Synthese von Hydroxypropylmethylcelluloseacetat und -propionat

Unter Verwendung von Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) als Rohmaterial, Essigsäureanhydrid und Propionsäureanhydrid als Veresterungsmittel wurden durch die Veresterungsreaktion in Pyridin Hydroxypropylmethylcelluloseacetat und Hydroxypropylmethylcellulose-Cellulosepropionat hergestellt. Durch Änderung der im System verwendeten Lösungsmittelmenge wurde ein Produkt mit besseren Eigenschaften und besserem Substitutionsgrad erhalten. Der Substitutionsgrad wurde durch die Titrationsmethode bestimmt und das Produkt charakterisiert und auf Leistung getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass das Reaktionssystem bei 110 reagierte°Nach der Reaktion wurde deionisiertes Wasser als Fällungsmittel verwendet, und es konnten pulverförmige Produkte mit einem Substitutionsgrad größer als 1 (theoretischer Substitutionsgrad war 2) erhalten werden. Es weist eine gute Löslichkeit in verschiedenen organischen Lösungsmitteln wie Ethylester, Aceton, Aceton/Wasser usw. auf.

Schlüsselwörter: Hydroxypropyl Methylcellulose; Hydroxypropylmethylcelluloseacetat; Hydroxypropylmethylcellulosepropionat

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) ist eine nichtionische Polymerverbindung und ein Celluloseether mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Als hervorragender chemischer Zusatzstoff wird HPMC häufig in verschiedenen Bereichen eingesetzt und wird als „industrielles Mononatriumglutamat“ bezeichnet. Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) hat nicht nur gute Emulgier-, Verdickungs- und Bindungsfunktionen, sondern kann auch zur Feuchtigkeitserhaltung und zum Schutz von Kolloiden verwendet werden. Es wird häufig in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Lebensmittel-, Medizin-, Beschichtungs-, Textil- und Landwirtschaftsbranche. . Durch die Modifizierung von Hydroxypropylmethylcellulose können einige seiner Eigenschaften verändert werden, sodass es in einem bestimmten Bereich besser eingesetzt werden kann. Die Summenformel seines Monomers lautet C10H18O6.

In den letzten Jahren hat sich die Forschung zu Hydroxypropylmethylcellulose-Derivaten zunehmend zu einem Brennpunkt entwickelt. Durch die Modifizierung von Hydroxypropylmethylcellulose können verschiedene Derivatverbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise kann die Einführung von Acetylgruppen die Flexibilität medizinischer Beschichtungsfilme verändern.

Die Modifizierung von Hydroxypropylmethylcellulose erfolgt üblicherweise in Gegenwart eines Säurekatalysators wie konzentrierter Schwefelsäure. Das Experiment verwendet normalerweise Essigsäure als Lösungsmittel. Die Reaktionsbedingungen sind umständlich und zeitaufwändig und das resultierende Produkt weist einen geringen Substitutionsgrad auf. (weniger als 1).

In dieser Arbeit wurden Essigsäureanhydrid und Propionsäureanhydrid als Veresterungsmittel zur Modifizierung von Hydroxypropylmethylcellulose zur Herstellung von Hydroxypropylmethylcelluloseacetat und Hydroxypropylmethylcellulosepropionat verwendet. Durch die Untersuchung von Bedingungen wie Lösungsmittelauswahl (Pyridin), Lösungsmitteldosierung usw. hofft man, durch eine relativ einfache Methode ein Produkt mit besseren Eigenschaften und besserem Substitutionsgrad zu erhalten. In dieser Arbeit wurde durch experimentelle Forschung das Zielprodukt mit einem pulverförmigen Niederschlag und einem Substitutionsgrad von mehr als 1 erhalten, was einige theoretische Leitlinien für die Herstellung von Hydroxypropylmethylcelluloseacetat und Hydroxypropylmethylcellulosepropionat lieferte.

1. Experimenteller Teil

1.1 Materialien und Reagenzien

Hydroxypropylmethylcellulose in pharmazeutischer Qualität (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, Methoxyl-Massenanteil 28 %–30 %, Hydroxypropoxyl-Massenanteil 7 %–12 %); Essigsäureanhydrid, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Propionsäureanhydrid, AR, Westasien-Reagenz; Pyridin, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; Methanol, Ethanol, Ether, Ethylacetat, Aceton, NaOH und HCl sind analysenrein im Handel erhältlich.

KDM-Thermostat, elektrischer Heizmantel, JJ-1A Geschwindigkeitsmess-Digitalanzeige, elektrischer Rührer, NEXUS 670 Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer.

1.2 Herstellung von Hydroxypropylmethylcelluloseacetat

Eine bestimmte Menge Pyridin wurde in den Dreihalskolben gegeben und dann wurden 2,5 g Hydroxypropylmethylcellulose dazugegeben, die Reaktanten wurden gleichmäßig gerührt und die Temperatur wurde auf 110 erhöht°C. 4 ml Essigsäureanhydrid hinzufügen und bei 110 °C reagieren lassen°1 Stunde bei 50°C rühren, mit dem Erhitzen aufhören, auf Raumtemperatur abkühlen lassen, eine große Menge entionisiertes Wasser zugeben, um das Produkt auszufällen, absaugen, mehrmals mit entionisiertem Wasser waschen, bis das Eluat neutral ist, und das Produkt trocknen lassen.

1.3 Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulosepropionat

Eine bestimmte Menge Pyridin wurde in den Dreihalskolben gegeben und dann wurden 0,5 g Hydroxypropylmethylcellulose dazugegeben, die Reaktanten wurden gleichmäßig gerührt und die Temperatur wurde auf 110 erhöht°C. 1,1 ml Propionsäureanhydrid hinzufügen und bei 110 °C reagieren lassen°2,5 Stunden lang bei 50°C köcheln lassen, mit dem Erhitzen aufhören, auf Raumtemperatur abkühlen, eine große Menge entionisiertes Wasser zugeben, um das Produkt auszufällen, absaugen, mehrmals mit entionisiertem Wasser waschen, bis das Eluat eine mittlere Eigenschaft aufweist, und das Produkt trocken lagern.

1.4 Bestimmung der Infrarotspektroskopie

Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxypropylmethylcelluloseacetat, Hydroxypropylmethylcellulosepropionat und KBr wurden jeweils gemischt und gemahlen und dann zu Tabletten gepresst, um das Infrarotspektrum zu bestimmen.

1.5 Bestimmung des Substitutionsgrades

Bereiten Sie NaOH- und HCl-Lösungen mit einer Konzentration von 0,5 mol/L vor und führen Sie eine Kalibrierung durch, um die genaue Konzentration zu bestimmen; 0,5 g Hydroxypropylmethylcelluloseacetat (Hydroxypropylmethylcellulosepropionsäureester) in einen 250-ml-Erlenmeyerkolben einwiegen, 25 ml Aceton und 3 Tropfen Phenolphthalein-Indikator hinzufügen, gut mischen, dann 25 ml NaOH-Lösung hinzufügen, rühren und auf einem elektromagnetischen Rührer verseifen 2 Std.; Mit HCl titrieren, bis die rote Farbe der Lösung verschwindet, das Volumen V1 (V2) der verbrauchten Salzsäure aufzeichnen; Verwenden Sie dieselbe Methode, um das Volumen V0 der von Hydroxypropylmethylcellulose verbrauchten Salzsäure zu messen und den Substitutionsgrad zu berechnen.

1.6 Löslichkeitsexperiment

Nehmen Sie eine angemessene Menge synthetischer Produkte, geben Sie sie zum organischen Lösungsmittel, schütteln Sie sie leicht und beobachten Sie die Auflösung der Substanz.

2. Ergebnisse und Diskussion

2.1 Der Einfluss der Menge an Pyridin (Lösungsmittel)

Auswirkungen verschiedener Pyridinmengen auf die Morphologie von Hydroxypropylmethylcelluloseacetat und Hydroxypropylmethylcellulosepropionat. Wenn die Lösungsmittelmenge geringer ist, verringert sich die Dehnbarkeit der makromolekularen Kette und die Viskosität des Systems, so dass der Veresterungsgrad des Reaktionssystems verringert wird und das Produkt als große Masse ausgefällt wird. Und wenn die Lösungsmittelmenge zu gering ist, kondensiert der Reaktant leicht zu Klumpen und haftet an der Behälterwand, was nicht nur ungünstig für die Durchführung der Reaktion ist, sondern auch große Unannehmlichkeiten bei der Behandlung nach der Reaktion verursacht . Bei der Synthese von Hydroxypropylmethylcelluloseacetat kann die Menge des verwendeten Lösungsmittels zu 150 ml/2 g gewählt werden; Für die Synthese von Hydroxypropylmethylcellulosepropionat kann eine Menge von 80 ml/0,5 g ausgewählt werden.

