バイオマス系アルキル糖体界面活性剤の調製および応用
界面活性剤は「産業用MSG」と呼ばれることが多く、長い開発の歴史を持っています。社会の発展と進歩に伴い、環境保護への意識は高まり続け、界面活性剤の研究はグリーン化の方向へと発展しています。アルキルグリコシドは、糖や脂肪酸から合成された緑色の穏やかな非イオン性界面活性剤の一種です。国際的には「グリーン」機能界面活性剤の第一候補として認められています[1]。再生可能バイオマス資源を基に調製されたアルキル糖体は、優れた物理的・化学的特性と高い生態学的安全性を持ち、他のタイプの界面活性剤に匹敵するのが難しいという利点があります。アルキルグリコシドから合成されたさまざまなアルキル糖化学体誘導体は、アルキルグリコシドの利点を保持しつつ、より多くの機能を持つことができます。現在、アルキルグリコシドおよびその派生物はパーソナルケア、プラスチック建築資材、農業医療、石油化学製品などで広く使用されています。
01 アルキル糖体の製剤
1.1 原材料
アルキル糖体は主に糖と脂肪酸アルコールの2種類の原料から合成され、多様な原料源を持っています。
砂糖の原料には、グルコース、デンプン、セルロース、ストローが含まれます。グルコースとデンプンは合成原料として使われ、反応条件は比較的穏やかですが、それら自体が食品の原料であり、生産コストは比較的高いです。合成の原料としてのセルロースは、より過酷で、通常は高温・高圧で、機器の要件も高く求められます[2]。合成原料としての藁は、グルコースやデンプンとは異なり、食品供給に悪影響を与えません[3]。この反応は穏やかな条件下で行うことができますが、複雑な製品や色が濃いという欠点があります。中国は大きな農業国であり、年間の作物藁の生産量は非常に大きいです。もし藁を砂糖の原料として使う場合、非常に大きな原材料上の優位性があります。
脂肪酸アルコールの原料は通常、C8~C12の高アルコールなどの長鎖炭素鎖アルコールです。低炭素糖体は日用品やその他の産業には適さず、特定の産業に限られます[4]。現在の研究は高炭素アルコールを原料とした長鎖アルキル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多くの研究が国内外で行われています。多くの合成法があり、主にフィッシャー合成(直接糖基化およびトランスグリッコシル化)や酵素触媒作用があります。
直接糖化法(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、より工業的に応用されている合成法の一つです。酸性触媒条件下では、糖や高アルコールが直接反応してアルキル糖体と水を形成します。合成法は反応過程のパラメータを厳密に制御し、無味で淡い色の高品質なアルキル糖体を生成できます。直接糖酸化法には欠点もあり、合成過程での管理や設備の強化が必要です。現在、河南開浦化学、上海法開化化学、中国国家化学研究所など、多くの国内企業が直接糖酸化を利用してアルキル糖体を合成しています。
トランスグリコシル化(2段階法)は現在最も広く使われている工業合成法です。酸性触媒条件下で、短鎖アルコールと糖はまず低糖化反応を受けて短鎖アルキル糖体を形成します。その後、短鎖アルキル糖体と長鎖アルコールがトランスグリコシル化反応を経て、最終的に長鎖アルキル糖体が得られます。トランスグリコシル化の原料コストは低く、反応温度も低く、キャラメル生成は減少しますが、反応が複雑で設備や運用コストが増加し、短鎖アルキル糖体残基が生じて精製コストが増加します。トランスグリコシル化法によるアルキル糖体の国内生産には、湖北華華化、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]。
酵素触媒とは、特殊な酵素(グリコシダーゼ、グリコシドシンターゼ、グリコシルトランスフェラーゼなど)を用いて、脂肪酸アルコールや糖を直接アルキル糖体に産生させることです。グリコシダーゼはグリコシドハイドロラーゼとも呼ばれ、自然界で安定しており、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ドナーとして直接利用し、酵素性糖基化反応に広く利用されています[7]。酵素触媒は、タンパク質工学、DNA組換え技術、天然生成物遺伝子クラスター生合成の開発・利用、コンピュータモデリングにも広く用いられています[8]。酵素触媒は特異性と高効率という利点がありますが、環境への厳しい要件と高いコストがあります。現在は主に実験室での研究で使用されており、工業化の推進はほとんど行われていません。
