Phân giải sinh học của các APG với kiểm tra Screening

4. Mức độ trùng hợp (DP):[6]

Thông qua chức năng của cacbohydrat, các điều kiện của phản ứng Fischer được xúc tác bởi axit tạo ra một hỗn hợp oligomer, trong đó trung bình có hơn một đơn vị glycose được gắn vào một phân tử rượu. Số lượng đơn vị glycose trung bình liên kết với một nhóm rượu được mơ tả là mức độ trùng hợp (trung bình) (DP).

Trong hỗn hợp này, nồng độ của các oligome riêng lẻ (mono-, di-, tri-,.. glycoside) phụ thuộc phần lớn vào tỷ lệ glucozơ và ancol trong hỗn hợp phản ứng. Mức độ trùng hợp trung bình (DP) là một đặc tính quan trọng liên quan đến tính hóa lý và ứng dụng của Alkyl polyglycoside. Trong phân bố cân bằng, DP cho chiều dài chuỗi alkyl nhất định tương quan tốt với các đặc tính cơ bản của sản phẩm, chẳng hạn như độ phân cực, độ hòa tan,… Về nguyên tắc, sự phân bố oligomer này có thể được mơ tả bằng một mơ hình tốn học. P. M. McCurry đã chỉ ra rằng một mơ hình do P. J. Flory phát triển để mô tả sự phân bố oligomer của các sản phẩm dựa trên các monome đa chức, ngồi ra cũng có thể được áp dụng cho các APG.

Hàm lượng của các loại riêng lẻ trong hỗn hợp oligomer giảm khi mức độ trùng hợp tăng dần. Sự phân bố oligomer thu được bằng mơ hình tốn học này phù hợp với các

20

kết quả phân tích. Nói một cách dễ hiểu, mức độ trùng hợp (DP) trung bình của hỗn hợp APG có thể được tính từ phần trăm số mol pi của loại oligomeric tương ứng "i" trong hỗn hợp glycoside.

Hình 2. 7: Sự phân bố điển hình của các oligomer dodecyl glycoside trong hỗn hợp DP = 1,3(R = dodecyl)

IV. Nguyên liệu sản xuất Ankyl Polyglycoside:[7]1. Rượu béo: 1. Rượu béo:

Rượu béo có thể được lấy từ các nguồn hóa dầu (tổng hợp rượu béo) hoặc từ tài nguyên tự nhiên, có thể tái tạo, chẳng hạn như chất béo và dầu (tự nhiên rượu béo

ral). Hỗn hợp rượu béo được sử dụng trong APG tổng hợp để tạo nên phần kỵ nước của phân tử. Vị béo tự nhiên rượu thu được sau q trình chuyển hóa và phân đoạn chất béo và dầu (chất béo trung tính), dẫn đến các axit béo metyl este tương ứng và hydro hóa tuần tự.

Tùy thuộc vào chiều dài chuỗi alkyl mong muốn của rượu béo mà nguyên liệu chính là dầu và mỡ có các thành phần sau:dầu dừa hoặc dầu hạt cọ cho dãy C12/14 và mỡ động vật, cọ hoặc dầu hạt cải dầu cho các rượu béo C16/18.

21

Phần ưa nước của phân tử APG có nguồn gốc từ cacbohydrat. Dựa trên tinh bột từ ngơ, lúa mì hoặc khoai tây, carbohydrate polyme và monome đều thích hợp làm nguyên liệu để sản xuất APG. Carbohydrate polyme bao gồm tinh bột hoặc glucose syrup với mức độ phân hủy thấp. Cịn Carbohydrate monome có thể là bất kỳ dạng nào mà trong đó có sẵn glucose, ví dụ nước glucose tự nhiên, glucose monohydrate (dextrose) hoặc glucose syrup phân hủy cao.

Lựa chọn ngun liệu khơng chỉ ảnh hưởng đến chi phí nguyên liệu mà cịn ảnh hưởng đến sản xuất chi phí. Chi phí nguyên liệu được xếp tăng theo thứ tự: tinh

bộtglucose syrupglucosemonohydrate.

