Umglýkósíðunarferli með D-glúkósa sem hráefni.

Fischer glýkósíðun er eina efnafræðilega nýmyndunaraðferðin sem hefur gert kleift að þróa efnahagslegar og tæknilega fullkomnar lausnir nútímans fyrir stórfellda framleiðslu á alkýl fjölglúkósíðum. Framleiðslustöðvar með afkastagetu yfir 20.000 t á ári hafa þegar verið að veruleika og stækka vöruúrval yfirborðsvirkra efnaiðnaðarins með yfirborðsvirkum efnum sem byggja á endurnýjanlegu hráefni. D-glúkósa og línuleg C8-C16 fitualkóhól hafa reynst ákjósanlegur hráefni. Þessum educts er hægt að breyta í yfirborðsvirk alkýl fjölglýkósíð með beinni Fischer glýkósýleringu eða með tveggja þrepa transglýkósíðum af bútýl pólýglýkósíði í viðurvist sýruhvata, með vatni sem aukaafurð. Vatn verður að eima úr hvarfblöndunni til að færa hvarfjafnvægið í átt að viðkomandi vöru. Í glýkósýleringarferlinu ætti að forðast ósamkvæmni í hvarfblöndunni þar sem þau geta leitt til óhóflegrar myndunar svokallaðs pólýdextrósa, sem er mjög óæskilegt. Þess vegna beinast margar tæknilegar aðferðir að einsleitu eductunum n-glúkósa og alkóhóli, sem erfitt er að blanda saman vegna mismunandi skautunar þeirra. Við hvarf myndast glýkósíðtengi bæði milli fitualkóhóls og n-glúkósa og milli n-glúkósaeininga sjálfra. Alkýl fjölglúkósíð myndast þar af leiðandi sem blöndur af brotum með mismunandi fjölda glúkósaeininga í langkeðju alkýlleifunum. Hvert þessara hluta er aftur á móti gert úr nokkrum ísómerískum innihaldsefnum, þar sem n-glúkósaeiningarnar taka á sig mismunandi anómerísk form og hringform í efnajafnvægi við Fischer glýkósíðun og glýkósíðtengsl milli D-glúkósaeininga eiga sér stað í nokkrum mögulegum tengistöðum . Friðvikuhlutfall D-glúkósaeininga er um það bil α/β＝ 2: 1 og virðist erfitt að hafa áhrif á það við þær aðstæður sem lýst er í Fischer myndun. Við varmafræðilega stjórnaðar aðstæður eru n-glúkósaeiningarnar í vörublöndunni aðallega til í formi pýranósíða. Meðalfjöldi venjulegra glúkósaeininga á hverja alkýlleif, svokallað fjölliðunarstig, er í grundvallaratriðum fall af mólhlutfalli educts í framleiðsluferlinu. Vegna ótrúlegra yfirborðsvirkra eiginleika þeirra eru alkýl fjölglýkósíð með fjölliðunarstig á milli 1 og 3 sérstaklega ákjósanleg, af þeim sökum þarf að nota um 3-10 mól af fitualkóhólum á hvert mól af venjulegum glúkósa í þessari aðferð.

Fjölliðunarstigið minnkar við aukið magn af fitualkóhóli. Umfram fitualkóhól er aðskilið og endurheimt með fjölþrepa lofteimingarferlum með fallfilmu uppgufunartækjum sem gera það mögulegt að halda hitaálagi í lágmarki. Uppgufunarhitastigið ætti að vera rétt nógu hátt og snertitíminn á heita svæðinu nógu langur til að tryggja fullnægjandi eimingu á umfram fitualkóhóli og flæði alkýlpólýglúkósíðbræðslunnar, án þess að umtalsverð niðurbrotsviðbrögð komi fram. Hægt er að nota röð uppgufunarþrepa á hagstæðan hátt til að aðskilja fyrst lágsjóðandi hluta, síðan meginmagnið af fitualkóhóli og að lokum fitualkóhólið sem eftir er þar til alkýl fjölglúkósíðið bráðnar sem vatnsleysanlegar leifar.

