バイオマス系アルキルグリコシド系界面活性剤の調製と応用
しばしば「工業用MSG」と呼ばれる界面活性剤は、長い開発の歴史があります。社会の発展と進歩に伴い、環境保護に対する人々の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。アルキルグリコシドは、糖と脂肪アルコールから合成される一種の緑色の穏やかな非イオン性界面活性剤です。「グリーン」機能性界面活性剤[1]の最初の選択肢として国際的に認められています。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有し、他の種類の界面活性剤を一致させることが困難であるという利点を有する。アルキルグリコシドから合成された様々なアルキルグリコシド誘導体は、アルキルグリコシドの利点を保持し、より多くの機能を有することができる。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、デンプン、セルロース、わらが含まれます。ブドウ糖とデンプンは合成原料として使用され、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、設備に対する要求が高い[2]。合成原料としてのわらは、グルコースやデンプンとは異なり、食料供給に悪影響を及ぼさない[3]。反応は穏やかな条件下で実施することができるが、それは複雑な生成物およびより暗い色という欠点を有する。大農業国として、中国の作物わらの年間生産量は非常に大きいです。わらを砂糖の原料として使用する場合、原料の利点は非常に大きくなります。
脂肪族アルコール原料は、通常、炭素鎖の長いアルコール、例えばC8~C12高級アルコールである。低炭素配糖体は、日常の化学薬品やその他の産業には適さず、一部の特殊産業にのみ適しています[4]。現在の研究は、高炭素アルコールを原料とする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、アルキルグリコシド合成に関する大量の研究が国内外で行われている。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トランスグリコシル化)および酵素触媒作用がある。
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、より工業的用途のある合成方法の1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、無味で淡い色の高品質のアルキル配糖体を製造できます。直接グリコシル化法にも欠点があり、合成プロセス中により高い管理と機器が必要です。現在、河南海浦化学、上海ファカイケミカル、中国国家化学研究所など、直接グリコシル化を使用してアルキルグリコシドを合成する国内企業はたくさんあります。
糖転移(2段階法)は、現在最も広く使用されている工業的合成法である。酸性触媒条件下では、短鎖アルコールおよび糖は最初に低グリコシル化反応を受けて短鎖アルキルグリコシドを形成する。次いで短鎖アルキル配糖体および長鎖アルコールは、糖転移反応を受けて、最終的に長鎖アルキル配糖体を得る。糖転移の原料のコストは低く、反応温度が低く、カラメルの生成を減らすことができますが、反応が複雑で、設備と運用コストが増加し、短鎖アルキルグリコシド残基があり、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、湖北華華化学、長春康波化学、金陵石油化学研究所、吉林化学研究所などがあります[5]。
酵素触媒作用は、脂肪アルコールおよび糖のアルキル配糖体への直接産生を触媒するための特別な酵素(グリコシダーゼ、グリコシドシンターゼおよびグリコシルトランスフェラーゼなど)の使用である。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、異なる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化糖をグリコシル供与体として直接使用し、酵素グリコシル化反応に広く使用されています[7]。酵素触媒は、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で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、これらの合成法にも多くの研究がありますが、それらはすべて特定の欠陥があり、産業用途はほとんどありません。ケーニヒス・クノール法は収率が高く、分離精製が容易ですが、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です。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、反応プロセスは制御が容易ですが、合成プロセスは比較的複雑であり、多数の副生成物があります。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、超音波およびマイクロ波支援合成などのいくつかの補助合成方法が登場している。Hricovíniov et al. [10] は、マイクロ波支援条件下でリンモリブデン酸によるD-キシロースおよびD-リキソースのグリコシル化を触媒した。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。周大鵬ら [11] はNaHSO3·マイクロ波/超音波放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の重要性と応用価値を持つことができます。
1.3 触媒
アルキル配糖体の異なる合成方法には異なる触媒がある。ここでは、主にフィッシャー合成に使用される触媒を紹介します。触媒には、一方向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、パラ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、無機酸は通常糖転移法で使用されます。双方向触媒系には、無機触媒と有機無機触媒が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備えています。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。
触媒の回収および分離を容易にするために、いくつかの研究は固体酸触媒を使用してきた。Fan Leming [12]は、自作の磁性固体超酸SZT触媒を使用して、アルコール相における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。アルキルグリコシドを合成する反応において、固体酸の迅速な回収およびリサイクルは、外部磁場を印加することによって達成される。得られたグルコシド生成物は、淡い色および高い選択性を有し、そして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、反応温度が高く、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、アルキルグリコシド産業の重要な研究方向です。
さらに、触媒を含まないアルキルグリコシドの直接調製も報告されている。Ludotら[13]は、無触媒でデシルグリコシドを首尾よく調製した。スルホランを溶媒として使用すると、糖、デシルアルコール、スルホランが直接反応して特定の温度でデシル配糖体を形成し、収率は83%に達し、配糖体生成物の色は明るくなります。この無触媒反応は、アルキル配糖体のグリーン合成に新しいアイデアを提供します。
