バイオマス系アルキル配糖体界面活性剤の調製と応用
界面活性剤はしばしば「工業用MSG」と呼ばれ、長い開発の歴史があります。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る緑色の穏やかな非イオン性界面活性剤の一種です。これは、「グリーン」機能性界面活性剤の最初の選択肢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た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、農薬、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、原料源は多岐にわたります。
砂糖の原料には、ブドウ糖、デンプン、セルロース、わらが含まれます。グルコース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、製造コストが比較的高くなります。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、装置に対する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ますが、生成物が複雑で色が濃いという欠点があります。農業大国として、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、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、日用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、アルキル配糖体の合成に関する多くの研究が国内外で行われています。フィッシャー合成(直接グリコシル化とトランスグリコシル化)と酵素触媒を中心に、多くの合成方法があります。
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、より産業的用途の合成法の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設備が必要です。現在、河南開普化学、上海法開化学、中国化学研究所など、アルキル配糖体を合成するために直接グリコシル化を使用している国内企業は数多くあります。
トランスグリコシル化(2段階法)は、現在最も広く使用されている工業的合成方法です。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。その後、短鎖アルキル配糖体と長鎖アルコールはグリコシル化反応を起こし、最終的に長鎖アルキル配糖体を得る。トランスグリコシル化の原料コストは低く、反応温度は低いため、キャラメルの生成を減らすことができますが、反応が複雑であるため、設備と運用コストが増加し、短鎖アルキル配糖体残留物が発生し、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配糖体の国内生産には、湖北華華化、長春康博化学、金陵石油化学研究所、吉林化学研究所などが含まれます[5]。
酵素触媒作用は、特殊な酵素(グリコシダーゼ、配糖体シンターゼ、グリコシルトランスフェラーゼなど)を使用して、脂肪アルコールと糖のアルキル配糖体への直接生成を触媒することです。グリコシド加水分解酵素としても知られるグリコシダーゼは、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化糖をグリコシル供与体として直接使用し、酵素的グリコシル化反応で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、環境に対する要件が厳しく、コストが高くなります。現在、主に実験室での研究に使用されており、工業化の推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、これらの合成方法にも多くの研究がありますが、すべてに特定の欠陥があり、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、分離と精製が容易ですが、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、反応プロセスの制御が容易ですが、合成プロセスは比較的複雑であり、副産物が大量に発生します。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、コストが高くなります[9]。
近年、超音波やマイクロ波支援合成などの補助合成方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ジン酸によるD-キシロースとD-リキ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持つ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%です。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。これらの新たな補助合成法は、反応速度と収率を大幅に向上させ、反応の制御性を高め、広範囲にわたる研究意義と応用価値を持ちます。
1.3 触媒
アルキル配糖体の合成方法によって触媒が異なります。ここでは主にフィッシャー合成に用いられる触媒を紹介します。触媒には、一方向触媒システムと二元触媒システムの 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、無機酸は通常トランスグリコシル化法で使用されます。双方向触媒系には、無機触媒と有機無機触媒が含まれ、主触媒と助触媒によって触媒され、有機触媒は通常、触媒作用と乳化作用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により、固体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、色が薄く選択性が高く、生成物は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、アルキル配糖体産業の重要な研究方向です。
さらに、触媒を使用しないアルキル配糖体の直接調製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。スルホランを溶媒として使用すると、砂糖、デシルアルコール、スルホランが直接反応して特定の温度でデシル配糖体が形成され、収率は83%に達し、配糖体生成物の色は明るくなります。この触媒フリー反応は、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では、糖変換率を向上させるために、通常、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、アルキル配糖体の脱アルコール方法には、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、落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ます。産業用途では通常、流下膜蒸発器とショートパス蒸発器の複合分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離などの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装置を使用しています。分離と脱アルコールの複合効果が優れており、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、色が薄くなります。たとえば、Shanghai Fakai Chemical [14] は、脱アルコールに流下膜蒸発器とスクレーパー式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配糖体製品は、多くの場合、色が濃いため、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などがあります。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あります。物理的な脱色は脱色機能を実現できますが、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が発生するという問題があります。
化学漂白では、主に漂白剤を使用して、酸化的脱色、還元的脱色、光脱色などの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、過酸化酸、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などがあります。工業生産では、通常、過酸化水素が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。[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できます。紫外線照射や水銀ランプ照射など、アルキル配糖体に明らかな脱色効果がある光脱色を使用した研究もあります[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の研究はますます進んでいます。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きました[17]。アルキル配糖体誘導体の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塩、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ます[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、より強い耐熱性、水溶性、発泡性能を備えたアルキル配糖体スルホン酸塩を合成できます。[19]は、特許でアルキル配糖体ヒドロキシプロピルスルホン酸塩の調製方法を紹介しました。プロセスはシンプルで操作が簡単です。得られたアルキル配糖体スルホン酸塩は、非イオン性界面活性剤アルキル配糖体を含んでいるだけでなく、スルホン酸塩の導入により、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、幼児用のシャンプーシャワージェルに直接作って使用できます。
