アルキルグルコシドの製造方法

フィッシャーグリコシド化は、今日の経済的かつ技術的に完成されたアルキルポリグルコシドの大規模生産ソリューションの開発を可能にした唯一の化学合成方法です。年間20,000トン以上の生産能力を持つ生産プラントがすでに実現しており、再生可能原料をベースにした界面活性剤により界面活性剤産業の製品範囲を拡大しています。 D-グルコースおよび直鎖 C8 ～ C16 脂肪族アルコールが好ましい原料であることが証明されています。これらの遊離体は、直接フィッシャーグリコシド化、または酸触媒の存在下で副生成物として水を伴うブチルポリグルコシドによる二段階トランスグリコシド化によって、界面活性アルキルポリグルコシドに変換できます。反応平衡を所望の生成物に向けて変化させるためには、反応混合物から水を蒸留する必要がある。グリコシド化プロセス中、反応混合物中の不均一性は、非常に望ましくない、いわゆるポリグルコシドの過剰な形成につながるため、回避する必要があります。したがって、多くの技術的戦略は、極性の違いにより混和性が低い遊離体である n-グルコースとアルコールを均質化することに集中しています。反応中に、脂肪族アルコールと n-グルコースの間、および n-グルコース単位自体の間の両方でグリコシド結合が形成されます。その結果、アルキルポリグルコシドは、長鎖アルキル残基に異なる数のグルコース単位を有する画分の混合物として形成されます。これらの画分のそれぞれは、フィッシャーグリコシド化中の化学平衡において n-グルコース単位が異なるアノマー形態と環形態をとるため、また、D-グルコース単位間のグリコシド結合がいくつかの可能な結合位置で発生するため、いくつかの異性体成分で構成されています。 。 D-グルコース単位のアノマー比は約 α/β＝ 2:1 であり、記載されているフィッシャー合成条件下では影響を与えるのは難しいと思われます。熱力学的に制御された条件下では、生成混合物に含まれる n-グルコース単位は主にピラノシドの形で存在します。アルキル残基あたりの n-グルコース単位の平均数、いわゆる重合度は、本質的に製造時の遊離体のモル比の関数です。顕著な界面活性剤の特性により[1]、重合度 1 ～ 3 のアルキル ポリグルコシドが特に好ましく、そのプロセスでは n-グルコース 1 モルあたり約 3 ～ 10 モルの脂肪族アルコールを使用する必要があります。

過剰な脂肪族アルコールが増加すると、重合度は低下します。過剰な脂肪族アルコールは、流下膜式蒸発器を使用した多段階真空蒸留プロセスによって分離および回収されるため、熱ストレスを最小限に抑えることができます。蒸発温度は十分に高く、ホットゾーンでの接触時間は、過剰な脂肪族アルコールが十分に蒸留され、重大な分解反応を起こすことなくアルキルポリグルコシド溶融物が流れるのに十分な長さである必要があります。一連の蒸発工程は、アルキルポリグリコシドが水溶性残渣として溶融するまで、最初に低沸点留分、次に主量の脂肪族アルコール、そして最後に残りの脂肪族アルコールを分離するために有利に使用することができる。

脂肪族アルコールの合成と蒸発における最も温和な条件下であっても、望ましくない茶色の変色が発生するため、製品を精製するには漂白プロセスが必要です。適切であることが証明されている漂白の１つの方法は、マグネシウムイオンの存在下、アルカリ媒体中でアルキルポリグリコシドの水性配合物に過酸化水素などの酸化剤を添加することである。

合成、後処理、および精製プロセスで使用される複数の研究とバリアントにより、特定の製品グレードを取得するために広く適用できる「ターンキー」ソリューションが今日でもまだ存在しないことが保証されています。それどころか、すべてのプロセスステップを定式化する必要があります。 Dongfu は、溶液設計と技術的解決策についていくつかの提案を提供し、反応、分離、精製プロセスの化学的および物理的条件を説明します。

3 つの主要なプロセス (均一グリコシド転移、スラリープロセス、グルコース供給技術) はすべて工業条件下で使用できます。トランスグリコシド化中、不均一性を避けるために、抽出物である D-グルコースとブタノールの可溶化剤として機能する中間体ブチル ポリグルコシドの濃度を反応混合物中で約 15% 以上に保つ必要があります。同じ目的のために、アルキルポリグルコシドの直接フィッシャー合成に使用される反応混合物中の水濃度は約 1% 未満に保たれなければなりません。水分含有量が高くなると、懸濁した結晶性 D-グルコースが粘着性の塊に変化するリスクがあり、その後、加工不良や過剰な重合が発生します。効果的な撹拌と均質化により、反応混合物中の結晶性 D-グルコースの微細な分布と反応性が促進されます。

合成方法とそのより高度なバリエーションを選択するときは、技術的要因と経済的要因の両方を考慮する必要があります。 D-グルコースシロップに基づく均一なグリコシド転移プロセスは、大規模な連続生産に特に有利であると考えられます。これらにより、付加価値チェーンにおける原料 D-グルコースの結晶化にかかる永続的な節約が可能になり、グリコシド転移ステップとブタノールの回収における一時的な投資の高額を補って余りあるものになります。 n-ブタノールの使用には他の欠点はありません。n-ブタノールはほぼ完全にリサイクルできるため、回収された最終製品の残留濃度はわずか数ppmであり、重要ではないと考えられます。スラリープロセスまたはグルコース供給技術による直接フィッシャーグリコシド化では、トランスグリコシド化ステップとブタノールの回収が不要になります。継続的に実行することもできるので、設備投資がわずかに少なくて済みます。

将来的には、化石燃料と再生可能原料の供給と価格、さらにはアルキル多糖類の生産におけるさらなる技術進歩が、開発と応用の市場能力と生産能力に決定的な影響を与えるでしょう。塩基多糖類には、表面処理市場でそのようなプロセスを開発または採用している企業に重要な競争上の利点を提供できる独自の技術ソリューションがすでにあります。これは、価格が高い場合と安い場合に特に当てはまります。製造剤の製造コストは通常​​の水準まで上昇しており、たとえ現地原材料の価格が多少下落したとしても、界面活性剤の代替品が定着し、新たなアルキル多糖類製造プラントの設置が促進される可能性がある。