Y DULLIAU AR GYFER CYNHYRCHU GLWCOSIDIAU ALKYL

Glycosidiad Fischer yw'r unig ddull o synthesis cemegol sydd wedi galluogi datblygiad atebion economaidd a thechnegol perffaith heddiw ar gyfer cynhyrchu polyglwcosidau alcyl ar raddfa fawr. Mae gweithfeydd cynhyrchu â chynhwysedd o dros 20,000 t/blwyddyn eisoes wedi'u gwireddu ac maent yn ehangu ystod cynnyrch y diwydiant syrffactyddion gydag asiantau arwyneb-weithredol yn seiliedig ar ddeunyddiau crai adnewyddadwy. Mae D-Glwcos ac alcoholau brasterog llinol C8-C16 wedi profi i fod y deunyddiau crai dewisol. Gellir trosi'r cynyrchion hyn yn polyglwcosidau alcyl arwyneb-weithredol trwy glycosidiad Fischer uniongyrchol neu drawsglycosidiad dau gam trwy polyglwcosid bwtyl ym mhresenoldeb catalyddion asid, gyda dŵr fel sgil-gynnyrch. Rhaid distyllu'r dŵr o'r cymysgedd adwaith er mwyn symud cydbwysedd yr adwaith tuag at y cynhyrchion a ddymunir. Yn ystod y broses glycosidiad, dylid osgoi anghysondebau yn y cymysgedd adwaith, gan eu bod yn arwain at ffurfio gormod o'r hyn a elwir yn polyglwcosidau, sy'n hynod annymunol. Felly mae llawer o strategaethau technegol yn canolbwyntio ar homogeneiddio'r cynnyrch n-glwcos ac alcoholau, sy'n gymysgadwy'n wael oherwydd eu gwahaniaeth mewn polaredd. Yn ystod yr adwaith, mae bondiau glycosidig yn cael eu ffurfio rhwng alcohol brasterog ac n-glwcos a rhwng yr unedau n-glwcos eu hunain. O ganlyniad, mae polyglwcosidau alcyl yn ffurfio fel cymysgeddau o ffracsiynau gyda gwahanol niferoedd o unedau glwcos ar y gweddillion alcyl cadwyn hir. Mae pob un o'r ffracsiynau hyn, yn ei dro, yn cynnwys sawl cydran isomerig, gan fod yr unedau n-glwcos yn cymryd gwahanol ffurfiau anomerig a ffurfiau cylch mewn cydbwysedd cemegol yn ystod glycosidiad Fischer ac mae'r cysylltiadau glycosidig rhwng unedau D-glwcos yn digwydd mewn sawl safle bondio posibl. Mae cymhareb anomer yr unedau D-glwcos tua α/β = 2: 1 ac mae'n ymddangos yn anodd dylanwadu arno o dan yr amodau a ddisgrifir ar gyfer synthesis Fischer. O dan amodau a reolir yn thermodynamig, mae'r unedau n-glwcos sydd wedi'u cynnwys yn y cymysgedd cynnyrch yn bodoli'n bennaf ar ffurf pyranosidau. Mae nifer cymedrig yr unedau n-glwcos fesul gweddillion alcyl, yr hyn a elwir yn radd polymerization, yn swyddogaeth o gymhareb molar yr allgynhyrchion yn ystod y gweithgynhyrchu. Oherwydd eu priodweddau syrffactydd amlwg[1], rhoddir blaenoriaeth arbennig i bolyglwcosidau alcyl â graddau polymerization rhwng 1 a 3, y mae'n rhaid defnyddio tua 3-10 mol o alcohol brasterog fesul mol o n-glwcos yn y broses.

Mae gradd y polymerization yn lleihau wrth i'r alcohol brasterog gormodol gynyddu. Mae alcoholau brasterog gormodol yn cael eu gwahanu a'u hadfer trwy broses ddistyllu gwactod aml-gam gydag anweddyddion ffilm sy'n cwympo, fel y gellir cadw straen thermol i'r lleiafswm. Dylai'r tymheredd anweddu fod yn ddigon uchel a'r amser cyswllt yn y parth poeth yn ddigon hir i sicrhau distyllu digonol o'r alcohol brasterog gormodol a llif y toddiant polyglwcosid alcyl heb unrhyw adwaith dadelfennu sylweddol. Gellir defnyddio cyfres o gamau anweddu yn fanteisiol i wahanu'r ffracsiwn berw isel yn gyntaf, yna'r prif swm o alcohol brasterog, ac yn olaf yr alcohol brasterog sy'n weddill, nes bod y polyglwcosid alcyl yn toddi fel gweddillion sy'n hydoddi mewn dŵr.

