JPH09507246A - アルキルポリグリコシドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 還元性糖類をアルコールと反応させることで、未反応のアルコールを含有するアルキルポリグリコシド反応生成物を得る工程と、前記未反応のアルコールを薄膜蒸留器内で除去する工程とを含む方法により、色特性が向上したアルキルポリグリコシド生成物が製造される。前記薄膜蒸留器内では、前記アルキルポリグリコシド生成物の膜が液体状の水と接触させられる。これにより、前記膜が冷却され、かつ、前記アルキルポリグリコシド生成物中の着色物の量が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】 アルキルポリグリコシドの製造方法 発明の背景 １．発明の属する技術分野 本発明は、アルキルポリグリコシドの製造方法に関し、詳しくは、色特性の向 上したアルキルポリグリコシドを製造する方法に関する。 ２．従来技術の説明 アルキルポリグリコシドは、グルコースのアノマー位のアルコール基がアルコ キシ基で置換されたグルコースエーテルである。そのグルコース部分の一部はオ リゴマー化されており、たとえば、典型的なアルキルポリグリコシドの一例は、 モノグリコシド、ジグリコシド、トリグリコシド等の異性体混合物を含む。なお 、この混合物中に含まれる各オリゴマーの量は、その重合度が高くなるにつれて 少なくなる。アルキルポリグリコシドは、グルコース単位の繰り返し数が１．４ 〜１．７の平均オリゴマー化度(ＤＰ)を持つ。アルキルポリグリコシドは、得よ うとするグリコシドのアルキル基部分が形成されるのに望ましい種類および鎖長 のアルコールを糖類反応物（たとえば、グルコース、キシロース、アラビノース 、ガラクトース、フルクトース等の単糖類や、でんぷん、ヘミセルロース、ラク トース、マルトース、メリビオース等の多糖類等）と反応させるか、または、ア グリコン部分が、目的とするアルキルポリグリコシド最終生成物を得るために望 ましいアルキル置換基と異なるようなグリコシド原料と前記アルコールとを反応 させることにより、都合よく調製される。このような反応は、典型的には、アル コールがグルコースに対して２．０〜５．０の範囲内のモル比で存在する条件下 で、加温下かつ酸触媒の存在下で行われる。この反応の生成物は、アルキルポリ グリコシドと過剰のアルコールとを含み、この過剰のアルコールは、通常、アル キルポリグリコシド生成物からアルコールを蒸留することにより除去される。こ のアルコールの蒸留操作は１５０℃を超える温度を必要とするので、通常、アル キルポリグリコシドの熱劣化が起こり、生成物に望ましくない色がつく。アルコ ールが除去されたアルキルポリグリコシド生成物は、その後、通常、一つ以上の 脱色操作を受けさせられる。この脱色操作では、前記生成物を過酸化水素、ま たは、第Ｉ族もしくは第II族の金属のボロハイドライド（borohydride）と反応 させて、前記アルコール除去操作等の先行処理工程中に生じた可能性のある着色 物を除去する。 アルキルポリグリコシド生成物が効率的なアルコール除去に必要な加温状態に さらされる時間が短かければ短い程、着色の進行度が小さくなり、かつ、その後 の脱色処理が簡単になる。 発明の概要 まず、糖類をアルコールと反応させることで、未反応のアルコールを含有する アルキルポリグリコシド反応生成物を得る工程を含む方法により、色特性の向上 したアルキルポリグリコシドを製造できることが見出された。過剰のアルコール を含有する前記アルキルポリグリコシド生成物は、その後、薄膜蒸留器（拭い膜 蒸留器としても知られている）の投入部に導入される。