Préparation et application d’un tensioactif à base de glycoside d’alkyle à base de biomasse
Les tensioactifs, souvent appelés « MSG industriels », ont une longue histoire de développement. Avec le développement et le progrès de la société, la prise de conscience des gens à la protection de l’environnement ne cesse de croître et la recherche sur les tensioactifs se développe dans le sens de l’écologisation. Le glycoside d’alkyle est une sorte de tensioactif vert non ionique doux synthétisé à partir de sucres et d’alcools gras. Il est internationalement reconnu comme le premier choix de tensioactif fonctionnel « vert » [1]. Les glycosides d’alkyle préparés à partir de ressources de biomasse renouvelables ont d’excellentes propriétés physiques et chimiques et une grande sécurité écologique, et présentent l’avantage que les autres types de tensioactifs sont difficiles à égaler. Divers dérivés de glycosides d’alkyle synthétisés à partir de glycosides d’alkyle peuvent conserver les avantages des glycosides d’alkyle et avoir plus de fonctions. À l’heure actuelle, les glycosides d’alkyle et leurs dérivés sont largement utilisés dans les soins personnels, les matériaux de construction en plastique, la médecine agricole, la pétrochimie et d’autres domaines.
01 Préparation des glycosides d’alkyle
1.1 Matières premières
Les glycosides d’alkyle sont principalement synthétisés à partir de deux types de matières premières, les sucres et les alcools gras, et ont un large éventail de sources de matières premières.
Les matières premières du sucre comprennent le glucose, l’amidon, la cellulose et la paille. Le glucose et l’amidon sont utilisés comme matières premières synthétiques, et les conditions de réaction sont relativement douces, mais ce sont eux-mêmes des matières premières pour les aliments, et le coût de production est relativement élevé. La cellulose étant la matière première pour la synthèse, les conditions de réaction sont plus sévères, généralement à haute température et à haute pression, et des exigences élevées en matière d’équipement [2]. La paille en tant que matière première synthétique, contrairement au glucose et à l’amidon, n’a pas d’impact négatif sur l’approvisionnement alimentaire [3]. La réaction peut être réalisée dans des conditions douces, mais elle présente les inconvénients des produits complexes et des couleurs plus foncées. En tant que grand pays agricole, la production annuelle de paille de culture en Chine est très importante. Si la paille est utilisée comme matière première pour le sucre, elle présente un très grand avantage en matière première.
Les matières premières d’alcool gras sont généralement des alcools à longue chaîne carbonée, tels que les alcools supérieurs C8 ~ C12. Les glycosides à faible teneur en carbone ne conviennent pas aux produits chimiques quotidiens et à d’autres industries, mais seulement à certaines industries spéciales [4]. Les recherches actuelles portent sur la production de glycosides d’alkyle à longue chaîne en utilisant des alcools à haute teneur en carbone comme matières premières.
1.2 Processus de synthèse
À l’heure actuelle, un grand nombre de recherches sur la synthèse des glycosides d’alkyle ont été menées au pays et à l’étranger. Il existe de nombreuses méthodes de synthèse, principalement la synthèse de Fischer (glycosylation et transglycosylation directes) et la catalyse enzymatique.
La méthode de glycosylation directe (méthode en une étape) est actuellement la méthode de synthèse la plus étudiée, et fait partie des méthodes de synthèse avec les applications les plus industrielles. Dans des conditions de catalyseur acide, les sucres et les alcools supérieurs réagissent directement pour former des glycosides d’alkyle et de l’eau. La méthode de synthèse contrôle strictement les paramètres du processus de réaction et peut produire des glycosides d’alkyle de haute qualité insipides et de couleur claire. La méthode de glycosylation directe présente également des lacunes et nécessite une gestion et un équipement plus élevés pendant le processus de synthèse. À l’heure actuelle, de nombreuses entreprises nationales utilisent la glycosylation directe pour synthétiser des glycosides d’alkyle, telles que Henan Kaipu Chemical, Shanghai Fakai Chemical, China National Chemical Institute, etc.
La transglycosylation (méthode en deux étapes) est actuellement la méthode de synthèse industrielle la plus utilisée. Dans des conditions de catalyseur acide, les alcools et les sucres à chaîne courte sont d’abord soumis à une réaction de faible glycosylation pour former des glycosides d’alkyle à chaîne courte ; Ensuite, les glycosides alkyles à chaîne courte et les alcools à chaîne longue subissent des réactions de transglycosylation pour finalement obtenir des glycosides d’alkyle à chaîne longue. Le coût des matières premières pour la transglycosylation est plus bas et la température de réaction est plus basse, ce qui peut réduire la génération de caramel, mais la réaction est compliquée, ce qui augmentera les coûts d’équipement et d’exploitation, et il y aura des résidus de glycosides d’alkyle à chaîne courte, augmentant le coût de la purification. La production nationale de glycosides d’alkyle par des méthodes de transglycosylation comprend Hubei Huahua Chemical, Changchun Kangbo Chemical, Jinling Petrochemical Research Institute, Jilin Chemical Research Institute, etc. [5].
La catalyse enzymatique est l’utilisation d’enzymes spéciales (glycosidase, glycoside synthase et glycosyltransférase, etc.) pour catalyser la production directe d’alcools gras et de sucres en glycosides d’alkyle. Les glycosidases, également connues sous le nom de glycosides hydrolases, sont de nature stable et peuvent accepter des substrats de structures différentes. Utilisant directement des sucres non activés non protégés comme donneurs de glycosyle, ils sont largement utilisés dans les réactions de glycosylation enzymatique [7]. La catalyse enzymatique est également largement utilisée dans l’ingénierie des protéines, la technologie de recombinaison de l’ADN, le développement et l’utilisation de la biosynthèse de groupes de gènes de produits naturels et la modélisation informatique [8]. La catalyse enzymatique présente les avantages de la spécificité et de la haute efficacité, mais elle a des exigences strictes en matière d’environnement et un coût élevé. À l’heure actuelle, il est principalement utilisé dans la recherche en laboratoire, et il y a peu de promotion de l’industrialisation.