1.4 脱アルコール処理
アルキル配糖体の合成においては、糖変換率を向上させるために、通常、過剰のアルコールが使用される。そのため、反応生成物中のアルコール含量が高く、かつ脱アルコール処理が必要となる。現在、アルキルグリコシドの脱アルコール化方法には、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組み合わせ分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の組み合わせ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。実験室ではこの方法を使用してアルキル配糖体を精製します。産業用途は通常、流下膜蒸発器と短経路蒸発器の組み合わせ分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の組み合わせ分離など、複合分離方法を使用します。アルキルグリコシド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装置を使用しています。分離と脱アルコール効果の組み合わせはより良好であり、生成するアルキルグリコシド残留アルコールの量が少なくなり、色が薄くなります。たとえば、上海ファカイケミカル[14]は、脱アルコールに流下膜蒸発器とスクレーパー型回転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グリコシド製品は、多くの場合、依然として暗い色を有し、脱色する必要がある。一般的な脱色方法は、物理的脱色と化学的脱色です。
物理的脱色は主に吸着剤を使用してアルキル配糖体の着色物質を吸着します。使用される吸着剤としては、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などが挙げられる。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、臭い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できますが、脱色効果は限られており、脱色プロセス中の目的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、還元的脱色および光脱色を含むアルキル配糖体の発色基を破壊する。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、亜ジチオン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウムが含まれます。工業生産では、過酸化水素は通常酸化漂白に使用され、いくつか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、クレットクロマが20未満の非常に明るい色のアルキル配糖体を生成できます。紫外線照射や水銀灯照射など、アルキルグリコシドに明らかな脱色効果をもたらす光脱色を使用した研究もいくつかあります[16]。
02 アルキルグリコシド誘導体
アルキル配糖体の合成に関する研究がより成熟するにつれて、アルキル配糖体誘導体に関する研究はますます多くなる。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β-グルコシドおよび6-アルコキシエチルグルコシドなどのアルキルグリコシド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]。アルキルグリコシド誘導体に関する国内研究が盛んになり始めています。
アルキルグリコシド誘導体は、主に、アルキルグリコシド第4級アンモニウム塩、アルキルグリコシド無機酸エステル、アルキルグリコシド有機酸エステル、アルキルグリコシドスルホン酸塩、アルキルグリコシドベタイン、分岐鎖アルキルグリコシド等を含む[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、より優れた性能およびより多くの機能を有する。
アルキルグリコシドとクロロスルホン酸および亜硫酸ナトリウムとの反応は、より強い耐熱性、水溶性および発泡性能を有するアルキルグリコシドスルホン酸塩を合成することができる。Wang Fengshouら[19]は、アルキルグリコシドヒドロキシプロピルスルホネートの製造方法を特許で紹介しました。プロセスはシンプルで操作が簡単です。得られたアルキルグリコシドスルホネートは非イオン性界面活性剤を有するだけでなく、アルキルグリコシドスルホネートの導入により、生成物の水溶性も向上している。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および使用できます。
アルキル配糖体は、濃硫酸、三酸化硫黄などで合成して、硫酸アルキル配糖体を合成することができる。硫酸多糖類は抗HIVおよびHSV効果があり、医学に使用でき、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]。
アルキルグリコシドと第4級アンモニウム塩との反応により、生成物アルキルグルコシド第4級アンモニウム塩は、2つの界面活性剤の利点を有し、起泡性、マイルド性、生分解性等が著しく改善されている。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、油田掘削流体で首尾よく使用されています[21]。
アルキルグリコシドと五酸化リンとの反応により、アルキルグリコシドリン酸を合成でき、濡れ性、乳化性、分散性、可溶化がすべて向上します。Song Boら[22]は、ドデシルおよび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有する異なる鎖長のアルキル配糖体リン酸塩を合成した。
アルキルグリコシド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グリコシドを合成する。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。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加えた後、人体は親和性が良く、刺激も刺激もありません。残留物は、強力な殺菌効果があり、非常に劣化しやすい、幼児服の洗濯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の継続的な深化に伴い、新しいアルキル配糖体誘導体が出現し続けています。これらの誘導体は、より優れた性能と新機能を有し、大きな応用の可能性を秘めており、今後、アルキル配糖体とともに様々な分野で活躍する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できます。従来の洗剤は、主に硫酸塩、アルコールエーテルカルボン酸塩またはスルホン酸塩界面活性剤を活性物質として、アルカノールアミドを増粘剤として、C8~C16第4級アンモニウム塩カチオン界面活性剤を殺菌剤として使用し、これらはより刺激性が高い。、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アニオン性および非イオン性界面活性剤との良好な相乗効果を有する。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が向上します。これらの優れた特性により、アルキル配糖体は様々な高級洗剤製品に使用されてきた。
