդեն ունի իր սեփական տեխնիկական լուծումները, որոնք կարող են կարևոր մրցակցային առավելություններ ապահովել մակերեսային մշակման շուկայում այն ընկերությունների համար, որոնք մշակում կամ ներդրել են նման գործընթացներ: Սա հատկապես ճիշտ է, երբ գները բարձր և ցածր են: Արտադրական նյութի արտադրական արժեքը բարձրացել է մինչև սովորական մակարդակ, նույնիսկ եթե տեղական հումքի գինը մի փոքր իջնի, դա կարող է շտկել մակերևութային ակտիվ նյութերի փոխարինիչները և կարող է խրախուսել ալկիլ պոլիսախարիդների նոր արտադրական գործարանների տեղադրումը: