Sinteza hidroksipropil metil celuloze acetata i propionata

Koristeći hidroksipropil metilcelulozu (HPMC) kao sirovinu, anhidrid octene kiseline i anhidrid propionske kiseline kao sredstva za esterizaciju, reakcijom esterifikacije u piridinu pripremljen je hidroksipropil metilceluloza acetat i hidroksipropil metilceluloza propionat celuloze. Promjenom količine rastvarača korišćenog u sistemu dobija se proizvod sa boljim svojstvima i stepenom supstitucije. Stepen supstitucije je određen metodom titracije, a proizvod je okarakterisan i testiran na performanse. Rezultati su pokazali da je reakcioni sistem reagovao na 110°C tokom 1-2,5 h, a kao sredstvo za taloženje korišćena je dejonizovana voda nakon reakcije i mogu se dobiti praškasti proizvodi sa stepenom supstitucije većim od 1 (teoretski stepen supstitucije je 2). Ima dobru rastvorljivost u raznim organskim rastvaračima kao što su etil ester, aceton, aceton/voda, itd.

Ključne riječi: hidroksipropil metilceluloza; hidroksipropil metilceluloza acetat; hidroksipropil metilceluloza propionat

Hidroksipropilmetilceluloza (HPMC) je nejonski polimerni spoj i eter celuloze sa širokim spektrom primjena. Kao odličan hemijski aditiv, HPMC se često koristi u raznim poljima i naziva se „industrijski mononatrijum glutamat“. Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) ne samo da ima dobre funkcije emulgiranja, zgušnjavanja i vezivanja, već se može koristiti i za održavanje vlage i zaštitu koloida. Široko se koristi u mnogim poljima kao što su hrana, medicina, premazi, tekstil i poljoprivreda. . Modifikacija hidroksipropil metilceluloze može promijeniti neka njena svojstva, tako da se može bolje koristiti u određenoj oblasti. Molekularna formula njegovog monomera je C10H18O6.

Posljednjih godina istraživanje derivata hidroksipropil metilceluloze postepeno je postalo žarište. Modifikacijom hidroksipropil metilceluloze mogu se dobiti različiti derivati ​​jedinjenja sa različitim svojstvima. Na primjer, uvođenje acetilnih grupa može promijeniti fleksibilnost medicinskih premaznih filmova.

Modifikacija hidroksipropil metilceluloze se obično izvodi u prisustvu kiselog katalizatora kao što je koncentrovana sumporna kiselina. Eksperiment obično koristi octenu kiselinu kao otapalo. Uslovi reakcije su glomazni i dugotrajni, a rezultirajući proizvod ima nizak stepen supstitucije. (manje od 1).

U ovom radu, anhidrid octene kiseline i anhidrid propionske kiseline korišćeni su kao agensi za esterifikaciju za modifikaciju hidroksipropil metilceluloze za pripremu hidroksipropil metilceluloze acetata i hidroksipropil metilceluloze propionata. Istražujući uslove kao što su izbor rastvarača (piridin), doziranje rastvarača, itd., nadamo se da se proizvod sa boljim svojstvima i stepenom supstitucije može dobiti relativno jednostavnom metodom. U ovom radu, eksperimentalnim istraživanjem, dobijen je ciljni proizvod sa praškastim talogom i stepenom supstitucije većim od 1, što je dalo neke teorijske smjernice za proizvodnju hidroksipropil metilceluloze acetata i hidroksipropil metilceluloze propionata.

1. Eksperimentalni dio

1.1 Materijali i reagensi

Hidroksipropil metilceluloza farmaceutskog kvaliteta (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, maseni udio metoksila 28%-30%, maseni udio hidroksipropoksila 7%-12%); anhidrid octene kiseline, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Anhidrid propiona, AR, West Asia Reagent; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; metanol, etanol, etar, etil acetat, aceton, NaOH i HCl su komercijalno dostupni analitički čisti.

KDM termostat električni plašt za grijanje, JJ-1A digitalni displej za mjerenje brzine, električna miješalica, NEXUS 670 Fourier infracrveni spektrometar.

1.2 Priprema acetata hidroksipropil metilceluloze

U tikvicu sa tri grla dodata je određena količina piridina, a zatim je dodato 2,5 g hidroksipropil metilceluloze, reaktanti su ravnomerno promešani i temperatura je podignuta na 110°C.°C. Dodati 4 mL sirćetnog anhidrida, reagovati na 110°C°C tokom 1 h, prestati sa grijanjem, ohladiti na sobnu temperaturu, dodati veliku količinu dejonizirane vode da se istaloži proizvod, filtrirati odsisavanjem, isprati dejoniziranom vodom nekoliko puta dok eluat ne postane neutralan i osušiti proizvod sačuvati.

1.3 Priprema hidroksipropil metilceluloze propionata

U tikvicu s tri grla dodata je određena količina piridina, a zatim je dodato 0,5 g hidroksipropil metilceluloze, reaktanti su ravnomjerno promiješani i temperatura je podignuta na 110°C.°C. Dodati 1,1 mL propionskog anhidrida, reagovati na 110°C tokom 2,5 h, prestati sa zagrevanjem, ohladiti na sobnu temperaturu, dodati veliku količinu dejonizovane vode da se istaloži proizvod, filtrirati odsisavanjem, ispirati dejonizovanom vodom nekoliko puta dok eluat ne bude srednjeg svojstva, čuvati proizvod na suvom.

1.4 Određivanje infracrvene spektroskopije

Hidroksipropil metilceluloza, hidroksipropil metilceluloza acetat, hidroksipropil metilceluloza propionat i KBr su pomiješani i mljeveni respektivno, a zatim presovani u tablete kako bi se odredio infracrveni spektar.

1.5 Određivanje stepena zamjene

Pripremiti otopine NaOH i HCl sa koncentracijom od 0,5 mol/L i izvršiti kalibraciju radi određivanja točne koncentracije; izvagati 0,5 g acetata hidroksipropilmetilceluloze (ester propionske kiseline hidroksipropilmetilceluloze) u erlenmajericu od 250 ml, dodati 25 ml acetona i 3 kapi fenolftaleinskog indikatora, dobro promešati, zatim dodati 25 mL i rastvor NaOH i sapontifikator na mješalici. 2 h; titrirati sa HCl dok crvena boja rastvora ne nestane, zabeležiti zapreminu V1 (V2) potrošene hlorovodonične kiseline; koristite istu metodu za mjerenje zapremine V0 hlorovodonične kiseline koju troši hidroksipropil metilceluloza i izračunajte stepen supstitucije.

1.6 Eksperiment rastvorljivosti

Uzmite odgovarajuću količinu sintetičkih proizvoda, dodajte ih organskom rastvaraču, lagano protresite i promatrajte otapanje tvari.

2. Rezultati i diskusija

2.1 Učinak količine piridina (otapala)

Efekti različitih količina piridina na morfologiju hidroksipropilmetilceluloze acetata i hidroksipropilmetilceluloze propionata. Kada je količina rastvarača manja, to će smanjiti rastezljivost makromolekularnog lanca i viskoznost sistema, tako da će se smanjiti stepen esterifikacije reakcionog sistema, a proizvod će se istaložiti kao velika masa. A kada je količina rastvarača preniska, reaktant se lako kondenzira u grudvicu i prilijepi za zid posude, što ne samo da je nepovoljno za izvođenje reakcije, već i uzrokuje velike neugodnosti tretmanu nakon reakcije. . U sintezi hidroksipropil metilceluloze acetata, količina korišćenog rastvarača može biti odabrana kao 150 mL/2 g; za sintezu hidroksipropil metilceluloze propionata, može se odabrati kao 80 mL/0,5 g.

2.2 Analiza infracrvenog spektra

Infracrvena uporedna tablica hidroksipropil metilceluloze i hidroksipropil metilceluloze acetata. U poređenju sa sirovinom, infracrveni spektrogram proizvoda hidroksipropil metilceluloze acetata ima očigledniju promjenu. U infracrvenom spektru proizvoda, jak pik se pojavio na 1740 cm-1, što ukazuje da je proizvedena karbonilna grupa; osim toga, intenzitet vibriranja istezanja OH na 3500 cm-1 bio je mnogo niži od intenziteta sirovog materijala, što je također ukazivalo da je -OH došlo do reakcije.

Infracrveni spektrogram proizvoda hidroksipropil metilceluloza propionat je također značajno promijenjen u odnosu na sirovinu. U infracrvenom spektru proizvoda, jak pik se pojavio na 1740 cm-1, što ukazuje da je proizvedena karbonilna grupa; osim toga, vršni intenzitet vibracija istezanja OH na 3500 cm-1 bio je mnogo niži od onog kod sirovog materijala, što je također ukazivalo da je OH reagirao.

2.3 Određivanje stepena zamjene

2.3.1 Određivanje stepena supstitucije acetata hidroksipropil metilceluloze

Pošto hidroksipropil metilceluloza ima dva po jedan OH u svakoj jedinici, a acetat celuloze je proizvod koji se dobija supstitucijom jednog COCH3 za H u jednom OH, teoretski maksimalni stepen supstitucije (Ds) je 2.

2.3.2 Određivanje stepena supstitucije hidroksipropil metilceluloze propionata

2.4 Rastvorljivost proizvoda

Dvije sintetizirane supstance imale su slične karakteristike rastvorljivosti, a hidroksipropil metilceluloza acetat je bio nešto rastvorljiviji od hidroksipropil metilceluloze propionata. Sintetički proizvod se može otopiti u acetonu, etil acetatu, otapalu miješanom aceton/voda i ima veću selektivnost. Osim toga, vlaga sadržana u otapalu mješavine aceton/voda može učiniti derivate celuloze sigurnijim i ekološki prihvatljivijim kada se koriste kao materijali za oblaganje.

3. Zaključak

(1) Uslovi sinteze acetata hidroksipropil metilceluloze su sljedeći: 2,5 g hidroksipropil metilceluloze, sirćetni anhidrid kao sredstvo za esterizaciju, 150 mL piridina kao rastvarač, temperatura reakcije na 110° C, a vrijeme reakcije 1 h.

(2) Uslovi sinteze acetata hidroksipropil metilceluloze su: 0,5 g hidroksipropil metilceluloze, propionski anhidrid kao sredstvo za esterizaciju, 80 mL piridina kao rastvarač, temperatura reakcije na 110°C, a vrijeme reakcije 2,5 h.

(3) Derivati ​​celuloze sintetizovani pod ovim uslovima su direktno u obliku finog praha sa dobrim stepenom supstitucije, a ova dva derivata celuloze mogu se rastvoriti u različitim organskim rastvaračima kao što su etil acetat, aceton i aceton/voda.