Méthode Koenigs-Knorr, méthode de l’alcoolyse cétale, méthode du tétrachlorure d’étain, ces méthodes de synthèse ont également fait l’objet de nombreuses recherches, mais elles présentent toutes certains défauts et peu d’applications industrielles. La méthode Koenigs-Knorr a un rendement élevé et est facile à séparer et à purifier, mais le catalyseur à métaux lourds est plus cher, le coût de production est élevé et les déchets liquides sont faciles à polluer l’environnement ; le produit de la méthode de l’alcoolyse cétale du sucre a une sélectivité élevée et le processus de réaction est plus facile à contrôler, mais le processus de synthèse est relativement compliqué et il y aura un grand nombre de sous-produits ; La méthode du tétrachlorure d’étain a une sélectivité élevée, et il y a aussi des problèmes dans le processus de synthèse, et la quantité de solvant organique est importante, et le coût est élevé [9].
Ces dernières années, certaines méthodes de synthèse auxiliaire sont apparues, telles que la synthèse assistée par ultrasons et par micro-ondes. Hricovíniov et al. [10] ont catalysé la glycosylation du D-xylose et du D-lyxose avec de l’acide phosphomolybdique dans des conditions assistées par micro-ondes. Une série de glycosides de chaîne alkyle avec différentes longueurs de chaîne de C8 à C14 peut être obtenue en peu de temps, le rendement est jusqu’à 73%. Zhou Dapeng et al [11] ont utilisé NaHSO3 · H2O comme catalyseur pour synthétiser le dodécylglycoside sous rayonnement micro-ondes / ultrasons, et le taux de conversion du glucose pourrait atteindre 98,9%. Ces méthodes de synthèse auxiliaire émergentes peuvent améliorer considérablement la vitesse et le rendement de la réaction, augmenter la contrôlabilité de la réaction et avoir une importance considérable pour la recherche et la valeur d’application.
1.3 Catalyseur
Il existe différents catalyseurs pour différentes méthodes de synthèse des glycosides d’alkyle. Ici, nous présentons principalement les catalyseurs utilisés dans la synthèse de Fischer. Les catalyseurs comprennent 2 types, les systèmes catalytiques unidirectionnels et les systèmes catalytiques bidirectionnels [6].
Le système catalytique unidirectionnel est généralement un acide fort tel que l’acide sulfurique, l’acide chlorhydrique, l’acide phosphorique et l’acide p-toluènesulfonique, dont l’acide organique est généralement utilisé dans la méthode de glycosylation directe, et l’acide inorganique est généralement utilisé dans la méthode de transglycosylation ; Le système catalytique bidirectionnel comprend des catalyseurs inorganiques et organiques Les catalyseurs inorganiques sont catalysés par les catalyseurs principaux et les co-catalyseurs, et les catalyseurs organiques ont généralement à la fois une catalyse et une émulsification. Dans l’industrie, le système catalytique unidirectionnel est plus largement utilisé.
Afin de faciliter la récupération et la séparation du catalyseur, certaines études ont utilisé des catalyseurs à base d’acide solide. Fan Leming [12] a utilisé un catalyseur SZT solide magnétique fabriqué par ses soins pour catalyser sélectivement la conversion du glucose et de l’amidon en alkylglucoside dans la phase alcoolique. Dans la réaction de synthèse des glycosides d’alkyle, la récupération et le recyclage rapides de l’acide solide sont obtenus par l’application d’un champ magnétique externe. Le produit glucoside résultant a une couleur claire et une sélectivité élevée, et le produit est essentiellement un monoglycoside d’alkyle. L’utilisation de catalyseurs à base d’acide solide présente de nombreux avantages, mais il existe également des problèmes tels qu’une température de réaction élevée et un temps de réaction long, qui nécessitent des recherches plus approfondies. La sélection d’un catalyseur facile à récupérer et à séparer est une direction de recherche importante de l’industrie des glycosides d’alkyle.
De plus, la préparation directe de glycosides d’alkyle sans catalyseurs a également été signalée. Ludot et al. [13] ont réussi à préparer du decyl glycoside sans catalyseur. En utilisant le sulfolane comme solvant, le sucre, l’alcool décylique et le sulfolane réagissent directement pour former du glycoside décyle à une certaine température, le rendement peut atteindre 83% et la couleur du produit glycoside est plus claire. Cette réaction sans catalyseur fournit de nouvelles idées pour la synthèse verte des glycosides d’alkyle.
1.4 Traitement de désalcoolisation
Dans la synthèse des glycosides d’alkyle, afin d’améliorer le taux de conversion du sucre, un excès d’alcool est généralement utilisé. Par conséquent, la teneur en alcool du produit de réaction est élevée et un traitement de désalcoolisation est nécessaire. À l’heure actuelle, les méthodes de désalcoolisation des glycosides d’alkyle comprennent la séparation par distillation sous vide, la séparation par extraction par solvant, la séparation par fluide supercritique, la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à court trajet, la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à raclette, etc.
La distillation sous vide est simple à utiliser et nécessite un faible coût. Le laboratoire utilise cette méthode pour purifier les glycosides d’alkyle. Les applications industrielles utilisent généralement des méthodes de séparation combinées, telles que la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à court trajet, la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à racleur. Selon différentes exigences de qualité pour les produits à base de glycosides d’alkyle, certaines entreprises utilisent un dispositif de séparation combiné à plusieurs niveaux. L’effet combiné de séparation et de désalcoolisation est meilleur, la quantité d’alcool résiduel alkylglycoside produite est plus faible et la couleur est plus claire. Par exemple, Shanghai Fakai Chemical [14] utilise une combinaison d’évaporateur à film tombant et d’évaporateur rotatif à film formant un racleur pour la désalcoolisation, qui peut obtenir des glycosides d’alkyle de haute qualité.