2.2 Infrarot-Spektrumanalyse

Infrarot-Vergleichstabelle von Hydroxypropylmethylcellulose und Hydroxypropylmethylcelluloseacetat. Im Vergleich zum Rohmaterial weist das Infrarotspektrogramm des Produkts Hydroxypropylmethylcelluloseacetat eine deutlichere Veränderung auf. Im Infrarotspektrum des Produkts erschien ein starker Peak bei 1740 cm-1, was darauf hinweist, dass eine Carbonylgruppe erzeugt wurde; Darüber hinaus war die Intensität des Streckschwingungspeaks von OH bei 3500 cm-1 viel geringer als die des Rohmaterials, was ebenfalls darauf hindeutet, dass eine Reaktion mit -OH stattgefunden hat.

Auch das Infrarotspektrogramm des Produkts Hydroxypropylmethylcellulosepropionat hat sich im Vergleich zum Rohstoff deutlich verändert. Im Infrarotspektrum des Produkts erschien ein starker Peak bei 1740 cm-1, was darauf hinweist, dass eine Carbonylgruppe erzeugt wurde; Darüber hinaus war die Spitzenintensität der OH-Streckschwingung bei 3500 cm-1 viel niedriger als die des Rohmaterials, was ebenfalls darauf hinwies, dass ein OH reagierte.

2.3 Bestimmung des Substitutionsgrades

2.3.1 Bestimmung des Substitutionsgrades von Hydroxypropylmethylcelluloseacetat

Da Hydroxypropylmethylcellulose in jeder Einheit zwei OH-Einheiten enthält und Celluloseacetat ein Produkt ist, das durch Ersetzen von H durch ein COCH3 in einer OH-Einheit erhalten wird, beträgt der theoretische maximale Substitutionsgrad (Ds) 2.

2.3.2 Bestimmung des Substitutionsgrades von Hydroxypropylmethylcellulosepropionat

2.4 Löslichkeit des Produkts

Die beiden synthetisierten Substanzen hatten ähnliche Löslichkeitseigenschaften, und Hydroxypropylmethylcelluloseacetat war etwas löslicher als Hydroxypropylmethylcellulosepropionat. Das synthetische Produkt kann in Aceton, Ethylacetat, Aceton/Wasser-Mischlösungsmittel gelöst werden und weist eine höhere Selektivität auf. Darüber hinaus kann die im Lösungsmittelgemisch Aceton/Wasser enthaltene Feuchtigkeit die Cellulosederivate bei der Verwendung als Beschichtungsmaterialien sicherer und umweltfreundlicher machen.

3. Fazit

(1) Die Synthesebedingungen für Hydroxypropylmethylcelluloseacetat sind wie folgt: 2,5 g Hydroxypropylmethylcellulose, Essigsäureanhydrid als Veresterungsmittel, 150 ml Pyridin als Lösungsmittel, Reaktionstemperatur 110 °C° C und die Reaktionszeit 1 h.

(2) Die Synthesebedingungen für Hydroxypropylmethylcelluloseacetat sind: 0,5 g Hydroxypropylmethylcellulose, Propionsäureanhydrid als Veresterungsmittel, 80 ml Pyridin als Lösungsmittel, Reaktionstemperatur 110 °C°C und Reaktionszeit von 2,5 Stunden.

(3) Die unter dieser Bedingung synthetisierten Cellulosederivate liegen direkt in Form feiner Pulver mit einem guten Substitutionsgrad vor und diese beiden Cellulosederivate können in verschiedenen organischen Lösungsmitteln wie Ethylacetat, Aceton und Aceton/Wasser gelöst werden.