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できます。硫酸多糖類には抗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]。
アルキル配糖体と第四級アンモニウム塩の反応、生成物アルキルグルコシド第四級アンモニウム塩は、発泡性、マイルドさ、生分解性などの2つの界面活性剤の利点を大幅に改善しました。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、油田掘削液での使用に成功しています[21]。
アルキル配糖体と五酸化リンの反応により、アルキル配糖体リン酸を合成することができ、濡れ性、乳化性、分散性、可溶化性がすべて強化されます。[22]は、ドデシル配糖体とテトラ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、すすぎが簡単です。各種添加剤の配合。[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、人体は親和性が高く、刺激や刺激がありません。残留物は、強力な殺菌効果があり、非常に分解しやすく、幼児の衣類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が継続的に深まるにつれて、新しいアルキル配糖体誘導体が登場し続けています。より優れた性能と新しい機能を備えたこれらの誘導体は大きな応用の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さまざまな分野で役割を果たすでしょう。
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、カルボン酸アルコールエーテルまたはスルホン酸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第四級アンモニウム塩カチオン性界面活性剤を殺菌剤として使用しており、これらはより刺激的です。、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優れた相乗効果があります。配合すると界面活性剤の量が減り、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。たとえば、アルキル配糖体スルホン酸誘導体は、乳児および育児用品に広く使用されています。アルキル配糖体は、入浴剤、シャンプー、スキンケア製品、その他の製品への使用が増えており、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添加物に使用して食品の乳化を促進し、発泡効果や増粘効果があります。アルキル配糖体を添加すると、食品中の脂肪と水分の組み合わせが分散し、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、食品の保存期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幅広い応用の可能性を秘めています。
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おり、作物による農薬の吸収を促進します。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ています[26]。C8~C12アルキル配糖体は、細菌や真菌に対して広範囲の抗菌特性を備えており、医療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。漢方薬との相溶性により、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
アルキル配糖体は、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、現在大規模な応用が達成され、石油化学産業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。廃棄物の処理において、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、酸性化が促進され、廃棄物処理の時間が短縮されます[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、繊維生産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、アルキル配糖体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を備えています。本論文では、原料の供給源、合成プロセス、触媒の選択、脱アルコール・脱色方法など、アルキル配糖体の調製プロセスを詳細に紹介し、さまざまな分野におけるアルキル配糖体とその誘導体の具体的な用途をカテゴリー別に紹介します。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、まだ不足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。より明るい色の製品を調製するには、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され、さまざま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実に大きな発展と幅広い応用をもたらし、国民経済と人々の生活に貢献します。
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、原料源は多岐にわたります。
砂糖の原料には、ブドウ糖、デンプン、セルロース、わらが含まれます。グルコース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、製造コストが比較的高くなります。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、装置に対する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ますが、生成物が複雑で色が濃いという欠点があります。農業大国として、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、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、日用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、アルキル配糖体の合成に関する多くの研究が国内外で行われています。フィッシャー合成(直接グリコシル化とトランスグリコシル化)と酵素触媒を中心に、多くの合成方法があります。
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、より産業的用途の合成法の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設備が必要です。現在、河南開普化学、上海法開化学、中国化学研究所など、アルキル配糖体を合成するために直接グリコシル化を使用している国内企業は数多くあります。
トランスグリコシル化(2段階法)は、現在最も広く使用されている工業的合成方法です。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。その後、短鎖アルキル配糖体と長鎖アルコールはグリコシル化反応を起こし、最終的に長鎖アルキル配糖体を得る。トランスグリコシル化の原料コストは低く、反応温度は低いため、キャラメルの生成を減らすことができますが、反応が複雑であるため、設備と運用コストが増加し、短鎖アルキル配糖体残留物が発生し、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配糖体の国内生産には、湖北華華化、長春康博化学、金陵石油化学研究所、吉林化学研究所などが含まれます[5]。
酵素触媒作用は、特殊な酵素(グリコシダーゼ、配糖体シンターゼ、グリコシルトランスフェラーゼなど)を使用して、脂肪アルコールと糖のアルキル配糖体への直接生成を触媒することです。グリコシド加水分解酵素としても知られるグリコシダーゼは、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化糖をグリコシル供与体として直接使用し、酵素的グリコシル化反応で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、環境に対する要件が厳しく、コストが高くなります。現在、主に実験室での研究に使用されており、工業化の推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、これらの合成方法にも多くの研究がありますが、すべてに特定の欠陥があり、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、分離と精製が容易ですが、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、反応プロセスの制御が容易ですが、合成プロセスは比較的複雑であり、副産物が大量に発生します。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、コストが高くなります[9]。
近年、超音波やマイクロ波支援合成などの補助合成方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ジン酸によるD-キシロースとD-リキ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持つ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%です。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。これらの新たな補助合成法は、反応速度と収率を大幅に向上させ、反応の制御性を高め、広範囲にわたる研究意義と応用価値を持ちます。
1.3 触媒