Hình 2. 8: Nguồn carbohydrate để tổng hợp alkyl polyglycoside quy mô công nghiệp (DE = dextrose tương đương)

V. Q trình Glycoside hóa:

Trong q trình tổng hợp glycoside, một loại đường đa chức có thành phần kết hợp được với nucleophile như rượu, một loại carbohydrate, hoặc một loại protein. Tiềm năng tổng hợp rộng rãi của phản ứng này, rất phổ biến trong tự nhiên. Về nguyên tắc, các quy trình enzyme hoặc vi sinh vật, nhờ tính chọn lọc của chúng có thể thay thế các bước bảo vệ và khử bảo vệ bằng hóa chất phức tạp khi có sự hình thành chọn lọc liên tục của glycoside.

Q trình glycosyl hóa có thể được chia thành các q trình dẫn đến sự cân bằng

oligomer phức tạp trong trao đổi glycosyl được xúc tác bởi axit phản ứng (phản ứng Fischer glycosyl hóa và các phản ứng trong hydro florua (HF) với các phân tử carbohydrate không được bảo vệ) và được kiểm sốt về mặt động học, khơng thuận nghịch, chủ yếu là các phản

22

ứng thay thế đặc hiệu trên các chất nền cacbohydrat được hoạt hóa thích hợp. Quy trình thuộc loại thứ hai có thể dẫn đến việc hình thành các sản phẩm riêng lẻ hơn trong các hỗn hợp phản ứng phức tạp. Carbohydrate có thể được hoạt hóa ở carbon anomeric bằng cách rời khỏi các nhóm, chẳng hạn như nguyên tử Halogen, nhóm sulfonium hoặc nhóm

trichloroacetimidate hoặc bằng cách kích hoạt bazơ.

Trong quá trình phát triển của Alkyl polyglycoside, các phương pháp chọn lọc lập thể đã được sử dụng trên quy mơ phịng thí nghiệm như là phương pháp nghiên cứu của Koenigs- Knorr và các nhóm khác dùng để tổng hợp nhiều loại chất mẫu và nghiên cứu các đặc tính hóa lý của chúng. Nhưng do sự phức tạp của chúng, sự không ổn định của các chất trung gian và số lượng cũng như tính chất quan trọng chất thải của quá trình sẽ tạo ra các vấn đề kinh tế và kỹ thuật đáng kể. Cịn khi sử dụng quy trình kiểu Fischer glycoside hóa sẽ tương đối ít phức tạp hơn và dễ thực hiện hơn trên quy mơ thương mại, do đó đây là phương pháp được ưa chuộng để sản xuất Alkyl polyglycoside trên quy mô lớn.

VI. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp:[8]

1. Tỷ lệ mol của glucose và rượu:

Để làm cho tốc độ phản ứng nhanh, các thí nghiệm thường sử dụng một lượng lớn dung dịch rượu. Tuy nhiên lượng rượu sử dụng quá cao sẽ làm phức tạp hơn công đoạn tinh chế sản phẩm và lãng phí nguyên liệu.

Khi tỷ lệ mol của rượu và glucose tăng thì thời gian làm rõ của chất lỏng phản ứng trở nên ngắn hơn và sản lượng tăng lên đầu tiên nhưng sau đó lại giảm xuống. Khi tỷ lệ rượu và glucose là 9:1, tỷ lệ sản xuất giảm còn 92,4%  năng suất thấp. Do sự di chuyển của khối lượng và năng lượng di chuyển trở nên yếu hơn nên độ nhớt của hệ phản ứng trở nên lớn. Ngồi ra do chất xúc tác bị pha lỗng bởi một lượng rượu lớn nên nồng độ chất xúc tác xuống rất thấp, do đó làm giảm tốc độ phản ứng và kéo dài thời gian phản ứng tổng hợp. Điều này cho thấy lượng rượu lớn không phải là tốt, trong các báo cáo nghiên cứu tỷ lệ mol của rượu và glucose 7:1 là thích hợp nhất.

23