バイオマスベースのアルキル配糖体界面活性剤の調製と応用
界面活性剤は、「工業用MSG」と呼ばれることが多く、開発の長い歴史があります。社会の発展と進歩に伴い、人々の環境保護に対する意識は高まり続けており、界面活性剤の研究は緑化の方向に発展しています。アルキル配糖体は、糖と脂肪アルコールから合成された緑色のマイルドな非イオン性界面活性剤の一種です。「グリーン」な機能性界面活性剤の第一候補として国際的に認められています[1]。再生可能なバイオマス資源に基づいて調製されたアルキル配糖体は、優れた物理的および化学的特性と高い生態学的安全性を備えており、他の種類の界面活性剤には匹敵しにくいという利点があります。アルキル配糖体から合成されるさまざまなアルキル配糖体誘導体は、アルキル配糖体の利点を保持し、より多くの機能を持つことができます。現在、アルキル配糖体とその誘導体は、パーソナルケア、プラスチック建材、農業医学、石油化学製品などの分野で広く使用されています。
01 アルキル配糖体の調製
1.1 原材料
アルキル配糖体は、主に糖と脂肪アルコールの2種類の原料から合成され、幅広い原料源を持っています。
砂糖原料には、ブドウ糖、でんぷん、セルロース、わらが含まれます。合成原料にはブドウ糖とデンプンが使用され、反応条件は比較的穏やかですが、それ自体が食品の原料であり、製造コストは比較的高くなります。合成原料としてのセルロースは、反応条件がより厳しく、通常は高温高圧であり、装置の要件も高くなります[2]。合成原料としてのわらは、ブドウ糖やでんぷんとは異なり、食料供給に悪影響を及ぼしません[3]。反応は穏やかな条件下で行うことができるが、複雑な生成物およびより暗い色という欠点を有する。大規模な農業国として、中国の作物わらの年間生産量は非常に大きいです。砂糖の原料としてわらを使用する場合、それは非常に大きな原料の利点を持っています。
脂肪アルコール原料は通常、C8~C12高級アルコールなどの長鎖炭素鎖アルコールです。低炭素配糖体は、日常の化学品やその他の産業には適しておらず、一部の特殊産業にのみ適しています[4]。現在の研究では、高炭素アルコールを原料とした長鎖アルキル配糖体の製造に焦点を当てています。
1.2 合成プロセス
現在、アルキル配糖体合成に関する研究が国内外で盛んに行われています。多くの合成方法があり、主にフィッシャー合成(直接グリコシル化およびグリコシル改質)と酵素触媒作用があります。
直接グリコシル化法(ワンステップ法)は、現在最も研究されている合成法であり、より工業的な応用が可能な合成法の一つです。酸触媒条件下では、糖と高級アルコールが直接反応してアルキル配糖体と水を形成します。合成法は、反応プロセスパラメータを厳密に制御し、無味で明るい色の高品質のアルキル配糖体を製造することができます。直接グリコシル化法には欠点もあり、合成プロセス中にはより高度な管理と設備が必要です。現在、河南海埔化学、上海Fakai化学、中国国立化学研究所など、直接グリコシル化を使用してアルキル配糖体を合成する国内企業はたくさんあります。
グリコシル改還元(2ステップ法)は、現在最も広く使用されている工業合成法です。酸性触媒条件下では、短鎖アルコールと糖は最初に低グリコシル化反応を受けて短鎖アルキル配糖体を形成します。次に、短鎖アルキル配糖体と長鎖アルコールを糖転移反応させて、最終的に長鎖アルキル配糖体を得ます。グリコシル改質の原料のコストは低く、反応温度が低くなるため、カラメルの生成を減らすことができますが、反応が複雑になり、設備と運用コストが増加し、短鎖アルキル配糖体残基が存在し、精製コストが増加します。糖転移法によるアルキル配糖体の国内生産には、湖北省華化成、長春康波化成、金陵石化研究所、吉林化学研究所などがあります[5]。
酵素触媒作用は、特別な酵素(グリコシダーゼ、グリコシド合成酵素、グリコシルトランスフェラーゼなど)を使用して、アルキル配糖体への脂肪アルコールおよび糖の直接産生を触媒することです。グリコシダーゼは、グリコシド加水分解酵素とも呼ばれ、本質的に安定しており、さまざまな構造の基質を受け入れることができます。保護されていない非活性糖をグリコシル供与体として直接使用することで、酵素的グリコシル化反応に広く使用されています[7]。酵素触媒作用は、タンパク質工学、DNA組換え技術、天然物遺伝子クラスター生合成の開発と利用、およびコンピューターモデリングにも広く使用されています[8]。酵素触媒作用には特異性と高効率という利点がありますが、環境に対する厳しい要件と高コストがあります。現在、主に実験室での研究に使用されており、工業化の促進はほとんどありません。