アルキル配糖体の合成方法によって触媒が異なります。ここでは主にフィッシャー合成に用いられる触媒を紹介します。触媒には、一方向触媒システムと二元触媒システムの 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、無機酸は通常トランスグリコシル化法で使用されます。双方向触媒系には、無機触媒と有機無機触媒が含まれ、主触媒と助触媒によって触媒され、有機触媒は通常、触媒作用と乳化作用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により、固体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、色が薄く選択性が高く、生成物は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、アルキル配糖体産業の重要な研究方向です。
さらに、触媒を使用しないアルキル配糖体の直接調製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。スルホランを溶媒として使用すると、砂糖、デシルアルコール、スルホランが直接反応して特定の温度でデシル配糖体が形成され、収率は83%に達し、配糖体生成物の色は明るくなります。この触媒フリー反応は、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では、糖変換率を向上させるために、通常、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、アルキル配糖体の脱アルコール方法には、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、落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ます。産業用途では通常、流下膜蒸発器とショートパス蒸発器の複合分離、流下膜蒸発器とスクレーパー蒸発器の複合分離などの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装置を使用しています。分離と脱アルコールの複合効果が優れており、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、色が薄くなります。たとえば、Shanghai Fakai Chemical [14] は、脱アルコールに流下膜蒸発器とスクレーパー式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配糖体製品は、多くの場合、色が濃いため、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などがあります。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あります。物理的な脱色は脱色機能を実現できますが、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が発生するという問題があります。
化学漂白では、主に漂白剤を使用して、酸化的脱色、還元的脱色、光脱色などの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、過酸化酸、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などがあります。工業生産では、通常、過酸化水素が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。[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できます。紫外線照射や水銀ランプ照射など、アルキル配糖体に明らかな脱色効果がある光脱色を使用した研究もあります[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の研究はますます進んでいます。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きました[17]。アルキル配糖体誘導体の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塩、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ます[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、より強い耐熱性、水溶性、発泡性能を備えたアルキル配糖体スルホン酸塩を合成できます。[19]は、特許でアルキル配糖体ヒドロキシプロピルスルホン酸塩の調製方法を紹介しました。プロセスはシンプルで操作が簡単です。得られたアルキル配糖体スルホン酸塩は、非イオン性界面活性剤アルキル配糖体を含んでいるだけでなく、スルホン酸塩の導入により、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、幼児用のシャンプーシャワージェルに直接作って使用できます。
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できます。硫酸多糖類には抗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]。
アルキル配糖体と第四級アンモニウム塩の反応、生成物アルキルグルコシド第四級アンモニウム塩は、発泡性、マイルドさ、生分解性などの2つの界面活性剤の利点を大幅に改善しました。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、油田掘削液での使用に成功しています[21]。
アルキル配糖体と五酸化リンの反応により、アルキル配糖体リン酸を合成することができ、濡れ性、乳化性、分散性、可溶化性がすべて強化されます。[22]は、ドデシル配糖体とテトラ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、すすぎが簡単です。各種添加剤の配合。[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、人体は親和性が高く、刺激や刺激がありません。残留物は、強力な殺菌効果があり、非常に分解しやすく、幼児の衣類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が継続的に深まるにつれて、新しいアルキル配糖体誘導体が登場し続けています。より優れた性能と新しい機能を備えたこれらの誘導体は大きな応用の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さまざまな分野で役割を果たすでしょう。
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、カルボン酸アルコールエーテルまたはスルホン酸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第四級アンモニウム塩カチオン性界面活性剤を殺菌剤として使用しており、これらはより刺激的です。、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優れた相乗効果があります。配合すると界面活性剤の量が減り、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。たとえば、アルキル配糖体スルホン酸誘導体は、乳児および育児用品に広く使用されています。アルキル配糖体は、入浴剤、シャンプー、スキンケア製品、その他の製品への使用が増えており、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添加物に使用して食品の乳化を促進し、発泡効果や増粘効果があります。アルキル配糖体を添加すると、食品中の脂肪と水分の組み合わせが分散し、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、食品の保存期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幅広い応用の可能性を秘めています。
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おり、作物による農薬の吸収を促進します。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ています[26]。C8~C12アルキル配糖体は、細菌や真菌に対して広範囲の抗菌特性を備えており、医療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。漢方薬との相溶性により、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
アルキル配糖体は、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、現在大規模な応用が達成され、石油化学産業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。廃棄物の処理において、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、酸性化が促進され、廃棄物処理の時間が短縮されます[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、繊維生産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、アルキル配糖体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を備えています。本論文では、原料の供給源、合成プロセス、触媒の選択、脱アルコール・脱色方法など、アルキル配糖体の調製プロセスを詳細に紹介し、さまざまな分野におけるアルキル配糖体とその誘導体の具体的な用途をカテゴリー別に紹介します。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、まだ不足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。より明るい色の製品を調製するには、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され、さまざま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実に大きな発展と幅広い応用をもたらし、国民経済と人々の生活に貢献します。