تخليق هيدروكسي بروبيل ميثيل خلات السليلوز والبروبيونات

باستخدام هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) كمادة خام، أنهيدريد الأسيتيك وأنهيدريد البروبيونيك كعوامل أسترة، تم تحضير تفاعل الأسترة في البيريدين أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز وبروبيونات السليلوز هيدروكسي بروبيل ميثيل. ومن خلال تغيير كمية المذيب المستخدم في النظام، تم الحصول على منتج ذو خصائص أفضل ودرجة استبدال. تم تحديد درجة الإحلال بطريقة المعايرة، وتم توصيف المنتج واختبار أدائه. أظهرت النتائج أن نظام التفاعل كان تفاعله عند 110°C لمدة 1-2.5 ساعة، وتم استخدام الماء منزوع الأيونات كعامل ترسيب بعد التفاعل، ويمكن الحصول على منتجات مساحيق بدرجة استبدال أكبر من 1 (كانت درجة الاستبدال النظرية 2). لديه قابلية ذوبان جيدة في المذيبات العضوية المختلفة مثل إيثيل إستر، الأسيتون، الأسيتون/الماء، إلخ.

الكلمات الرئيسية: هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. خلات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز؛ بروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) هو مركب بوليمر غير أيوني وإيثر السليلوز مع مجموعة واسعة من الاستخدامات. باعتبارها مادة كيميائية مضافة ممتازة، غالبا ما يتم استخدام HPMC في مجالات مختلفة ويسمى "الغلوتامات أحادية الصوديوم الصناعية". لا يتمتع هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) بوظائف استحلاب وسماكة وربط جيدة فحسب، بل يمكن استخدامه أيضًا للحفاظ على الرطوبة وحماية الغرويات. يستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الغذاء والدواء والطلاء والمنسوجات والزراعة. . تعديل هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز يمكن أن يغير بعض خصائصه، بحيث يمكن استخدامه بشكل أفضل في مجال معين. الصيغة الجزيئية لمونومرها هي C10H18O6.

في السنوات الأخيرة، أصبحت الأبحاث المتعلقة بمشتقات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز تدريجياً نقطة ساخنة. عن طريق تعديل هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، يمكن الحصول على مركبات مشتقة مختلفة ذات خصائص مختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي إدخال مجموعات الأسيتيل إلى تغيير مرونة أفلام الطلاء الطبية.

عادة ما يتم إجراء تعديل هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز في وجود محفز حمضي مثل حمض الكبريتيك المركز. تستخدم التجربة عادةً حمض الأسيتيك كمذيب. ظروف التفاعل مرهقة وتستغرق وقتا طويلا، والمنتج الناتج لديه درجة منخفضة من الاستبدال. (أقل من 1).

في هذا البحث، تم استخدام أنهيدريد الخل وأنهيدريد البروبيونيك كعوامل أسترة لتعديل هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز لتحضير أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز وبروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز. من خلال استكشاف ظروف مثل اختيار المذيب (البيريدين)، وجرعة المذيب، وما إلى ذلك، من المأمول أن يتم الحصول على منتج ذو خصائص أفضل ودرجة استبدال من خلال طريقة بسيطة نسبيًا. في هذه الورقة، من خلال البحث التجريبي، تم الحصول على المنتج المستهدف مع راسب مسحوقي ودرجة استبدال أكبر من 1، والتي قدمت بعض التوجيه النظري لإنتاج أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز وبروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز.

1. الجزء التجريبي

1.1 المواد والكواشف

الصف الصيدلاني هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (KIMA CHEMICAL CO.، LTD، 60HD100، جزء كتلة الميثوكسيل 28٪ -30٪، جزء كتلة هيدروكسي بروبوكسيل 7٪ -12٪)؛ أنهيدريد الخل، AR، Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.؛ أنهيدريد البروبيونيك، AR، كاشف غرب آسيا؛ بيريدين، AR، شركة Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.؛ الميثانول، والإيثانول، والإيثر، وأسيتات الإيثيل، والأسيتون، وNaOH، وHCl متاحة تجاريًا بشكل نقي تحليليًا.

KDM ترموستات التدفئة الكهربائية عباءة، JJ-1A سرعة قياس العرض الرقمي النمام الكهربائي، NEXUS 670 فورييه تحويل مطياف الأشعة تحت الحمراء.

1.2 تحضير خلات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

تمت إضافة كمية معينة من البيريدين إلى الدورق ثلاثي الرقاب، ثم تمت إضافة 2.5 جم من هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إليه، وتم تقليب المواد المتفاعلة بالتساوي، وتم رفع درجة الحرارة إلى 110 درجة مئوية.°ج. أضف 4 مل من أنهيدريد الخل، وتفاعل عند درجة حرارة 110°C لمدة ساعة واحدة، توقف عن التسخين، برد إلى درجة حرارة الغرفة، أضف كمية كبيرة من الماء منزوع الأيونات لترسيب المنتج، قم بالتصفية بالشفط، واغسل بالماء منزوع الأيونات لعدة مرات حتى يصبح الشذرة محايدًا، ثم جفف المنتج.

1.3 تحضير بروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

تمت إضافة كمية معينة من البيريدين إلى الدورق ثلاثي الرقاب، ثم تمت إضافة 0.5 جم من هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إليه، وتم تقليب المواد المتفاعلة بالتساوي، وتم رفع درجة الحرارة إلى 110 درجة مئوية.°ج. أضف 1.1 مل من أنهيدريد البروبيونيك، وتفاعل عند درجة حرارة 110°C لمدة 2.5 ساعة، توقف عن التسخين، برد إلى درجة حرارة الغرفة، أضف كمية كبيرة من الماء منزوع الأيونات لترسيب المنتج، قم بالتصفية بالشفط، اغسل بالماء منزوع الأيونات لعدة مرات حتى تصبح الشطافة خاصية متوسطة، قم بتخزين المنتج جافًا.