ケーニッヒス・クノール法、ケタールアルコール分解法、四塩化スズ法、これらの合成法も多くの研究がありますが、すべてに特定の欠陥があり、工業的な応用はほとんどありません。ケーニッヒス・クノール法は収率が高く、分離・精製が容易であるが、重金属触媒はより高価で、製造コストが高く、廃液は環境を汚染しやすい。糖のケタールアルコール分解法の生成物は選択性が高く、反応プロセスの制御が容易ですが、合成プロセスは比較的複雑で、多数の副生成物が発生します。四塩化スズ法は選択性が高く、合成プロセスにも問題があり、有機溶媒の量が多く、コストが高い[9]。
近年、超音波合成やマイクロ波補助合成など、いくつかの補助合成法が登場しています。Hricovíniovら[10]は、マイクロ波支援条件下でホスホモリブデン酸によるD-キシロースおよびD-リクソースのグリコシル化を触媒しました。C8からC14までの異なる鎖長を有する一連のアルキル鎖配糖体を短時間で得ることができ、収率は最大73%である。Zhou Dapeng et al [11] は NaHSO3 ·マイクロ波/超音波照射下でドデシル配糖体を合成する触媒としてのH2O、およびグルコースの変換率は98.9%に達する可能性があります。これらの新しい補助合成法は、反応速度と収率を大幅に改善し、反応の制御性を高め、広範囲にわたる研究意義と応用価値を持つことができます。
1.3 触媒
アルキル配糖体の合成方法ごとに異なる触媒があります。ここでは、主にフィッシャー合成に用いる触媒についてご紹介します。触媒には、一元配置触媒系と二元系触媒系の2種類があります[6]。
一方向触媒系は通常、硫酸、塩酸、リン酸、p-トルエンスルホン酸などの強酸であり、そのうち有機酸は通常直接グリコシル化法で使用され、無機酸は通常、グリコシル化法で使用されます。双方向触媒システムには、無機および有機無機触媒が含まれ、無機触媒は主触媒と助触媒によって触媒され、有機触媒は通常、触媒作用と乳化の両方を持っています。産業界では、一方向触媒システムがより広く使用されています。
触媒の回収と分離を容易にするために、いくつかの研究では固体酸触媒が使用されています。Fan Leming [12]は、自作の磁性固体超酸SZT触媒を使用して、アルコール相でのグルコースとデンプンのアルキルグルコシドへの変換を選択的に触媒しました。アルキル配糖体を合成する反応では、外部磁場を印加することで固酸の迅速な回収とリサイクルが達成されます。得られたグルコシド生成物は、淡い色と高い選択性を有し、生成物は基本的にアルキルモノグリコシドである。固体酸触媒の使用には多くの利点がありますが、反応温度が高い、反応時間が長いなどの問題もあり、より詳細な研究が必要です。回収と分離が容易な触媒を選択することは、アルキル配糖体業界の重要な研究の方向性です。
さらに、触媒を使わずにアルキル配糖体を直接調製することも報告されています。Ludotら[13]は、触媒なしでデシル配糖体を調製することに成功しました。スルフォランを溶媒として使用すると、砂糖、デシルアルコール、スルフォランが直接反応して特定の温度でデシル配糖体を形成すると、収率は83%に達することができ、配糖体製品の色は明るくなります。この触媒を使用しない反応は、アルキル配糖体のグリーン合成に新たなアイデアをもたらします。
1.4 デアルコール治療
アルキル配糖体の合成では、糖の変換率を改善するために、通常は過剰なアルコールが使用されます。そのため、反応生成物中のアルコール度数が高く、脱アルコール処理が必要です。現在、アルキル配糖体の脱アルコール化の方法には、減圧蒸留分離、溶媒抽出分離、超臨界流体分離、流下膜蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離などがあります。
減圧蒸留は操作が簡単で、低コストで済みます。研究室では、この方法を使用してアルキル配糖体を精製しています。産業用途では、通常、流下膜式蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、流下膜式蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離など、複合分離法が使用されます。アルキル配糖体製品のさまざまな品質要件に応じて、一部の企業はマルチレベルコンビネーション分離デバイスを使用しています。分離と脱アルコールの併用効果が優れており、生成されるアルキル配糖体残留アルコールの量が少なく、色が明るくなります。たとえば、Shanghai Fakai Chemical [14]は、脱アルコール化のために流下膜蒸発器とスクレーパータイプの回転式皮膜形成蒸発器を組み合わせて使用しており、高品質のアルキル配糖体を得ることができます。
