مسحوق حمض الغلوكونيك CAS 526-95-4

تستخدم هذه الطريقة أكسدة الكائنات الحية الدقيقة لتخليق الجلوكونيكسيداكسولن من الجلوكوز، والذي يمكن تقسيمه إلى تخمر فطري، تخمر بكتيري، تخمر فطري، خلية مجمدة، وتخمير إنزيمي مجمد. في الوقت الحاضر، يتم استخدام تخمير Aspergillus niger والخلايا المجمدة والإنزيمات المثبتة على نطاق واسع. وهي طريقة تم تطويرها في الستينيات. يمكن تقسيم طرق تثبيت الإنزيمات (الخلايا) تقريبًا إلى أربعة أنواع: طريقة الامتزاز، وطريقة الاقتران التساهمي، وطريقة الارتباط المتقاطع وطريقة التضمين.

طريقة الامتزاز: يتم تحقيق تجميد الإنزيم من خلال تفاعل الروابط الثانوية بين السطح الحامل وسطح الإنزيم.

طريقة الاقتران التساهمي: تجمع مجموعة السلسلة الجانبية النشطة للإنزيم مع المجموعة الوظيفية للحامل من خلال روابط تساهمية، وذلك لتحقيق وظيفة شل حركة الإنزيم. تُظهر طريقة تثبيت الإنزيم هذه ثباتًا جيدًا، وتؤدي إلى الاستخدام المستمر للإنزيم.

طريقة الربط المتقاطع: تشير إلى استخدام كواشف المجموعة ثنائية الوظيفة أو متعددة الوظائف لربط جزيئات الإنزيم وجسرها، وهو أمر يسهل تعطيله.

وتشمل أساليب التضمين تضمين الشبكة، والتضمين المغلف بالكبسولات الدقيقة، والتضمين الجسيمات الشحمية. يمكن أن تحصل طريقة التضمين على نشاط إنزيم أعلى لأن الإنزيم نفسه لا يشارك في تفاعل الارتباط الكيميائي؛ ومع ذلك، فإن انتشار الخلايا المجمدة والإنزيمات المثبتة محدود، وبالتالي فإن استهلاك الأكسجين كبير، وتحسين معدل نقل الأكسجين يمثل مشكلة كبيرة.

ولذلك، فإن تصميم وتوليف مواد تثبيت الإنزيمات الجديدة ذات الأداء الممتاز وتطوير طرق التثبيت البسيطة والعملية هي أحد محاور أبحاث الإنزيمات المثبتة في الوقت الحاضر. في السنوات الأخيرة، تم أيضًا تطوير التحفيز الحيوي لإنتاج الجلوكونيكسيداكسولن. تستخدم هذه الطريقة أغشية لتصفية حمض منتج التفاعل، ونقل الحمض من محلول التفاعل في الوقت المناسب، مما يقلل من تثبيط منتج التفاعل (الحمض) على المحفز (البكتيريا). بالمقارنة مع الطرق التقليدية، فإن إعادة تدوير البكتيريا تزيد من محتوى البكتيريا، وبالتالي زيادة المحصول.

في الوقت الحاضر، يستخدم معظم بلدنا التخمير لإنتاج غلوكونات الكالسيوم، ثم يستخدم غلوكونات الكالسيوم لتجميع الجلوكونيكسيداكسولن من خلال التبادل الأيوني والتبخر والتركيز والتبلور.

تتطلب طريقة التخمير البيولوجي العديد من العمليات مثل الاستزراع والفحص والتعقيم، ولها متطلبات صارمة بشأن درجة الحرارة والعديد من المنتجات الثانوية ودورة طويلة. بالإضافة إلى ذلك، فإن نقاء منتجات الجلوكونيكسيداكسولن يتأثر بسبب إضافة شوائب مثل الخلايا أثناء إنتاج الجلوكونيكسيداكسولن، لذلك فإن تطويره يحتاج بشكل عاجل إلى حل العديد من المشاكل التقنية.

هناك آليتان للأكسدة الكيميائية المتجانسة: إحداهما هي الحد من قدرة أكسدة المواد المؤكسدة (مثل هيبوكلوريت الصوديوم وبيروكسيد الهيدروجين) عن طريق ضبط ظروف التفاعل على الظروف القلوية القوية، وذلك لأكسدة مجموعة ألدهيد الجلوكوز إلى مجموعة الكربوكسيل؛ والثانية هي آلية كانيزارو التي اقترحها أشيدا وآخرون. لتحويل الجلوكوز إلى جلوكونيكسيداكسولن عند إضافة متقبلات أيون الهيدروجين (بعض الكيتونات والألكينات والأكسجين تعتبر متقبلات مناسبة لأيون الهيدروجين في وجود راني ني). تم استخدام بيروكسيد الهيدروجين وهيبوكلوريت الصوديوم كمؤكسدات على التوالي، وكانت الإنتاجية 70% و90% على التوالي. تم تحقيق الاختبار التجريبي الصناعي.