1.5 Décoloration
Les produits à base de glycosides d’alkyle après traitement de désalcoolisation ont souvent encore une couleur plus foncée et doivent être décolorés. Les méthodes de décoloration courantes sont la décoloration physique et la décoloration chimique.
La décoloration physique utilise principalement des adsorbants pour adsorber les substances colorantes dans les glycosides d’alkyle. Les adsorbants utilisés comprennent le charbon actif, la bentonite, la terre de diatomées, la zéolite et la résine macroporeuse. Le charbon actif est l’agent décolorant adsorbant le plus couramment utilisé, a non seulement une fonction de décoloration, mais a également pour fonction d’éliminer les odeurs. La décoloration physique peut réaliser la fonction de décoloration, mais l’effet de décoloration est limité et il y a le problème de la perte d’adsorption du produit cible pendant le processus de décoloration.
Le blanchiment chimique utilise principalement des agents de blanchiment pour détruire les groupes chromogènes dans les glycosides d’alkyle, y compris la décoloration oxydative, la décoloration réductrice et la photodécoloration. Les agents décolorants couramment utilisés comprennent l’hypochlorite, le dioxyde de chlore, le peroxyde d’hydrogène, l’ozone, le peroxyacide, le dithionite de sodium, l’hydrogénate de bore de sodium et le bisulfite de sodium. Dans la production industrielle, le peroxyde d’hydrogène est généralement utilisé pour le blanchiment oxydatif, et certains agents de blanchiment sont ajoutés. Yang Chunguang et al. [15] ont utilisé du peroxyde d’hydrogène pour décolorer les glycosides d’alkyle, qui peuvent produire des glycosides d’alkyle de couleur très claire avec une chrominance inférieure à 20. Il existe également des études utilisant la décoloration par la lumière, telles que l’irradiation ultraviolette ou l’irradiation à la lampe au mercure, qui ont un effet de décoloration évident sur les glycosides d’alkyle [16].
02 Dérivés de glycosides d’alkyle
Au fur et à mesure que la recherche sur la synthèse des glycosides d’alkyle devient plus mature, la recherche sur les dérivés des glycosides d’alkyle devient de plus en plus importante. Au début du XXe siècle, la chimie Dow aux États-Unis synthétisait des dérivés de glycosides alkylés, tels que le diméthyle et le triméthyl β-glucoside et le 6-alkoxyéthyl glucoside. En 1999, l’Institut national de l’industrie chimique de Chine a synthétisé pour la première fois le sel disodique de polyglycoside d’alkyle. Depuis lors, la Chine a synthétisé des dérivés tels que des sulfates d’alkyle polyglycoside, des sels de phosphate et des esters d’acide carboxylique [17]. La recherche nationale sur les dérivés d’alkylglycosides a commencé à prospérer.
Les dérivés de glycosides d’alkyle comprennent principalement le sel d’ammonium quaternaire glycoside d’alkyle, l’ester d’acide inorganique de glycoside d’alkyle, l’ester d’acide organique de glycoside d’alkyle, le sulfonate de glycoside d’alkyle, le glycoside d’alkyle bétaïne, le glycoside d’alkyle à chaîne ramifiée, etc. [18] . Par rapport aux glycosides d’alkyle, ces dérivés de glycosides d’alkyle ont de meilleures performances et plus de fonctions.
La réaction du glycoside d’alkyle avec l’acide chlorosulfonique et le sulfite de sodium peut synthétiser le sulfonate de glycoside d’alkyle, qui présente une résistance à la température, une solubilité dans l’eau et des performances moussantes plus fortes. Wang Fengshou et al. [19] ont introduit une méthode de préparation de glycoside d’alkyle hydroxypropylsulfonate dans le brevet. Le processus est simple et facile à utiliser. Le sulfonate de glycoside d’alkyle obtenu contient non seulement un tensioactif non ionique glycoside d’alkyle En raison de l’introduction du sulfonate, la solubilité dans l’eau du produit a également été améliorée. De cette façon, les produits Suga Nate 160NC peuvent être fabriqués et utilisés directement dans les gels douche shampooing pour nourrissons.
Le glycoside d’alkyle peut être synthétisé avec de l’acide sulfurique concentré, du trioxyde de soufre, etc. pour synthétiser du sulfate de glycoside d’alkyle. Le sulfate de polysaccharide a des effets anti-VIH et HSV, peut être utilisé en médecine, est un médicament antiviral potentiel et a attiré l’attention de la communauté médicale [20].
La réaction entre l’alkylglycoside et le sel d’ammonium quaternaire, le produit alkyl glucoside sel d’ammonium quaternaire présente les avantages de deux tensioactifs, la mousse, la douceur, la biodégradabilité, etc. ont été considérablement améliorés. Les glycosides alkyliques cationiques synthétisés à base de glycosides d’alkyle ont une bonne résistance à la température et une bonne inhibition, et ont été utilisés avec succès dans les fluides de forage pétrolifère [21].
La réaction entre le glycoside d’alkyle et le pentoxyde de phosphore peut synthétiser le phosphate de glycoside d’alkyle, et la mouillabilité, l’émulsification, la dispersibilité et la solubilisation sont toutes améliorées. Song Bo et al. [22] ont utilisé des glycosides de dodécyle et de tétradécyle comme matières premières pour synthétiser des sels de phosphate de glycosides d’alkyle de différentes longueurs de chaîne, qui ont de meilleures propriétés de surface que les glycosides d’alkyle.
Le glycoside d’alkyle réagit avec l’acide citrique et l’anhydride citrique pour synthétiser le citrate de glycoside d’alkyle. Il n’est pas irritant et a une bonne détergence et stabilité. Il a une excellente solubilité à basse température et un rinçage facile. Compoundage de divers additifs. Zhang Xiaohan et al. [23] ont utilisé des glycosides d’alkyle et de l’acide citrique anhydre comme matières premières pour synthétiser le citrate de glycosides d’alkyle à l’aide d’un catalyseur composite fabriqué par leurs soins. Après avoir ajouté divers additifs, le corps humain a une bonne affinité, pas d’irritation et pas d’irritation. Résidu, avec un fort effet stérilisant, très facile à dégrader, un nouveau type de détergent à lessive adapté au lavage des vêtements pour bébés.