ケーニヒス・クノール法、ケタールアルコール法、四塩化スズ法など、これらの合成法も多くの研究がありますが、いずれも欠点があり、産業応用は少ないです。ケーニヒス・クノール法は収率が高く、分離や精製が容易ですが、重金属触媒は高価で生産コストが高く、廃液が環境汚染を起こしやすいです。ケタールアルコール法の糖は選択性が高く、反応過程も制御しやすいですが、合成過程は比較的複雑で、多くの副産物が発生します。四塩化錫法は選択性が高く、合成過程にも問題があり、有機溶媒の量が多くコストも高い[9]。
近年では、超音波合成やマイクロ波補助合成などの補助合成法も登場しています。Hricovíniovら[10]は、マイクロ波支援条件下でリンホモリブシス酸を用いたD-キシロースおよびD-リキソースの糖鎖化を触媒しました。C8からC14までの異なる鎖長を持つ一連のアルキル鎖糖体を短時間で得ることができ、最大73%の収率に達します。Zhou Dapengら[11]はNaHSO3 ·H2Oを触媒としてマイクロ波/超音波照射下でドデシルグリコシド合成を行い、グルコースの変換率は98.9%に達しました。これらの新興の補助合成法は、反応速度と収率を大幅に向上させ、反応の制御性を高め、広範な研究意義と応用価値を持っています。
1.3 カタリスト
アルキル糖化学体の合成方法には異なる触媒があります。ここでは主にフィッシャー合成で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触媒系の2種類があります[6]。
一方通量触媒系は通常、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、有機酸は通常直接糖化法に、無機酸は通常トランスグリコシル化法に用いられます。二方向触媒系には無機触媒と有機触媒が含まれます。有機触媒は主触媒と共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ちます。産業界では、一方向触媒系がより広く使われています。
触媒の回収と分離を促進するために、いくつかの研究では固体酸触媒が用いられています。ファン・レミン[12]は自作の磁性固体超酸SZT触媒を用いて、アルコール相でグルコースとデンプンをアルキルグルコシドに選択的に変換しました。アルキルグリコシド合成の反応では、外部磁場を加えることで固体酸の迅速な回収とリサイクルが実現されます。得られるグルコシド生成物は淡い色と高い選択性を持ち、基本的にアルキルモノグリコシドです。固体酸触媒の使用には多くの利点がありますが、反応温度の高さや反応時間の長いという問題もあり、より深い研究が必要です。回収しやすく分離しやすい触媒を選ぶことは、アルキルグリコシド産業の重要な研究方向です。
さらに、触媒を使わずにアルキルグリコシド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グリコシドを成功裏に調製しました。スルフォランンを溶媒として用い、砂糖、デシルアルコール、スルフォランが一定温度で直接反応してデシルグリコシドを形成し、収率は83%に達し、グリコシド産物の色もより明るくなります。この触媒を使わない反応は、アルキル糖体のグリーン合成に新たなアイデアを提供します。
1.4 脱アルコール治療
アルキル糖体の合成では、糖の変換率を向上させるために通常、過剰なアルコールが用いられます。したがって、反応生成物中のアルコール含有量が高くなり、脱アルコール処理が必要です。現在、アルキルグリコシドの脱アルコール法には、真空蒸留分離、溶媒抽出分離、超臨界流体分離、落下膜蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、落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。
真空蒸留は操作が簡便で低コストで済みます。この方法はアルキルグリコシドの精製に用いられます。産業用途では、落ち着くフィルム蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、落下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離などが通常用いられます。アルキルグリコシド製品の品質要件に応じて、一部の企業は多層組み分離装置を使用しています。分離と脱アルコールの結合効果は優れており、生成されるアルキルグリコシド残留アルコールの量が少なく、色もより明るいです。例えば、上海法凱化学[14]は脱アルコールに落下膜蒸発器とスクレーパー型回転膜形成蒸発器の組み合わせを用いており、高品質なアルキル糖化学体を得られます。
