Processi di transglicosidazione che utilizzano il D-glucosio come materia prima.

La glicosidazione di Fischer è l'unico metodo di sintesi chimica che ha permesso lo sviluppo di soluzioni economiche e tecnicamente perfezionate per la produzione su larga scala di alchilpoliglucosidi. Impianti di produzione con capacità di oltre 20.000 tonnellate/anno sono già stati realizzati e ampliano la gamma di prodotti dell'industria dei tensioattivi con agenti tensioattivi basati su materie prime rinnovabili. Il D-glucosio e gli alcoli grassi lineari C8-C16 si sono dimostrati le materie prime preferite. Questi prodotti possono essere convertiti in alchilpoliglucosidi tensioattivi mediante glicosidazione di Fischer diretta o mediante transglicosidi a due stadi del butilpoliglucoside in presenza di un catalizzatore acido, con acqua come sottoprodotto. L'acqua deve essere distillata dalla miscela di reazione per spostare l'equilibrio di reazione verso il prodotto desiderato. Nel processo di glicosidazione, è necessario evitare disomogeneità nella miscela di reazione perché possono portare a un'eccessiva formazione del cosiddetto polidestrosio, altamente indesiderabile. Pertanto, molte strategie tecniche si concentrano sui prodotti omogenei n-glucosio e alcol, che sono difficili da miscibili a causa delle loro diverse polarità. Durante la reazione, si formano legami glicosidici sia tra alcol grasso e n-glucosio sia tra le unità di n-glucosio stesse. Di conseguenza, gli alchilpoliglucosidi si formano come miscele di frazioni con un diverso numero di unità di glucosio sul residuo alchilico a catena lunga. Ciascuna di queste frazioni, a sua volta, è composta da diversi costituenti isomerici, poiché le unità di n-glucosio assumono diverse forme anomeriche e ad anello in equilibrio chimico durante la glicosidazione di Fischer e i legami glicosidici tra le unità di D-glucosio si verificano in diverse possibili posizioni di legame. Il rapporto anomerico delle unità di D-glucosio è approssimativamente α/β = 2:1 e sembra difficile da influenzare nelle condizioni descritte della sintesi di Fischer. In condizioni termodinamicamente controllate, le unità di n-glucosio contenute nella miscela di prodotto sono presenti prevalentemente sotto forma di piranosidi. Il numero medio di unità di glucosio normale per residuo alchilico, il cosiddetto grado di polimerizzazione, è essenzialmente funzione del rapporto molare dei prodotti durante il processo di produzione. Grazie alle loro notevoli proprietà tensioattive, gli alchilpoliglicosidi con un grado di polimerizzazione compreso tra 1 e 3 sono particolarmente preferiti, per cui in questo metodo devono essere utilizzate circa 3-10 moli di alcoli grassi per mole di glucosio normale.

Il grado di polimerizzazione diminuisce con l'aumentare dell'eccesso di alcol grasso. L'alcol grasso in eccesso viene separato e recuperato mediante processi di distillazione sotto vuoto multistadio con evaporatori a film cadente, che consentono di ridurre al minimo lo stress termico. La temperatura di evaporazione dovrebbe essere sufficientemente elevata e il tempo di contatto nella zona calda sufficientemente lungo da garantire un'adeguata distillazione dell'alcol grasso in eccesso e un flusso ottimale della massa fusa di alchilpoliglucosidi, senza che si verifichino reazioni di decomposizione significative. Una serie di fasi di evaporazione può essere vantaggiosamente impiegata per separare prima le frazioni bassobollenti, poi la quantità principale di alcol grasso e infine l'alcol grasso rimanente, fino a ottenere la massa fusa di alchilpoliglucosidi come residui idrosolubili.

