एल्काइल ग्लूकोसाइड्स के निर्माण की विधियाँ

फिशर ग्लाइकोसिडेशन रासायनिक संश्लेषण की एकमात्र विधि है जिसने आज के आर्थिक और तकनीकी रूप से परिष्कृत समाधानों के विकास को बड़े पैमाने पर एल्काइल पॉलीग्लूकोसाइड्स के उत्पादन के लिए संभव बनाया है। 20,000 टन/वर्ष से अधिक क्षमता वाले उत्पादन संयंत्र पहले ही स्थापित किए जा चुके हैं और नवीकरणीय कच्चे माल पर आधारित सतह-सक्रिय कारकों के साथ सर्फेक्टेंट उद्योग की उत्पाद श्रृंखला का विस्तार किया है। डी-ग्लूकोज और रैखिक C8-C16 वसायुक्त अल्कोहल पसंदीदा फीडस्टॉक साबित हुए हैं। इन उत्पादों को सीधे फिशर ग्लाइकोसिडेशन या ब्यूटाइल पॉलीग्लूकोसाइड के माध्यम से द्वि-चरणीय ट्रांसग्लाइकोसिडेशन द्वारा अम्लीय उत्प्रेरकों की उपस्थिति में, जल को उप-उत्पाद के रूप में लेकर, सतह-सक्रिय एल्काइल पॉलीग्लूकोसाइड्स में परिवर्तित किया जा सकता है। अभिक्रिया संतुलन को वांछित उत्पादों की ओर स्थानांतरित करने के लिए अभिक्रिया मिश्रण से जल को आसुत करना आवश्यक है। ग्लाइकोसिडेशन प्रक्रिया के दौरान, अभिक्रिया मिश्रण में असमानताओं से बचना चाहिए, क्योंकि इनसे तथाकथित पॉलीग्लूकोसाइड्स का अत्यधिक निर्माण होता है, जो अत्यधिक अवांछनीय है। इसलिए कई तकनीकी रणनीतियाँ n-ग्लूकोज और अल्कोहल के समरूपीकरण पर केंद्रित होती हैं, जो अपनी ध्रुवीयता में अंतर के कारण खराब रूप से मिश्रणीय होते हैं। अभिक्रिया के दौरान, वसायुक्त अल्कोहल और n-ग्लूकोज के बीच और स्वयं n-ग्लूकोज इकाइयों के बीच ग्लाइकोसिडिक बंध बनते हैं। परिणामस्वरूप, एल्काइल पॉलीग्लूकोसाइड्स लंबी-श्रृंखला वाले एल्काइल अवशेषों में ग्लूकोज इकाइयों की विभिन्न संख्या वाले अंशों के मिश्रण के रूप में बनते हैं। इनमें से प्रत्येक अंश, बदले में, कई समावयवी घटकों से बना होता है, क्योंकि फिशर ग्लाइकोसिडेशन के दौरान रासायनिक संतुलन में n-ग्लूकोज इकाइयाँ विभिन्न विषम रूपों और वलय रूपों को ग्रहण करती हैं और D-ग्लूकोज इकाइयों के बीच ग्लाइकोसिडिक बंध कई संभावित बंध स्थितियों में होते हैं। डी-ग्लूकोज इकाइयों का एनोमर अनुपात लगभग α/β＝ 2:1 होता है और फिशर संश्लेषण की वर्णित स्थितियों में इसे प्रभावित करना कठिन प्रतीत होता है। ऊष्मागतिकीय रूप से नियंत्रित स्थितियों में, उत्पाद मिश्रण में निहित n-ग्लूकोज इकाइयाँ मुख्यतः पाइरानोसाइड के रूप में मौजूद होती हैं। प्रति एल्काइल अवशेष में n-ग्लूकोज इकाइयों की औसत संख्या, जिसे बहुलकीकरण की तथाकथित मात्रा कहा जाता है, अनिवार्य रूप से निर्माण के दौरान नलिकाओं के मोलर अनुपात का एक फलन है। उनके स्पष्ट पृष्ठसक्रियक गुणों[1] के कारण, 1 से 3 के बीच बहुलकीकरण की मात्रा वाले एल्काइल पॉलीग्लूकोसाइड को विशेष वरीयता दी जाती है, जिसके लिए प्रक्रिया में प्रति मोल n-ग्लूकोज लगभग 3-10 मोल वसायुक्त अल्कोहल का उपयोग किया जाना चाहिए।