Avec l’approfondissement continu de la recherche et de l’application des glycosides d’alkyle, de nouveaux dérivés de glycosides d’alkyle continuent d’apparaître. Ces dérivés avec de meilleures performances et de nouvelles fonctions ont un grand potentiel d’application, et ils joueront un rôle dans divers domaines avec les glycosides d’alkyle à l’avenir.
03 Application des glycosides d’alkyle
3.1 Détergent
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les détergents avec peu d’irritation, une sécurité élevée et une dégradation facile. Les détergents conventionnels utilisent principalement des tensioactifs sulfatés, carboxylates d’éther d’alcool ou sulfonates comme substances actives, des alcanolamures comme épaississants et des tensioactifs cationiques au sel d’ammonium quaternaire C8 ~ C16 comme fongicides, qui sont plus irritants. , Facile à rester et difficile à dégrader [23]. De plus, les glycosides d’alkyle ont un bon effet synergique avec les tensioactifs anioniques et non ioniques couramment utilisés. Lorsqu’ils sont composés, ils peuvent réduire la quantité de tensioactifs et ont une meilleure résistance aux basses températures et à l’eau dure. En raison de ces excellentes propriétés, les glycosides d’alkyle ont été utilisés dans divers produits détergents haut de gamme.
3.2 Cosmétiques
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les cosmétiques, sont riches en mousse, délicats, doux et non irritants, et ont une émulsification, une hydratation et un bon effet synergique composé [24]. Les produits à base de glycosides d’alkyle sont très sûrs et peuvent être utilisés chez les nourrissons et les jeunes enfants. Par exemple, les dérivés de sulfonate de glycoside d’alkyle ont été largement utilisés dans les produits de soins pour nourrissons et enfants. Les glycosides d’alkyle sont de plus en plus utilisés dans les produits de bain, les shampooings, les produits de soins de la peau et d’autres produits, et sont privilégiés par les consommateurs.
3.3 Transformation des aliments
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les additifs alimentaires pour favoriser l’émulsification des aliments, avec des effets moussants et épaississants. L’ajout de glycosides d’alkyle peut disperser la combinaison de graisse et d’eau dans l’aliment, et les différents ingrédients de l’aliment peuvent être mélangés uniformément pour améliorer le goût de l’aliment, augmenter la stabilité de l’aliment et prolonger le temps de stockage de l’aliment. En tant qu’additif alimentaire vert et sûr, les glycosides d’alkyle ont de vastes perspectives d’application dans l’industrie de la transformation des aliments.
3.4 Médecine agricole
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les pesticides et les produits pharmaceutiques. Les glycosides d’alkyle ont de bonnes propriétés de mouillage et de pénétration, ce qui peut favoriser l’absorption des pesticides par les cultures ; Les glycosides d’alkyle sont faciles à biodégrader et ont une bonne hygroscopicité. Ils peuvent être utilisés comme émulsifiants et ont des effets synergiques sur les pesticides tels que les herbicides et les insecticides [ 25 ]. Des recherches à l’étranger ont utilisé des glycosides d’alkyle comme tensioactifs pour préparer des microémulsions à structure colloïdale et les ont utilisés comme supports dans les médicaments [26]. Les glycosides d’alkyle C8 ~ C12 ont des propriétés antibactériennes à large spectre contre les bactéries et les champignons, et peuvent être utilisés pour la désinfection et le nettoyage médicaux. Les glycosides d’alkyle ont une excellente compatibilité. Après compatibilité avec la phytothérapie chinoise, ils ont un aspect stable et d’excellentes propriétés médicinales [27].
3.5 Pétrochimie
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les fluides de forage pour supprimer l’effondrement et la lubrification, et pour améliorer la capacité de la phase solide et la résistance à la température des fluides de forage. Il peut également être utilisé comme réducteur de viscosité et agent de perte de fluide pour les fluides de forage, comme dispersant et retardateur pour les boues de ciment, comme émulsifiant pour les fluides de forage huile dans l’eau et comme agent moussant pour les systèmes de micromousse [21]. Les fluides de forage haute performance formulés avec des glycosides d’alkyle et leurs dérivés ont maintenant atteint une application à grande échelle et ont joué un rôle important dans l’industrie pétrochimique.
En outre, les glycosides d’alkyle sont également largement utilisés dans le textile, le papier, le cuir et le traitement des déchets. Dans le traitement des déchets, l’utilisation de tensioactifs alkylglycosides peut accélérer la dissolution, l’hydrolyse et l’acidification des déchets organiques lors de la décomposition anaérobie, réduisant ainsi le temps de traitement des déchets [28]. Dans l’industrie textile, les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans tous les aspects de la production textile, comme détergents, agents de décapage, antimousses, dispersants, etc. Dans l’industrie du tannage, les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans la synthèse des produits chimiques du cuir et le processus de tannage [29].
04 En conclusion
En tant que tensioactif à base de biomasse, les glycosides d’alkyle présentent de nombreux avantages. Ils disposent de riches sources de matières premières, de processus synthétiques écologiques, d’excellentes performances de produits et de vastes perspectives de développement. Dans cet article, le processus de préparation des glycosides d’alkyle est présenté en détail, y compris la source des matières premières, le processus de synthèse, la sélection des catalyseurs et les méthodes de désalcoolisation et de décoloration, et l’application spécifique des glycosides d’alkyle et de leurs dérivés dans divers domaines est présentée par catégorie. On peut constater que la recherche connexe sur les glycosides d’alkyle se développe rapidement et que les domaines d’application s’étendent également, ce qui a une importance importante pour la recherche et des perspectives d’application.
