OS MÉTODOS DE FABRICAÇÃO DE ALQUIL GLUCOSÍDEOS

A glicosidação de Fischer é o único método de síntese química que permitiu o desenvolvimento das soluções econômicas e tecnicamente mais avançadas para a produção em larga escala de alquil poliglicosídeos. Plantas de produção com capacidades superiores a 20.000 t/ano já foram construídas e ampliam a gama de produtos da indústria de surfactantes com agentes tensoativos baseados em matérias-primas renováveis. D-glicose e álcoois graxos lineares C8-C16 provaram ser as matérias-primas preferidas. Esses edutos podem ser convertidos em alquil poliglicosídeos tensoativos por meio de glicosidação de Fischer direta ou transglicosidação em duas etapas via butil poliglicosídeo na presença de catalisadores ácidos, com água como subproduto. A água precisa ser destilada da mistura de reação para deslocar o equilíbrio da reação em direção aos produtos desejados. Durante o processo de glicosidação, heterogeneidades na mistura de reação devem ser evitadas, pois levam à formação excessiva dos chamados poliglicosídeos, que são altamente indesejáveis. Muitos estratagemas técnicos, portanto, concentram-se na homogeneização dos edutos n-glicose e álcoois, que são pouco miscíveis devido à sua diferença de polaridade. Durante a reação, ligações glicosídicas são formadas tanto entre o álcool graxo e a n-glicose quanto entre as próprias unidades de n-glicose. Consequentemente, os alquilpoliglicosídeos formam-se como misturas de frações com diferentes números de unidades de glicose no resíduo alquil de cadeia longa. Cada uma dessas frações, por sua vez, é composta por vários constituintes isoméricos, uma vez que as unidades de n-glicose assumem diferentes formas anoméricas e formas de anel em equilíbrio químico durante a glicosidação de Fischer e as ligações glicosídicas entre as unidades de D-glicose ocorrem em várias posições de ligação possíveis. A razão anômera das unidades de D-glicose é de aproximadamente α/β = 2:1 e parece difícil de influenciar nas condições descritas da síntese de Fischer. Sob condições termodinamicamente controladas, as unidades de n-glicose contidas na mistura do produto existem predominantemente na forma de piranosídeos. O número médio de unidades de n-glicose por resíduo alquil, o chamado grau de polimerização, é essencialmente uma função da razão molar dos edutos durante a fabricação. Devido às suas pronunciadas propriedades surfactantes[1], é dada preferência especial aos alquil poliglicosídeos com graus de polimerização entre 1 e 3, para os quais aproximadamente 3 a 10 mols de álcool graxo devem ser utilizados por mol de n-glicose no processo.

O grau de polimerização diminui à medida que o excesso de álcool graxo aumenta. O excesso de álcoois graxos é separado e recuperado por um processo de destilação a vácuo em múltiplas etapas com evaporadores de filme descendente, de modo que o estresse térmico seja mantido ao mínimo. A temperatura de evaporação deve ser alta o suficiente e o tempo de contato na zona quente deve ser longo o suficiente para garantir a destilação suficiente do excesso de álcool graxo e o fluxo do alquil poliglicosídeo fundido sem qualquer reação de decomposição significativa. Uma série de etapas de evaporação pode ser vantajosamente utilizada para separar primeiro a fração de baixo ponto de ebulição, depois a maior parte do álcool graxo e, finalmente, o álcool graxo restante, até que o alquil poliglicosídeo se funda como um resíduo solúvel em água.

Mesmo sob as condições mais brandas para a síntese e evaporação de álcoois graxos, ocorrerá uma descoloração marrom indesejada, sendo necessários processos de branqueamento para refinar o produto. Um método de branqueamento que se mostrou adequado é adicionar um agente oxidante, como o peróxido de hidrogênio, a uma formulação aquosa de alquil poliglicosídeo em meio alcalino na presença de íons de magnésio.

Os múltiplos estudos e variantes utilizados nos processos de síntese, pós-processamento e refino garantem que, mesmo hoje, ainda não exista uma solução "chave na mão" amplamente aplicável para a obtenção de um grau específico de produto. Pelo contrário, todas as etapas do processo precisam ser formuladas. Dongfu fornece algumas sugestões para o projeto da solução e soluções técnicas, e explica as condições químicas e físicas para o processo de reação, separação e refino.

Todos os três processos principais – transglicosidação homogênea, processo de suspensão e técnica de alimentação de glicose – podem ser usados em condições industriais. Durante a transglicosidação, a concentração do intermediário butil poliglicosídeo, que atua como um solubilizante para os edutos D-glicose e butanol, deve ser mantida acima de cerca de 15% na mistura de reação para evitar não homogeneidades. Para o mesmo propósito, a concentração de água na mistura de reação empregada para a síntese direta de Fischer de alquil poliglicosídeos deve ser mantida em menos de cerca de 1%. Em teores de água mais altos, há o risco de transformar a D-glicose cristalina suspensa em uma massa pegajosa, o que posteriormente resultaria em processamento ruim e polimerização excessiva. A agitação e a homogeneização eficazes promovem a distribuição fina e a reatividade da D-glicose cristalina na mistura de reação.

Fatores técnicos e econômicos devem ser considerados na seleção do método de síntese e suas variantes mais sofisticadas. Processos homogêneos de transglicosidação baseados em xaropes de D-glicose parecem especialmente favoráveis à produção contínua em larga escala. Eles permitem economias permanentes na cristalização da matéria-prima D-glicose na cadeia de valor agregado, o que mais do que compensa os maiores investimentos pontuais na etapa de transglicosidação e na recuperação de butanol. O uso de n-butanol não apresenta outras desvantagens, uma vez que pode ser reciclado quase completamente, de modo que as concentrações residuais nos produtos finais recuperados são de apenas algumas partes por milhão, o que pode ser considerado não crítico. A glicosidação direta de Fischer, de acordo com o processo de suspensão ou a técnica de alimentação de glicose, dispensa a etapa de transglicosidação e a recuperação de butanol. Também pode ser realizada continuamente e exige um investimento de capital ligeiramente menor.

No futuro, a oferta e o preço de matérias-primas fósseis e renováveis, bem como o avanço tecnológico na produção de alquil polissacarídeos, terão um impacto decisivo na capacidade de mercado e na capacidade de produção, desenvolvimento e aplicação. Os polissacarídeos base já possuem soluções técnicas próprias que podem proporcionar importantes vantagens competitivas no mercado de tratamento de superfície para empresas que desenvolvem ou adotam tais processos. Isso é especialmente verdadeiro em períodos de alta e baixa demanda. O custo de fabricação do agente de fabricação subiu para o nível usual; mesmo que o preço das matérias-primas locais caia ligeiramente, isso pode fixar os substitutos para surfactantes e incentivar a instalação de novas plantas de produção de alquil polissacarídeos.