Síntesis de acetato y propionato de hidroxipropilmetilcelulosa

Utilizando hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) como materia prima, anhídrido acético y anhídrido propiónico como agentes de esterificación, la reacción de esterificación en piridina preparó acetato de hidroxipropilmetilcelulosa y propionato de celulosa de hidroxipropilmetilcelulosa. Al cambiar la cantidad de solvente utilizado en el sistema se obtuvo un producto con mejores propiedades y grado de sustitución. El grado de sustitución se determinó mediante el método de titulación y el producto se caracterizó y se probó su rendimiento. Los resultados mostraron que el sistema de reacción reaccionó a 110°C durante 1-2,5 h, y se usó agua desionizada como agente precipitante después de la reacción, y se pudieron obtener productos en polvo con un grado de sustitución mayor que 1 (el grado teórico de sustitución era 2). Tiene buena solubilidad en diversos disolventes orgánicos como éster etílico, acetona, acetona/agua, etc.

Palabras clave: hidroxipropilo metilcelulosa; acetato de hidroxipropilmetilcelulosa; propionato de hidroxipropilmetilcelulosa

La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) es un compuesto polimérico no iónico y un éter de celulosa con una amplia gama de usos. Como excelente aditivo químico, el HPMC se utiliza a menudo en diversos campos y se denomina "glutamato monosódico industrial". La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) no solo tiene buenas funciones emulsionantes, espesantes y aglutinantes, sino que también puede usarse para mantener la humedad y proteger los coloides. Se utiliza ampliamente en muchos campos, como la alimentación, la medicina, los revestimientos, los textiles y la agricultura. . La modificación de la hidroxipropilmetilcelulosa puede cambiar algunas de sus propiedades, de modo que pueda utilizarse mejor en un campo determinado. La fórmula molecular de su monómero es C10H18O6.

En los últimos años, la investigación sobre derivados de hidroxipropilmetilcelulosa se ha convertido gradualmente en un tema candente. Modificando la hidroxipropilmetilcelulosa se pueden obtener diversos compuestos derivados con diferentes propiedades. Por ejemplo, la introducción de grupos acetilo puede cambiar la flexibilidad de las películas de recubrimiento médico.

La modificación de la hidroxipropilmetilcelulosa se lleva a cabo habitualmente en presencia de un catalizador ácido como el ácido sulfúrico concentrado. El experimento suele utilizar ácido acético como disolvente. Las condiciones de reacción son engorrosas y requieren mucho tiempo, y el producto resultante tiene un bajo grado de sustitución. (menos de 1).

En este artículo, se utilizaron anhídrido acético y anhídrido propiónico como agentes de esterificación para modificar la hidroxipropilmetilcelulosa para preparar acetato de hidroxipropilmetilcelulosa y propionato de hidroxipropilmetilcelulosa. Al explorar condiciones como la selección de solvente (piridina), la dosificación de solvente, etc., se espera poder obtener un producto con mejores propiedades y grado de sustitución mediante un método relativamente simple. En este trabajo, a través de una investigación experimental, se obtuvo el producto objetivo con un precipitado en polvo y un grado de sustitución mayor a 1, lo que proporcionó cierta orientación teórica para la producción de acetato de hidroxipropilmetilcelulosa y propionato de hidroxipropilmetilcelulosa.

1. Parte experimental

1.1 Materiales y reactivos

Hidroxipropilmetilcelulosa de calidad farmacéutica (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, fracción en masa de metoxilo 28%-30%, fracción en masa de hidroxipropoxilo 7%-12%); anhídrido acético, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Anhídrido propiónico, AR, reactivo de Asia occidental; Piridina, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; metanol, etanol, éter, acetato de etilo, acetona, NaOH y HCl están disponibles comercialmente analíticamente puros.

Manto calefactor eléctrico con termostato KDM, agitador eléctrico con pantalla digital de medición de velocidad JJ-1A, espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier NEXUS 670.

1.2 Preparación de acetato de hidroxipropilmetilcelulosa

Se añadió una cierta cantidad de piridina al matraz de tres bocas y luego se le añadieron 2,5 g de hidroxipropilmetilcelulosa, los reactivos se agitaron uniformemente y la temperatura se elevó a 110ºC.°C. Añadir 4 ml de anhídrido acético, reaccionar a 110°C durante 1 h, dejar de calentar, enfriar a temperatura ambiente, agregar una gran cantidad de agua desionizada para precipitar el producto, filtrar con succión, lavar con agua desionizada varias veces hasta que el eluato sea neutro y secar el producto.

1.3 Preparación de propionato de hidroxipropilmetilcelulosa

Se añadió una cierta cantidad de piridina al matraz de tres bocas y luego se le añadieron 0,5 g de hidroxipropilmetilcelulosa, los reactivos se agitaron uniformemente y la temperatura se elevó a 110ºC.°C. Añadir 1,1 ml de anhídrido propiónico, reaccionar a 110°C durante 2,5 h, dejar de calentar, enfriar a temperatura ambiente, agregar una gran cantidad de agua desionizada para precipitar el producto, filtrar con succión, lavar con agua desionizada varias veces hasta que el eluato tenga una propiedad media, almacenar el producto seco.