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、しばしば色が濃くなり、脱色が必要です。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用いてアルキル糖素体内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、大孔質樹脂が含まれます。活性炭は最も一般的に使用される吸着脱色剤であり、脱色機能があるだけでなく臭い除去の機能も備えています。物理的脱色は脱色効果を達成できますが、脱色効果は限定的であり、脱色過程での標的製品の吸着損失の問題があります。
化学的漂白は主に漂白剤を用いてアルキルグリコシドの染色基を破壊し、酸化脱色、還元脱色、光脱色が含まれます。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、過酸化酸、ジチオナイト、水素ホウ素ナトリウム、亜硫酸ナトリウムがあります。工業生産では、酸化漂白に通常過酸化水素が用いられ、一部の漂白補助剤も加えられます。Yang Chunguangら[15]は過酸化水素を用いてアルキル糖体を脱色し、クレッテクロマが20未満の非常に明るい色のアルキル糖体を生成します。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、これらはアルキル糖体に明らかな脱色効果をもたらします[16]。
02アルキル糖苷誘導体
アルキルグリコシドの合成研究が成熟するにつれ、アルキルグリコシド誘導体の研究もますます進んでいます。20世紀初頭、アメリカのダウ化学はジメチルおよびトリメチルβグルコシド、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、中国化学工業国家研究院はアルキルポリグリコシドスルホスクシネート二ナトリウム塩を初めて合成しました。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います[17]。アルキルグリコシド誘導体の国内研究は活発化し始めています。
アルキルグリコシド誘導体には主に、アルキルグリコシド四級アンモニウム塩、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、分枝鎖アルキルグリコシドなどが含まれます[18]。アルキルグリコシドと比べて、これらのアルキルグリコシド誘導体は性能が優れ、機能も豊富です。
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の反応により、より強い耐熱性、水溶性、発泡性能を持つアルキルグリコシドスルホン酸が合成されます。Wang Fengshouら[19]は特許でアルキルグリコシドヒドロキシプロピルスルホン酸の製剤法を導入しました。このプロセスはシンプルで操作も簡単です。得られたアルキルグリコシドスルホン酸は非イオン性界面活性剤アルキルグリコシドを含むだけでなく、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製品は乳児用シャンプーシャワージェルに直接製造・使用可能です。
アルキルグリコシドは、濃硫酸や三酸化硫黄などと合成され、アルキルグリコシド硫酸塩を合成することができます。多糖硫酸塩は抗HIVおよびHSV効果を持ち、医療に利用可能であり、抗ウイルス薬の可能性もあり、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四紀アンモニウム塩の反応、すなわち生成物であるアルキルグルコシド四級アンモニウム塩は、発泡性、温和性、生分解性などの2つの界面活性剤の利点を有し、著しく改善されています。アルキルグリコシドを基に合成された陽イオン性アルキル糖体は優れた耐熱性と阻害性を持ち、油田の掘削流体で成功裏に使用されています[21]。
アルキル糖体とリン五酸化物の反応によりアルキル糖体リン酸が合成され、湿潤性、乳化、分散性および溶解性がすべて向上しています。Song Boら[22]は、ドデシルおよびテトラデシル糖素を原料として用いて、異なる鎖長のアルキルグリコシドリン酸塩を合成しました。これらはアルキル糖体よりも表面特性が優れています。
アルキルグリコシドはクエン酸およびクエン酸無水物と反応してアルキルグリコシドクエン酸を合成します。刺激性がなく、洗浄性と安定性が良好です。低温での溶解度が優れ、すすぎも容易です。様々な添加物の調合。張小漢ら[23]は、アルキル糖体と無水クエン酸を原料として用いて、自作複合触媒を用いてアルキルグリコシドクエン酸を合成しました。様々な添加剤を加えた後、人体は良好な親和性を持ち、刺激も刺激もありません。残留物は強力な滅菌効果を持ち、非常に分解しやすい新型洗濯洗剤です。