अतिरिक्त वसायुक्त अल्कोहल की मात्रा बढ़ने पर बहुलकीकरण की मात्रा कम हो जाती है। अतिरिक्त वसायुक्त अल्कोहल को गिरती फिल्म वाष्पकों के साथ एक बहु-चरणीय निर्वात आसवन प्रक्रिया द्वारा पृथक और पुनर्प्राप्त किया जाता है, ताकि तापीय प्रतिबल को न्यूनतम रखा जा सके। वाष्पीकरण तापमान पर्याप्त रूप से उच्च होना चाहिए और गर्म क्षेत्र में संपर्क समय पर्याप्त होना चाहिए ताकि अतिरिक्त वसायुक्त अल्कोहल का पर्याप्त आसवन सुनिश्चित हो सके और एल्काइल पॉलीग्लूकोसाइड पिघल बिना किसी महत्वपूर्ण अपघटन प्रतिक्रिया के प्रवाहित हो सके। वाष्पीकरण चरणों की एक श्रृंखला का उपयोग लाभप्रद रूप से पहले कम-उबलते अंश, फिर वसायुक्त अल्कोहल की मुख्य मात्रा, और अंत में शेष वसायुक्त अल्कोहल को अलग करने के लिए किया जा सकता है, जब तक कि एल्काइल पॉलीग्लाइकोसाइड जल-घुलनशील अवशेष के रूप में पिघल न जाए।

वसायुक्त अल्कोहल के संश्लेषण और वाष्पीकरण के लिए सबसे हल्की परिस्थितियों में भी, अवांछित भूरा रंग-विकृति हो सकती है, और उत्पाद को परिष्कृत करने के लिए विरंजन प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। विरंजन की एक उपयुक्त विधि, मैग्नीशियम आयनों की उपस्थिति में क्षारीय माध्यम में एल्काइल पॉलीग्लाइकोसाइड के जलीय मिश्रण में हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसे ऑक्सीकरण कारक को मिलाना है।

संश्लेषण, पश्च-प्रसंस्करण और शोधन प्रक्रिया में प्रयुक्त अनेक अध्ययन और विविधताएँ इस बात की गारंटी देती हैं कि आज भी, किसी विशिष्ट उत्पाद ग्रेड को प्राप्त करने के लिए कोई व्यापक रूप से लागू "टर्नकी" समाधान उपलब्ध नहीं है। इसके विपरीत, सभी प्रक्रिया चरणों को सूत्रबद्ध करने की आवश्यकता है। डोंगफू समाधान डिज़ाइन और तकनीकी समाधानों के लिए कुछ सुझाव प्रदान करता है, और अभिक्रिया, पृथक्करण और शोधन प्रक्रिया के लिए रासायनिक और भौतिक स्थितियों की व्याख्या करता है।