Avec les progrès continus de l’industrie des glycosides d’alkyle, il convient également de noter qu’il existe encore des carences. Le processus de synthèse des glycosides d’alkyle doit être encore optimisé, à la recherche d’une condition de réaction plus douce ; la méthode de décoloration doit être encore améliorée pour préparer des produits de couleur plus claire ; L’application industrielle des produits dérivés doit être explorée plus avant et appliquée à diverses industries dès que possible. Alors que l’on accorde de plus en plus d’attention au concept de développement vert, les glycosides d’alkyle à base de biomasse et leurs dérivés connaîtront certainement un grand développement et une application plus large, au service de l’économie nationale et des moyens de subsistance des gens.
01 Préparation des glycosides d’alkyle
1.1 Matières premières
Les glycosides d’alkyle sont principalement synthétisés à partir de deux types de matières premières, les sucres et les alcools gras, et ont un large éventail de sources de matières premières.
Les matières premières du sucre comprennent le glucose, l’amidon, la cellulose et la paille. Le glucose et l’amidon sont utilisés comme matières premières synthétiques, et les conditions de réaction sont relativement douces, mais ce sont eux-mêmes des matières premières pour les aliments, et le coût de production est relativement élevé. La cellulose étant la matière première pour la synthèse, les conditions de réaction sont plus sévères, généralement à haute température et à haute pression, et des exigences élevées en matière d’équipement [2]. La paille en tant que matière première synthétique, contrairement au glucose et à l’amidon, n’a pas d’impact négatif sur l’approvisionnement alimentaire [3]. La réaction peut être réalisée dans des conditions douces, mais elle présente les inconvénients des produits complexes et des couleurs plus foncées. En tant que grand pays agricole, la production annuelle de paille de culture en Chine est très importante. Si la paille est utilisée comme matière première pour le sucre, elle présente un très grand avantage en matière première.
Les matières premières d’alcool gras sont généralement des alcools à longue chaîne carbonée, tels que les alcools supérieurs C8 ~ C12. Les glycosides à faible teneur en carbone ne conviennent pas aux produits chimiques quotidiens et à d’autres industries, mais seulement à certaines industries spéciales [4]. Les recherches actuelles portent sur la production de glycosides d’alkyle à longue chaîne en utilisant des alcools à haute teneur en carbone comme matières premières.
1.2 Processus de synthèse
À l’heure actuelle, un grand nombre de recherches sur la synthèse des glycosides d’alkyle ont été menées au pays et à l’étranger. Il existe de nombreuses méthodes de synthèse, principalement la synthèse de Fischer (glycosylation et transglycosylation directes) et la catalyse enzymatique.
La méthode de glycosylation directe (méthode en une étape) est actuellement la méthode de synthèse la plus étudiée, et fait partie des méthodes de synthèse avec les applications les plus industrielles. Dans des conditions de catalyseur acide, les sucres et les alcools supérieurs réagissent directement pour former des glycosides d’alkyle et de l’eau. La méthode de synthèse contrôle strictement les paramètres du processus de réaction et peut produire des glycosides d’alkyle de haute qualité insipides et de couleur claire. La méthode de glycosylation directe présente également des lacunes et nécessite une gestion et un équipement plus élevés pendant le processus de synthèse. À l’heure actuelle, de nombreuses entreprises nationales utilisent la glycosylation directe pour synthétiser des glycosides d’alkyle, telles que Henan Kaipu Chemical, Shanghai Fakai Chemical, China National Chemical Institute, etc.
La transglycosylation (méthode en deux étapes) est actuellement la méthode de synthèse industrielle la plus utilisée. Dans des conditions de catalyseur acide, les alcools et les sucres à chaîne courte sont d’abord soumis à une réaction de faible glycosylation pour former des glycosides d’alkyle à chaîne courte ; Ensuite, les glycosides alkyles à chaîne courte et les alcools à chaîne longue subissent des réactions de transglycosylation pour finalement obtenir des glycosides d’alkyle à chaîne longue. Le coût des matières premières pour la transglycosylation est plus bas et la température de réaction est plus basse, ce qui peut réduire la génération de caramel, mais la réaction est compliquée, ce qui augmentera les coûts d’équipement et d’exploitation, et il y aura des résidus de glycosides d’alkyle à chaîne courte, augmentant le coût de la purification. La production nationale de glycosides d’alkyle par des méthodes de transglycosylation comprend Hubei Huahua Chemical, Changchun Kangbo Chemical, Jinling Petrochemical Research Institute, Jilin Chemical Research Institute, etc. [5].
La catalyse enzymatique est l’utilisation d’enzymes spéciales (glycosidase, glycoside synthase et glycosyltransférase, etc.) pour catalyser la production directe d’alcools gras et de sucres en glycosides d’alkyle. Les glycosidases, également connues sous le nom de glycosides hydrolases, sont de nature stable et peuvent accepter des substrats de structures différentes. Utilisant directement des sucres non activés non protégés comme donneurs de glycosyle, ils sont largement utilisés dans les réactions de glycosylation enzymatique [7]. La catalyse enzymatique est également largement utilisée dans l’ingénierie des protéines, la technologie de recombinaison de l’ADN, le développement et l’utilisation de la biosynthèse de groupes de gènes de produits naturels et la modélisation informatique [8]. La catalyse enzymatique présente les avantages de la spécificité et de la haute efficacité, mais elle a des exigences strictes en matière d’environnement et un coût élevé. À l’heure actuelle, il est principalement utilisé dans la recherche en laboratoire, et il y a peu de promotion de l’industrialisation.
Méthode Koenigs-Knorr, méthode de l’alcoolyse cétale, méthode du tétrachlorure d’étain, ces méthodes de synthèse ont également fait l’objet de nombreuses recherches, mais elles présentent toutes certains défauts et peu d’applications industrielles. La méthode Koenigs-Knorr a un rendement élevé et est facile à séparer et à purifier, mais le catalyseur à métaux lourds est plus cher, le coût de production est élevé et les déchets liquides sont faciles à polluer l’environnement ; le produit de la méthode de l’alcoolyse cétale du sucre a une sélectivité élevée et le processus de réaction est plus facile à contrôler, mais le processus de synthèse est relativement compliqué et il y aura un grand nombre de sous-produits ; La méthode du tétrachlorure d’étain a une sélectivité élevée, et il y a aussi des problèmes dans le processus de synthèse, et la quantité de solvant organique est importante, et le coût est élevé [9].