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]。アルキルグリコシド製品は安全性が高く、乳幼児に使用できます。例えば、アルキルグリコシドスルホネート誘導体は、乳幼児ケア製品に広く使用されている。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、発泡および増粘効果を有する食品乳化を促進するために食品添加物に使用することができる。アルキル配糖体の添加は、脂肪と水の組み合わせを食品中に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、食品の保存時間を延長することができます。グリーンで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幅広い用途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、良好な湿潤および浸透特性を有し、作物による農薬の吸収を促進することができる。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、コロイド構造を有するマイクロエマルジョンを調製するための界面活性剤としてアルキルグリコシドを使用し、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有し、医療消毒および洗浄に使用することができる。アルキル配糖体は優れた相溶性を有する。漢方薬との相溶性の後、それらは安定した外観と優れた薬効成分を持っています[27]。
3.5 石油化学
アルキル配糖体は、掘削流体の崩壊や潤滑を抑制し、掘削流体の固相容量と耐熱性を向上させるために使用できます。また、掘削液の粘度低下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、および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、石油化学産業において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、および廃棄物処理にも広く使用されています。廃棄物の処理において、アルキルグリコシド界面活性剤の使用は、嫌気性分解中の有機廃棄物の溶解、加水分解および酸性化を促進し、廃棄物処理の時間を短縮することができる[28]。繊維産業では、アルキル配糖体は、洗剤、精練剤、消泡剤、分散剤などとして、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物質の合成および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、アルキルグリコシドには多くの利点があります。豊富な原材料源、グリーン合成プロセス、優れた製品性能、幅広い開発の見通しがあります。本稿では、アルキル配糖体の調製過程について、原料の供給源、合成工程、触媒選定、脱アルコール・脱色法などについて詳細に紹介し、アルキル配糖体およびその誘導体の様々な分野での具体的な用途をカテゴリー別に紹介する。アルキルグリコシド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ります。
アルキルグリコシド産業の継続的な進歩に伴い、依然として欠陥があることにも注意する必要があります。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。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探求し、さまざまな産業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払われるにつれて、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発展とより広い用途を持ち、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、デンプン、セルロース、わらが含まれます。ブドウ糖とデンプンは合成原料として使用され、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、設備に対する要求が高い[2]。合成原料としてのわらは、グルコースやデンプンとは異なり、食料供給に悪影響を及ぼさない[3]。反応は穏やかな条件下で実施することができるが、それは複雑な生成物およびより暗い色という欠点を有する。大農業国として、中国の作物わらの年間生産量は非常に大きいです。わらを砂糖の原料として使用する場合、原料の利点は非常に大きくなります。
脂肪族アルコール原料は、通常、炭素鎖の長いアルコール、例えばC8~C12高級アルコールである。低炭素配糖体は、日常の化学薬品やその他の産業には適さず、一部の特殊産業にのみ適しています[4]。現在の研究は、高炭素アルコールを原料とする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、アルキルグリコシド合成に関する大量の研究が国内外で行われている。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トランスグリコシル化)および酵素触媒作用がある。
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、より工業的用途のある合成方法の1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、無味で淡い色の高品質のアルキル配糖体を製造できます。直接グリコシル化法にも欠点があり、合成プロセス中により高い管理と機器が必要です。現在、河南海浦化学、上海ファカイケミカル、中国国家化学研究所など、直接グリコシル化を使用してアルキルグリコシドを合成する国内企業はたくさんあります。
糖転移(2段階法)は、現在最も広く使用されている工業的合成法である。酸性触媒条件下では、短鎖アルコールおよび糖は最初に低グリコシル化反応を受けて短鎖アルキルグリコシドを形成する。次いで短鎖アルキル配糖体および長鎖アルコールは、糖転移反応を受けて、最終的に長鎖アルキル配糖体を得る。糖転移の原料のコストは低く、反応温度が低く、カラメルの生成を減らすことができますが、反応が複雑で、設備と運用コストが増加し、短鎖アルキルグリコシド残基があり、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、湖北華華化学、長春康波化学、金陵石油化学研究所、吉林化学研究所などがあります[5]。
