Синтез на хидроксипропил метил целулозен ацетат и пропионат

Използвайки хидроксипропил метилцелулоза (НРМС) като суровина, оцетен анхидрид и пропионов анхидрид като естерифициращи агенти, реакцията на естерификация в пиридин приготвя хидроксипропил метилцелулозен ацетат и хидроксипропил метилцелулозен целулозен пропионат. Чрез промяна на количеството разтворител, използван в системата, се получава продукт с по-добри свойства и степен на заместване. Степента на заместване се определя чрез метода на титруване и продуктът се характеризира и тества за ефективност. Резултатите показват, че реакционната система е реагирала при 110°С за 1-2,5 h и дейонизирана вода се използва като утаяващ агент след реакцията и могат да се получат прахообразни продукти със степен на заместване по-голяма от 1 (теоретичната степен на заместване е 2). Има добра разтворимост в различни органични разтворители като етилов естер, ацетон, ацетон/вода и др.

Ключови думи: хидроксипропил метилцелулоза; хидроксипропил метилцелулозен ацетат; хидроксипропил метилцелулоза пропионат

Хидроксипропилметилцелулозата (НРМС) е нейонно полимерно съединение и целулозен етер с широка гама от приложения. Като отлична химическа добавка HPMC често се използва в различни области и се нарича „индустриален мононатриев глутамат“. Хидроксипропил метилцелулозата (HPMC) не само има добри емулгиращи, сгъстяващи и свързващи функции, но също така може да се използва за поддържане на влага и защита на колоидите. Той се използва широко в много области като храна, медицина, покрития, текстил и селско стопанство. . Модификацията на хидроксипропил метилцелулозата може да промени някои от нейните свойства, така че да може да се използва по-добре в определена област. Молекулната формула на неговия мономер е C10H18O6.

През последните години изследванията върху производните на хидроксипропил метилцелулозата постепенно се превърнаха в гореща точка. Чрез модифициране на хидроксипропил метилцелулозата могат да се получат различни производни съединения с различни свойства. Например, въвеждането на ацетилови групи може да промени гъвкавостта на филмите за медицинско покритие.

Модификацията на хидроксипропил метилцелулоза обикновено се извършва в присъствието на киселинен катализатор като концентрирана сярна киселина. Експериментът обикновено използва оцетна киселина като разтворител. Реакционните условия са тромави и отнемат време, а полученият продукт има ниска степен на заместване. (по-малко от 1).

В тази статия оцетният анхидрид и пропионовият анхидрид са използвани като естерифициращи агенти за модифициране на хидроксипропил метилцелулоза за получаване на хидроксипропил метилцелулозен ацетат и хидроксипропил метилцелулозен пропионат. Чрез изследване на условия като избор на разтворител (пиридин), дозиране на разтворител и т.н., се надяваме, че продукт с по-добри свойства и степен на заместване може да бъде получен чрез относително прост метод. В тази статия чрез експериментално изследване беше получен целевият продукт с прахообразна утайка и степен на заместване, по-голяма от 1, което предостави някои теоретични насоки за производството на хидроксипропил метилцелулозен ацетат и хидроксипропил метилцелулозен пропионат.

1. Експериментална част

1.1 Материали и реактиви

Хидроксипропил метилцелулоза с фармацевтичен клас (KIMA CHEMICAL CO., LTD, 60HD100, метоксилна масова фракция 28%-30%, хидроксипропоксилна масова фракция 7%-12%); оцетен анхидрид, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Пропионов анхидрид, AR, реактив за Западна Азия; Пиридин, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; метанол, етанол, етер, етил ацетат, ацетон, NaOH и HCl са налични в търговската мрежа аналитично чисти.

Електрическа нагревателна обвивка с термостат KDM, електрическа бъркалка с дигитален дисплей JJ-1A за измерване на скоростта, инфрачервен спектрометър с трансформация на Фурие NEXUS 670.

1.2 Получаване на хидроксипропил метилцелулозен ацетат

Определено количество пиридин се добавя в колбата с три гърла и след това към нея се добавят 2,5 g хидроксипропил метилцелулоза, реагентите се разбъркват равномерно и температурата се повишава до 110°С.°C. Добавете 4 mL оцетен анхидрид, реагирайте при 110°С за 1 час, спрете нагряването, охладете до стайна температура, добавете голямо количество дейонизирана вода за утаяване на продукта, филтрирайте с вакуум, промийте с дейонизирана вода няколко пъти, докато елуатът стане неутрален, и изсушете продукта, запазете.

1.3 Получаване на хидроксипропил метилцелулозен пропионат

В колбата с три гърла се добавя известно количество пиридин и след това към нея се добавят 0,5 g хидроксипропил метилцелулоза, реагентите се разбъркват равномерно и температурата се повишава до 110°С.°C. Добавете 1,1 mL пропионов анхидрид, реагирайте при 110°С за 2,5 часа, спрете нагряването, охладете до стайна температура, добавете голямо количество дейонизирана вода за утаяване на продукта, филтрирайте чрез изсмукване, промийте с дейонизирана вода няколко пъти, докато елуатът стане със средно качество, съхранявайте продукта на сухо.

