Quá trình chuyển hóa sử dụng D-glucose làm nguyên liệu thô.

Fischer glycosid hóa là phương pháp tổng hợp hóa học duy nhất cho phép phát triển các giải pháp hoàn thiện về mặt kinh tế và kỹ thuật ngày nay để sản xuất alkyl polyglucoside ở quy mô lớn. Các nhà máy sản xuất có công suất trên 20.000 tấn/năm đã được triển khai và mở rộng phạm vi sản phẩm của ngành công nghiệp chất hoạt động bề mặt với các chất hoạt động bề mặt dựa trên nguyên liệu thô tái tạo. D-Glucose và rượu béo C8-C16 tuyến tính đã được chứng minh là nguyên liệu được ưa thích. Những chất dẫn điện này có thể được chuyển đổi thành các alkyl polyglycoside hoạt động bề mặt bằng cách glycosyl hóa trực tiếp Fischer hoặc bằng cách chuyển hóa hai bước của butyl polyglycoside với sự có mặt của chất xúc tác axit, với sản phẩm phụ là nước. Nước phải được chưng cất từ ​​hỗn hợp phản ứng để chuyển trạng thái cân bằng phản ứng về phía sản phẩm mong muốn. Trong quá trình glycosyl hóa, cần tránh sự không đồng nhất trong hỗn hợp phản ứng vì chúng có thể dẫn đến sự hình thành quá mức cái gọi là polydextrose, điều này rất không mong muốn. Do đó, nhiều chiến lược kỹ thuật tập trung vào các sản phẩm đồng nhất n-glucose và rượu, rất khó trộn lẫn do tính phân cực khác nhau của chúng. Trong quá trình phản ứng, liên kết glycosid được hình thành giữa rượu béo và n-glucose và giữa chính các đơn vị n-glucose. Do đó, alkyl polyglucoside tạo thành hỗn hợp gồm các phần có số lượng đơn vị glucose khác nhau ở dư lượng alkyl chuỗi dài. Lần lượt, mỗi phân số này được tạo thành từ một số thành phần đồng phân, vì các đơn vị n-glucose có các dạng dị thường và dạng vòng khác nhau ở trạng thái cân bằng hóa học trong quá trình glycosid hóa Fischer và các liên kết glycosid giữa các đơn vị D-glucose xảy ra ở một số vị trí liên kết có thể xảy ra . Tỷ lệ anome của các đơn vị D-glucose xấp xỉ α/β＝ 2:1 và dường như khó bị ảnh hưởng trong các điều kiện được mô tả của quá trình tổng hợp Fischer. Trong điều kiện được kiểm soát nhiệt động, các đơn vị n-glucose có trong hỗn hợp sản phẩm tồn tại chủ yếu ở dạng pyranoside. Số lượng trung bình các đơn vị glucose thông thường trên dư lượng alkyl, được gọi là mức độ trùng hợp, về cơ bản là một hàm số của tỷ lệ mol của các chất sinh ra trong quá trình sản xuất. Do đặc tính hoạt động bề mặt vượt trội của chúng, các alkyl polyglycoside có mức độ trùng hợp từ 1 đến 3 được đặc biệt ưu tiên, vì lý do đó phải sử dụng khoảng 3-10 mol rượu béo cho mỗi mol glucose thông thường trong phương pháp này.

Mức độ trùng hợp giảm khi lượng rượu béo dư thừa ngày càng tăng. Rượu béo dư thừa được tách ra và thu hồi bằng quy trình chưng cất chân không nhiều bước với thiết bị bay hơi màng rơi, giúp giữ ứng suất nhiệt ở mức tối thiểu. Nhiệt độ bay hơi phải vừa đủ cao và thời gian tiếp xúc ở vùng nóng vừa đủ dài để đảm bảo chưng cất đủ lượng cồn béo dư thừa và dòng chảy của alkyl polyglucoside tan chảy mà không xảy ra bất kỳ phản ứng phân hủy đáng kể nào. Có thể sử dụng một loạt các bước bay hơi để tách các phần có nhiệt độ sôi thấp đầu tiên, sau đó là lượng chính của rượu béo, và cuối cùng là rượu béo còn lại cho đến khi alkyl polyglucoside tan chảy thu được dưới dạng cặn hòa tan trong nước.

Ngay cả khi quá trình tổng hợp và bay hơi rượu béo được thực hiện trong những điều kiện nhẹ nhàng nhất, sự đổi màu nâu không mong muốn vẫn xảy ra, đòi hỏi phải thực hiện quy trình tẩy trắng để tinh chế sản phẩm. Một phương pháp tẩy trắng đã được chứng minh là phù hợp là bổ sung các chất oxy hóa như hydro peroxide vào các chế phẩm nước của alkyl polyglucoside trong môi trường kiềm với sự có mặt của các ion magie.