1.5 脱色
脱アルコール処理後のアルキル配糖体製品は、多くの場合、まだ色が濃く、脱色する必要があります。一般的な脱色方法は、物理的脱色と化学脱色です。
物理的脱色は、主に吸着剤を使用してアルキル配糖体中の着色物質を吸着します。使用される吸着剤には、活性炭、ベントナイト、珪藻土、ゼオライト、マクロポーラス樹脂が含まれます。活性炭は、最も一般的に使用される吸着剤脱色剤であり、脱色機能だけでなく、臭気を除去する機能も備えています。物理的な脱色は脱色機能を達成することができますが、脱色効果は限られており、脱色プロセス中に対象製品の吸着損失の問題があります。
化学漂白は、主に漂白剤を使用して、酸化的脱色、還元的脱色、光脱色など、アルキル配糖体の発色基を破壊します。一般的に使用される脱色剤には、次亜塩素酸塩、二酸化塩素、過酸化水素、オゾン、ペルオキシ酸、ジチオン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、重亜硫酸ナトリウムなどがあります。工業生産では、通常、過酸化水素が酸化性漂白に使用され、一部の漂白助剤が添加されます。Yang Chunguangら[15]は、過酸化水素を使用してアルキル配糖体を脱色し、クレッテ彩度が20未満の非常に明るい色のアルキル配糖体を生成することができました。また、紫外線照射や水銀ランプ照射などの光脱色を用いた研究もあり、アルキル配糖体に対して明らかな脱色効果があります[16]。
02 アルキル配糖体誘導体
アルキル配糖体の合成に関する研究が成熟するにつれて、アルキル配糖体誘導体に関する研究はますます増えています。20世紀初頭、米国のダウ化学は、ジメチルおよびトリメチルのβ-グルコシドや6-アルコキシエチルグルコシドなどのアルキル配糖体誘導体を合成しました。1999年、中国国立化学工業研究所は、アルキルポリグリコシドスルホコハク酸二ナトリウム塩を最初に合成しました。それ以来、中国はアルキルポリグリコシド硫酸塩、リン酸塩、カルボン酸エステルなどの誘導体を合成してきました[17]。アルキル配糖体誘導体に関する国内研究が盛んになり始めています。
アルキル配糖体誘導体には、主にアルキル配糖体第四級アンモニウム塩、アルキル配糖体無機酸エステル、アルキル配糖体有機酸エステル、アルキル配糖体スルホン酸、アルキル配糖体ベタイン、分岐鎖アルキル配糖体などが含まれる[18]。アルキル配糖体と比較して、これらのアルキル配糖体誘導体は、より優れた性能とより多くの機能を備えています。
アルキル配糖体とクロロスルホン酸および亜硫酸ナトリウムとの反応により、耐熱性、水溶性、発泡性が強いアルキル配糖体スルホン酸を合成できます。Wang Fengshouら[19]は、特許においてアルキル配糖体ヒドロキシプロピルスルホン酸の調製方法を紹介した。このプロセスはシンプルで操作が簡単です。得られたアルキル配糖体スルホン酸は、非イオン性界面活性剤アルキル配糖体を有するだけでなく、スルホン酸の導入により、製品の水溶性も向上しました。このようにして、Suga Nate 160NC製品は、乳児用のシャンプーシャワージェルに直接製造して使用できます。
アルキル配糖体は、濃硫酸、三酸化硫黄などと合成して、硫酸アルキル配糖体を合成することができます。硫酸多糖類は抗HIVおよびHSV効果があり、医学で使用でき、潜在的な抗ウイルス薬であり、医学界の注目を集めています[20]。
アルキル配糖体と四級アンモニウム塩との間の反応は、生成物アルキルグルコシド四級アンモニウム塩の2つの界面活性剤の利点、発泡性、マイルド性、生分解性などが大幅に改善されています。アルキル配糖体に基づいて合成されたカチオン性アルキル配糖体は、優れた耐熱性と阻害性を備えており、油田の掘削流体で成功裏に使用されています[21]。
アルキル配糖体と五酸化リンとの間の反応は、アルキル配糖体リン酸を合成することができ、湿潤性、乳化および分散性および可溶化はすべて増強されます。[22]は、ドデシル配糖体とテトラデシル配糖体を原料として使用して、アルキル配糖体よりも優れた表面特性を持つ異なる鎖長のアルキル配糖体リン酸塩を合成しました。
アルキル配糖体は、クエン酸および無水クエン酸と反応して、クエン酸アルキル配糖体を合成します。刺激性がなく、洗浄力と安定性に優れています。低温溶解性に優れ、すすぎが容易ですすぎやすいです。各種添加剤の配合。Zhang Xiaohanら[23]は、アルキル配糖体と無水クエン酸を原料として使用し、自作の複合触媒を使用してクエン酸アルキル配糖体を合成しました。さまざまな添加物を添加した後、人体は良好な親和性を持ち、刺激や刺激はありません。残留物は、強力な滅菌効果があり、非常に分解しやすく、乳児の服を洗うのに適した新しいタイプの洗濯洗剤です。