Ces dernières années, certaines méthodes de synthèse auxiliaire sont apparues, telles que la synthèse assistée par ultrasons et par micro-ondes. Hricovíniov et al. [10] ont catalysé la glycosylation du D-xylose et du D-lyxose avec de l’acide phosphomolybdique dans des conditions assistées par micro-ondes. Une série de glycosides de chaîne alkyle avec différentes longueurs de chaîne de C8 à C14 peut être obtenue en peu de temps, le rendement est jusqu’à 73%. Zhou Dapeng et al [11] ont utilisé NaHSO3 · H2O comme catalyseur pour synthétiser le dodécylglycoside sous rayonnement micro-ondes / ultrasons, et le taux de conversion du glucose pourrait atteindre 98,9%. Ces méthodes de synthèse auxiliaire émergentes peuvent améliorer considérablement la vitesse et le rendement de la réaction, augmenter la contrôlabilité de la réaction et avoir une importance considérable pour la recherche et la valeur d’application.
1.3 Catalyseur
Il existe différents catalyseurs pour différentes méthodes de synthèse des glycosides d’alkyle. Ici, nous présentons principalement les catalyseurs utilisés dans la synthèse de Fischer. Les catalyseurs comprennent 2 types, les systèmes catalytiques unidirectionnels et les systèmes catalytiques bidirectionnels [6].
Le système catalytique unidirectionnel est généralement un acide fort tel que l’acide sulfurique, l’acide chlorhydrique, l’acide phosphorique et l’acide p-toluènesulfonique, dont l’acide organique est généralement utilisé dans la méthode de glycosylation directe, et l’acide inorganique est généralement utilisé dans la méthode de transglycosylation ; Le système catalytique bidirectionnel comprend des catalyseurs inorganiques et organiques Les catalyseurs inorganiques sont catalysés par les catalyseurs principaux et les co-catalyseurs, et les catalyseurs organiques ont généralement à la fois une catalyse et une émulsification. Dans l’industrie, le système catalytique unidirectionnel est plus largement utilisé.
Afin de faciliter la récupération et la séparation du catalyseur, certaines études ont utilisé des catalyseurs à base d’acide solide. Fan Leming [12] a utilisé un catalyseur SZT solide magnétique fabriqué par ses soins pour catalyser sélectivement la conversion du glucose et de l’amidon en alkylglucoside dans la phase alcoolique. Dans la réaction de synthèse des glycosides d’alkyle, la récupération et le recyclage rapides de l’acide solide sont obtenus par l’application d’un champ magnétique externe. Le produit glucoside résultant a une couleur claire et une sélectivité élevée, et le produit est essentiellement un monoglycoside d’alkyle. L’utilisation de catalyseurs à base d’acide solide présente de nombreux avantages, mais il existe également des problèmes tels qu’une température de réaction élevée et un temps de réaction long, qui nécessitent des recherches plus approfondies. La sélection d’un catalyseur facile à récupérer et à séparer est une direction de recherche importante de l’industrie des glycosides d’alkyle.
De plus, la préparation directe de glycosides d’alkyle sans catalyseurs a également été signalée. Ludot et al. [13] ont réussi à préparer du decyl glycoside sans catalyseur. En utilisant le sulfolane comme solvant, le sucre, l’alcool décylique et le sulfolane réagissent directement pour former du glycoside décyle à une certaine température, le rendement peut atteindre 83% et la couleur du produit glycoside est plus claire. Cette réaction sans catalyseur fournit de nouvelles idées pour la synthèse verte des glycosides d’alkyle.
1.4 Traitement de désalcoolisation
Dans la synthèse des glycosides d’alkyle, afin d’améliorer le taux de conversion du sucre, un excès d’alcool est généralement utilisé. Par conséquent, la teneur en alcool du produit de réaction est élevée et un traitement de désalcoolisation est nécessaire. À l’heure actuelle, les méthodes de désalcoolisation des glycosides d’alkyle comprennent la séparation par distillation sous vide, la séparation par extraction par solvant, la séparation par fluide supercritique, la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à court trajet, la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à raclette, etc.
La distillation sous vide est simple à utiliser et nécessite un faible coût. Le laboratoire utilise cette méthode pour purifier les glycosides d’alkyle. Les applications industrielles utilisent généralement des méthodes de séparation combinées, telles que la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à court trajet, la séparation combinée de l’évaporateur à film tombant et de l’évaporateur à racleur. Selon différentes exigences de qualité pour les produits à base de glycosides d’alkyle, certaines entreprises utilisent un dispositif de séparation combiné à plusieurs niveaux. L’effet combiné de séparation et de désalcoolisation est meilleur, la quantité d’alcool résiduel alkylglycoside produite est plus faible et la couleur est plus claire. Par exemple, Shanghai Fakai Chemical [14] utilise une combinaison d’évaporateur à film tombant et d’évaporateur rotatif à film formant un racleur pour la désalcoolisation, qui peut obtenir des glycosides d’alkyle de haute qualité.
1.5 Décoloration
Les produits à base de glycosides d’alkyle après traitement de désalcoolisation ont souvent encore une couleur plus foncée et doivent être décolorés. Les méthodes de décoloration courantes sont la décoloration physique et la décoloration chimique.
La décoloration physique utilise principalement des adsorbants pour adsorber les substances colorantes dans les glycosides d’alkyle. Les adsorbants utilisés comprennent le charbon actif, la bentonite, la terre de diatomées, la zéolite et la résine macroporeuse. Le charbon actif est l’agent décolorant adsorbant le plus couramment utilisé, a non seulement une fonction de décoloration, mais a également pour fonction d’éliminer les odeurs. La décoloration physique peut réaliser la fonction de décoloration, mais l’effet de décoloration est limité et il y a le problème de la perte d’adsorption du produit cible pendant le processus de décoloration.
