الشركة المصنعة للجلايسين

دعونا ننتقل إلى شرح أكثر تفصيلاً لكيفية تصنيع الجلايسين، مع التركيز بشكل أساسي على تخليق ستريكر، وهي الطريقة الصناعية السائدة:

تخليق الأحماض الأمينية ستريكر: المسار الأولي

إن تخليق ستريكر هو تفاعل كيميائي راسخ يستخدم لإنتاج الأحماض الأمينية، وهو الطريقة الأكثر جدوى من الناحية الاقتصادية لتصنيع الجلايسين على نطاق واسع. تتضمن العملية بشكل أساسي تفاعل الألدهيد (في هذه الحالة، الفورمالديهايد للجلايسين) مع الأمونيا وسيانيد الهيدروجين، يليه التحلل المائي للنتريل الناتج.

الخطوة 1: تكوين الأمينو أسيتونيتريل

تنطوي هذه المرحلة على تفاعل من جزأين.

• التفاعل مع الفورمالديهايد والأمونيا: يتفاعل الفورمالدهايد (HCHO) أولاً مع الأمونيا (NH₃) أو ملح الأمونيوم (مثل كلوريد الأمونيوم، NH₄Cl) في محلول مائي. ويشكل هذا التفاعل الأولي وسيطًا غير مستقر، وغالبًا ما يُعتبر إيمين أو هيميامينال.

  يمكن النظر إلى التمثيل المبسط على النحو التالي:

  HCHO + NH₃ → CH₂(NH) + H₂O (تكوين الأيمين)

  أو

  HCHO + NH₃ ⇌ HOCH₂NH₂ (Hemiaminal formation)

• إضافة سيانيد الهيدروجين: بعد ذلك، يضاف سيانيد الهيدروجين (HCN) إلى خليط التفاعل. يهاجم أيون السيانيد (CN-) ذرة الكربون المحبة للكهرباء في الأيمين، أو يتفاعل مع الهيميامينال، مما يؤدي إلى تكوين أمينو أسيتونيتريل (المعروف أيضًا باسم جليسينونيتريل).

  ₂(nh) + hcn → nh₂ch₂cn

  أو

  hoch₂nh₂nh₂n + h₂n → nh₂ch₂n + h₂n

  هذا الأمينو أسيتونيتريل هو وسيط رئيسي في تخليق الجلايسين.

الخطوة 2: التحلل المائي إلى جلايسين

ثم يخضع الأمينو أسيتونيتريل للتحلل المائي، وهو ما يعني أنه يتفاعل مع الماء لكسر الرابطة الثلاثية الكربونية-النيتروجينية لمجموعة النيتريل (-CN) وتحويلها إلى مجموعة حمض كربوكسيلية (-COOH). ينتج عن هذا التفاعل الجلايسين.

• المحفز: عادةً ما يتم إجراء التحلل المائي في وجود حمض قوي (مثل حمض الهيدروكلوريك، HCl) أو قاعدة قوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم، NaOH) كمحفز لتسريع التفاعل.

• الشروط: يتم تسخين خليط التفاعل إلى درجة حرارة محددة لفترة معينة لضمان التحلل المائي الكامل. تعتمد الظروف الدقيقة (درجة الحرارة، والوقت، وتركيز المحفز) على معايير العملية المحددة التي تستخدمها الشركة المصنعة.

  باستخدام التحلل المائي الحمضي كمثال:

  NH₂CH₂CN + 2 H₂O + HCl → NH₃CCl₂CH₂COOH

  يكون الجلايسين الناتج في صورة ملح هيدروكلوريد. للحصول على الجلايسين الحر، يجب معادلة هذا المحلول.

  باستخدام التحلل المائي القاعدي كمثال:

  NH₂CH₂CN + H₂O + NaOH → NH₂CH₂CH₂CN + H₂O + NH₃H

  ينتج عن ذلك ملح الصوديوم للجلايسين، والذي يحتاج بعد ذلك إلى تحميضه للحصول على الجلايسين الحر.

عملية التنقية (مفصلة):

بعد خطوة التحلل المائي، يحتوي محلول الجلايسين على شوائب مختلفة، بما في ذلك المواد الأولية غير المتفاعلة، والمنتجات الثانوية، والأملاح، والمركبات الملونة. تُعد سلسلة من خطوات التنقية ضرورية للحصول على جلايسين عالي النقاء مناسب للاستخدامات المقصودة (على سبيل المثال، الأغذية والمستحضرات الصيدلانية).

• إزالة اللون: غالبًا ما يضاف الكربون المنشط إلى محلول الجلايسين. يسمح التركيب المسامي للكربون المنشط بامتصاص الشوائب الملونة والملوثات العضوية الأخرى. بعد فترة تلامس كافية، تتم إزالة الكربون المنشط عن طريق الترشيح، مما ينتج عنه محلول أكثر نقاءً.
• الفصل الكروماتوغرافيا بالتبادل الأيوني: هذه التقنية فعالة للغاية في إزالة الشوائب الأيونية، بما في ذلك الأملاح المتبقية وأي منتجات ثانوية مشحونة. يتم تمرير محلول الجلايسين عبر أعمدة معبأة براتنجات التبادل الأيوني. تربط هذه الراتنجات الأيونات بشكل انتقائي بناءً على شحنتها، مما يسمح لجزيئات الجلايسين المحايدة بالمرور. يمكن استخدام أنواع مختلفة من الراتنجات (الموجبة والأنيونية) بالتسلسل لإزالة مجموعة واسعة من الملوثات الأيونية.
• إزالة الأملاح: اعتمادًا على طريقة التحلل المائي وخطوات التحييد اللاحقة، قد يحتوي محلول الجلايسين على أملاح غير عضوية. يمكن استخدام تقنيات مثل الترشيح الغشائي (على سبيل المثال، التناضح العكسي أو الترشيح النانوي) لفصل الجلايسين عن هذه الأملاح الذائبة. كما يمكن أن تساعد خطوات التبلور الإضافية أيضًا في إزالة الأملاح حيث تترسب بلورات الجلايسين تاركةً الأملاح الأكثر قابلية للذوبان في المحلول.

