Processus de transglycosidation utilisant le D-glucose comme matière première.

La glycosidation Fischer est la seule méthode de synthèse chimique qui a permis le développement de solutions économiques et techniquement perfectionnées aujourd'hui pour la production à grande échelle d'alkylpolyglucosides. Des installations de production d'une capacité de plus de 20 000 t/an ont déjà été réalisées et élargissent la gamme de produits de l'industrie des tensioactifs avec des agents tensioactifs à base de matières premières renouvelables. Le D-glucose et les alcools gras linéaires en C8-C16 se sont révélés être les matières premières préférées. Ces produits peuvent être convertis en alkylpolyglycosides tensioactifs par glycosylation directe de Fischer ou par des transglycosides en deux étapes de butylpolyglycoside en présence d'un catalyseur acide, avec de l'eau comme sous-produit. L'eau doit être distillée du mélange réactionnel pour déplacer l'équilibre réactionnel vers le produit souhaité. Dans le processus de glycosylation, les inhomogénéités dans le mélange réactionnel doivent être évitées car elles peuvent conduire à une formation excessive de ce qu'on appelle le polydextrose, ce qui est hautement indésirable. Par conséquent, de nombreuses stratégies techniques se concentrent sur les produits homogènes que sont le n-glucose et l’alcool, qui sont difficiles à miscibles en raison de leurs polarités différentes. Au cours de la réaction, des liaisons glycosidiques se forment à la fois entre l'alcool gras et le n-glucose et entre les unités n-glucose elles-mêmes. Les alkylpolyglucosides se forment par conséquent sous forme de mélanges de fractions avec différents nombres d'unités glucose au niveau du résidu alkyle à longue chaîne. Chacune de ces fractions, à son tour, est composée de plusieurs constituants isomères, puisque les unités n-glucose prennent différentes formes anomériques et formes d'anneaux en équilibre chimique pendant la glycosidation de Fischer et les liaisons glycosidiques entre les unités D-glucose se produisent dans plusieurs positions de liaison possibles. . Le rapport d'anomère des unités D-glucose est d'environ α/β＝ 2 : 1 et semble difficile à influencer dans les conditions décrites de la synthèse Fischer. Dans des conditions thermodynamiquement contrôlées, les unités n-glucose contenues dans le mélange de produits existent principalement sous forme de pyranosides. Le nombre moyen d'unités de glucose normales par résidu alkyle, appelé degré de polymérisation, est essentiellement fonction du rapport molaire des éduits au cours du processus de fabrication. En raison de leurs propriétés tensioactives remarquables, les alkylpolyglycosides ayant un degré de polymérisation compris entre 1 et 3 sont particulièrement préférés, raison pour laquelle environ 3 à 10 moles d'alcools gras doivent être utilisées par mole de glucose normal dans ce procédé.

Le degré de polymérisation diminue avec un excès croissant d'alcool gras. L'excès d'alcool gras est séparé et récupéré au moyen de procédés de distillation sous vide en plusieurs étapes avec des évaporateurs à film tombant, qui permettent de maintenir le stress thermique au minimum. La température d'évaporation doit être juste assez élevée et le temps de contact dans la zone chaude juste assez long pour assurer une distillation adéquate de l'excès d'alcool gras et un écoulement de l'alkyl polyglucoside fondu, sans apparition de réactions de décomposition importantes. Une série d'étapes d'évaporation peut être avantageusement utilisée pour séparer d'abord les fractions à bas point d'ébullition, puis la quantité principale d'alcool gras et enfin l'alcool gras restant jusqu'à ce que l'alkyl polyglucoside fonde sous forme de résidus solubles dans l'eau.

Même lorsque la synthèse et l'évaporation de l'alcool gras sont effectuées dans les conditions les plus douces, une décoloration brune indésirable se produit, nécessitant des processus de blanchiment pour affiner les produits. Une méthode de blanchiment qui s'est avérée appropriée est l'ajout d'oxydants tels que le peroxyde d'hydrogène à des préparations aqueuses d'alkylpolyglucosides en milieu alcalin en présence d'ions magnésium.

Les nombreuses recherches et variantes utilisées lors de la synthèse, du traitement et du raffinage montrent qu'il n'existe pas encore aujourd'hui de solutions « clés en main » généralement applicables pour obtenir des qualités de produits spécifiques. Au contraire, toutes les étapes du processus doivent être élaborées, mutuellement adaptées et optimisées. Ce chapitre a fourni des suggestions et décrit quelques moyens pratiques de concevoir des solutions techniques, ainsi que d'indiquer les conditions chimiques et physiques standard pour la réalisation des processus de réactions, de séparation et de raffinage.

Les trois procédés principaux – transglycosidation homogène, procédé en suspension et technique d’alimentation en glucose – peuvent être utilisés dans des conditions industrielles. Lors de la transglycosidation, la concentration du butyl polyglucoside intermédiaire, qui agit comme solubilisant pour les éduits D-glucose et butanol, doit être maintenue au-dessus d'environ 15 % dans le mélange réactionnel afin d'éviter des inhomogénéités. Dans le même but, la concentration en eau dans le mélange réactionnel utilisé pour la synthèse directe par Fischer d'alkylpolyglucosides doit être maintenue à moins d'environ 1 %. À des teneurs en eau plus élevées, il existe un risque de transformation du D-glucose cristallin en suspension en une masse collante, ce qui entraînerait ensuite un mauvais traitement et une polymérisation excessive. Une agitation et une homogénéisation efficaces favorisent la distribution fine et la réactivité du D-glucose cristallin dans le mélange réactionnel.

Des facteurs à la fois techniques et économiques doivent être pris en compte lors du choix de la méthode de synthèse et de ses variantes plus sophistiquées. Les procédés homogènes de transglycosidation à base de sirops de D-glucose semblent particulièrement favorables à une production continue à grande échelle. Ils permettent des économies permanentes sur la cristallisation de la matière première D-glucose dans la chaîne de valeur ajoutée, qui font plus que compenser les investissements ponctuels plus élevés dans l'étape de transglycosidation et la récupération du butanol. L'utilisation du n-butanol ne présente pas d'autres inconvénients, car il peut être recyclé presque entièrement, de sorte que les concentrations résiduelles dans les produits finaux récupérés ne sont que de quelques parties par million, ce qui peut être considéré comme non critique. La glycosidation directe Fischer selon le procédé slurry ou la technique d'alimentation en glucose dispense de l'étape de transglycosidation et de récupération du butanol. Elle peut également être réalisée en continu et nécessite des investissements légèrement inférieurs.

On peut s'attendre à ce que la disponibilité et les prix futurs des matières premières fossiles et renouvelables, ainsi que les nouveaux progrès techniques dans la production et l'application des alkylpolyglucosides, aient une influence décisive sur le développement du volume du marché et des capacités de production de ces derniers. Les solutions techniques viables qui existent déjà pour la production et l'utilisation d'alkylpolyglucosides peuvent donner un avantage concurrentiel essentiel sur le marché des tensioactifs aux entreprises qui ont développé ou emploient déjà de tels procédés. Cela est particulièrement vrai en cas de prix élevés du pétrole brut et de faibles prix des céréales. Étant donné que les coûts fixes de fabrication sont certainement à un niveau habituel pour les tensioactifs industriels en vrac, même de légères réductions du prix des matières premières natives peuvent inciter à la substitution des tensioactifs et peuvent clairement encourager l'installation de nouvelles usines de production d'alkylpolyglucosides.