アルキル糖体の研究と応用が継続的に深化する中で、新しいアルキル糖化学体誘導体が次々と登場しています。これらの性能と新機能を持つ誘導体は大きな応用可能性を持ち、将来的にアルキル糖体とともに様々な分野で重要な役割を果たすでしょう。
03 アルキルグリコシドの応用
3.1 洗剤
アルキルグリコシドは、刺激が少なく安全性が高く、分解が容易な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キシレートまたはスルホン酸界面活性剤を有効物質として、アルカノラマイドを増粘剤として、C8 ~ C16四元アンモニウム塩陽イオン界面活性剤を殺菌剤として使用しますが、これらはより刺激性が高いです。、保持が容易で分解が難しい[23]。さらに、アルキルグリコシドは一般的に使わ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持ちます。調合することで界面活性剤の量を減らし、低温や硬水に対する耐性も向上します。これらの優れた特性により、アルキルグリコシドはさまざまな高級洗剤製品に使用されてきました。
3.2 化粧品
アルキルグリコシドは化粧品に使用可能で、泡が豊富で繊細で穏やかで刺激にくく、乳化、保湿、良好な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非常に安全で、乳幼児にも使用できます。例えば、アルキルグリコシドスルホン酸誘導体は乳幼児ケア製品で広く使われています。アルキルグリコシドは入浴用品、シャンプー、スキンケア製品などでますます利用されており、消費者に好まれています。
3.3 食品加工
アルキル糖体は食品添加物に使用され、食品乳化を促進し、泡立ちや濃縮効果があります。アルキル糖体添加により、食品中の脂肪と水分の混合を分散させ、食品中の様々な成分を均一に混ぜ合わせて味を良くし、安定性を高め、保存時間を延ばすことができます。グリーンで安全な食品添加物として、アルキルグリコサイドは食品加工業界で幅広い応用の可能性を持っています。
3.4 農業医学
アルキルグリコシドは農薬や医薬品に使用可能です。アルキルグリコシドは湿潤性と浸透性が優れており、作物による農薬の吸収を促進します。アルキルグリコシドは生分解が容易で、良好な吸湿性を持っています。乳化剤としても使用でき、除草剤や殺虫剤などの農薬に対して相乗効果があります[25]。海外の研究では、アルキルグリコシドを界面活性剤として用いてコロイド構造を持つマイクロエマルジョンを製製し、医薬品のキャリアとしても利用されています[26]。C8~C12アルキルグリコシドは細菌や真菌に対する広域抗菌特性を持ち、医療用消毒や洗浄に使用できます。アルキルグリコシドは優れた適合性を持っています。漢方薬と適合することで、安定した外観と優れた薬効を持つ[27]。
3.5 石油化学
アルキル糖体は、削削流体の崩壊抑制や潤滑、固相容量および掘削流体の耐温性向上に使用可能です。また、掘削流体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、油水中掘削液の乳化剤、マイクロフォームシステムの発泡剤としても利用可能です[21]。アルキル糖体およびその誘導体を配合した高性能掘削流体は、現在では大規模な応用を達成し、石油化学業界で重要な役割を果たしています。
さらに、アルキル糖体は繊維、紙、革、廃棄物処理にも広く利用されています。廃棄物処理において、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、酸性化を加速させ、廃棄物処理の時間を短縮できます[28]。繊維産業では、アルキル糖化学体は洗剤、洗剤、発泡剤、分散剤など、繊維生産のあらゆる側面で使用可能です。なめし産業では、アルキルグリコシドは革化学物質の合成やなめし工程に利用されます[29]。
04 結論
バイオマス系界面活性剤として、アルキル糖体は多くの利点を持っています。豊富な原材料源、グリーン合成プロセス、優れた製品性能、そして幅広い開発展望を有しています。本論文では、アルキルグリコシドの製剤プロセスについて詳細に紹介し、原材料の供給源、合成プロセス、触媒選択および脱アルコール・脱色法、そしてアルキルグリコシドおよびその誘導体の各分野における具体的な応用をカテゴリー別に紹介します。アルキルグリコシド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展望を持っています。