ومع ذلك، تحتاج طريقة الأكسدة الكيميائية المتجانسة إلى التحكم الصارم في محتوى المكونات النشطة للمحفز في محلول التفاعل، والذي يعتمد على درجة الحرارة وقيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول. هناك العديد من الخطوات الوسيطة، والعديد منها حسب-المنتجات، ومن الصعب فصل المنتجات. علاوة على ذلك، فإن الملح المستخدم كمحفز يصعب تجديده، ويكون العائد منخفضًا. وقت رد الفعل طويل والبيئة ملوثة بشكل خطير.

من حيث طرق التحليل الكهربائي، يمكن تقسيم تخليق الجلوكونيكسيداكسولن عن طريق الأكسدة الإلكتروليتية إلى تخليق إلكتروليتي مباشر، وتوليف إلكتروليتي غير مباشر وتوليف "التحليل الكهربائي المقترن". في هذه الطريقة، تتم إضافة كمية معينة من محلول الجلوكوز إلى الخلية الإلكتروليتية، ثم يتم إضافة الإلكتروليت المناسب. يتم تحليل الجلوكوز وتأكسده كهربائيًا تحت درجة حرارة معينة وجهد وكثافة تيار ثابتة. مبدأ التفاعل هو الحصول على "وسط أكسدة" مناسب عن طريق التحليل الكهربائي، ثم استخدام "وسط الأكسدة" هذا لأكسدة الجلوكوز لتوليد الجلوكونيكسيداكسولن.

على سبيل المثال، تتمثل طريقة التوليف الكهربائي غير المباشر في استخدام الوسط في الحالة المختزلة لتوليد الوسط في حالة الأكسدة عند الأنود. يتفاعل الجلوكوز مع الوسط المتولد في حالة الأكسدة لينتج جلوكونيكسيداكسولن، ويعود الوسط إلى الحالة المخفضة الأصلية. يتفاعل كل من التوليف الإلكتروليتي المباشر والتوليف الإلكتروليتي غير المباشر في منطقة الأنود، بينما تتفاعل طريقة "التوليف الإلكتروليتي المقترن" في كل من منطقتي الكاثود والأنود في نفس الوقت، وبالتالي فإن كفاءة التحليل الإلكتروليتي عالية نسبيًا.

تم تصنيع الأكسدة الإلكتروليتية للجلوكونيكاسيداكسولن في الخارج، لكنها لا تزال في المرحلة التجريبية في الداخل. يتم طلاء الروثينيوم على التيتانيوم باعتباره القطب العامل. الكثافة الحالية هي 0.18 أمبير / م، وتركيز الجلوكوز 0.02 مول / لتر، ودرجة حرارة التفاعل 50 درجة، والتركيز المتوسط ​​0.2 مول / لتر.

في ظل هذه الحالة، يمكن أن تصل الكفاءة الحالية (استهلاك الطاقة النظري لكل وحدة مول من غلوكونيكاسيداكسولن / استهلاك الطاقة الفعلي لكل وحدة مول من غلوكونيكاسيداكسولن) إلى 76.50٪، وتكون بيانات الاختبار المتوازي جيدة، ومن المتوقع أن تحقق اختبارًا تجريبيًا صناعيًا. على الرغم من أن طريقة الأكسدة الكهروكيميائية تتغلب على عيوب طريقة التخمير البيولوجي وطريقة الأكسدة الكيميائية المتجانسة، مثل العديد من المنتجات والعمليات الثانوية -، إلا أنها تستهلك طاقة كبيرة في الإنتاج الصناعي، ويصعب التحكم في الظروف، لذلك نادرًا ما يتم استخدامها في الإنتاج الصناعي.

تحضير الجلوكونيكسيداكسولن عن طريق الأكسدة الحفزية غير المتجانسة هو أكسدة الجلوكوز إلى حمض عن طريق إضافة محفز الطور الصلب من المعدن المدعوم إلى محلول الجلوكوز السائل، ثم استخدام O كعامل مؤكسد.

في الوقت الحاضر، لا تزال الأبحاث المحلية في مرحلة المختبر. قدمت بعض الدراسات مسار التوليف وتدفق عملية الأكسدة الحفزية للجلوكونيكاسيداكسولن. وبناء على تحليل نتائج الاختبار، تم إجراء دراسة تجريبية للمنتج. دراسة Pd تظهر نتائج محفز Co/C وXPS وBET أن إضافة c0 يغير بنية المحفز ويفيد في تقليل Pd، وبالتالي تحسين تحويل وانتقائية التفاعل (يصل تحويل الجلوكوز إلى 92% وانتقائية المحفز 94%).

يمكن تصنيع طريقة الأكسدة الحفزية غير المتجانسةمسحوق حمض الجلوكونيكفي خطوة واحدة فقط، وتكون ظروف التفاعل معتدلة (ضغط جوي، قريب من درجة حرارة الغرفة)، ويكون الناتج مرتفعًا، والمنتجات الثانوية-قليلة، ومن السهل فصل المنتج، ويمكن إعادة تدوير المحفز. إنها طريقة صديقة للبيئة لتجميع الجلوكونيكسيداكسولن. ومع ذلك، فإن دراسة استقرار المحفز المعدني Pd لا تزال بحاجة إلى بعض الوقت للحصول على حل جيد. على الرغم من أن Au catalyst يعوض عن عيوب Pd catalyst، إلا أنه لا يزال يحتاج إلى بعض الأبحاث للتطبيق الصناعي.