Le blanchiment chimique utilise principalement des agents de blanchiment pour détruire les groupes chromogènes dans les glycosides d’alkyle, y compris la décoloration oxydative, la décoloration réductrice et la photodécoloration. Les agents décolorants couramment utilisés comprennent l’hypochlorite, le dioxyde de chlore, le peroxyde d’hydrogène, l’ozone, le peroxyacide, le dithionite de sodium, l’hydrogénate de bore de sodium et le bisulfite de sodium. Dans la production industrielle, le peroxyde d’hydrogène est généralement utilisé pour le blanchiment oxydatif, et certains agents de blanchiment sont ajoutés. Yang Chunguang et al. [15] ont utilisé du peroxyde d’hydrogène pour décolorer les glycosides d’alkyle, qui peuvent produire des glycosides d’alkyle de couleur très claire avec une chrominance inférieure à 20. Il existe également des études utilisant la décoloration par la lumière, telles que l’irradiation ultraviolette ou l’irradiation à la lampe au mercure, qui ont un effet de décoloration évident sur les glycosides d’alkyle [16].
02 Dérivés de glycosides d’alkyle
Au fur et à mesure que la recherche sur la synthèse des glycosides d’alkyle devient plus mature, la recherche sur les dérivés des glycosides d’alkyle devient de plus en plus importante. Au début du XXe siècle, la chimie Dow aux États-Unis synthétisait des dérivés de glycosides alkylés, tels que le diméthyle et le triméthyl β-glucoside et le 6-alkoxyéthyl glucoside. En 1999, l’Institut national de l’industrie chimique de Chine a synthétisé pour la première fois le sel disodique de polyglycoside d’alkyle. Depuis lors, la Chine a synthétisé des dérivés tels que des sulfates d’alkyle polyglycoside, des sels de phosphate et des esters d’acide carboxylique [17]. La recherche nationale sur les dérivés d’alkylglycosides a commencé à prospérer.
Les dérivés de glycosides d’alkyle comprennent principalement le sel d’ammonium quaternaire glycoside d’alkyle, l’ester d’acide inorganique de glycoside d’alkyle, l’ester d’acide organique de glycoside d’alkyle, le sulfonate de glycoside d’alkyle, le glycoside d’alkyle bétaïne, le glycoside d’alkyle à chaîne ramifiée, etc. [18] . Par rapport aux glycosides d’alkyle, ces dérivés de glycosides d’alkyle ont de meilleures performances et plus de fonctions.
La réaction du glycoside d’alkyle avec l’acide chlorosulfonique et le sulfite de sodium peut synthétiser le sulfonate de glycoside d’alkyle, qui présente une résistance à la température, une solubilité dans l’eau et des performances moussantes plus fortes. Wang Fengshou et al. [19] ont introduit une méthode de préparation de glycoside d’alkyle hydroxypropylsulfonate dans le brevet. Le processus est simple et facile à utiliser. Le sulfonate de glycoside d’alkyle obtenu contient non seulement un tensioactif non ionique glycoside d’alkyle En raison de l’introduction du sulfonate, la solubilité dans l’eau du produit a également été améliorée. De cette façon, les produits Suga Nate 160NC peuvent être fabriqués et utilisés directement dans les gels douche shampooing pour nourrissons.
Le glycoside d’alkyle peut être synthétisé avec de l’acide sulfurique concentré, du trioxyde de soufre, etc. pour synthétiser du sulfate de glycoside d’alkyle. Le sulfate de polysaccharide a des effets anti-VIH et HSV, peut être utilisé en médecine, est un médicament antiviral potentiel et a attiré l’attention de la communauté médicale [20].
La réaction entre l’alkylglycoside et le sel d’ammonium quaternaire, le produit alkyl glucoside sel d’ammonium quaternaire présente les avantages de deux tensioactifs, la mousse, la douceur, la biodégradabilité, etc. ont été considérablement améliorés. Les glycosides alkyliques cationiques synthétisés à base de glycosides d’alkyle ont une bonne résistance à la température et une bonne inhibition, et ont été utilisés avec succès dans les fluides de forage pétrolifère [21].
La réaction entre le glycoside d’alkyle et le pentoxyde de phosphore peut synthétiser le phosphate de glycoside d’alkyle, et la mouillabilité, l’émulsification, la dispersibilité et la solubilisation sont toutes améliorées. Song Bo et al. [22] ont utilisé des glycosides de dodécyle et de tétradécyle comme matières premières pour synthétiser des sels de phosphate de glycosides d’alkyle de différentes longueurs de chaîne, qui ont de meilleures propriétés de surface que les glycosides d’alkyle.
Le glycoside d’alkyle réagit avec l’acide citrique et l’anhydride citrique pour synthétiser le citrate de glycoside d’alkyle. Il n’est pas irritant et a une bonne détergence et stabilité. Il a une excellente solubilité à basse température et un rinçage facile. Compoundage de divers additifs. Zhang Xiaohan et al. [23] ont utilisé des glycosides d’alkyle et de l’acide citrique anhydre comme matières premières pour synthétiser le citrate de glycosides d’alkyle à l’aide d’un catalyseur composite fabriqué par leurs soins. Après avoir ajouté divers additifs, le corps humain a une bonne affinité, pas d’irritation et pas d’irritation. Résidu, avec un fort effet stérilisant, très facile à dégrader, un nouveau type de détergent à lessive adapté au lavage des vêtements pour bébés.
Avec l’approfondissement continu de la recherche et de l’application des glycosides d’alkyle, de nouveaux dérivés de glycosides d’alkyle continuent d’apparaître. Ces dérivés avec de meilleures performances et de nouvelles fonctions ont un grand potentiel d’application, et ils joueront un rôle dans divers domaines avec les glycosides d’alkyle à l’avenir.