アルキル糖化学体の産業が継続的に発展する中で、依然として課題も存在していることに注意が必要です。アルキル糖体の合成プロセスはさらに最適化され、より穏やかな反応条件を目指しています。脱色法をさらに改良して、より明るい色の製品を製製する必要があります。誘導体の産業的応用は、できるだけ早くさまざまな産業にさらに探求・応用される必要があります。グリーン開発の概念にますます注目が集まる中で、バイオマス系アルキル糖体およびその誘導体は確実に大きな発展と広範な応用を遂げ、国民経済と民生に貢献するでしょう。
01 アルキル糖体の製剤
1.1 原材料
アルキル糖体は主に糖と脂肪酸アルコールの2種類の原料から合成され、多様な原料源を持っています。
砂糖の原料には、グルコース、デンプン、セルロース、ストローが含まれます。グルコースとデンプンは合成原料として使われ、反応条件は比較的穏やかですが、それら自体が食品の原料であり、生産コストは比較的高いです。合成の原料としてのセルロースは、より過酷で、通常は高温・高圧で、機器の要件も高く求められます[2]。合成原料としての藁は、グルコースやデンプンとは異なり、食品供給に悪影響を与えません[3]。この反応は穏やかな条件下で行うことができますが、複雑な製品や色が濃いという欠点があります。中国は大きな農業国であり、年間の作物藁の生産量は非常に大きいです。もし藁を砂糖の原料として使う場合、非常に大きな原材料上の優位性があります。
脂肪酸アルコールの原料は通常、C8~C12の高アルコールなどの長鎖炭素鎖アルコールです。低炭素糖体は日用品やその他の産業には適さず、特定の産業に限られます[4]。現在の研究は高炭素アルコールを原料とした長鎖アルキル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多くの研究が国内外で行われています。多くの合成法があり、主にフィッシャー合成(直接糖基化およびトランスグリッコシル化)や酵素触媒作用があります。
直接糖化法(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、より工業的に応用されている合成法の一つです。酸性触媒条件下では、糖や高アルコールが直接反応してアルキル糖体と水を形成します。合成法は反応過程のパラメータを厳密に制御し、無味で淡い色の高品質なアルキル糖体を生成できます。直接糖酸化法には欠点もあり、合成過程での管理や設備の強化が必要です。現在、河南開浦化学、上海法開化化学、中国国家化学研究所など、多くの国内企業が直接糖酸化を利用してアルキル糖体を合成しています。
トランスグリコシル化(2段階法)は現在最も広く使われている工業合成法です。酸性触媒条件下で、短鎖アルコールと糖はまず低糖化反応を受けて短鎖アルキル糖体を形成します。その後、短鎖アルキル糖体と長鎖アルコールがトランスグリコシル化反応を経て、最終的に長鎖アルキル糖体が得られます。トランスグリコシル化の原料コストは低く、反応温度も低く、キャラメル生成は減少しますが、反応が複雑で設備や運用コストが増加し、短鎖アルキル糖体残基が生じて精製コストが増加します。トランスグリコシル化法によるアルキル糖体の国内生産には、湖北華華化、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]。
酵素触媒とは、特殊な酵素(グリコシダーゼ、グリコシドシンターゼ、グリコシルトランスフェラーゼなど)を用いて、脂肪酸アルコールや糖を直接アルキル糖体に産生させることです。グリコシダーゼはグリコシドハイドロラーゼとも呼ばれ、自然界で安定しており、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ドナーとして直接利用し、酵素性糖基化反応に広く利用されています[7]。酵素触媒は、タンパク質工学、DNA組換え技術、天然生成物遺伝子クラスター生合成の開発・利用、コンピュータモデリングにも広く用いられています[8]。酵素触媒は特異性と高効率という利点がありますが、環境への厳しい要件と高いコストがあります。現在は主に実験室での研究で使用されており、工業化の推進はほとんど行われていません。
ケーニヒス・クノール法、ケタールアルコール法、四塩化スズ法など、これらの合成法も多くの研究がありますが、いずれも欠点があり、産業応用は少ないです。ケーニヒス・クノール法は収率が高く、分離や精製が容易ですが、重金属触媒は高価で生産コストが高く、廃液が環境汚染を起こしやすいです。ケタールアルコール法の糖は選択性が高く、反応過程も制御しやすいですが、合成過程は比較的複雑で、多くの副産物が発生します。四塩化錫法は選択性が高く、合成過程にも問題があり、有機溶媒の量が多くコストも高い[9]。