1.4 تحديد التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء

تم خلط هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، بروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز وKBr وطحنهما على التوالي، ثم ضغطهما في أقراص لتحديد طيف الأشعة تحت الحمراء.

1.5 تحديد درجة الاستبدال

تحضير محاليل NaOH وHCl بتركيز 0.5 مول/لتر، وإجراء المعايرة لتحديد التركيز الدقيق؛ قم بوزن 0.5 جم من أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (استر حمض البروبيونيك هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز) في دورق مخروطي سعة 250 مل، وأضف 25 مل من الأسيتون و3 قطرات من مؤشر الفينول فثالين، واخلط جيدًا، ثم أضف 25 مل من محلول NaOH، وحركه وتصبنه على محرك كهرومغناطيسي 2 ساعة؛ عاير باستخدام HCI حتى يختفي اللون الأحمر للمحلول، ثم سجل الحجم V1 (V2) من حمض الهيدروكلوريك المستهلك؛ استخدم نفس الطريقة لقياس حجم حمض الهيدروكلوريك V0 الذي يستهلكه هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، وحساب درجة الإحلال.

1.6 تجربة الذوبان

خذ كمية مناسبة من المنتجات الاصطناعية، وأضفها إلى المذيب العضوي، ورجها قليلاً، ولاحظ ذوبان المادة.

2. النتائج والمناقشة

2.1 تأثير كمية البيريدين (المذيب)

آثار كميات مختلفة من البيريدين على مورفولوجية خلات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز وبروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. عندما تكون كمية المذيب أقل، فإنها ستقلل من قابلية تمدد السلسلة الجزيئية ولزوجة النظام، بحيث تنخفض درجة استرة نظام التفاعل، وسيتم ترسيب المنتج ككتلة كبيرة. وعندما تكون كمية المذيب منخفضة للغاية، فمن السهل أن تتكثف المادة المتفاعلة في كتلة وتلتصق بجدار الحاوية، وهو أمر ليس غير مناسب لتنفيذ التفاعل فحسب، بل يسبب أيضًا إزعاجًا كبيرًا للمعالجة بعد التفاعل . في تركيب خلات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، يمكن اختيار كمية المذيب المستخدم على أنها 150 مل / 2 جم؛ لتخليق بروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، يمكن اختياره على أنه 80 مل / 0.5 جم.

2.2 تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء

مخطط مقارنة بالأشعة تحت الحمراء لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز وخلات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز. بالمقارنة مع المواد الخام، فإن الرسم الطيفي للأشعة تحت الحمراء لمنتج خلات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز لديه تغيير أكثر وضوحًا. في طيف الأشعة تحت الحمراء للمنتج، ظهرت ذروة قوية عند 1740 سم-1، مما يشير إلى إنتاج مجموعة كربونيل؛ بالإضافة إلى ذلك، كانت شدة ذروة اهتزاز التمدد لـ OH عند 3500 سم-1 أقل بكثير من كثافة المادة الخام، مما يشير أيضًا إلى أن -OH كان هناك تفاعل.

لقد تغير أيضًا الرسم الطيفي للأشعة تحت الحمراء لمنتج بروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بشكل ملحوظ مقارنة بالمادة الخام. في طيف الأشعة تحت الحمراء للمنتج، ظهرت ذروة قوية عند 1740 سم-1، مما يشير إلى إنتاج مجموعة كربونيل؛ بالإضافة إلى ذلك، كانت شدة ذروة اهتزاز تمدد OH عند 3500 سم-1 أقل بكثير من تلك الموجودة في المادة الخام، مما يشير أيضًا إلى تفاعل OH.

2.3 تحديد درجة الاستبدال

2.3.1 تحديد درجة استبدال خلات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

نظرًا لأن هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز يحتوي على OH واحد في كل وحدة، وأسيتات السليلوز هي منتج يتم الحصول عليه عن طريق استبدال COCH3 واحد بـ H في OH واحد، فإن الحد الأقصى النظري لدرجة الاستبدال (Ds) هو 2.

2.3.2 تحديد درجة استبدال بروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

2.4 ذوبان المنتج

كانت المادتان اللتان تم تصنيعهما لهما خصائص ذوبان مماثلة، وكانت أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز أكثر قابلية للذوبان قليلاً من بروبيونات هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز. يمكن إذابة المنتج الاصطناعي في الأسيتون، وخلات الإيثيل، والأسيتون/المذيب المختلط بالماء، وله انتقائية أكبر. بالإضافة إلى ذلك، فإن الرطوبة الموجودة في المذيب المخلوط بالأسيتون والماء يمكن أن تجعل مشتقات السليلوز أكثر أمانًا وصديقة للبيئة عند استخدامها كمواد طلاء.

3. الاستنتاج

(1) شروط تصنيع أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هي كما يلي: 2.5 جم من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، أنهيدريد الخل كعامل الأسترة، 150 مل من البيريدين كمذيب، درجة حرارة التفاعل عند 110° ج، وزمن التفاعل 1 ساعة.

(2) شروط تصنيع أسيتات هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هي: 0.5 جم من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، أنهيدريد البروبيونيك كعامل أسترة، 80 مل من البيريدين كمذيب، درجة حرارة التفاعل عند 110 درجة مئوية.°C، وزمن رد الفعل 2.5 ساعة.

(3) تكون مشتقات السليلوز المصنعة تحت هذه الحالة مباشرة على شكل مساحيق دقيقة مع درجة جيدة من الاستبدال، ويمكن إذابة هذين المشتقين من السليلوز في مذيبات عضوية مختلفة مثل أسيتات الإيثيل والأسيتون والأسيتون/الماء.