1.4 Determinación de la espectroscopia infrarroja

La hidroxipropilmetilcelulosa, el acetato de hidroxipropilmetilcelulosa, el propionato de hidroxipropilmetilcelulosa y el KBr se mezclaron y trituraron respectivamente, y luego se prensaron en tabletas para determinar el espectro infrarrojo.

1.5 Determinación del grado de sustitución

Prepare soluciones de NaOH y HCl con una concentración de 0,5 mol/L y realice la calibración para determinar la concentración exacta; pesar 0,5 g de acetato de hidroxipropilmetilcelulosa (éster del ácido propiónico de hidroxipropilmetilcelulosa) en un matraz Erlenmeyer de 250 mL, agregar 25 mL de acetona y 3 gotas de indicador de fenolftaleína, mezclar bien, luego agregar 25 mL de solución de NaOH, agitar y saponificar en un agitador electromagnético durante 2 horas; valorar con HCl hasta que desaparezca el color rojo de la solución, registrar el volumen V1 (V2) de ácido clorhídrico consumido; utilice el mismo método para medir el volumen V0 de ácido clorhídrico consumido por la hidroxipropilmetilcelulosa y calcule el grado de sustitución.

1.6 Experimento de solubilidad

Tome una cantidad adecuada de productos sintéticos, agréguelos al disolvente orgánico, agite ligeramente y observe la disolución de la sustancia.

2. Resultados y Discusión

2.1 El efecto de la cantidad de piridina (disolvente)

Efectos de diferentes cantidades de piridina sobre la morfología del acetato de hidroxipropilmetilcelulosa y del propionato de hidroxipropilmetilcelulosa. Cuando la cantidad de disolvente es menor, se reducirá la extensibilidad de la cadena macromolecular y la viscosidad del sistema, de modo que se reducirá el grado de esterificación del sistema de reacción y el producto precipitará como una masa grande. Y cuando la cantidad de disolvente es demasiado baja, el reactivo se condensa fácilmente formando un grumo y se adhiere a la pared del recipiente, lo que no sólo es desfavorable para la realización de la reacción, sino que también causa grandes inconvenientes para el tratamiento después de la reacción. . En la síntesis de acetato de hidroxipropilmetilcelulosa, la cantidad de disolvente utilizada se puede seleccionar como 150 ml/2 g; para la síntesis de propionato de hidroxipropilmetilcelulosa, se puede seleccionar 80 ml/0,5 g.

2.2 Análisis del espectro infrarrojo

Cuadro comparativo de infrarrojos de hidroxipropilmetilcelulosa y acetato de hidroxipropilmetilcelulosa. En comparación con la materia prima, el espectrograma infrarrojo del producto acetato de hidroxipropilmetilcelulosa tiene un cambio más obvio. En el espectro infrarrojo del producto, apareció un fuerte pico a 1740 cm-1, lo que indica que se produjo un grupo carbonilo; además, la intensidad del pico de vibración de estiramiento del OH a 3500 cm-1 fue mucho menor que la de la materia prima, lo que también indicó que -OH hubo una reacción.

El espectrograma infrarrojo del producto propionato de hidroxipropilmetilcelulosa también ha cambiado significativamente en comparación con la materia prima. En el espectro infrarrojo del producto, apareció un pico fuerte a 1740 cm-1, lo que indica que se produjo un grupo carbonilo; Además, la intensidad máxima de vibración de estiramiento del OH a 3500 cm-1 fue mucho menor que la de la materia prima, lo que también indicó que reaccionó un OH.

2.3 Determinación del grado de sustitución

2.3.1 Determinación del grado de sustitución del acetato de hidroxipropilmetilcelulosa

Dado que la hidroxipropilmetilcelulosa tiene dos un OH en cada unidad, y el acetato de celulosa es un producto que se obtiene sustituyendo un COCH3 por H en un OH, el grado máximo teórico de sustitución (Ds) es 2.

2.3.2 Determinación del grado de sustitución del propionato de hidroxipropilmetilcelulosa

2.4 Solubilidad del producto

Las dos sustancias sintetizadas tenían características de solubilidad similares y el acetato de hidroxipropilmetilcelulosa era ligeramente más soluble que el propionato de hidroxipropilmetilcelulosa. El producto sintético se puede disolver en acetona, acetato de etilo, disolvente mixto acetona/agua y tiene más selectividad. Además, la humedad contenida en el disolvente mixto acetona/agua puede hacer que los derivados de celulosa sean más seguros y respetuosos con el medio ambiente cuando se utilizan como materiales de recubrimiento.

3. Conclusión

(1) Las condiciones de síntesis del acetato de hidroxipropilmetilcelulosa son las siguientes: 2,5 g de hidroxipropilmetilcelulosa, anhídrido acético como agente de esterificación, 150 ml de piridina como disolvente, temperatura de reacción de 110ºC.° C, y el tiempo de reacción 1 h.

(2) Las condiciones de síntesis del acetato de hidroxipropilmetilcelulosa son: 0,5 g de hidroxipropilmetilcelulosa, anhídrido propiónico como agente de esterificación, 80 ml de piridina como disolvente, temperatura de reacción a 110ºC.°C, y tiempo de reacción de 2,5 h.

(3) Los derivados de celulosa sintetizados bajo esta condición están directamente en forma de polvos finos con un buen grado de sustitución, y estos dos derivados de celulosa se pueden disolver en diversos disolventes orgánicos como acetato de etilo, acetona y acetona/agua.