近年では、超音波合成やマイクロ波補助合成などの補助合成法も登場しています。Hricovíniovら[10]は、マイクロ波支援条件下でリンホモリブシス酸を用いたD-キシロースおよびD-リキソースの糖鎖化を触媒しました。C8からC14までの異なる鎖長を持つ一連のアルキル鎖糖体を短時間で得ることができ、最大73%の収率に達します。Zhou Dapengら[11]はNaHSO3 ·H2Oを触媒としてマイクロ波/超音波照射下でドデシルグリコシド合成を行い、グルコースの変換率は98.9%に達しました。これらの新興の補助合成法は、反応速度と収率を大幅に向上させ、反応の制御性を高め、広範な研究意義と応用価値を持っています。
1.3 カタリスト
アルキル糖化学体の合成方法には異なる触媒があります。ここでは主にフィッシャー合成で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触媒系の2種類があります[6]。
一方通量触媒系は通常、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、有機酸は通常直接糖化法に、無機酸は通常トランスグリコシル化法に用いられます。二方向触媒系には無機触媒と有機触媒が含まれます。有機触媒は主触媒と共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ちます。産業界では、一方向触媒系がより広く使われています。
触媒の回収と分離を促進するために、いくつかの研究では固体酸触媒が用いられています。ファン・レミン[12]は自作の磁性固体超酸SZT触媒を用いて、アルコール相でグルコースとデンプンをアルキルグルコシドに選択的に変換しました。アルキルグリコシド合成の反応では、外部磁場を加えることで固体酸の迅速な回収とリサイクルが実現されます。得られるグルコシド生成物は淡い色と高い選択性を持ち、基本的にアルキルモノグリコシドです。固体酸触媒の使用には多くの利点がありますが、反応温度の高さや反応時間の長いという問題もあり、より深い研究が必要です。回収しやすく分離しやすい触媒を選ぶことは、アルキルグリコシド産業の重要な研究方向です。
さらに、触媒を使わずにアルキルグリコシド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グリコシドを成功裏に調製しました。スルフォランンを溶媒として用い、砂糖、デシルアルコール、スルフォランが一定温度で直接反応してデシルグリコシドを形成し、収率は83%に達し、グリコシド産物の色もより明るくなります。この触媒を使わない反応は、アルキル糖体のグリーン合成に新たなアイデアを提供します。
1.4 脱アルコール治療
アルキル糖体の合成では、糖の変換率を向上させるために通常、過剰なアルコールが用いられます。したがって、反応生成物中のアルコール含有量が高くなり、脱アルコール処理が必要です。現在、アルキルグリコシドの脱アルコール法には、真空蒸留分離、溶媒抽出分離、超臨界流体分離、落下膜蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、落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。
真空蒸留は操作が簡便で低コストで済みます。この方法はアルキルグリコシドの精製に用いられます。産業用途では、落ち着くフィルム蒸発器と短経路蒸発器の複合分離、落下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離などが通常用いられます。アルキルグリコシド製品の品質要件に応じて、一部の企業は多層組み分離装置を使用しています。分離と脱アルコールの結合効果は優れており、生成されるアルキルグリコシド残留アルコールの量が少なく、色もより明るいです。例えば、上海法凱化学[14]は脱アルコールに落下膜蒸発器とスクレーパー型回転膜形成蒸発器の組み合わせを用いており、高品質なアルキル糖化学体を得られます。
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、しばしば色が濃くなり、脱色が必要です。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用いてアルキル糖素体内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、大孔質樹脂が含まれます。活性炭は最も一般的に使用される吸着脱色剤であり、脱色機能があるだけでなく臭い除去の機能も備えています。物理的脱色は脱色効果を達成できますが、脱色効果は限定的であり、脱色過程での標的製品の吸着損失の問題があります。