1.4 Определяне чрез инфрачервена спектроскопия

Хидроксипропил метилцелулозата, хидроксипропил метилцелулозният ацетат, хидроксипропил метилцелулозният пропионат и KBr се смесват и се смилат съответно и след това се пресоват в таблетки за определяне на инфрачервения спектър.

1.5 Определяне на степента на заместване

Пригответе разтвори на NaOH и HCl с концентрация 0,5 mol/L и извършете калибриране, за да определите точната концентрация; претеглят се 0,5 g хидроксипропилметилцелулозен ацетат (естер на хидроксипропилметилцелулоза на пропионова киселина) в 250 ml ерленмайерова колба, добавят се 25 ml ацетон и 3 капки индикатор фенолфталеин, разбърква се добре, след това се добавят 25 ml разтвор на NaOH, разбърква се и се осапунява на електромагнитна бъркалка за 2 часа; титрува се с HCI, докато червеният цвят на разтвора изчезне, записва се изразходваният обем V1 (V2) на солна киселина; използвайте същия метод за измерване на обема V0 на солна киселина, изразходван от хидроксипропил метилцелулоза, и изчислете степента на заместване.

1.6 Експеримент за разтворимост

Вземете подходящо количество синтетични продукти, добавете ги към органичния разтворител, разклатете леко и наблюдавайте разтварянето на веществото.

2. Резултати и дискусия

2.1 Ефектът от количеството пиридин (разтворител)

Ефекти на различни количества пиридин върху морфологията на хидроксипропилметилцелулозен ацетат и хидроксипропилметилцелулозен пропионат. Когато количеството на разтворителя е по-малко, това ще намали разтегливостта на макромолекулната верига и вискозитета на системата, така че степента на естерификация на реакционната система ще бъде намалена и продуктът ще се утаи като голяма маса. И когато количеството на разтворителя е твърде малко, реагентът лесно се кондензира на бучка и се придържа към стената на контейнера, което не само е неблагоприятно за провеждането на реакцията, но също така причинява голямо неудобство за обработката след реакцията . При синтеза на хидроксипропил метилцелулозен ацетат, количеството на използвания разтворител може да бъде избрано като 150 mL/2 g; за синтеза на хидроксипропил метилцелулозен пропионат може да бъде избран като 80 mL/0,5 g.

2.2 Анализ на инфрачервения спектър

Инфрачервена сравнителна диаграма на хидроксипропил метилцелулоза и хидроксипропил метилцелулоза ацетат. В сравнение със суровината, инфрачервената спектрограма на продукта хидроксипропил метилцелулозен ацетат има по-очевидна промяна. В инфрачервения спектър на продукта се появява силен пик при 1740 cm-1, което показва, че е произведена карбонилна група; в допълнение, интензитетът на пика на вибрация на разтягане на ОН при 3500 cm-1 е много по-нисък от този на суровината, което също показва, че -OH е имало реакция.

Инфрачервената спектрограма на продукта хидроксипропил метилцелулоза пропионат също се е променила значително в сравнение със суровината. В инфрачервения спектър на продукта се появява силен пик при 1740 cm-1, което показва, че е произведена карбонилна група; в допълнение, пиковият интензитет на вибрациите при разтягане на ОН при 3500 cm-1 е много по-нисък от този на суровия материал, което също показва, че ОН реагира.

2.3 Определяне на степента на заместване

2.3.1 Определяне на степента на заместване на хидроксипропил метилцелулозен ацетат

Тъй като хидроксипропил метилцелулозата има две по един OH във всяка единица и целулозен ацетат е продукт, получен чрез заместване на един COCH3 с H в един OH, теоретичната максимална степен на заместване (Ds) е 2.

2.3.2 Определяне на степента на заместване на хидроксипропил метилцелулоза пропионат

2.4 Разтворимост на продукта

Двете синтезирани вещества имат подобни характеристики на разтворимост и хидроксипропил метилцелулозният ацетат е малко по-разтворим от хидроксипропил метилцелулозния пропионат. Синтетичният продукт може да се разтвори в ацетон, етилацетат, смесен разтворител ацетон/вода и има по-голяма селективност. В допълнение, влагата, съдържаща се в смесения разтворител ацетон/вода, може да направи целулозните производни по-безопасни и щадящи околната среда, когато се използват като материали за покритие.

3. Заключение

(1) Условията за синтез на хидроксипропил метилцелулоза ацетат са както следва: 2,5 g хидроксипропил метилцелулоза, оцетен анхидрид като естерифициращ агент, 150 mL пиридин като разтворител, реакционна температура 110°С° С, а времето за реакция 1 час.

(2) Условията за синтез на хидроксипропил метилцелулоза ацетат са: 0,5 g хидроксипропил метилцелулоза, пропионов анхидрид като естерифициращ агент, 80 mL пиридин като разтворител, реакционна температура при 110°С и време за реакция от 2,5 часа.

(3) Целулозните производни, синтезирани при това условие, са директно под формата на фини прахове с добра степен на заместване и тези две целулозни производни могат да бъдат разтворени в различни органични разтворители като етил ацетат, ацетон и ацетон/вода.