Fisher 합성을 기반으로 한 알킬 글리코시드 생산 공장의 설계 요구 사항은 사용된 탄수화물의 유형과 사용된 알코올의 사슬 길이에 크게 좌우됩니다. 옥탄올/데칸올 및 도데칸올/테트라데칸올을 기반으로 한 수용성 알킬 글리코시드 생산이 처음으로 도입되었습니다. . 주어진 DP에 대해 사용된 알코올로 인해 물에 불용성인 알킬 폴리글리코사이드(알킬 키안의 C 원자 수≥16)는 별도로 처리됩니다.
산에 의해 촉매되는 알킬 폴리글루코사이드 합성 조건에서 폴리글루코스 에테르와 같은 2차 생성물과 유색 불순물이 생성됩니다. 폴리글루코스는 합성 과정에서 글리코실 중합에 의해 형성된 비정질 물질입니다. 2차 반응의 유형과 농도는 공정 매개변수에 따라 다릅니다. 온도, 압력, 반응시간, 촉매 등과 같은 최근 산업적 알킬 폴리글리코사이드 생산의 발전으로 해결된 문제 중 하나는 합성과 관련된 2차 생성물의 형성을 최소화하는 것이다.
일반적으로 단쇄 알코올 기반(C8/10-OH) 및 낮은 DP(대량 알코올 과다복용) 알킬 배당체는 생산 문제가 가장 적습니다. 반응 단계에서 과잉 알코올이 증가하면 2차 생성물의 생성이 감소합니다. 이는 열분해 생성물이 형성되는 동안 열 스트레스를 줄이고 과도한 알코올을 제거합니다.
Fisher 글리코사이드화는 첫 번째 단계에서 포도당이 상대적으로 빠르게 반응하여 올리고머 평형이 달성되는 과정으로 설명할 수 있습니다. 이 단계 뒤에는 알킬 글리코사이드가 천천히 분해됩니다. 분해 과정에는 탈알킬화 및 중합과 같은 단계가 포함됩니다. 농도가 증가하면 비가역적으로 열역학적으로 더 안정한 폴리글루코스를 형성합니다. 최적의 반응 시간을 초과하는 반응 혼합물을 과반응이라고 합니다. 반응이 조기에 종료되면 생성된 반응 혼합물에 다량의 잔류 포도당이 포함됩니다.
반응 혼합물에서 알킬 글루코사이드의 활성 물질의 손실은 폴리글루코스의 형성과 좋은 관계가 있습니다. 과도한 반응의 경우 폴리글루코오스의 침전에 의해 반응혼합물은 점차적으로 다시 다상화 된다. 따라서 반응종료 시점에 따라 제품의 품질 및 제품 수율에 심각한 영향을 미치게 된다. 고형글루코오스를 시작으로 2차 생성물의 알킬배당체가 함량이 낮아서 다른 극성 성분(폴리글루코스)과 나머지 탄수화물이 완전히 반응하지 않은 반응 혼합물에서 여과될 수 있습니다.
최적화된 공정에서는 에테르화 생성물 농도가 상대적으로 낮습니다(반응 온도, 시간, 촉매 유형 및 농도 등에 따라 다름).
그림 4는 포도당과 지방 알코올(C12/14-OH)의 직접 반응의 전형적인 과정을 보여줍니다.

피셔 당화 반응에서 반응 매개변수의 온도와 압력은 서로 밀접하게 관련되어 있습니다. 2차 생성물이 적은 알킬 폴리글리코사이드를 생성하려면 압력과 온도를 서로 맞추고 엄격하게 제어해야 합니다.
아세탈화 반응 온도가 낮기 때문에(<100℃) 2차 생성물이 적은 알킬 폴리글리코사이드입니다. 그러나 온도가 낮으면 반응 시간이 상대적으로 길어지고(알코올의 사슬 길이에 따라 다름) 특정 반응기 효율이 낮아집니다. 상대적으로 높은 반응 온도(>100℃, 일반적으로 110-120℃)에서는 탄수화물의 색상이 변할 수 있습니다. 반응 혼합물에서 끓는점이 낮은 반응 생성물(직접 합성에서는 물, 트랜스아세탈화 공정에서는 단쇄 알코올)을 제거함으로써 아세탈화 평형이 생성물 쪽으로 이동합니다. 예를 들어 높은 반응 온도로 인해 단위 시간당 상대적으로 많은 양의 물이 생성되는 경우 반응 혼합물에서 이 물을 효과적으로 제거하기 위한 조치가 이루어져야 합니다. 이는 물이 있을 때 발생하는 2차 반응(특히 폴리덱스트로스의 형성)을 최소화합니다. 반응 단계의 증발 효율은 압력뿐만 아니라 증발 면적 등에 따라 달라집니다. 트랜스아세탈화 및 직접 합성 변형의 일반적인 반응 압력은 20~100mbar입니다.