アルキル配糖体の研究と応用が継続的に深まるにつれ、新しいアルキル配糖体誘導体が出現し続けています。これらの優れた性能と新機能を持つ誘導体は、大きな応用可能性を秘めており、将来的にはアルキル配糖体とともに様々な分野で役割を果たすことが期待されます。
03 アルキル配糖体の応用
3.1 洗剤
アルキル配糖体は、刺激が少なく、安全性が高く、分解しやすい洗剤に使用することができます。従来の洗剤は、主に活性物質として硫酸塩、アルコールエーテルカルボン酸塩またはスルホン酸界面活性剤、増粘剤としてアルカノールミド、殺菌剤としてC8~C16第四級アンモニウム塩カチオン性界面活性剤を使用しており、これらはより刺激性が高いです。、残りやすく、劣化しにくい[23]。さらに、アルキル配糖体は、一般的に使用される陰イオン性および非イオン性界面活性剤と良好な相乗効果を発揮します。配合すると、界面活性剤の量を減らし、低温や硬水に対する耐性を高めることができます。これらの優れた特性により、アルキル配糖体はさまざまな高級洗剤製品に使用されています。
3.2 化粧品
アルキル配糖体は化粧品に使用でき、泡が豊富で、繊細で、マイルドで刺激がなく、乳化、保湿、優れた化合物相乗効果があります[24]。アルキル配糖体製品は安全性が高く、乳幼児にも使用できます。例えば、アルキル配糖体スルホン酸誘導体は、乳幼児向け製品に広く使用されています。アルキル配糖体は、バス製品、シャンプー、スキンケア製品、その他の製品にますます使用されており、消費者に好まれています。
3.3 食品加工
アルキル配糖体は、食品の乳化を促進するために食品添加物に使用でき、発泡と増粘効果があります。アルキル配糖体を添加すると、食品中の脂肪と水の組み合わせを分散させることができ、食品中のさまざまな成分を均一に混合して、食品の味を改善し、食品の安定性を高め、食品の貯蔵時間を延長することができます。環境に優しく安全な食品添加物として、アルキル配糖体は食品加工業界での幅広い応用の見通しがあります。
3.4 農業医学
アルキル配糖体は、農薬や医薬品に使用できます。アルキル配糖体は、優れた湿潤性と浸透性を備えているため、作物による農薬の吸収を促進することができます。アルキル配糖体は生分解しやすく、吸湿性に優れています。それらは乳化剤として使用でき、除草剤や殺虫剤などの農薬に相乗効果があります[25]。海外の研究では、アルキル配糖体を界面活性剤として使用して、コロイド構造を持つマイクロエマルジョンを調製し、それらを医薬品の担体として使用しました[26]。C8 ~ C12 アルキル配糖体は、細菌や真菌に対して広域スペクトルの抗菌特性を持ち、医療の消毒や洗浄に使用できます。アルキル配糖体は優れた相溶性を持っています。漢方薬との適合性後、それらは安定した外観と優れた薬効を持っています[27]。
3.5 石油化学製品
アルキル配糖体を掘削液に使用して、崩壊や潤滑を抑制し、掘削液の固相容量と耐熱性を向上させることができます。また、掘削液の粘度低減剤および流体損失剤、セメントスラリーの分散剤および遅延剤、水中油型掘削液の乳化剤、マイクロフォームシステムの発泡剤としても使用できます[21]。アルキル配糖体とその誘導体を配合した高性能掘削液は、現在、大規模な用途を達成し、石油化学業界で重要な役割を果たしています。
さらに、アルキル配糖体は、繊維、紙、皮革、廃棄物処理にも広く使用されています。廃棄物の処理では、アルキル配糖体界面活性剤を使用すると、嫌気性分解中の有機廃棄物の溶解、加水分解、酸性化を促進し、廃棄物処理の時間を短縮できます[28]。繊維産業では、アルキル配糖体は、洗剤、精練剤、消泡剤、分散剤など、繊維製造のあらゆる側面で使用できます。なめし業界では、アルキル配糖体は皮革化学品の合成となめしプロセスに使用できます[29]。
04 まとめ
バイオマスベースの界面活性剤として、アルキル配糖体には多くの利点があります。彼らは豊富な原材料源、グリーン合成プロセス、優れた製品性能、および幅広い開発の見通しを持っています。この論文では、アルキル配糖体の調製プロセスについて、原材料の供給源、合成プロセス、触媒の選択、脱アルコールおよび脱色方法など、詳細に紹介し、アルキル配糖体とその誘導体のさまざまな分野での具体的な用途をカテゴリごとに紹介します。アルキル配糖体の関連研究は急速に発展しており、応用分野も拡大しており、重要な研究意義と応用の見通しがあることがわかります。