薄膜蒸留器の内部の圧力 は約２０ｍｍＨｇ未満、温度は約３２０°Ｆ〜約４１０°Ｆの範囲内である。ア ルキルポリグリコシドの熱い膜が排出口から薄膜蒸留器外へ出る直前に水と接触 するようにするために、薄膜蒸留器の排出部に最も近い端部に液体状の水が注入 される。その結果、このように注入された水は、前記アルキルポリグリコシドの 熱い膜との接触および低い絶対圧力により、ほぼ瞬時に水蒸気への相変化を起こ す。前記水を気化させるのに必要な熱が前記熱いアルキルポリグリコシド膜から 前記水へ伝わり、その結果、前記熱い膜が冷え、その温度が、前記注入水の投入 速度に応じて約２０°Ｆ〜５０°Ｆだけ下がる。その後、前記水蒸気は、前記熱 いアルキルポリグリコシド膜の残りの部分と対向接触し、その結果、アルコール の分圧が下がることによりアルコール除去の効率が上がる。薄膜蒸留器の排出部 内または同排出部近傍への液体状の水の注入は、より低い温度での薄膜蒸留器の 操作を可能にし、前記排出部から出てくる液体状のアルキルポリグリコシドの温 度が低くなるので、アルキルポリグリコシド生成物に色がつきにくくなる。また 、アルキルポリグリコシド生成物の粘度が高くなるので、下流側のポンプ装置の 操作効率がよくなる。 好適な実施例の説明 実施例を除いて、あるいは、特に示されていない限り、本明細書において成分 量または反応条件を表す全数値は、常に、「約」という語によって変形され得る ことを理解されるべきである。 本発明の方法は、下式Ｉで表されるアルキルポリグリコシドの製造に用いるこ とができる。 ＲＯ(Ｇ)_n (I) ここで、Ｒは、約１〜約３０個の炭素原子を含有する１価の有機基である。この ような１価の、飽和脂肪族基、不飽和脂肪族基または芳香族基の例としては、限 定はされないが、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルケニル基、ヒドロキ シアルケニル基、アリール基、アルキルアリール基、ヒドロキシアルキルアリー ル基、アリールアルキル基、アルケニルアリール基、アリールアルケニル基等が 挙げられる。Ｒの好ましい例は、１〜約１８個の炭素原子、より好ましくは１０ 〜約１８個の炭素原子を含有する１価の飽和脂肪族基である。Ｇは、５個または ６個の炭素原子を含有する還元性糖類に由来する部分を表し、ｎは、平均値が１ 〜約６、好ましくは１〜約３、最も好ましくは１〜約２の数である。好ましい還 元性糖類は、アラビノース、キシロース、グルコース、ガラクトースおよびそれ らの組み合わせである。 本発明の方法は、前記式Ｉの化合物の誘導体、たとえば、糖類部分Ｇの常態遊 離（つまり、未反応）水酸基の１個以上がアルコキシ化、好ましくはエトキシ化 またはプロポキシ化されることにより１個以上のペンダント型アルコキシ基また はポリアルコキシ基で置換されたものを製造するのにも用いることができる。上 記アルコキシ化誘導体の場合、アルキレンオキシド、たとえば、エチレンオキシ ド、プロピレンオキシド等の使用量は、一般に、糖類部分１モル当たり、約１〜 約２０モル、好ましくは約３〜約１０モルである。このような誘導体は、下式II で表される。 ＲＯ(Ｒ'Ｏ)_y(Ｇ)_n (II) ここで、Ｒ、Ｇおよびｎは前記式Ｉ中のものと同じであり、Ｒ'は２〜約４個の 炭素原子を含有する２価の炭化水素基であり、ｙは平均値１〜約１２の数である 。 最も好ましくは、本発明の方法は、前記で定義した式Ｉのアルキルポリグリコ シドの製造に最適であり、特に、この最適な製造方法では、還元性糖類がグルコ ースであり、かつ、得られる生成物がアルキルポリグルコシドである。