化学的漂白は主に漂白剤を用いてアルキルグリコシドの染色基を破壊し、酸化脱色、還元脱色、光脱色が含まれます。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、過酸化酸、ジチオナイト、水素ホウ素ナトリウム、亜硫酸ナトリウムがあります。工業生産では、酸化漂白に通常過酸化水素が用いられ、一部の漂白補助剤も加えられます。Yang Chunguangら[15]は過酸化水素を用いてアルキル糖体を脱色し、クレッテクロマが20未満の非常に明るい色のアルキル糖体を生成します。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、これらはアルキル糖体に明らかな脱色効果をもたらします[16]。
02アルキル糖苷誘導体
アルキルグリコシドの合成研究が成熟するにつれ、アルキルグリコシド誘導体の研究もますます進んでいます。20世紀初頭、アメリカのダウ化学はジメチルおよびトリメチルβグルコシド、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、中国化学工業国家研究院はアルキルポリグリコシドスルホスクシネート二ナトリウム塩を初めて合成しました。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います[17]。アルキルグリコシド誘導体の国内研究は活発化し始めています。
アルキルグリコシド誘導体には主に、アルキルグリコシド四級アンモニウム塩、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、分枝鎖アルキルグリコシドなどが含まれます[18]。アルキルグリコシドと比べて、これらのアルキルグリコシド誘導体は性能が優れ、機能も豊富です。
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の反応により、より強い耐熱性、水溶性、発泡性能を持つアルキルグリコシドスルホン酸が合成されます。Wang Fengshouら[19]は特許でアルキルグリコシドヒドロキシプロピルスルホン酸の製剤法を導入しました。このプロセスはシンプルで操作も簡単です。得られたアルキルグリコシドスルホン酸は非イオン性界面活性剤アルキルグリコシドを含むだけでなく、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製品は乳児用シャンプーシャワージェルに直接製造・使用可能です。
アルキルグリコシドは、濃硫酸や三酸化硫黄などと合成され、アルキルグリコシド硫酸塩を合成することができます。多糖硫酸塩は抗HIVおよびHSV効果を持ち、医療に利用可能であり、抗ウイルス薬の可能性もあり、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四紀アンモニウム塩の反応、すなわち生成物であるアルキルグルコシド四級アンモニウム塩は、発泡性、温和性、生分解性などの2つの界面活性剤の利点を有し、著しく改善されています。アルキルグリコシドを基に合成された陽イオン性アルキル糖体は優れた耐熱性と阻害性を持ち、油田の掘削流体で成功裏に使用されています[21]。
アルキル糖体とリン五酸化物の反応によりアルキル糖体リン酸が合成され、湿潤性、乳化、分散性および溶解性がすべて向上しています。Song Boら[22]は、ドデシルおよびテトラデシル糖素を原料として用いて、異なる鎖長のアルキルグリコシドリン酸塩を合成しました。これらはアルキル糖体よりも表面特性が優れています。
アルキルグリコシドはクエン酸およびクエン酸無水物と反応してアルキルグリコシドクエン酸を合成します。刺激性がなく、洗浄性と安定性が良好です。低温での溶解度が優れ、すすぎも容易です。様々な添加物の調合。張小漢ら[23]は、アルキル糖体と無水クエン酸を原料として用いて、自作複合触媒を用いてアルキルグリコシドクエン酸を合成しました。様々な添加剤を加えた後、人体は良好な親和性を持ち、刺激も刺激もありません。残留物は強力な滅菌効果を持ち、非常に分解しやすい新型洗濯洗剤です。
アルキル糖体の研究と応用が継続的に深化する中で、新しいアルキル糖化学体誘導体が次々と登場しています。これらの性能と新機能を持つ誘導体は大きな応用可能性を持ち、将来的にアルキル糖体とともに様々な分野で重要な役割を果たすでしょう。
03 アルキルグリコシドの応用
3.1 洗剤