酵素触媒作用は、脂肪アルコールおよび糖のアルキル配糖体への直接産生を触媒するための特別な酵素(グリコシダーゼ、グリコシドシンターゼおよびグリコシルトランスフェラーゼなど)の使用である。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、異なる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化糖をグリコシル供与体として直接使用し、酵素グリコシル化反応に広く使用されています[7]。酵素触媒は、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で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、これらの合成法にも多くの研究がありますが、それらはすべて特定の欠陥があり、産業用途はほとんどありません。ケーニヒス・クノール法は収率が高く、分離精製が容易ですが、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です。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、反応プロセスは制御が容易ですが、合成プロセスは比較的複雑であり、多数の副生成物があります。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、超音波およびマイクロ波支援合成などのいくつかの補助合成方法が登場している。Hricovíniov et al. [10] は、マイクロ波支援条件下でリンモリブデン酸によるD-キシロースおよびD-リキソースのグリコシル化を触媒した。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。周大鵬ら [11] はNaHSO3·マイクロ波/超音波放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の重要性と応用価値を持つことができます。
1.3 触媒
アルキル配糖体の異なる合成方法には異なる触媒がある。ここでは、主にフィッシャー合成に使用される触媒を紹介します。触媒には、一方向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、パラ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、無機酸は通常糖転移法で使用されます。双方向触媒系には、無機触媒と有機無機触媒が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備えています。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。
触媒の回収および分離を容易にするために、いくつかの研究は固体酸触媒を使用してきた。Fan Leming [12]は、自作の磁性固体超酸SZT触媒を使用して、アルコール相における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。アルキルグリコシドを合成する反応において、固体酸の迅速な回収およびリサイクルは、外部磁場を印加することによって達成される。得られたグルコシド生成物は、淡い色および高い選択性を有し、そして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、反応温度が高く、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、アルキルグリコシド産業の重要な研究方向です。
さらに、触媒を含まないアルキルグリコシドの直接調製も報告されている。Ludotら[13]は、無触媒でデシルグリコシドを首尾よく調製した。スルホランを溶媒として使用すると、糖、デシルアルコール、スルホランが直接反応して特定の温度でデシル配糖体を形成し、収率は83%に達し、配糖体生成物の色は明るくなります。この無触媒反応は、アルキル配糖体のグリーン合成に新しいアイデアを提供します。
1.4 脱アルコール処理
アルキル配糖体の合成においては、糖変換率を向上させるために、通常、過剰のアルコールが使用される。そのため、反応生成物中のアルコール含量が高く、かつ脱アルコール処理が必要となる。現在、アルキルグリコシドの脱アルコール化方法には、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組み合わせ分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の組み合わせ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。実験室ではこの方法を使用してアルキル配糖体を精製します。産業用途は通常、流下膜蒸発器と短経路蒸発器の組み合わせ分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の組み合わせ分離など、複合分離方法を使用します。アルキルグリコシド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装置を使用しています。分離と脱アルコール効果の組み合わせはより良好であり、生成するアルキルグリコシド残留アルコールの量が少なくなり、色が薄くなります。たとえば、上海ファカイケミカル[14]は、脱アルコールに流下膜蒸発器とスクレーパー型回転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グリコシド製品は、多くの場合、依然として暗い色を有し、脱色する必要がある。一般的な脱色方法は、物理的脱色と化学的脱色です。
物理的脱色は主に吸着剤を使用してアルキル配糖体の着色物質を吸着します。使用される吸着剤としては、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などが挙げられる。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、臭い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できますが、脱色効果は限られており、脱色プロセス中の目的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、還元的脱色および光脱色を含むアルキル配糖体の発色基を破壊する。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、亜ジチオン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウムが含まれます。工業生産では、過酸化水素は通常酸化漂白に使用され、いくつか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、クレットクロマが20未満の非常に明るい色のアルキル配糖体を生成できます。紫外線照射や水銀灯照射など、アルキルグリコシドに明らかな脱色効果をもたらす光脱色を使用した研究もいくつかあります[16]。
02 アルキルグリコシド誘導体
アルキル配糖体の合成に関する研究がより成熟するにつれて、アルキル配糖体誘導体に関する研究はますます多くなる。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β-グルコシドおよび6-アルコキシエチルグルコシドなどのアルキルグリコシド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]。アルキルグリコシド誘導体に関する国内研究が盛んになり始めています。
アルキルグリコシド誘導体は、主に、アルキルグリコシド第4級アンモニウム塩、アルキルグリコシド無機酸エステル、アルキルグリコシド有機酸エステル、アルキルグリコシドスルホン酸塩、アルキルグリコシドベタイン、分岐鎖アルキルグリコシド等を含む[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、より優れた性能およびより多くの機能を有する。