Anche quando la sintesi e l'evaporazione dell'alcol grasso vengono eseguite nelle condizioni più delicate, si verifica un'indesiderata colorazione marrone, che richiede processi di sbiancamento per raffinare i prodotti. Un metodo di sbiancamento che si è dimostrato idoneo è l'aggiunta di ossidanti come il perossido di idrogeno a preparazioni acquose di alchilpoliglucosidi in ambiente alcalino in presenza di ioni magnesio.

Le molteplici indagini e varianti impiegate durante la sintesi, la lavorazione e la raffinazione dimostrano che ancora oggi non esistono soluzioni "chiavi in mano" universalmente applicabili per ottenere specifiche qualità di prodotto. Al contrario, tutte le fasi del processo devono essere elaborate, adattate reciprocamente e ottimizzate. Questo capitolo ha fornito suggerimenti e descritto alcuni modi praticabili per ideare soluzioni tecniche, oltre a stabilire condizioni chimiche e fisiche standard per lo svolgimento di reazioni, processi di separazione e raffinazione.

Tutti e tre i processi principali – transglicosidazione omogenea, processo in sospensione e tecnica di alimentazione con glucosio – possono essere utilizzati in condizioni industriali. Durante la transglicosidazione, la concentrazione del butil poliglucoside intermedio, che funge da solubilizzante per i prodotti D-glucosio e butanolo, deve essere mantenuta al di sopra del 15% circa nella miscela di reazione per evitare disomogeneità. Allo stesso scopo, la concentrazione di acqua nella miscela di reazione utilizzata per la sintesi Fischer diretta di alchil poliglucosidi deve essere mantenuta al di sotto dell'1% circa. Contenuti d'acqua più elevati rischiano di trasformare il D-glucosio cristallino sospeso in una massa appiccicosa, che di conseguenza causerebbe una cattiva lavorazione e un'eccessiva polimerizzazione. Un'efficace agitazione e omogeneizzazione promuovono la distribuzione fine e la reattività del D-glucosio cristallino nella miscela di reazione.

Nella scelta del metodo di sintesi e delle sue varianti più sofisticate, è necessario considerare sia i fattori tecnici che quelli economici. I processi di transglicosidazione omogenea basati su sciroppi di D-glucosio appaiono particolarmente favorevoli per la produzione continua su larga scala. Consentono risparmi permanenti sulla cristallizzazione della materia prima D-glucosio nella catena del valore aggiunto, che compensano ampiamente i maggiori investimenti una tantum nella fase di transglicosidazione e nel recupero del butanolo. L'uso di n-butanolo non presenta altri svantaggi, poiché può essere riciclato quasi completamente, con concentrazioni residue nei prodotti finali recuperati di sole poche parti per milione, il che può essere considerato non critico. La glicosidazione diretta di Fischer secondo il processo slurry o la tecnica di alimentazione con glucosio elimina la fase di transglicosidazione e il recupero del butanolo. Può anche essere eseguita in continuo e richiede una spesa di capitale leggermente inferiore.

Si prevede che la futura disponibilità e i prezzi delle materie prime fossili e rinnovabili, nonché gli ulteriori progressi tecnici nella produzione e nell'applicazione degli alchilpoliglucosidi, avranno un'influenza decisiva sullo sviluppo del volume di mercato e delle capacità produttive di questi ultimi. Le valide soluzioni tecniche già esistenti per la produzione e l'utilizzo degli alchilpoliglucosidi potrebbero conferire un vantaggio competitivo fondamentale nel mercato dei tensioattivi alle aziende che hanno sviluppato o già impiegano tali processi. Ciò è particolarmente vero in caso di prezzi elevati del petrolio greggio e bassi prezzi dei cereali. Poiché i costi fissi di produzione sono certamente su livelli consueti per i tensioattivi industriali sfusi, anche lievi riduzioni del prezzo delle materie prime locali potrebbero incentivare la sostituzione dei tensioattivi con prodotti di base e incoraggiare chiaramente l'installazione di nuovi impianti di produzione per gli alchilpoliglucosidi.