또 다른 중요한 최적화 요소는 글리코사이드화 공정에서 선택적 촉매를 개발하여 폴리글루코스 형성 및 에테르화 등을 억제하는 것입니다. 이미 언급한 바와 같이 피셔 합성에서 아세탈 또는 역아세탈은 산에 의해 촉매됩니다. 원칙적으로 충분한 강도의 모든 산 황산, p-톨루엔, 알킬 벤젠술폰산, 술폰산 숙신산 등이 이 목적에 적합합니다. 반응 속도는 산도와 알코올에 포함된 산의 농도에 따라 달라집니다. 산에 의해 촉매될 수도 있는 2차 반응( 예를 들어, 폴리글루코스 형성)은 반응 혼합물의 극성 단계(미량 물)에서 주로 발생하며, 소수성 산(예: 알킬 벤젠술폰산)을 사용하여 환원될 수 있는 알킬 사슬은 주로 반응 혼합물의 덜 극성 단계에 용해됩니다. 반응 혼합물.
반응 후, 산 촉매는 수산화나트륨, 산화마그네슘과 같은 적절한 염기로 중화됩니다. 중화된 반응 혼합물은 지방 알코올 50~80%를 함유하는 연한 노란색 용액입니다. 높은 지방 알코올 함량은 탄수화물과 지방 알코올의 몰비로 인해 발생합니다. 이 비율은 산업용 알킬 폴리글리코사이드에 대한 특정 DP를 얻기 위해 조정되며 일반적으로 1:2에서 1:6 사이입니다.
과잉 지방 알코올은 진공 증류로 제거됩니다. 중요한 경계 조건은 다음과 같습니다.
– 제품 내 잔류 지방 알코올 함량은 다음과 같아야 합니다.<1% 왜냐하면 기타
현명한 용해도와 냄새는 부정적인 영향을 받습니다.
- 원치 않는 열분해 생성물 또는 변색 성분의 형성을 최소화하려면 알코올의 사슬 길이에 따라 대상 생성물의 열 응력 및 체류 시간을 가능한 한 낮게 유지해야 합니다.
- 증류액은 반응에서 순수한 지방 알코올로 재활용되므로 모노글리코사이드가 증류액에 들어가지 않아야 합니다.
도데칸올/테트라데칸올의 경우, 이러한 요구 사항은 과잉 지방 알코올을 제거하는 데 사용되며, 이는 다단계 증류를 통해 대체로 만족스럽습니다. 지방알코올의 함량이 감소함에 따라 점도가 크게 증가한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이는 분명히 최종 증류 단계에서 열 및 물질 전달을 손상시킵니다.
따라서 얇거나 단거리 증발기가 선호됩니다. 이러한 증발기에서 기계적으로 움직이는 필름은 증발 효율성이 높고 제품 체류 시간이 짧으며 우수한 진공도를 제공합니다. 증류 후 최종 생성물은 거의 순수한 알킬 폴리글리코시드이며 녹는점이 70℃~150℃인 고체로 축적됩니다. 알킬 합성의 주요 공정 단계는 그림 5에 요약되어 있습니다.

사용된 제조 공정에 따라 알킬 폴리글리코사이드 생산 시 하나 또는 두 개의 알코올 순환 흐름이 축적됩니다. 과잉 지방 알코올은 거의 완전히 회수될 수 있는 반면, 단쇄 알코올은 거의 완전히 회수될 수 있습니다. 이러한 알코올은 후속 반응에서 재사용될 수 있습니다. 정제의 필요성이나 정제 단계를 수행해야 하는 빈도는 알코올에 축적된 불순물에 따라 달라집니다. 이는 주로 이전 공정 단계(예: 반응, 알코올 제거)의 품질에 따라 달라집니다.
지방 알코올을 제거한 후, 알킬 폴리글리코사이드 활성 물질이 물에 직접 용해되어 점성이 높은 50~70% 알킬 폴리글리코사이드 페이스트가 형성됩니다. 후속 정제 단계에서 이 페이스트는 성능 관련 요구 사항에 따라 만족스러운 품질의 제품으로 가공됩니다. 이러한 정제 단계에는 제품 표백, Ph 값 및 활성 물질 함량과 같은 제품 특성 조정 및 미생물 안정화가 포함될 수 있습니다. 특허 문헌에는 환원 및 산화 표백과 산화 표백 및 환원 안정화의 2단계 공정에 대한 많은 예가 있습니다. 색상과 같은 특정 품질 특징을 얻기 위한 이러한 공정 단계에 수반되는 노력과 그에 따른 비용은 성능 요구 사항, 출발 물질, 필요한 DP 및 공정 단계의 품질에 따라 달라집니다.
그림 6은 직접 합성을 통한 장쇄 알킬 폴리글리코사이드(C12/14 APG)의 산업적 생산 공정을 보여줍니다.