عملية التبلور (مفصلة):

التبلور هو خطوة حاسمة للحصول على الجلايسين في صورة صلبة ونقية.

• التركيز: يتم تركيز محلول الجلايسين المنقى، عادةً عن طريق تبخير الماء الزائد تحت ظروف محكومة (غالبًا ما يكون الضغط منخفضًا ودرجة الحرارة مرتفعة لزيادة الكفاءة ومنع التحلل). والهدف من ذلك هو الوصول إلى حالة التشبع الفائق حيث يتجاوز تركيز الجلايسين قابليته للذوبان عند درجة حرارة معينة.
• التبريد وتبلور البذور: ثم يتم تبريد المحلول المركز بعناية. كلما انخفضت درجة الحرارة، تنخفض قابلية ذوبان الجلايسين بشكل أكبر، مما يعزز التبلور. للتحكم في حجم البلورة وتوحيدها، غالبًا ما تُضاف بلورات بذور الجلايسين الصغيرة إلى المحلول. وتوفر هذه البلورات البذرية مواقع تنوي لالتصاق المزيد من جزيئات الجلايسين ونموها، مما يؤدي إلى تكوين بلورات أكبر حجمًا وأكثر سهولة في التصفية.
• حصاد الكريستال بمجرد وصول بلورات الجلايسين إلى الحجم المطلوب، يتم فصلها عن المحلول المتبقي (السائل الأم) باستخدام تقنيات مثل الطرد المركزي أو الترشيح. ويستخدم الطرد المركزي قوة الطرد المركزي لفصل البلورات الصلبة عن السائل، بينما يتضمن الترشيح تمرير الخليط عبر وسيط ترشيح يحتفظ بالبلورات الصلبة.

التجفيف:

لا تزال بلورات الجلايسين المفصولة تحتوي على رطوبة وتحتاج إلى التجفيف للحصول على مسحوق مستقر حر التدفق بمحتوى رطوبة منخفض، وهو أمر ضروري للتخزين والمناولة. تشمل طرق التجفيف الشائعة ما يلي:

• التجفيف بالرش بالرذاذ: يتم رش محلول الجلايسين كرذاذ دقيق في تيار غاز ساخن. يتبخر الماء بسرعة تاركًا وراءه جزيئات دقيقة من مسحوق الجلايسين الجاف. وغالبًا ما تستخدم هذه الطريقة للإنتاج على نطاق واسع وينتج عنها مسحوق ذو قابلية تدفق جيدة.
• التجفيف القاعي للسوائل: توضع بلورات الجلايسين الرطبة في طبقة مميعة حيث يتم نفخ الهواء الساخن من خلالها. يعلق الهواء الجسيمات ويوفر نقل حرارة فعال للتجفيف.
• التجفيف بالمكنسة الكهربائية: يؤدي التجفيف تحت ضغط مخفض إلى خفض درجة غليان الماء، مما يسمح بالتجفيف في درجات حرارة منخفضة، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا للحفاظ على جودة الجلايسين.

مراقبة الجودة:

طوال عملية التصنيع بأكملها، يتم تنفيذ إجراءات صارمة لمراقبة الجودة لضمان الحصول على المنتج النهائي¹ يفي منتج الجلايسين بالمواصفات المطلوبة من حيث النقاء، والمقايسة (النسبة المئوية من الجلايسين)، ومحتوى الرطوبة، والمعادن الثقيلة، والمذيبات المتبقية، وغيرها من المعايير. يشيع استخدام تقنيات مثل التحليل اللوني السائل عالي الأداء (HPLC)، والتحليل اللوني الغازي (GC)، والتحليل الطيفي للامتصاص الذري (AAS) في هذه التحليلات.

طرق التصنيع البديلة (بإيجاز):

في حين أن تخليق ستريكر هو السائد، توجد طرق أخرى ولكنها أقل استخدامًا للإنتاج على نطاق واسع:

• التحلل المائي للبروتينات: يمكن تحلل البروتينات الغنية بالجلايسين، مثل الجيلاتين، باستخدام الأحماض أو القواعد لتحرير الجلايسين. ومع ذلك، تنتج هذه الطريقة خليطًا من الأحماض الأمينية، ويمكن أن يكون فصل الجلايسين من هذا الخليط معقدًا ومكلفًا.
• التخمير: يمكن هندسة بعض الكائنات الحية الدقيقة وراثياً لإنتاج الجلايسين من مصادر بسيطة للكربون والنيتروجين. وتكتسب هذه الطريقة اهتماماً متزايداً باعتبارها بديلاً أكثر استدامة وصديقة للبيئة، لكنها لم تستخدم بعد على نطاق واسع مثل تخليق ستريكر للإنتاج بالجملة.

الخلاصة:

ويعتمد تصنيع الجلايسين في المقام الأول على تخليق ستريكر، وهي عملية كيميائية واضحة المعالم تتضمن تفاعل الفورمالديهايد والأمونيا وسيانيد الهيدروجين يليها التحلل المائي. وتُعد خطوات التنقية والتبلور اللاحقة ضرورية لإزالة الشوائب والحصول على الجلايسين عالي الجودة في شكل مسحوق مستقر وثابت. يتم التحكم في كل مرحلة من مراحل العملية ومراقبتها بعناية لضمان تلبية المنتج النهائي للمتطلبات الصارمة لاستخداماته المختلفة.