アルキル配糖体産業の継続的な進歩に伴い、まだ欠陥があることにも注意すべきです。アルキル配糖体の合成プロセスは、より穏やかな反応条件を求めて、さらに最適化する必要があります。より明るい色の製品を準備するには、脱色方法をさらに改善する必要があります。デリバティブの産業応用は、できるだけ早くさらに調査し、さまざまな業界に適用する必要があります。グリーン開発の概念にますます注目が集まるにつれて、バイオマスベースのアルキル配糖体とその誘導体は、確かに大きな開発と幅広い用途を持ち、国民経済と人々の生活に役立つでしょう。
01 アルキル配糖体の調製
1.1 原材料
アルキル配糖体は、主に糖と脂肪アルコールの2種類の原料から合成され、幅広い原料源を持っています。
砂糖原料には、ブドウ糖、でんぷん、セルロース、わらが含まれます。合成原料にはブドウ糖とデンプンが使用され、反応条件は比較的穏やかですが、それ自体が食品の原料であり、製造コストは比較的高くなります。合成原料としてのセルロースは、反応条件がより厳しく、通常は高温高圧であり、装置の要件も高くなります[2]。合成原料としてのわらは、ブドウ糖やでんぷんとは異なり、食料供給に悪影響を及ぼしません[3]。反応は穏やかな条件下で行うことができるが、複雑な生成物およびより暗い色という欠点を有する。大規模な農業国として、中国の作物わらの年間生産量は非常に大きいです。砂糖の原料としてわらを使用する場合、それは非常に大きな原料の利点を持っています。
脂肪アルコール原料は通常、C8~C12高級アルコールなどの長鎖炭素鎖アルコールです。低炭素配糖体は、日常の化学品やその他の産業には適しておらず、一部の特殊産業にのみ適しています[4]。現在の研究では、高炭素アルコールを原料とした長鎖アルキル配糖体の製造に焦点を当てています。
1.2 合成プロセス
現在、アルキル配糖体合成に関する研究が国内外で盛んに行われています。多くの合成方法があり、主にフィッシャー合成(直接グリコシル化およびグリコシル改質)と酵素触媒作用があります。
直接グリコシル化法(ワンステップ法)は、現在最も研究されている合成法であり、より工業的な応用が可能な合成法の一つです。酸触媒条件下では、糖と高級アルコールが直接反応してアルキル配糖体と水を形成します。合成法は、反応プロセスパラメータを厳密に制御し、無味で明るい色の高品質のアルキル配糖体を製造することができます。直接グリコシル化法には欠点もあり、合成プロセス中にはより高度な管理と設備が必要です。現在、河南海埔化学、上海Fakai化学、中国国立化学研究所など、直接グリコシル化を使用してアルキル配糖体を合成する国内企業はたくさんあります。
グリコシル改還元(2ステップ法)は、現在最も広く使用されている工業合成法です。酸性触媒条件下では、短鎖アルコールと糖は最初に低グリコシル化反応を受けて短鎖アルキル配糖体を形成します。次に、短鎖アルキル配糖体と長鎖アルコールを糖転移反応させて、最終的に長鎖アルキル配糖体を得ます。グリコシル改質の原料のコストは低く、反応温度が低くなるため、カラメルの生成を減らすことができますが、反応が複雑になり、設備と運用コストが増加し、短鎖アルキル配糖体残基が存在し、精製コストが増加します。糖転移法によるアルキル配糖体の国内生産には、湖北省華化成、長春康波化成、金陵石化研究所、吉林化学研究所などがあります[5]。
酵素触媒作用は、特別な酵素(グリコシダーゼ、グリコシド合成酵素、グリコシルトランスフェラーゼなど)を使用して、アルキル配糖体への脂肪アルコールおよび糖の直接産生を触媒することです。グリコシダーゼは、グリコシド加水分解酵素とも呼ばれ、本質的に安定しており、さまざまな構造の基質を受け入れることができます。保護されていない非活性糖をグリコシル供与体として直接使用することで、酵素的グリコシル化反応に広く使用されています[7]。酵素触媒作用は、タンパク質工学、DNA組換え技術、天然物遺伝子クラスター生合成の開発と利用、およびコンピューターモデリングにも広く使用されています[8]。酵素触媒作用には特異性と高効率という利点がありますが、環境に対する厳しい要件と高コストがあります。現在、主に実験室での研究に使用されており、工業化の促進はほとんどありません。
ケーニッヒス・クノール法、ケタールアルコール分解法、四塩化スズ法、これらの合成法も多くの研究がありますが、すべてに特定の欠陥があり、工業的な応用はほとんどありません。ケーニッヒス・クノール法は収率が高く、分離・精製が容易であるが、重金属触媒はより高価で、製造コストが高く、廃液は環境を汚染しやすい。糖のケタールアルコール分解法の生成物は選択性が高く、反応プロセスの制御が容易ですが、合成プロセスは比較的複雑で、多数の副生成物が発生します。四塩化スズ法は選択性が高く、合成プロセスにも問題があり、有機溶媒の量が多く、コストが高い[9]。
