Տրանսգլիկոզացման գործընթացներ՝ օգտագործելով D-գլյուկոզան որպես հումք։

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 պոլիգլիկոզիդների՝ ուղղակի Ֆիշերի գլիկոզիլացման կամ բուտիլ պոլիգլիկոզիդի երկաստիճան տրանսգլիկոզիդների միջոցով՝ թթվային կատալիզատորի առկայությամբ, որի արդյունքում ջուրը կարող է լինել ենթամթերք: Ջուրը պետք է թորվի ռեակցիայի խառնուրդից՝ ռեակցիայի հավասարակշռությունը ցանկալի արդյունքի ուղղությամբ տեղափոխելու համար: Գլիկոզիլացման գործընթացում պետք է խուսափել ռեակցիայի խառնուրդի անհամասեռություններից, քանի որ դրանք կարող են հանգեցնել այսպես կոչված պոլիդեքստրոզի չափազանց առաջացմանը, ինչը խիստ անցանկալի է: Հետևաբար, շատ տեխնիկական ռազմավարություններ կենտրոնանում են միատարր ածանցյալներ՝ n-գլյուկոզ և սպիրտ, որոնք դժվար է խառնել իրենց տարբեր բևեռայնության պատճառով: Ռեակցիայի ընթացքում գլիկոզիդային կապեր են առաջանում ինչպես ճարպային սպիրտի և n-գլյուկոզայի միջև, այնպես էլ n-գլյուկոզային միավորների միջև: Հետևաբար, ալկիլ պոլիգլյուկոզիդները ձևավորվում են որպես ֆրակցիաների խառնուրդներ՝ երկար շղթայական ալկիլային մնացորդում տարբեր քանակությամբ գլյուկոզային միավորներով: Այս ֆրակցիաներից յուրաքանչյուրը, իր հերթին, կազմված է մի քանի իզոմեր բաղադրիչներից, քանի որ n-գլյուկոզային միավորները Ֆիշերի գլիկոզիդացման ընթացքում քիմիական հավասարակշռության մեջ ընդունում են տարբեր անոմերային ձևեր և օղակաձև ձևեր, և D-գլյուկոզային միավորների միջև գլիկոզիդային կապերը տեղի են ունենում մի քանի հնարավոր կապի դիրքերում: D-գլյուկոզային 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-գլյուկոզային միավորները հիմնականում գոյություն ունեն պիրանոզիդների տեսքով: Ալկիլային մնացորդի մեջ նորմալ գլյուկոզային միավորների միջին քանակը, այսպես կոչված պոլիմերացման աստիճանը, հիմնականում արտադրական գործընթացի ընթացքում արդյուկտների մոլային հարաբերակցության ֆունկցիա է: Իրենց ուշագրավ մակերևութային ակտիվ նյութի հատկությունների շնորհիվ հատկապես նախընտրելի են 1-ից 3 պոլիմերացման աստիճան ունեցող ալկիլ պոլիգլիկոզիդները, այդ պատճառով այս մեթոդում նորմալ գլյուկոզայի յուրաքանչյուր մոլ մոլ պետք է օգտագործվի մոտ 3-10 մոլ ճարպային սպիրտ:

Պոլիմերացման աստիճանը նվազում է ճարպային սպիրտի ավելցուկի աճին զուգընթաց: Ավելցուկային ճարպային սպիրտը բաժանվում և վերականգնվում է բազմաստիճան վակուումային թորման գործընթացների միջոցով՝ ընկնող թաղանթային գոլորշիացնողներով, որոնք հնարավորություն են տալիս պահպանել ջերմային լարվածությունը նվազագույնի վրա: Գոլորշիացման ջերմաստիճանը պետք է լինի բավականաչափ բարձր, իսկ շփման ժամանակը տաք գոտում՝ բավականաչափ երկար, որպեսզի ապահովվի ճարպային սպիրտի ավելցուկի և ալկիլ պոլիգլյուկոզիդային հալույթի հոսքի բավարար թորումը՝ առանց որևէ զգալի քայքայման ռեակցիաների առաջացման: Գոլորշիացման մի շարք փուլեր կարող են արդյունավետորեն կիրառվել նախ ցածր եռման ֆրակցիաները, ապա ճարպային սպիրտի հիմնական քանակը և վերջապես մնացած ճարպային սպիրտը բաժանելու համար, մինչև ալկիլ պոլիգլյուկոզիդային հալույթները ստանան որպես ջրում լուծվող մնացորդներ:

Նույնիսկ երբ ճարպային սպիրտի սինթեզը և գոլորշիացումը կատարվում են ամենաթույլ պայմաններում, տեղի է ունենում անցանկալի շագանակագույն գունաթափում, ինչը պահանջում է սպիտակեցման գործընթացներ՝ արտադրանքը զտելու համար: Սպիտակեցման հարմար մեթոդներից մեկը ալկիլ պոլիգլյուկոզիդների ջրային պատրաստուկներին օքսիդանտների, ինչպիսիք են ջրածնի պերօքսիդը, ավելացումն է ալկալային միջավայրում մագնեզիումի իոնների առկայությամբ:

Սինթեզի, մշակման և զտման ընթացքում կիրառված բազմազան հետազոտություններն ու տարբերակները ցույց են տալիս, որ նույնիսկ այսօր դեռևս չկան ընդհանուր կիրառելի «պատրաստի» լուծումներ որոշակի տեսակի արտադրանքի ստացման համար: Ընդհակառակը, բոլոր գործընթացային քայլերը պետք է մշակվեն, փոխադարձաբար հարմարեցվեն և օպտիմալացվեն: Այս գլուխը ներկայացրել է առաջարկություններ և նկարագրել տեխնիկական լուծումներ մշակելու որոշ գործնական եղանակներ, ինչպես նաև նշել է ռեակցիաների, բաժանման և զտման գործընթացների անցկացման համար ստանդարտ քիմիական և ֆիզիկական պայմաններ:

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:

Ակնկալվում է, որ բրածո և վերականգնվող հումքի ապագա մատչելիությունն ու գները, ինչպես նաև ալկիլ պոլիգլյուկոզիդների արտադրության և կիրառման հետագա տեխնիկական առաջընթացը, կարող են վճռորոշ ազդեցություն ունենալ վերջիններիս շուկայի ծավալի և արտադրական հզորությունների զարգացման վրա: Ալկիլ պոլիգլյուկոզիդների արտադրության և օգտագործման համար արդեն իսկ գոյություն ունեցող կենսունակ տեխնիկական լուծումները կարող են կարևոր մրցակցային առավելություն տալ մակերևութային ակտիվ նյութերի շուկայում այն ընկերություններին, որոնք մշակել կամ արդեն կիրառում են նման գործընթացներ: Սա հատկապես ճիշտ է հում նավթի բարձր գների և հացահատիկի ցածր գների դեպքում: Քանի որ ֆիքսված արտադրական ծախսերը, անշուշտ, սովորական մակարդակի վրա են մեծածախ արդյունաբերական մակերևութային ակտիվ նյութերի համար, տեղական հումքի գնի նույնիսկ աննշան նվազումը կարող է խթանել մակերևութային ակտիվ նյութերի փոխարինումը ապրանքների միջոցով և կարող է անկասկած խրախուսել ալկիլ պոլիգլյուկոզիդների նոր արտադրական գործարանների տեղադրումը: