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
界面活性剤はしばしば「産業用MSG」と呼ばれ、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、人々の環境保護意識は高まり続け、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選択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、他の界面活性剤と比べにくい利点があります。アルキル糖体から合成されるさまざまなアルキル糖化学体誘導体は、アルキル糖体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、アルキル糖体およびその誘導体は、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、ストロースが含まれます。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、こ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、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]。合成原料としての藁は、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しません[3]。この反応は穏やかな条件下で行うことができますが、複雑な生成物や暗い色合いという欠点があります。中国は大農業国であり、年間の作物用藁の生産量は非常に大きいです。もし砂糖の原料として藁を使う場合、非常に大きな原材料の利点があります。
脂肪酸アルコールの原料は通常、C8~C12高アルコールなどの長鎖炭素鎖アルコールです。低炭素グリコシドは日常的な化学物質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。合成法は多くあり、主にフィッシャー合成(直接糖基化およびトランスグリコシル化)や酵素触媒作用があります。
直接糖基化法(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、糖や高濃度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アルキル糖体を生成することができます。直接糖基化法にも欠点があり、合成過程での管理や機器の管理が高められます。現在、河南開浦化工、上海法開化化工、中国国家化学研究院など、直接糖基化を使ってアルキル糖体を合成する国内企業が多数存在します。
トランスグリコシル化(2ステップ法)は現在最も広く使われている工業合成法です。酸性触媒条件下では、短鎖アルコールと糖はまず低糖基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起こし、最終的に長鎖アルキル糖素体を得ます。トランスグリコシル化の原料コストは低く、反応温度も低くなるため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、短鎖アルキルグリコシド残基が存在し、精製コストも増加します。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、湖北華華化工、長春康波化工、金陵石工研究所、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方法です。グリコシダーゼはグリコシドハイドローラーゼとも呼ばれ、性質上安定しており、異なる構造を持つ基質を受け入れることができます。無保護の非活性化糖を直接グリコシルドナーとして使用し、酵素性糖基化反応に広く用いられています[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の生合成の開発・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い効率という利点がありますが、環境条件が厳しくコストも高くなります。現在は主に実験室での研究で使われており、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、いずれにも欠点があり、産業的応用は少ないです。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、廃液は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の生成物は選択性が高く、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、多数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、電子レンジ補助条件下でリンホモリブジック酸と共に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ます。収率は最大73%に達します。Zhou Dapengら[11]はNaHSO3 ·H2Oはマイクロ波/超音波放射線下でドデシル糖体を合成する触媒として利用され、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
アルキルグリコシド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用いられる触媒を紹介します。触媒には、一方向触媒系と二方向触媒系の2種類があります[6]。
一方通行触媒系は通常、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。無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、一方通行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。アルキル糖体合成の反応では、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達成されます。その結果生まれるグルコシド産物は淡い色合いで高い選択性を持ち、基本的には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。回収と分離が容易な触媒の選択は、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。スルフォランを溶媒として用いると、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はより明るくなります。この触媒を含まない反応は、アルキル糖体のグリーン合成に新たなアイデアをもたらします。
1.4 脱アルコール治療
アルキル糖素体の合成では、糖の変換速度を改善するために通常、過剰なアルコールが使用されます。したがって、反応生成物中のアルコール含有量が高く、脱アルコール処理が必要です。現在、アルキル糖体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、落ち着く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単で低コストで済みます。この方法を用いてアルキル糖化学体を精製しています。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、複合分離方法が一般的に用いられます。アルキルグリコシド製品の品質要件に応じて、一部の企業は多層結合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が良く、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、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除アルコールに用いており、高品質なアルキル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、色が濃いままであることが多いため、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、大孔質樹脂が含まれます。活性炭は最も一般的に使われる吸着脱色剤であり、脱色機能があるだけでなく、臭いを除去する機能も持っています。物理的脱色は脱色機能を実現できますが、脱色効果は限定的であり、脱色過程でのターゲット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糖体中の染色基を破壊し、酸化脱色、還元脱色、光脱色を含みます。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、ホウ素水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウムがあります。工業生産では、過酸化水素が酸化漂白に通常使用され、一部の漂白補助剤が加えられます。Yang Chunguangら[15]は過酸化水素を用いてアルキル糖素を脱色し、クレッテ色度が20未満の非常に明るいアルキル糖体を生成しました。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、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
アルキル糖体合成の研究が成熟するにつれて、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、アメリカ合衆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、6-アルコキシエチルグルコシドなどのアルキル糖体誘導体を合成しました。1999年、中国化学工業研究院はアルキルポリグリコシドのスルホスクシン酸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が盛んに進み始めています。
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]。アルキル糖体と比べて、これらのアルキル糖化学体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、この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塩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製品は乳児用のシャンプーシャワージェルに直接作られ、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してアルキルグリコシド硫酸塩を合成することができます。硫酸多糖類は抗HIVおよびHSV効果を持ち、医療に利用可能であり、潜在的な抗ウイルス薬であり、医療界の注目を集めています[20]。
アルキル糖体と第四紀アンモニウム塩の反応は、アルキルグルコシド第三紀アンモニウム塩という2つの界面活性剤の利点、発泡性、温和性、生分解性などを有し、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]。
アルキルグリコシドとリン五酸化物の反応によりアルキルグリコシドリン酸が合成され、湿潤性、乳化、分散性、溶解性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糖素を原料として用い、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。刺激がなく、洗剤効果と安定性も良好です。低温での溶解度が非常に良く、すすぎも簡単です。さまざまな添加物を混同しています。Zhang Xiaohanら[23]は、アルキルグリコシド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塩を合成しました。さまざまな添加物を加えた後、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、乳児服の洗濯に適した新しいタイプの洗濯用洗剤です。
アルキルグリコシドの研究と応用が継続的に深化する中で、新しいアルキルグリコシド誘導体が次々と登場しています。性能が向上し新しい機能を持つこれらの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
アルキル糖体は、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、これらはより刺激的です。、維持が容易で劣化が困難[23]。さらに、アルキル糖体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っています。複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を受けず、乳化、保湿、良好な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児・児童ケア製品に広く使われています。アルキル糖体は入浴用品、シャンプー、スキンケア製品などでますます使われており、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、泡立ちや濃厚化効果があります。アルキル糖素体を加えることで、食品中の脂肪と水分の混合を分散させ、食品中のさまざまな成分を均一に混ぜ合わせることで、味を良くし、食品の安定性を高め、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、アルキルグリコシ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
アルキル糖化学体は農薬や医薬品に使用可能です。アルキル糖体は湿潤性と浸透性が良好で、作物による農薬の吸収を促進することがあります。アルキル糖体は生分解が容易で、吸湿性も良好です。乳化剤として使用でき、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、アルキル糖素体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利用しています[26]。C8 ~ C12アルキル糖体は、細菌や真菌に対して広域抗菌特性を持ち、医療用消毒や清掃に使用できます。アルキルグリコシドは非常に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、削削流体の崩壊や潤滑の抑制、掘削流体の固相容量および耐温性の向上に使用されます。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、油水中掘削流体の乳化剤、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、アルキル糖素は繊維、紙、革、廃棄物処理にも広く使用されています。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]。繊維産業において、アルキル糖体は洗剤、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、アルキル糖体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
バイオマスベースの界面活性剤として、アルキル糖体には多くの利点があります。豊富な原材料資源、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、アルキル糖体の製剤過程を詳細に紹介し、原料の供給源、合成過程、触媒選択および脱アルコール・脱色法、さらにアルキル糖体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。アルキル糖体に関する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。
アルキルグリコシド産業の継続的な進展により、依然として不足点が存在することも指摘すべきです。アルキル糖体の合成過程はさらに最適化され、より穏やかな反応条件を求めます。脱色法はさらに改良され、より明るい色の製品を作る必要があります。デリバティブの産業応用はさらに探求され、できるだけ早く様々な産業に適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大きな発展と広範な応用を遂げ、国民経済や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、ストロースが含まれます。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、こ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、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]。合成原料としての藁は、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しません[3]。この反応は穏やかな条件下で行うことができますが、複雑な生成物や暗い色合いという欠点があります。中国は大農業国であり、年間の作物用藁の生産量は非常に大きいです。もし砂糖の原料として藁を使う場合、非常に大きな原材料の利点があります。
脂肪酸アルコールの原料は通常、C8~C12高アルコールなどの長鎖炭素鎖アルコールです。低炭素グリコシドは日常的な化学物質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。合成法は多くあり、主にフィッシャー合成(直接糖基化およびトランスグリコシル化)や酵素触媒作用があります。
直接糖基化法(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、糖や高濃度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アルキル糖体を生成することができます。直接糖基化法にも欠点があり、合成過程での管理や機器の管理が高められます。現在、河南開浦化工、上海法開化化工、中国国家化学研究院など、直接糖基化を使ってアルキル糖体を合成する国内企業が多数存在します。
トランスグリコシル化(2ステップ法)は現在最も広く使われている工業合成法です。酸性触媒条件下では、短鎖アルコールと糖はまず低糖基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起こし、最終的に長鎖アルキル糖素体を得ます。トランスグリコシル化の原料コストは低く、反応温度も低くなるため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、短鎖アルキルグリコシド残基が存在し、精製コストも増加します。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、湖北華華化工、長春康波化工、金陵石工研究所、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方法です。グリコシダーゼはグリコシドハイドローラーゼとも呼ばれ、性質上安定しており、異なる構造を持つ基質を受け入れることができます。無保護の非活性化糖を直接グリコシルドナーとして使用し、酵素性糖基化反応に広く用いられています[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の生合成の開発・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い効率という利点がありますが、環境条件が厳しくコストも高くなります。現在は主に実験室での研究で使われており、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、いずれにも欠点があり、産業的応用は少ないです。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、廃液は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の生成物は選択性が高く、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、多数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、電子レンジ補助条件下でリンホモリブジック酸と共に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ます。収率は最大73%に達します。Zhou Dapengら[11]はNaHSO3 ·H2Oはマイクロ波/超音波放射線下でドデシル糖体を合成する触媒として利用され、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
アルキルグリコシド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用いられる触媒を紹介します。触媒には、一方向触媒系と二方向触媒系の2種類があります[6]。
一方通行触媒系は通常、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。無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、一方通行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。アルキル糖体合成の反応では、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達成されます。その結果生まれるグルコシド産物は淡い色合いで高い選択性を持ち、基本的には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。回収と分離が容易な触媒の選択は、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。スルフォランを溶媒として用いると、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はより明るくなります。この触媒を含まない反応は、アルキル糖体のグリーン合成に新たなアイデアをもたらします。
1.4 脱アルコール治療
アルキル糖素体の合成では、糖の変換速度を改善するために通常、過剰なアルコールが使用されます。したがって、反応生成物中のアルコール含有量が高く、脱アルコール処理が必要です。現在、アルキル糖体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、落ち着く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単で低コストで済みます。この方法を用いてアルキル糖化学体を精製しています。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、複合分離方法が一般的に用いられます。アルキルグリコシド製品の品質要件に応じて、一部の企業は多層結合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が良く、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、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除アルコールに用いており、高品質なアルキル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、色が濃いままであることが多いため、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、大孔質樹脂が含まれます。活性炭は最も一般的に使われる吸着脱色剤であり、脱色機能があるだけでなく、臭いを除去する機能も持っています。物理的脱色は脱色機能を実現できますが、脱色効果は限定的であり、脱色過程でのターゲット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糖体中の染色基を破壊し、酸化脱色、還元脱色、光脱色を含みます。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、ホウ素水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウムがあります。工業生産では、過酸化水素が酸化漂白に通常使用され、一部の漂白補助剤が加えられます。Yang Chunguangら[15]は過酸化水素を用いてアルキル糖素を脱色し、クレッテ色度が20未満の非常に明るいアルキル糖体を生成しました。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、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
アルキル糖体合成の研究が成熟するにつれて、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、アメリカ合衆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、6-アルコキシエチルグルコシドなどのアルキル糖体誘導体を合成しました。1999年、中国化学工業研究院はアルキルポリグリコシドのスルホスクシン酸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が盛んに進み始めています。
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]。アルキル糖体と比べて、これらのアルキル糖化学体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、この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塩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製品は乳児用のシャンプーシャワージェルに直接作られ、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してアルキルグリコシド硫酸塩を合成することができます。硫酸多糖類は抗HIVおよびHSV効果を持ち、医療に利用可能であり、潜在的な抗ウイルス薬であり、医療界の注目を集めています[20]。
アルキル糖体と第四紀アンモニウム塩の反応は、アルキルグルコシド第三紀アンモニウム塩という2つの界面活性剤の利点、発泡性、温和性、生分解性などを有し、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]。
アルキルグリコシドとリン五酸化物の反応によりアルキルグリコシドリン酸が合成され、湿潤性、乳化、分散性、溶解性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糖素を原料として用い、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。刺激がなく、洗剤効果と安定性も良好です。低温での溶解度が非常に良く、すすぎも簡単です。さまざまな添加物を混同しています。Zhang Xiaohanら[23]は、アルキルグリコシド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塩を合成しました。さまざまな添加物を加えた後、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、乳児服の洗濯に適した新しいタイプの洗濯用洗剤です。
アルキルグリコシドの研究と応用が継続的に深化する中で、新しいアルキルグリコシド誘導体が次々と登場しています。性能が向上し新しい機能を持つこれらの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
アルキル糖体は、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、これらはより刺激的です。、維持が容易で劣化が困難[23]。さらに、アルキル糖体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っています。複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を受けず、乳化、保湿、良好な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児・児童ケア製品に広く使われています。アルキル糖体は入浴用品、シャンプー、スキンケア製品などでますます使われており、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、泡立ちや濃厚化効果があります。アルキル糖素体を加えることで、食品中の脂肪と水分の混合を分散させ、食品中のさまざまな成分を均一に混ぜ合わせることで、味を良くし、食品の安定性を高め、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、アルキルグリコシ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
アルキル糖化学体は農薬や医薬品に使用可能です。アルキル糖体は湿潤性と浸透性が良好で、作物による農薬の吸収を促進することがあります。アルキル糖体は生分解が容易で、吸湿性も良好です。乳化剤として使用でき、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、アルキル糖素体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利用しています[26]。C8 ~ C12アルキル糖体は、細菌や真菌に対して広域抗菌特性を持ち、医療用消毒や清掃に使用できます。アルキルグリコシドは非常に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、削削流体の崩壊や潤滑の抑制、掘削流体の固相容量および耐温性の向上に使用されます。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、油水中掘削流体の乳化剤、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、アルキル糖素は繊維、紙、革、廃棄物処理にも広く使用されています。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]。繊維産業において、アルキル糖体は洗剤、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、アルキル糖体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
バイオマスベースの界面活性剤として、アルキル糖体には多くの利点があります。豊富な原材料資源、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、アルキル糖体の製剤過程を詳細に紹介し、原料の供給源、合成過程、触媒選択および脱アルコール・脱色法、さらにアルキル糖体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。アルキル糖体に関する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。
アルキルグリコシド産業の継続的な進展により、依然として不足点が存在することも指摘すべきです。アルキル糖体の合成過程はさらに最適化され、より穏やかな反応条件を求めます。脱色法はさらに改良され、より明るい色の製品を作る必要があります。デリバティブの産業応用はさらに探求され、できるだけ早く様々な産業に適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大きな発展と広範な応用を遂げ、国民経済や民生に貢献するでしょう。