近年、超音波合成やマイクロ波補助合成など、いくつかの補助合成法が登場しています。Hricovíniovら[10]は、マイクロ波支援条件下でホスホモリブデン酸によるD-キシロースおよびD-リクソースのグリコシル化を触媒しました。C8からC14までの異なる鎖長を有する一連のアルキル鎖配糖体を短時間で得ることができ、収率は最大73%である。Zhou Dapeng et al [11] は NaHSO3 ·マイクロ波/超音波照射下でドデシル配糖体を合成する触媒としてのH2O、およびグルコースの変換率は98.9%に達する可能性があります。これらの新しい補助合成法は、反応速度と収率を大幅に改善し、反応の制御性を高め、広範囲にわたる研究意義と応用価値を持つことができます。
1.3 触媒
アルキル配糖体の合成方法ごとに異なる触媒があります。ここでは、主にフィッシャー合成に用いる触媒についてご紹介します。触媒には、一元配置触媒系と二元系触媒系の2種類があります[6]。
一方向触媒系は通常、硫酸、塩酸、リン酸、p-トルエンスルホン酸などの強酸であり、そのうち有機酸は通常直接グリコシル化法で使用され、無機酸は通常、グリコシル化法で使用されます。双方向触媒システムには、無機および有機無機触媒が含まれ、無機触媒は主触媒と助触媒によって触媒され、有機触媒は通常、触媒作用と乳化の両方を持っています。産業界では、一方向触媒システムがより広く使用されています。
触媒の回収と分離を容易にするために、いくつかの研究では固体酸触媒が使用されています。Fan Leming [12]は、自作の磁性固体超酸SZT触媒を使用して、アルコール相でのグルコースとデンプンのアルキルグルコシドへの変換を選択的に触媒しました。アルキル配糖体を合成する反応では、外部磁場を印加することで固酸の迅速な回収とリサイクルが達成されます。得られたグルコシド生成物は、淡い色と高い選択性を有し、生成物は基本的にアルキルモノグリコシドである。固体酸触媒の使用には多くの利点がありますが、反応温度が高い、反応時間が長いなどの問題もあり、より詳細な研究が必要です。回収と分離が容易な触媒を選択することは、アルキル配糖体業界の重要な研究の方向性です。
さらに、触媒を使わずにアルキル配糖体を直接調製することも報告されています。Ludotら[13]は、触媒なしでデシル配糖体を調製することに成功しました。スルフォランを溶媒として使用すると、砂糖、デシルアルコール、スルフォランが直接反応して特定の温度でデシル配糖体を形成すると、収率は83%に達することができ、配糖体製品の色は明るくなります。この触媒を使用しない反応は、アルキル配糖体のグリーン合成に新たなアイデアをもたらします。
1.4 デアルコール治療
アルキル配糖体の合成では、糖の変換率を改善するために、通常は過剰なアルコールが使用されます。そのため、反応生成物中のアルコール度数が高く、脱アルコール処理が必要です。現在、アルキル配糖体の脱アルコール化の方法には、減圧蒸留分離、溶媒抽出分離、超臨界流体分離、流下膜蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離などがあります。
減圧蒸留は操作が簡単で、低コストで済みます。研究室では、この方法を使用してアルキル配糖体を精製しています。産業用途では、通常、流下膜式蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、流下膜式蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離など、複合分離法が使用されます。アルキル配糖体製品のさまざまな品質要件に応じて、一部の企業はマルチレベルコンビネーション分離デバイスを使用しています。分離と脱アルコールの併用効果が優れており、生成されるアルキル配糖体残留アルコールの量が少なく、色が明るくなります。たとえば、Shanghai Fakai Chemical [14]は、脱アルコール化のために流下膜蒸発器とスクレーパータイプの回転式皮膜形成蒸発器を組み合わせて使用しており、高品質のアルキル配糖体を得ることができます。
1.5 脱色
脱アルコール処理後のアルキル配糖体製品は、多くの場合、まだ色が濃く、脱色する必要があります。一般的な脱色方法は、物理的脱色と化学脱色です。
物理的脱色は、主に吸着剤を使用してアルキル配糖体中の着色物質を吸着します。使用される吸着剤には、活性炭、ベントナイト、珪藻土、ゼオライト、マクロポーラス樹脂が含まれます。活性炭は、最も一般的に使用される吸着剤脱色剤であり、脱色機能だけでなく、臭気を除去する機能も備えています。物理的な脱色は脱色機能を達成することができますが、脱色効果は限られており、脱色プロセス中に対象製品の吸着損失の問題があります。