Hyd yn oed o dan yr amodau mwyaf ysgafn ar gyfer synthesis ac anweddu alcoholau brasterog, bydd lliwio brown annymunol yn digwydd, ac mae angen prosesau cannu i fireinio'r cynnyrch. Un dull o gannu sydd wedi profi'n addas yw ychwanegu asiant ocsideiddio, fel hydrogen perocsid, at fformiwleiddiad dyfrllyd o polyglycosid alcyl mewn cyfrwng alcalïaidd ym mhresenoldeb ïonau magnesiwm.

Mae'r astudiaethau a'r amrywiadau lluosog a ddefnyddir yn y broses synthesis, ôl-brosesu a mireinio yn gwarantu, hyd yn oed heddiw, nad oes ateb "parod" sy'n berthnasol yn eang i gael gradd cynnyrch penodol. I'r gwrthwyneb, mae angen llunio pob cam o'r broses. Mae Dongfu yn darparu rhai awgrymiadau ar gyfer dylunio'r ateb a'r atebion technegol, ac yn egluro'r amodau cemegol a ffisegol ar gyfer y broses adwaith, gwahanu a mireinio.

Gellir defnyddio'r tri phrif broses – traws-glycosidiad homogenaidd, proses slyri, a thechneg bwydo glwcos – o dan amodau diwydiannol. Yn ystod traws-glycosidiad, rhaid cadw crynodiad y polyglwcosid bwtyl canolradd, sy'n gweithredu fel hydoddydd ar gyfer yr allyriadau D-glwcos a bwtanol, dros tua 15% yn y cymysgedd adwaith er mwyn osgoi anghysondebau. At yr un diben, rhaid cadw crynodiad y dŵr yn y cymysgedd adwaith a ddefnyddir ar gyfer synthesis uniongyrchol Fischer o polyglwcosidau alcyl ar lai na thua 1%. Ar gynnwys dŵr uwch mae risg o droi'r D-glwcos crisialog wedi'i atal yn fàs gludiog, a fyddai wedyn yn arwain at brosesu gwael a pholymerization gormodol. Mae cymysgu a homogeneiddio effeithiol yn hyrwyddo dosbarthiad mân ac adweithedd y D-glwcos crisialog yn y cymysgedd adwaith.

Rhaid ystyried ffactorau technegol ac economaidd wrth ddewis y dull synthesis a'i amrywiadau mwy soffistigedig. Mae prosesau trawsglycosideiddio homogenaidd yn seiliedig ar suropau D-glwcos yn ymddangos yn arbennig o ffafriol ar gyfer cynhyrchu parhaus ar raddfa fawr. Maent yn caniatáu arbedion parhaol ar grisialu'r deunydd crai D-glwcos yn y gadwyn gwerth ychwanegol, sy'n gwneud iawn am y buddsoddiadau untro uwch yn y cam trawsglycosideiddio ac adferiad butanol. Nid yw defnyddio n-butanol yn cyflwyno unrhyw anfanteision eraill, gan y gellir ei ailgylchu bron yn llwyr fel mai dim ond ychydig rannau fesul miliwn yw'r crynodiadau gweddilliol yn y cynhyrchion terfynol a adferwyd, y gellir eu hystyried yn anfeirniadol. Mae glycosideiddio Fischer uniongyrchol yn ôl y broses slyri neu'r dechneg porthiant glwcos yn hepgor y cam trawsglycosideiddio ac adferiad butanol. Gellir ei berfformio'n barhaus hefyd ac mae'n galw am wariant cyfalaf ychydig yn is.

Yn y dyfodol, bydd cyflenwad a phris deunyddiau crai ffosil ac adnewyddadwy, yn ogystal â'r cynnydd technolegol pellach wrth gynhyrchu polysacaridau alcyl, yn cael effaith bendant ar gapasiti'r farchnad a chapasiti cynhyrchu datblygu a chymhwyso. Mae gan bolysacarid sylfaenol eisoes ei atebion technegol ei hun a all ddarparu manteision cystadleuol pwysig yn y farchnad trin arwynebau i gwmnïau sy'n datblygu neu sydd wedi mabwysiadu prosesau o'r fath. Mae hyn yn arbennig o wir pan fo prisiau'n uchel ac yn isel. Mae cost gweithgynhyrchu'r asiant gweithgynhyrchu wedi codi i'r lefel arferol, hyd yn oed os yw pris deunyddiau crai lleol yn gostwng ychydig, gall drwsio'r amnewidion ar gyfer syrffactyddion a gall annog gosod gweithfeydd cynhyrchu polysacarid alcyl newydd.