METODE PEMBUATAN ALKIL GLUKOSIDA

Glikosidasi Fischer adalah satu-satunya metode sintesis kimia yang memungkinkan pengembangan solusi ekonomis dan teknis yang disempurnakan saat ini untuk produksi alkil poliglukosida skala besar. Pabrik produksi dengan kapasitas lebih dari 20.000 t/tahun telah terealisasi dan memperluas jangkauan produk industri surfaktan dengan bahan aktif permukaan berdasarkan bahan baku terbarukan. D-Glukosa dan alkohol lemak C8-C16 linier telah terbukti menjadi bahan baku pilihan. Produk samping ini dapat diubah menjadi alkil poliglukosida aktif permukaan melalui glikosidasi Fischer langsung atau transglikosidasi dua langkah melalui butil poliglukosida dengan adanya katalis asam, dengan air sebagai produk sampingannya. Air harus disuling dari campuran reaksi untuk menggeser kesetimbangan reaksi menuju produk yang diinginkan. Selama proses glikosidasi, ketidakhomogenan dalam campuran reaksi harus dihindari, karena menyebabkan pembentukan poliglukosida secara berlebihan, yang sangat tidak diinginkan. Oleh karena itu, banyak strategi teknis yang berkonsentrasi pada homogenisasi produk n-glukosa dan alkohol, yang sulit tercampur karena perbedaan polaritasnya. Selama reaksi, ikatan glikosidik terbentuk antara alkohol lemak dan n-glukosa, dan antara unit n-glukosa itu sendiri. Akibatnya, alkil poliglukosida terbentuk sebagai campuran fraksi dengan jumlah unit glukosa yang berbeda pada residu alkil rantai panjang. Masing-masing fraksi ini, pada gilirannya, terdiri dari beberapa unsur isomer, karena unit n-glukosa mengambil bentuk anomerik dan bentuk cincin yang berbeda dalam kesetimbangan kimia selama glikosidasi Fischer dan hubungan glikosidik antara unit D-glukosa terjadi pada beberapa kemungkinan posisi ikatan. . Rasio anomer unit D-glukosa kira-kira α/β＝ 2:1 dan tampaknya sulit dipengaruhi pada kondisi sintesis Fischer yang dijelaskan. Di bawah kondisi yang dikontrol secara termodinamika, unit n-glukosa yang terkandung dalam campuran produk sebagian besar ada dalam bentuk piranosida. Jumlah rata-rata unit n-glukosa per residu alkil, yang disebut derajat polimerisasi, pada dasarnya merupakan fungsi dari rasio molar produk susu selama pembuatan. Karena sifat surfaktan[1]nya yang jelas, preferensi khusus diberikan pada alkil poliglukosida dengan derajat polimerisasi antara 1 dan 3, sehingga sekitar 3-10 mol alkohol lemak harus digunakan per mol n-glukosa dalam proses tersebut.

Derajat polimerisasi menurun seiring dengan meningkatnya kelebihan alkohol lemak. Alkohol lemak berlebih dipisahkan dan diperoleh kembali melalui proses distilasi vakum multi-langkah dengan evaporator film jatuh, sehingga tekanan termal dapat dijaga agar tetap minimum. Temperatur penguapan harus cukup tinggi dan waktu kontak dalam zona panas cukup lama untuk memastikan distilasi yang cukup dari kelebihan alkohol lemak dan aliran lelehan alkil poliglukosida tanpa reaksi dekomposisi yang berarti. Serangkaian langkah penguapan dapat digunakan secara menguntungkan untuk memisahkan pertama-tama fraksi dengan titik didih rendah, kemudian jumlah utama alkohol lemak, dan akhirnya sisa alkohol lemak, hingga alkil poliglikosida meleleh sebagai residu yang larut dalam air.

Bahkan dalam kondisi paling ringan sekalipun untuk sintesis dan penguapan alkohol lemak, perubahan warna coklat yang tidak diinginkan akan terjadi, dan proses pemutihan diperlukan untuk menyempurnakan produk. Salah satu metode pemutihan yang terbukti cocok adalah dengan menambahkan zat pengoksidasi, seperti hidrogen peroksida, ke dalam formulasi alkil poliglikosida berair dalam media basa dengan adanya ion magnesium.

Berbagai penelitian dan varian yang digunakan dalam proses sintesis, pasca-pemrosesan, dan pemurnian menjamin bahwa hingga saat ini, masih belum ada solusi “turnkey” yang dapat diterapkan secara luas untuk mendapatkan kualitas produk tertentu. Sebaliknya, semua langkah proses perlu dirumuskan. Dongfu memberikan beberapa saran untuk desain solusi dan solusi teknis, serta menjelaskan kondisi kimia dan fisik untuk proses reaksi, pemisahan, dan pemurnian.

Ketiga proses utama – transglikosidasi homogen, proses bubur, dan teknik umpan glukosa – dapat digunakan dalam kondisi industri. Selama transglikosidasi, konsentrasi butil poliglukosida antara, yang bertindak sebagai pelarut untuk produk D-glukosa dan butanol, harus dijaga sekitar 15% dalam campuran reaksi untuk menghindari ketidakhomogenan. Untuk tujuan yang sama, konsentrasi air dalam campuran reaksi yang digunakan untuk sintesis langsung alkil poliglukosida Fischer harus dijaga kurang dari sekitar 1%. Pada kadar air yang lebih tinggi terdapat risiko mengubah kristal D-glukosa yang tersuspensi menjadi massa yang lengket, yang selanjutnya akan mengakibatkan pemrosesan yang buruk dan polimerisasi yang berlebihan. Pengadukan dan homogenisasi yang efektif meningkatkan distribusi halus dan reaktivitas kristal D-glukosa dalam campuran reaksi.

Faktor teknis dan ekonomi harus dipertimbangkan ketika memilih metode sintesis dan variannya yang lebih canggih. Proses transglikosidasi homogen berdasarkan sirup D-glukosa nampaknya sangat menguntungkan untuk produksi berkelanjutan dalam skala besar. Hal ini memungkinkan penghematan permanen pada kristalisasi bahan baku D-glukosa dalam rantai nilai tambah, yang lebih dari sekadar mengkompensasi investasi satu kali yang lebih tinggi pada langkah transglikosidasi dan perolehan butanol. Penggunaan n-butanol tidak menimbulkan kerugian lain, karena n-butanol dapat didaur ulang hampir seluruhnya sehingga konsentrasi sisa dalam produk akhir yang diperoleh hanya beberapa bagian per juta, yang dapat dianggap tidak kritis. Glikosidasi Fischer langsung menurut proses bubur atau teknik umpan glukosa menghilangkan langkah transglikosidasi dan perolehan butanol. Hal ini juga dapat dilakukan secara terus menerus dan memerlukan belanja modal yang sedikit lebih rendah.

Di masa depan, pasokan dan harga bahan baku fosil dan terbarukan, serta kemajuan teknologi lebih lanjut dalam produksi alkil polisakarida, akan berdampak besar pada kapasitas pasar dan kapasitas produksi pengembangan dan penerapannya. Polisakarida dasar telah memiliki solusi teknisnya sendiri yang dapat memberikan keunggulan kompetitif penting di pasar perawatan permukaan bagi perusahaan yang mengembangkan atau telah mengadopsi proses tersebut. Hal ini terutama berlaku ketika harga tinggi dan rendah. Biaya produksi agen manufaktur telah meningkat ke tingkat biasanya, bahkan jika harga bahan baku lokal turun sedikit, hal ini dapat memperbaiki pengganti surfaktan dan dapat mendorong pemasangan pabrik produksi alkil polisakarida baru.