化学漂白は、主に漂白剤を使用して、酸化的脱色、還元的脱色、光脱色など、アルキル配糖体の発色基を破壊します。一般的に使用される脱色剤には、次亜塩素酸塩、二酸化塩素、過酸化水素、オゾン、ペルオキシ酸、ジチオン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、重亜硫酸ナトリウムなどがあります。工業生産では、通常、過酸化水素が酸化性漂白に使用され、一部の漂白助剤が添加されます。Yang Chunguangら[15]は、過酸化水素を使用してアルキル配糖体を脱色し、クレッテ彩度が20未満の非常に明るい色のアルキル配糖体を生成することができました。また、紫外線照射や水銀ランプ照射などの光脱色を用いた研究もあり、アルキル配糖体に対して明らかな脱色効果があります[16]。
02 アルキル配糖体誘導体
アルキル配糖体の合成に関する研究が成熟するにつれて、アルキル配糖体誘導体に関する研究はますます増えています。20世紀初頭、米国のダウ化学は、ジメチルおよびトリメチルのβ-グルコシドや6-アルコキシエチルグルコシドなどのアルキル配糖体誘導体を合成しました。1999年、中国国立化学工業研究所は、アルキルポリグリコシドスルホコハク酸二ナトリウム塩を最初に合成しました。それ以来、中国はアルキルポリグリコシド硫酸塩、リン酸塩、カルボン酸エステルなどの誘導体を合成してきました[17]。アルキル配糖体誘導体に関する国内研究が盛んになり始めています。
アルキル配糖体誘導体には、主にアルキル配糖体第四級アンモニウム塩、アルキル配糖体無機酸エステル、アルキル配糖体有機酸エステル、アルキル配糖体スルホン酸、アルキル配糖体ベタイン、分岐鎖アルキル配糖体などが含まれる[18]。アルキル配糖体と比較して、これらのアルキル配糖体誘導体は、より優れた性能とより多くの機能を備えています。
アルキル配糖体とクロロスルホン酸および亜硫酸ナトリウムとの反応により、耐熱性、水溶性、発泡性が強いアルキル配糖体スルホン酸を合成できます。Wang Fengshouら[19]は、特許においてアルキル配糖体ヒドロキシプロピルスルホン酸の調製方法を紹介した。このプロセスはシンプルで操作が簡単です。得られたアルキル配糖体スルホン酸は、非イオン性界面活性剤アルキル配糖体を有するだけでなく、スルホン酸の導入により、製品の水溶性も向上しました。このようにして、Suga Nate 160NC製品は、乳児用のシャンプーシャワージェルに直接製造して使用できます。
アルキル配糖体は、濃硫酸、三酸化硫黄などと合成して、硫酸アルキル配糖体を合成することができます。硫酸多糖類は抗HIVおよびHSV効果があり、医学で使用でき、潜在的な抗ウイルス薬であり、医学界の注目を集めています[20]。
アルキル配糖体と四級アンモニウム塩との間の反応は、生成物アルキルグルコシド四級アンモニウム塩の2つの界面活性剤の利点、発泡性、マイルド性、生分解性などが大幅に改善されています。アルキル配糖体に基づいて合成されたカチオン性アルキル配糖体は、優れた耐熱性と阻害性を備えており、油田の掘削流体で成功裏に使用されています[21]。
アルキル配糖体と五酸化リンとの間の反応は、アルキル配糖体リン酸を合成することができ、湿潤性、乳化および分散性および可溶化はすべて増強されます。[22]は、ドデシル配糖体とテトラデシル配糖体を原料として使用して、アルキル配糖体よりも優れた表面特性を持つ異なる鎖長のアルキル配糖体リン酸塩を合成しました。
アルキル配糖体は、クエン酸および無水クエン酸と反応して、クエン酸アルキル配糖体を合成します。刺激性がなく、洗浄力と安定性に優れています。低温溶解性に優れ、すすぎが容易ですすぎやすいです。各種添加剤の配合。Zhang Xiaohanら[23]は、アルキル配糖体と無水クエン酸を原料として使用し、自作の複合触媒を使用してクエン酸アルキル配糖体を合成しました。さまざまな添加物を添加した後、人体は良好な親和性を持ち、刺激や刺激はありません。残留物は、強力な滅菌効果があり、非常に分解しやすく、乳児の服を洗うのに適した新しいタイプの洗濯洗剤です。
アルキル配糖体の研究と応用が継続的に深まるにつれ、新しいアルキル配糖体誘導体が出現し続けています。これらの優れた性能と新機能を持つ誘導体は、大きな応用可能性を秘めており、将来的にはアルキル配糖体とともに様々な分野で役割を果たすことが期待されます。
03 アルキル配糖体の応用
3.1 洗剤