アルキルグリコシドは、刺激が少なく安全性が高く、分解が容易な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キシレートまたはスルホン酸界面活性剤を有効物質として、アルカノラマイドを増粘剤として、C8 ~ C16四元アンモニウム塩陽イオン界面活性剤を殺菌剤として使用しますが、これらはより刺激性が高いです。、保持が容易で分解が難しい[23]。さらに、アルキルグリコシドは一般的に使わ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持ちます。調合することで界面活性剤の量を減らし、低温や硬水に対する耐性も向上します。これらの優れた特性により、アルキルグリコシドはさまざまな高級洗剤製品に使用されてきました。
3.2 化粧品
アルキルグリコシドは化粧品に使用可能で、泡が豊富で繊細で穏やかで刺激にくく、乳化、保湿、良好な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非常に安全で、乳幼児にも使用できます。例えば、アルキルグリコシドスルホン酸誘導体は乳幼児ケア製品で広く使われています。アルキルグリコシドは入浴用品、シャンプー、スキンケア製品などでますます利用されており、消費者に好まれています。
3.3 食品加工
アルキル糖体は食品添加物に使用され、食品乳化を促進し、泡立ちや濃縮効果があります。アルキル糖体添加により、食品中の脂肪と水分の混合を分散させ、食品中の様々な成分を均一に混ぜ合わせて味を良くし、安定性を高め、保存時間を延ばすことができます。グリーンで安全な食品添加物として、アルキルグリコサイドは食品加工業界で幅広い応用の可能性を持っています。
3.4 農業医学
アルキルグリコシドは農薬や医薬品に使用可能です。アルキルグリコシドは湿潤性と浸透性が優れており、作物による農薬の吸収を促進します。アルキルグリコシドは生分解が容易で、良好な吸湿性を持っています。乳化剤としても使用でき、除草剤や殺虫剤などの農薬に対して相乗効果があります[25]。海外の研究では、アルキルグリコシドを界面活性剤として用いてコロイド構造を持つマイクロエマルジョンを製製し、医薬品のキャリアとしても利用されています[26]。C8~C12アルキルグリコシドは細菌や真菌に対する広域抗菌特性を持ち、医療用消毒や洗浄に使用できます。アルキルグリコシドは優れた適合性を持っています。漢方薬と適合することで、安定した外観と優れた薬効を持つ[27]。
3.5 石油化学
アルキル糖体は、削削流体の崩壊抑制や潤滑、固相容量および掘削流体の耐温性向上に使用可能です。また、掘削流体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、油水中掘削液の乳化剤、マイクロフォームシステムの発泡剤としても利用可能です[21]。アルキル糖体およびその誘導体を配合した高性能掘削流体は、現在では大規模な応用を達成し、石油化学業界で重要な役割を果たしています。
さらに、アルキル糖体は繊維、紙、革、廃棄物処理にも広く利用されています。廃棄物処理において、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、酸性化を加速させ、廃棄物処理の時間を短縮できます[28]。繊維産業では、アルキル糖化学体は洗剤、洗剤、発泡剤、分散剤など、繊維生産のあらゆる側面で使用可能です。なめし産業では、アルキルグリコシドは革化学物質の合成やなめし工程に利用されます[29]。
04 結論
バイオマス系界面活性剤として、アルキル糖体は多くの利点を持っています。豊富な原材料源、グリーン合成プロセス、優れた製品性能、そして幅広い開発展望を有しています。本論文では、アルキルグリコシドの製剤プロセスについて詳細に紹介し、原材料の供給源、合成プロセス、触媒選択および脱アルコール・脱色法、そしてアルキルグリコシドおよびその誘導体の各分野における具体的な応用をカテゴリー別に紹介します。アルキルグリコシド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展望を持っています。
アルキル糖化学体の産業が継続的に発展する中で、依然として課題も存在していることに注意が必要です。アルキル糖体の合成プロセスはさらに最適化され、より穏やかな反応条件を目指しています。脱色法をさらに改良して、より明るい色の製品を製製する必要があります。誘導体の産業的応用は、できるだけ早くさまざまな産業にさらに探求・応用される必要があります。グリーン開発の概念にますます注目が集まる中で、バイオマス系アルキル糖体およびその誘導体は確実に大きな発展と広範な応用を遂げ、国民経済と民生に貢献するでしょう。