本発明の 方法では、まず、脂肪アルコールと、グルコース等の還元性糖類とを、硫酸、パ ラトルエンスルホン酸、モノ（もしくはポリ）アルキル化アリールモノ（もしく はポリ）スルホン酸（たとえば、ドデシルベンゼンスルホン酸等）等の酸触媒の 存在下で反応させる。前記還元性糖類と前記脂肪アルコールとは、約２００°Ｆ 〜約２２０°Ｆの範囲内の温度かつ約１５ｍｍＨｇ〜約２５ｍｍＨｇの範囲内の 圧力下で、反応中に生成する水を連続的に除去しながら反応させられる。前記還 元性糖類の実質的に全量が前記アルコールと反応した後、酸触媒を中和する。高 級アルコールが存在すると組成物の界面活性が低下するとともに生成物ににおい がつくことが知られているので、過剰の脂肪アルコールは、アルキルポリグリコ シドから除去される。一般に、生成物中に残存するアルコールの量は、生成物に 対して、通常約５重量％未満、好ましくは約２重量％未満、最も好ましくは約１ ．０重量％未満である。脂肪アルコールの除去は、２段階の工程により、最も効 率よく行われる。第１段階では、強制循環蒸留ゾーンまたは降下膜蒸留ゾーンを 利用して、未反応の脂肪アルコールの大部分を除去する。第２段階では、未反応 の脂肪アルコールの含有量が減らされたアルキルポリグリコシド生成物を拭い膜 蒸留ゾーンへ送って、アルキルポリグリコシド生成物中の遊離脂肪アルコールの 含有量を、脂肪アルコールとアルキルポリグリコシドとの混合物に対して、約５ 重量％未満、好ましくは約２重量％未満、最も好ましくは約１．０重量％未満ま で減少させる。 前記強制循環蒸留ゾーンでは、除去されたアルコールの一部を含む反応混合物 の貯蔵槽が減圧下かつ加温下で維持される。圧力は、一般に約１．０ｍｍＨｇ〜 約１００ｍｍＨｇの範囲内であり、温度は、約２５０°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲 内である。生成物は、熱交換器中で毎秒約２〜約２５フィートの速度を維持する 速度で熱交換手段を通って汲み上げられた後、脂肪アルコールの含有量が減らさ れた脂肪グリコシドの貯蔵槽の上方にある強制循環蒸留ゾーン容器内へ導入され る。熱交換手段を通った材料の流れは、前記貯蔵槽の最上部に真上から噴霧した り、脂肪アルコールの含有量が減らされた脂肪グリコシド生成物の貯蔵槽を内包 する容 器の側面に沿って接線方向に導入したりすることができる。 熱交換手段に用いられる加熱材の温度は、一般に、循環液流の必要温度にでき るだけ近く維持される。加熱材と循環液の間の示差温度は、好ましくは約１００ °Ｆ〜１０５°Ｆ未満、より好ましくは約８５°Ｆ未満、最も好ましくは約７０ °Ｆ未満の範囲内である。熱交換手段に通す液体は、熱移動速度を向上させ、か つ、加熱材と循環液の間の温度差を実施可能な程度に小さくするために、比較的 高い粘度に維持される。熱交換手段より下流側にある循環装置には、熱交換手段 内での循環液の沸騰を防ぐために、バルブやオリフィス等の制限手段が一般に設 けられる。 強制循環蒸留ゾーンに導入された中和済みの反応生成物は、脂肪アルコール含 有量が減らされた脂肪グリコシド生成物の循環流とともに材料が急速に加熱され るようにするために、循環ポンプの吸引部または排出部の中へ導入された強制循 環蒸留器内の貯蔵槽内の液体の本体中へ導入することができる。 強制循環蒸留ゾーンは、脂肪グリコシド生成物から分離されつつある脂肪アル コール蒸気を強制循環蒸留ゾーンに残しやすい恐れのある物質を除去する靄除去 手段を備えていてもよい。また、混合物中の脂肪アルコール含有量を減らすのを 助けるために、脂肪グリコシド生成物の貯蔵槽内、あるいは、この貯蔵槽の上方 の蒸気空間内へ不活性ガス流を導入してもよい。強制循環蒸留ゾーンは、バッチ 式または連続式に操作することができる。