03 Application des glycosides d’alkyle
3.1 Détergent
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les détergents avec peu d’irritation, une sécurité élevée et une dégradation facile. Les détergents conventionnels utilisent principalement des tensioactifs sulfatés, carboxylates d’éther d’alcool ou sulfonates comme substances actives, des alcanolamures comme épaississants et des tensioactifs cationiques au sel d’ammonium quaternaire C8 ~ C16 comme fongicides, qui sont plus irritants. , Facile à rester et difficile à dégrader [23]. De plus, les glycosides d’alkyle ont un bon effet synergique avec les tensioactifs anioniques et non ioniques couramment utilisés. Lorsqu’ils sont composés, ils peuvent réduire la quantité de tensioactifs et ont une meilleure résistance aux basses températures et à l’eau dure. En raison de ces excellentes propriétés, les glycosides d’alkyle ont été utilisés dans divers produits détergents haut de gamme.
3.2 Cosmétiques
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les cosmétiques, sont riches en mousse, délicats, doux et non irritants, et ont une émulsification, une hydratation et un bon effet synergique composé [24]. Les produits à base de glycosides d’alkyle sont très sûrs et peuvent être utilisés chez les nourrissons et les jeunes enfants. Par exemple, les dérivés de sulfonate de glycoside d’alkyle ont été largement utilisés dans les produits de soins pour nourrissons et enfants. Les glycosides d’alkyle sont de plus en plus utilisés dans les produits de bain, les shampooings, les produits de soins de la peau et d’autres produits, et sont privilégiés par les consommateurs.
3.3 Transformation des aliments
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les additifs alimentaires pour favoriser l’émulsification des aliments, avec des effets moussants et épaississants. L’ajout de glycosides d’alkyle peut disperser la combinaison de graisse et d’eau dans l’aliment, et les différents ingrédients de l’aliment peuvent être mélangés uniformément pour améliorer le goût de l’aliment, augmenter la stabilité de l’aliment et prolonger le temps de stockage de l’aliment. En tant qu’additif alimentaire vert et sûr, les glycosides d’alkyle ont de vastes perspectives d’application dans l’industrie de la transformation des aliments.
3.4 Médecine agricole
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les pesticides et les produits pharmaceutiques. Les glycosides d’alkyle ont de bonnes propriétés de mouillage et de pénétration, ce qui peut favoriser l’absorption des pesticides par les cultures ; Les glycosides d’alkyle sont faciles à biodégrader et ont une bonne hygroscopicité. Ils peuvent être utilisés comme émulsifiants et ont des effets synergiques sur les pesticides tels que les herbicides et les insecticides [ 25 ]. Des recherches à l’étranger ont utilisé des glycosides d’alkyle comme tensioactifs pour préparer des microémulsions à structure colloïdale et les ont utilisés comme supports dans les médicaments [26]. Les glycosides d’alkyle C8 ~ C12 ont des propriétés antibactériennes à large spectre contre les bactéries et les champignons, et peuvent être utilisés pour la désinfection et le nettoyage médicaux. Les glycosides d’alkyle ont une excellente compatibilité. Après compatibilité avec la phytothérapie chinoise, ils ont un aspect stable et d’excellentes propriétés médicinales [27].
3.5 Pétrochimie
Les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans les fluides de forage pour supprimer l’effondrement et la lubrification, et pour améliorer la capacité de la phase solide et la résistance à la température des fluides de forage. Il peut également être utilisé comme réducteur de viscosité et agent de perte de fluide pour les fluides de forage, comme dispersant et retardateur pour les boues de ciment, comme émulsifiant pour les fluides de forage huile dans l’eau et comme agent moussant pour les systèmes de micromousse [21]. Les fluides de forage haute performance formulés avec des glycosides d’alkyle et leurs dérivés ont maintenant atteint une application à grande échelle et ont joué un rôle important dans l’industrie pétrochimique.
En outre, les glycosides d’alkyle sont également largement utilisés dans le textile, le papier, le cuir et le traitement des déchets. Dans le traitement des déchets, l’utilisation de tensioactifs alkylglycosides peut accélérer la dissolution, l’hydrolyse et l’acidification des déchets organiques lors de la décomposition anaérobie, réduisant ainsi le temps de traitement des déchets [28]. Dans l’industrie textile, les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans tous les aspects de la production textile, comme détergents, agents de décapage, antimousses, dispersants, etc. Dans l’industrie du tannage, les glycosides d’alkyle peuvent être utilisés dans la synthèse des produits chimiques du cuir et le processus de tannage [29].
04 En conclusion
En tant que tensioactif à base de biomasse, les glycosides d’alkyle présentent de nombreux avantages. Ils disposent de riches sources de matières premières, de processus synthétiques écologiques, d’excellentes performances de produits et de vastes perspectives de développement. Dans cet article, le processus de préparation des glycosides d’alkyle est présenté en détail, y compris la source des matières premières, le processus de synthèse, la sélection des catalyseurs et les méthodes de désalcoolisation et de décoloration, et l’application spécifique des glycosides d’alkyle et de leurs dérivés dans divers domaines est présentée par catégorie. On peut constater que la recherche connexe sur les glycosides d’alkyle se développe rapidement et que les domaines d’application s’étendent également, ce qui a une importance importante pour la recherche et des perspectives d’application.
Avec les progrès continus de l’industrie des glycosides d’alkyle, il convient également de noter qu’il existe encore des carences. Le processus de synthèse des glycosides d’alkyle doit être encore optimisé, à la recherche d’une condition de réaction plus douce ; la méthode de décoloration doit être encore améliorée pour préparer des produits de couleur plus claire ; L’application industrielle des produits dérivés doit être explorée plus avant et appliquée à diverses industries dès que possible. Alors que l’on accorde de plus en plus d’attention au concept de développement vert, les glycosides d’alkyle à base de biomasse et leurs dérivés connaîtront certainement un grand développement et une application plus large, au service de l’économie nationale et des moyens de subsistance des gens.