アルキル配糖体は、刺激が少なく、安全性が高く、分解しやすい洗剤に使用することができます。従来の洗剤は、主に活性物質として硫酸塩、アルコールエーテルカルボン酸塩またはスルホン酸界面活性剤、増粘剤としてアルカノールミド、殺菌剤としてC8~C16第四級アンモニウム塩カチオン性界面活性剤を使用しており、これらはより刺激性が高いです。、残りやすく、劣化しにくい[23]。さらに、アルキル配糖体は、一般的に使用される陰イオン性および非イオン性界面活性剤と良好な相乗効果を発揮します。配合すると、界面活性剤の量を減らし、低温や硬水に対する耐性を高めることができます。これらの優れた特性により、アルキル配糖体はさまざまな高級洗剤製品に使用されています。
3.2 化粧品
アルキル配糖体は化粧品に使用でき、泡が豊富で、繊細で、マイルドで刺激がなく、乳化、保湿、優れた化合物相乗効果があります[24]。アルキル配糖体製品は安全性が高く、乳幼児にも使用できます。例えば、アルキル配糖体スルホン酸誘導体は、乳幼児向け製品に広く使用されています。アルキル配糖体は、バス製品、シャンプー、スキンケア製品、その他の製品にますます使用されており、消費者に好まれています。
3.3 食品加工
アルキル配糖体は、食品の乳化を促進するために食品添加物に使用でき、発泡と増粘効果があります。アルキル配糖体を添加すると、食品中の脂肪と水の組み合わせを分散させることができ、食品中のさまざまな成分を均一に混合して、食品の味を改善し、食品の安定性を高め、食品の貯蔵時間を延長することができます。環境に優しく安全な食品添加物として、アルキル配糖体は食品加工業界での幅広い応用の見通しがあります。
3.4 農業医学
アルキル配糖体は、農薬や医薬品に使用できます。アルキル配糖体は、優れた湿潤性と浸透性を備えているため、作物による農薬の吸収を促進することができます。アルキル配糖体は生分解しやすく、吸湿性に優れています。それらは乳化剤として使用でき、除草剤や殺虫剤などの農薬に相乗効果があります[25]。海外の研究では、アルキル配糖体を界面活性剤として使用して、コロイド構造を持つマイクロエマルジョンを調製し、それらを医薬品の担体として使用しました[26]。C8 ~ C12 アルキル配糖体は、細菌や真菌に対して広域スペクトルの抗菌特性を持ち、医療の消毒や洗浄に使用できます。アルキル配糖体は優れた相溶性を持っています。漢方薬との適合性後、それらは安定した外観と優れた薬効を持っています[27]。
3.5 石油化学製品
アルキル配糖体を掘削液に使用して、崩壊や潤滑を抑制し、掘削液の固相容量と耐熱性を向上させることができます。また、掘削液の粘度低減剤および流体損失剤、セメントスラリーの分散剤および遅延剤、水中油型掘削液の乳化剤、マイクロフォームシステムの発泡剤としても使用できます[21]。アルキル配糖体とその誘導体を配合した高性能掘削液は、現在、大規模な用途を達成し、石油化学業界で重要な役割を果たしています。
さらに、アルキル配糖体は、繊維、紙、皮革、廃棄物処理にも広く使用されています。廃棄物の処理では、アルキル配糖体界面活性剤を使用すると、嫌気性分解中の有機廃棄物の溶解、加水分解、酸性化を促進し、廃棄物処理の時間を短縮できます[28]。繊維産業では、アルキル配糖体は、洗剤、精練剤、消泡剤、分散剤など、繊維製造のあらゆる側面で使用できます。なめし業界では、アルキル配糖体は皮革化学品の合成となめしプロセスに使用できます[29]。
04 まとめ
バイオマスベースの界面活性剤として、アルキル配糖体には多くの利点があります。彼らは豊富な原材料源、グリーン合成プロセス、優れた製品性能、および幅広い開発の見通しを持っています。この論文では、アルキル配糖体の調製プロセスについて、原材料の供給源、合成プロセス、触媒の選択、脱アルコールおよび脱色方法など、詳細に紹介し、アルキル配糖体とその誘導体のさまざまな分野での具体的な用途をカテゴリごとに紹介します。アルキル配糖体の関連研究は急速に発展しており、応用分野も拡大しており、重要な研究意義と応用の見通しがあることがわかります。
アルキル配糖体産業の継続的な進歩に伴い、まだ欠陥があることにも注意すべきです。アルキル配糖体の合成プロセスは、より穏やかな反応条件を求めて、さらに最適化する必要があります。より明るい色の製品を準備するには、脱色方法をさらに改善する必要があります。デリバティブの産業応用は、できるだけ早くさらに調査し、さまざまな業界に適用する必要があります。グリーン開発の概念にますます注目が集まるにつれて、バイオマスベースのアルキル配糖体とその誘導体は、確かに大きな開発と幅広い用途を持ち、国民経済と人々の生活に役立つでしょう。