すなわち、中和された反応生成物は、 強制循環蒸留ゾーン内と、熱交換手段を通って循環された材料の貯蔵槽内とへ導 入され、所望の脂肪アルコール含有量を持つ組成物が得られるまで強制循環蒸留 器内の材料貯蔵槽に戻される。この時点で、アルコール含有量が減らされた反応 生成物の流れが拭い膜蒸留ゾーン内へ連続的に導入される。 強制循環蒸留ゾーンは、好ましくは連続的に操作される。この操作においては 、中和された反応生成物流が強制循環蒸留ゾーン内へ連続的に導入され、かつ、 強制循環蒸留ゾーン生成物流が拭い膜蒸留ゾーン内へ連続的に導入される。 拭い膜または薄膜蒸留器は、熱的に不安定な生成物から高沸点物質を分離する 技術分野において、よく知られている。拭い膜蒸留ゾーンでは、脂肪アルコール と脂肪グリコシド生成物とを含む供給材料が拭い膜蒸留器の周囲表面に沿って拭 い膜蒸留ゾーンの投入部へ導入され、拭い膜蒸留ゾーン内で回転する一連のワイ パー刃が拭い膜蒸留ゾーンの加熱表面上に混合物を連続的に拭い広げる。拭い膜 蒸留ゾーンの加熱表面は、場合により、高温の油や水蒸気あるいは電気的な手段 等の公知の方法により加熱することができる。拭い膜は、拭い膜蒸留器が鉛直方 向を向いている場合は重力により、拭い膜蒸留器が水平方向を向いている場合は ポンプ手段により、拭い膜蒸留器の排出口へ連続的に移される。 拭い膜蒸留ゾーンは、一般に、必要とする脂肪アルコール含有量を持つ生成物 が得られるような温度および圧力で操作される。拭い膜蒸留ゾーンにおける必要 温度および圧力は、除去しなければならない脂肪アルコールの種類と、脂肪グリ コシド生成物中の脂肪アルコールの許容含有量とに依存する。拭い膜蒸留器は、 一般に、約０．１ｍｍ〜約７０ｍｍＨｇ、好ましくは２０ｍｍＨｇ未満の圧力、 かつ、約３００°Ｆ〜約４５０°Ｆの範囲内の生成物温度で操作される。 本発明の方法では、拭い膜蒸留器の排出口に、好ましくは同排出口の直前に、 液体状の水が導入される。これにより、前記水が、アルキルポリグリコシド生成 物膜の、拭い膜蒸留器の排出部に最も近い部分と接触する。アルキルポリグリコ シドの熱い膜と接触した水は、低圧条件下でアルキルポリグリコシドの熱い膜と 接触すると、急速に水蒸気に相変化する。アルキルポリグリコシドの熱い膜から この水の気化熱が奪われる結果、アルキルポリグリコシドの熱い膜が冷やされ、 その温度が前記注入水の投入速度に応じて約２０°Ｆ〜５０°Ｆ下がる。このよ うにして生成した水蒸気は、その後、熱いアルキルポリグリコシド膜の残りの部 分と対向接触し、その結果、アルコールの分圧を下げることによりアルコール除 去効率が上がる。排出されるアルキルポリグリコシド生成物の温度が低いと、薄 膜蒸留器への水の注入を行わないで製造された同様の生成物と比べて、はるかに 望ましい色特性を持つ生成物が得られる。たとえば、４００°Ｆで排出される生 成物が典型的には１０〜１４の範囲内の吸光係数を持つのに対して、水の注入に より３８０°Ｆまで冷やされた生成物は、典型的には６〜１０の範囲内の吸光係 数を持つ。吸光係数は、アルキルポリグリコシド試料の濃度５重量％水溶液につ いて、液層の厚さ１ｃｍ、光の波長４７０ｎｍの条件下で、適当な分光光度計（ たとえば、スペクトロニック２０）を用いて求められる。排出されるアルキルポ リグリ コシド生成物は、また、水の注入による冷却効果により、より高い粘度を持つ。 たとえば、４００°Ｆで排出される生成物は、典型的には、約９０センチポイズ の粘度を持つ。水の注入により３８０°Ｆまで冷やされた生成物は、典型的には 約１６０センチポイズの粘度を持つ。 薄膜蒸留器内へ供給される水の量は、薄膜蒸留器内へ導入されるアルキルポリ グリコシド生成物の量に依存するが、アルキルポリグリコシド１ポンド当たり、 水が約０．０１０〜約０．