तीनों मुख्य प्रक्रियाएँ - समरूप ट्रांसग्लाइकोसिडेशन, स्लरी प्रक्रिया और ग्लूकोज फीड तकनीक - औद्योगिक परिस्थितियों में इस्तेमाल की जा सकती हैं। ट्रांसग्लाइकोसिडेशन के दौरान, मध्यवर्ती ब्यूटाइल पॉलीग्लूकोसाइड की सांद्रता, जो डी-ग्लूकोज और ब्यूटेनॉल उत्पादों के लिए एक विलेय के रूप में कार्य करता है, को प्रतिक्रिया मिश्रण में लगभग 15% से अधिक रखा जाना चाहिए ताकि असमानताओं से बचा जा सके। इसी उद्देश्य के लिए, एल्काइल पॉलीग्लूकोसाइड के प्रत्यक्ष फिशर संश्लेषण के लिए प्रयुक्त प्रतिक्रिया मिश्रण में पानी की सांद्रता लगभग 1% से कम रखी जानी चाहिए। उच्च जल सामग्री पर निलंबित क्रिस्टलीय डी-ग्लूकोज के एक चिपचिपे द्रव्यमान में बदलने का जोखिम होता है, जिसके परिणामस्वरूप बाद में खराब प्रसंस्करण और अत्यधिक बहुलकीकरण हो सकता है। प्रभावी सरगर्मी और समरूपीकरण प्रतिक्रिया मिश्रण में क्रिस्टलीय डी-ग्लूकोज के ठीक वितरण और प्रतिक्रियाशीलता को बढ़ावा देते हैं।

संश्लेषण विधि और इसके अधिक परिष्कृत प्रकारों का चयन करते समय तकनीकी और आर्थिक, दोनों कारकों पर विचार किया जाना चाहिए। डी-ग्लूकोज सिरप पर आधारित समरूप ट्रांसग्लाइकोसिडेशन प्रक्रियाएँ बड़े पैमाने पर निरंतर उत्पादन के लिए विशेष रूप से अनुकूल प्रतीत होती हैं। ये मूल्य-वर्धित श्रृंखला में कच्चे माल डी-ग्लूकोज के क्रिस्टलीकरण पर स्थायी बचत प्रदान करती हैं, जो ट्रांसग्लाइकोसिडेशन चरण और ब्यूटेनॉल की पुनर्प्राप्ति में किए जाने वाले उच्च एकमुश्त निवेश की भरपाई से कहीं अधिक है। एन-ब्यूटेनॉल के उपयोग में कोई अन्य नुकसान नहीं है, क्योंकि इसे लगभग पूरी तरह से पुनर्चक्रित किया जा सकता है, जिससे प्राप्त अंतिम उत्पादों में अवशिष्ट सांद्रता केवल कुछ भाग प्रति मिलियन होती है, जिसे गैर-महत्वपूर्ण माना जा सकता है। स्लरी प्रक्रिया या ग्लूकोज फीड तकनीक के अनुसार प्रत्यक्ष फिशर ग्लाइकोसिडेशन में ट्रांसग्लाइकोसिडेशन चरण और ब्यूटेनॉल की पुनर्प्राप्ति की आवश्यकता नहीं होती है। इसे निरंतर भी किया जा सकता है और इसमें थोड़ा कम पूंजीगत व्यय होता है।

भविष्य में, जीवाश्म और नवीकरणीय कच्चे माल की आपूर्ति और कीमत, साथ ही एल्काइल पॉलीसैकेराइड के उत्पादन में आगे की तकनीकी प्रगति, विकास और अनुप्रयोग की बाजार क्षमता और उत्पादन क्षमता पर निर्णायक प्रभाव डालेगी। बेस पॉलीसैकेराइड के पास पहले से ही अपने तकनीकी समाधान मौजूद हैं जो ऐसी प्रक्रियाओं को विकसित करने वाली या अपनाने वाली कंपनियों के लिए सतह उपचार बाजार में महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी लाभ प्रदान कर सकते हैं। यह विशेष रूप से तब सच होता है जब कीमतें ऊँची और नीची होती हैं। निर्माण एजेंट की निर्माण लागत सामान्य स्तर तक बढ़ गई है, भले ही स्थानीय कच्चे माल की कीमत थोड़ी कम हो जाए, यह सर्फेक्टेंट के विकल्प तय कर सकता है और नए एल्काइल पॉलीसैकेराइड उत्पादन संयंत्रों की स्थापना को प्रोत्साहित कर सकता है।