Các nghiên cứu đa dạng và các biến thể được sử dụng trong quá trình tổng hợp, xử lý và tinh chế cho thấy rằng ngay cả ngày nay vẫn chưa có giải pháp “chìa khóa trao tay” có thể áp dụng chung để đạt được các loại sản phẩm cụ thể. Ngược lại, tất cả các bước của quy trình cần phải được tính toán, điều chỉnh và tối ưu hóa lẫn nhau. Chương này đã đưa ra những gợi ý và mô tả một số cách thực tế để đưa ra các giải pháp kỹ thuật, cũng như nêu các điều kiện vật lý và hóa học tiêu chuẩn để tiến hành các quá trình phản ứng, tách và tinh chế.

Tất cả ba quy trình chính – chuyển hóa đồng nhất, quy trình tạo bùn và kỹ thuật cung cấp glucose – đều có thể được sử dụng trong điều kiện công nghiệp. Trong quá trình chuyển hóa, nồng độ của butyl polyglucoside trung gian, đóng vai trò là chất hòa tan cho sản phẩm D-glucose và butanol, phải được giữ ở mức khoảng 15% trong hỗn hợp phản ứng để tránh sự không đồng nhất. Với mục đích tương tự, nồng độ nước trong hỗn hợp phản ứng được sử dụng để tổng hợp trực tiếp alkyl polyglucoside của Fischer phải được giữ ở mức nhỏ hơn khoảng 1%. Ở hàm lượng nước cao hơn có nguy cơ biến D-glucose tinh thể lơ lửng thành khối dính, sau đó sẽ dẫn đến quá trình xử lý kém và quá trình trùng hợp quá mức. Việc khuấy và đồng nhất hóa hiệu quả thúc đẩy sự phân bố mịn và khả năng phản ứng của D-glucose tinh thể trong hỗn hợp phản ứng.

Cả hai yếu tố kỹ thuật và kinh tế phải được xem xét khi lựa chọn phương pháp tổng hợp và các biến thể phức tạp hơn của nó. Các quá trình chuyển hóa đồng nhất dựa trên xi-rô D-glucose tỏ ra đặc biệt thuận lợi cho việc sản xuất liên tục trên quy mô lớn. Chúng cho phép tiết kiệm vĩnh viễn chi phí kết tinh D-glucose nguyên liệu thô trong chuỗi giá trị gia tăng, bù đắp nhiều hơn cho khoản đầu tư một lần cao hơn vào bước chuyển hóa glycosid và thu hồi butanol. Việc sử dụng n-butanol không có nhược điểm nào khác, vì nó có thể được tái chế gần như hoàn toàn nên nồng độ dư trong các sản phẩm cuối cùng được thu hồi chỉ là vài phần triệu, có thể được coi là không tới hạn. Quá trình glycosid hóa Fischer trực tiếp theo quy trình bùn hoặc kỹ thuật cung cấp glucose sẽ loại bỏ bước chuyển hóa và thu hồi butanol. Nó cũng có thể được thực hiện liên tục và đòi hỏi chi phí vốn thấp hơn một chút.

Sự sẵn có và giá cả của các nguyên liệu thô hóa thạch và tái tạo trong tương lai, cũng như những tiến bộ kỹ thuật hơn nữa trong sản xuất và ứng dụng alkyl polyglucosides, có thể sẽ có ảnh hưởng quyết định đến sự phát triển khối lượng thị trường và năng lực sản xuất sau này. Các giải pháp kỹ thuật khả thi hiện có để sản xuất và sử dụng alkyl polyglucoside có thể mang lại lợi thế cạnh tranh quan trọng trên thị trường chất hoạt động bề mặt cho các công ty đã phát triển hoặc đã sử dụng các quy trình đó. Điều này đặc biệt đúng trong trường hợp giá dầu thô cao và giá ngũ cốc thấp. Vì chi phí sản xuất cố định chắc chắn ở mức thông thường đối với các chất hoạt động bề mặt công nghiệp số lượng lớn, nên ngay cả việc giảm nhẹ giá nguyên liệu thô tự nhiên cũng có thể thúc đẩy sự thay thế các mặt hàng chất hoạt động bề mặt và rõ ràng có thể khuyến khích việc lắp đặt các nhà máy sản xuất mới cho alkyl polyglucoside.