０３５ポンドの範囲内とすることができる。以下の実 施例は、本発明を例示するものであるが、本発明を限定するものではない。 実施例 薄膜蒸留器内への水の注入を利用したアルキルポリグリコシドの調製手順 ２４０平方フィートの表面積を持つ薄膜蒸留器（ＴＥＦ）を、４３０°Ｆ、３ ．０ｍｍＨｇで、生成物仕込み量が粗生成物として毎時１００００ポンド（純粋 なアルキルポリグリコシドを６５００ポンド含有）で膜厚が０．１ｍｍ〜１０． ０ｍｍの範囲内の条件下で操作する。純粋なアルキルポリグリコシド１ポンド当 たり水が０．０１０〜０．０３５ボンドの割合で、薄膜蒸留器の排出口の上方か ら水を注入する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．(1)還元性糖類を過剰のアルコールと反応させることにより、未反応のア ルコールを含有するアルキルポリグリコシド反応生成物を得る工程と、(2)投入 口と排出口とを持つ薄膜蒸留ゾーンの前記投入口内へ、前記薄膜蒸留ゾーンの内 部の圧力が約２０ｍｍ未満、温度が約３００°Ｆ〜約４５０°Ｆの条件下で前記 アルキルポリグリコシド反応生成物を液体として導入することにより、薄膜を形 成させる工程と、(3)前記薄膜の、前記薄膜蒸留ゾーンの前記排出口に最も近い 部分を水と接触させることにより、前記水を水蒸気に変換し、かつ、前記薄膜の 、前記排出口に最も近い部分を冷却する工程と、(4)前記薄膜蒸留ゾーン内の前 記薄膜の未冷却部分を前記水蒸気と接触させることにより、前記アルキルボリグ リコシド反応生成物から前記過剰のアルコールを除去する工程とを含む、アルキ ルポリグリコシドの製造方法。 ２．前記糖類はグルコースである、請求項１に記載の製造方法。 ３．前記アルコールは、約１０〜約１８個の炭素原子を持つ脂肪アルコールで ある、請求項１に記載の製造方法。 ４．前記工程(3)において前記薄膜と接触させる水の量は、アルキルポリグリ コシド１ポンド当たり、約０．０１０〜０．０３５ポンドの範囲内である、請求 項１に記載の製造方法。 ５．前記アルキルポリグリコシドは、下式Ｉで表される化合物である、請求項 １に記載の製造方法。 ＲＯ(Ｇ)_n (I) ここで、Ｒは約１〜約３０個の炭素原子を含有する１価の有機基であり、Ｇは５ 個または６個の炭素原子を持つ還元性糖類に由来する部分であり、ｎは１〜約６ の平均値を持つ数である。 ６．前記Ｒは、１０〜約１８個の炭素原子を持つ飽和脂肪族基である、請求項 ５に記載の製造方法。 ７．(1)グルコースと、約１０〜約２２個の炭素原子を持つ過剰の脂肪アルコ ールとを反応させることにより、未反応のアルコールを含有するアルキルポリグ ルコシド反応生成物を得る工程と、(2)投入口と排出口とを持つ薄膜蒸留ゾーン の前記投入口内へ、前記薄膜蒸留ゾーンの内部の圧力が約２０ｍｍ未満、温度が 約１８５〜約２１０℃の条件下で前記アルキルポリグルコシドを液体として供給 することにより、薄膜を形成させる工程と、(3)前記薄膜の、前記薄膜蒸留ゾー ンの前記排出口に最も近い部分を水と接触させることにより、前記水を水蒸気に 変換し、かつ、前記薄膜の、前記排出口に最も近い部分を冷却する工程と、(4) 前記薄膜蒸留ゾーン内の前記薄膜の未冷却部分を前記水蒸気と接触させることに より、前記アルキルポリグルコシド反応生成物から前記過剰の脂肪アルコールを 除去する工程とを含む、アルキルポリグルコシドの製造方法。 ８．前記アルコールは、約１０〜約１８個の炭素原子を持つ脂肪アルコールで ある、請求項７に記載の製造方法。 ９．前記工程(3)において前記薄膜と接触させる水の量は、アルキルポリグル コシド１ポンド当たり、約０．０１０〜０．０３５ポンドの範囲内である、請求 項７に記載の製造方法。