アルキルグリコシドとクロロスルホン酸および亜硫酸ナトリウムとの反応は、より強い耐熱性、水溶性および発泡性能を有するアルキルグリコシドスルホン酸塩を合成することができる。Wang Fengshouら[19]は、アルキルグリコシドヒドロキシプロピルスルホネートの製造方法を特許で紹介しました。プロセスはシンプルで操作が簡単です。得られたアルキルグリコシドスルホネートは非イオン性界面活性剤を有するだけでなく、アルキルグリコシドスルホネートの導入により、生成物の水溶性も向上している。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および使用できます。
アルキル配糖体は、濃硫酸、三酸化硫黄などで合成して、硫酸アルキル配糖体を合成することができる。硫酸多糖類は抗HIVおよびHSV効果があり、医学に使用でき、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]。
アルキルグリコシドと第4級アンモニウム塩との反応により、生成物アルキルグルコシド第4級アンモニウム塩は、2つの界面活性剤の利点を有し、起泡性、マイルド性、生分解性等が著しく改善されている。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、油田掘削流体で首尾よく使用されています[21]。
アルキルグリコシドと五酸化リンとの反応により、アルキルグリコシドリン酸を合成でき、濡れ性、乳化性、分散性、可溶化がすべて向上します。Song Boら[22]は、ドデシルおよび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有する異なる鎖長のアルキル配糖体リン酸塩を合成した。
アルキルグリコシド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グリコシドを合成する。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。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加えた後、人体は親和性が良く、刺激も刺激もありません。残留物は、強力な殺菌効果があり、非常に劣化しやすい、幼児服の洗濯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の継続的な深化に伴い、新しいアルキル配糖体誘導体が出現し続けています。これらの誘導体は、より優れた性能と新機能を有し、大きな応用の可能性を秘めており、今後、アルキル配糖体とともに様々な分野で活躍する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できます。従来の洗剤は、主に硫酸塩、アルコールエーテルカルボン酸塩またはスルホン酸塩界面活性剤を活性物質として、アルカノールアミドを増粘剤として、C8~C16第4級アンモニウム塩カチオン界面活性剤を殺菌剤として使用し、これらはより刺激性が高い。、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アニオン性および非イオン性界面活性剤との良好な相乗効果を有する。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が向上します。これらの優れた特性により、アルキル配糖体は様々な高級洗剤製品に使用されてきた。
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]。アルキルグリコシド製品は安全性が高く、乳幼児に使用できます。例えば、アルキルグリコシドスルホネート誘導体は、乳幼児ケア製品に広く使用されている。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、発泡および増粘効果を有する食品乳化を促進するために食品添加物に使用することができる。アルキル配糖体の添加は、脂肪と水の組み合わせを食品中に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、食品の保存時間を延長することができます。グリーンで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幅広い用途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、良好な湿潤および浸透特性を有し、作物による農薬の吸収を促進することができる。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、コロイド構造を有するマイクロエマルジョンを調製するための界面活性剤としてアルキルグリコシドを使用し、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有し、医療消毒および洗浄に使用することができる。アルキル配糖体は優れた相溶性を有する。漢方薬との相溶性の後、それらは安定した外観と優れた薬効成分を持っています[27]。
3.5 石油化学
アルキル配糖体は、掘削流体の崩壊や潤滑を抑制し、掘削流体の固相容量と耐熱性を向上させるために使用できます。また、掘削液の粘度低下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、および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、石油化学産業において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、および廃棄物処理にも広く使用されています。廃棄物の処理において、アルキルグリコシド界面活性剤の使用は、嫌気性分解中の有機廃棄物の溶解、加水分解および酸性化を促進し、廃棄物処理の時間を短縮することができる[28]。繊維産業では、アルキル配糖体は、洗剤、精練剤、消泡剤、分散剤などとして、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物質の合成および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、アルキルグリコシドには多くの利点があります。豊富な原材料源、グリーン合成プロセス、優れた製品性能、幅広い開発の見通しがあります。本稿では、アルキル配糖体の調製過程について、原料の供給源、合成工程、触媒選定、脱アルコール・脱色法などについて詳細に紹介し、アルキル配糖体およびその誘導体の様々な分野での具体的な用途をカテゴリー別に紹介する。アルキルグリコシド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ります。
アルキルグリコシド産業の継続的な進歩に伴い、依然として欠陥があることにも注意する必要があります。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。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探求し、さまざまな産業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払われるにつれて、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発展とより広い用途を持ち、国民経済と人々の生活に役立つでしょう。