Jafnvel þegar myndun og uppgufun fitualkóhólsins fer fram við mildustu aðstæður, verður óæskileg brún aflitun sem kallar á bleikingarferli til að betrumbæta vörurnar. Ein bleikingaraðferð sem hefur reynst hentug er að bæta oxunarefnum eins og vetnisperoxíði við vatnskenndar efnablöndur alkýl fjölglúkósíða í basískum miðli í viðurvist magnesíumjóna.

Hinar margvíslegu rannsóknir og afbrigði sem notaðar eru við myndun, vinnslu og hreinsun sýna að enn í dag eru engar almennt gildar „turnkey“ lausnir til að fá sérstakar vöruflokkar. Þvert á móti þarf að útfæra öll ferlisþrep, aðlaga innbyrðis og hagræða. Þessi kafli hefur veitt tillögur og lýst nokkrum raunhæfum leiðum til að móta tæknilegar lausnir, auk þess að tilgreina staðlaðar efna- og eðlisfræðilegar aðstæður til að framkvæma hvarf, aðskilnað og hreinsunarferli.

Hægt er að nota öll þrjú aðalferlana - einsleit umglýkósíðun, slurry ferli og glúkósafóðurtækni - við iðnaðaraðstæður. Meðan á umglýkósíði stendur verður styrkur milliefnisins bútýlpólýglúkósíðs, sem virkar sem leysanlegt efni fyrir educts D-glúkósa og bútanóls, að vera yfir um það bil 15% í hvarfblöndunni til að forðast ójafnvægi. Í sama tilgangi verður að halda vatnsstyrknum í hvarfblöndunni sem notuð er við beina Fischer myndun alkýl fjölglúkósíða í minna en u.þ.b. 1%. Við hærra vatnsinnihald er hætta á að sviflausninn kristallaður D-glúkósa breytist í klístraðan massa, sem myndi í kjölfarið leiða til slæmrar vinnslu og of mikillar fjölliðunar. Árangursrík hræring og einsleitni stuðlar að fínni dreifingu og hvarfvirkni kristallaða D-glúkósa í hvarfblöndunni.

Taka þarf tillit til bæði tæknilegra og efnahagslegra þátta þegar valin er aðferð við myndun og flóknari afbrigði hennar. Einsleit umglýkósíðunarferli byggð á D-glúkósasírópum virðast sérstaklega hagstæð fyrir samfellda framleiðslu í stórum stíl. Þeir leyfa varanlegan sparnað við kristöllun á hráefninu D-glúkósa í virðisaukandi keðjunni, sem meira en bætir upp hærri einskiptisfjárfestingar í umglýkósíðunarþrepinu og endurheimt bútanóls. Notkun n-bútanóls hefur enga aðra ókosti, þar sem hægt er að endurvinna það nánast að fullu þannig að afgangsstyrkur í endurheimtum lokaafurðum er aðeins örfáir hlutar á milljón, sem getur talist ekki mikilvægt. Bein Fischer glýkósíðun samkvæmt slurry ferli eða glúkósafóðurtækni leysir umglýkósíðunarþrepið og endurheimt bútanóls. Það er einnig hægt að framkvæma stöðugt og kallar á aðeins lægri fjármagnsútgjöld.

Búast má við að framtíðarframboð og verð á jarðefna- og endurnýjanlegum hráefnum, sem og frekari tækniframfarir í framleiðslu og notkun alkýlpólýglúkósíða, muni hafa afgerandi áhrif á þróun markaðsmagns og framleiðslugetu þess síðarnefnda. Þær hagkvæmu tæknilausnir sem þegar eru til fyrir framleiðslu og notkun alkýlpólýglúkósíða geta veitt fyrirtækjum sem hafa þróað eða nota slíka ferla mikilvægt samkeppnisforskot á yfirborðsvirkum efnamarkaði. Þetta á sérstaklega við ef um er að ræða hátt verð á hráolíu og lágt kornverð. Þar sem fastur framleiðslukostnaður er vissulega á hefðbundnu stigi fyrir yfirborðsvirk efni í lausu iðnaði, getur jafnvel lítilsháttar verðlækkun á innlendu hráefni hvatt til þess að skipta yfirborðsvirkum efnum út og getur greinilega hvatt til uppsetningar nýrra framleiðslustöðva fyrir alkýl fjölglúkósíð.