Synthèse de l'acétate et du propionate d'hydroxypropylméthylcellulose

En utilisant l'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) comme matière première, l'anhydride acétique et l'anhydride propionique comme agents d'estérification, la réaction d'estérification dans la pyridine a préparé de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose et du propionate de cellulose d'hydroxypropylméthylcellulose. En modifiant la quantité de solvant utilisée dans le système, un produit présentant de meilleures propriétés et un meilleur degré de substitution a été obtenu. Le degré de substitution a été déterminé par une méthode de titrage et le produit a été caractérisé et testé pour ses performances. Les résultats ont montré que le système réactionnel a réagi à 110°C pendant 1 à 2,5 h, et de l'eau désionisée a été utilisée comme agent précipitant après la réaction, et des produits pulvérulents avec un degré de substitution supérieur à 1 (le degré de substitution théorique était de 2) ont pu être obtenus. Il a une bonne solubilité dans divers solvants organiques tels que l'ester éthylique, l'acétone, l'acétone/eau, etc.

Mots clés : hydroxypropyle la méthylcellulose; acétate d'hydroxypropylméthylcellulose; propionate d'hydroxypropylméthylcellulose

L'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) est un composé polymère non ionique et un éther de cellulose avec un large éventail d'utilisations. Excellent additif chimique, l’HPMC est souvent utilisé dans divers domaines et est appelé « glutamate monosodique industriel ». L'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) a non seulement de bonnes fonctions émulsifiantes, épaississantes et liantes, mais peut également être utilisée pour maintenir l'humidité et protéger les colloïdes. Il est largement utilisé dans de nombreux domaines tels que l’alimentation, la médecine, les revêtements, le textile et l’agriculture. . La modification de l'hydroxypropylméthylcellulose peut modifier certaines de ses propriétés, de sorte qu'elle puisse être mieux utilisée dans un certain domaine. La formule moléculaire de son monomère est C10H18O6.

Ces dernières années, la recherche sur les dérivés de l’hydroxypropylméthylcellulose est progressivement devenue un point chaud. En modifiant l'hydroxypropylméthylcellulose, divers composés dérivés ayant des propriétés différentes peuvent être obtenus. Par exemple, l’introduction de groupes acétyle peut modifier la flexibilité des films de revêtement médicaux.

La modification de l'hydroxypropylméthylcellulose est généralement réalisée en présence d'un catalyseur acide tel que l'acide sulfurique concentré. L'expérience utilise généralement l'acide acétique comme solvant. Les conditions de réaction sont lourdes et longues, et le produit résultant présente un faible degré de substitution. (moins de 1).

Dans cet article, l'anhydride acétique et l'anhydride propionique ont été utilisés comme agents d'estérification pour modifier l'hydroxypropylméthylcellulose afin de préparer de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose et du propionate d'hydroxypropylméthylcellulose. En explorant des conditions telles que la sélection du solvant (pyridine), le dosage du solvant, etc., on espère pouvoir obtenir un produit présentant de meilleures propriétés et un meilleur degré de substitution grâce à une méthode relativement simple. Dans cet article, grâce à des recherches expérimentales, le produit cible avec un précipité pulvérulent et un degré de substitution supérieur à 1 a été obtenu, ce qui a fourni des indications théoriques pour la production d'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose et de propionate d'hydroxypropylméthylcellulose.

1. Partie expérimentale

1.1 Matériels et réactifs

Hydroxypropylméthylcellulose de qualité pharmaceutique (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, fraction massique de méthoxyle 28 % à 30 %, fraction massique d'hydroxypropoxyle 7 % à 12 %) ; anhydride acétique, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Anhydride propionique, AR, réactif d'Asie occidentale ; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; le méthanol, l'éthanol, l'éther, l'acétate d'éthyle, l'acétone, le NaOH et le HCl sont disponibles dans le commerce à l'état pur pour l'analyse.

Manteau chauffant électrique à thermostat KDM, agitateur électrique à affichage numérique de mesure de vitesse JJ-1A, spectromètre infrarouge à transformation de Fourier NEXUS 670.

1.2 Préparation de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose

Une certaine quantité de pyridine a été ajoutée dans le ballon à trois cols, puis 2,5 g d'hydroxypropylméthylcellulose y ont été ajoutés, les réactifs ont été agités uniformément et la température a été augmentée à 110 °C.°C. Ajouter 4 mL d'anhydride acétique, réagir à 110°°C pendant 1 h, arrêter le chauffage, refroidir à température ambiante, ajouter une grande quantité d'eau déminéralisée pour précipiter le produit, filtrer par aspiration, laver plusieurs fois à l'eau déminéralisée jusqu'à ce que l'éluat soit neutre et sécher le produit en conservant.

1.3 Préparation du propionate d'hydroxypropylméthylcellulose

Une certaine quantité de pyridine a été ajoutée dans le ballon à trois cols, puis 0,5 g d'hydroxypropylméthylcellulose y a été ajouté, les réactifs ont été agités uniformément et la température a été augmentée à 110 °C.°C. Ajouter 1,1 mL d'anhydride propionique, réagir à 110°°C pendant 2,5 h, arrêter le chauffage, refroidir à température ambiante, ajouter une grande quantité d'eau déminéralisée pour précipiter le produit, filtrer avec aspiration, laver plusieurs fois à l'eau déminéralisée jusqu'à ce que l'éluat soit de propriété moyenne, conserver le produit au sec.

1.4 Détermination de la spectroscopie infrarouge

L'hydroxypropylméthylcellulose, l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose, le propionate d'hydroxypropylméthylcellulose et le KBr ont été mélangés et broyés respectivement, puis pressés en comprimés pour déterminer le spectre infrarouge.

1.5 Détermination du degré de substitution

Préparez des solutions de NaOH et de HCl avec une concentration de 0,5 mol/L et effectuez un étalonnage pour déterminer la concentration exacte ; peser 0,5 g d'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose (ester d'acide propionique d'hydroxypropylméthylcellulose) dans un erlenmeyer de 250 mL, ajouter 25 mL d'acétone et 3 gouttes d'indicateur de phénolphtaléine, bien mélanger, puis ajouter 25 mL de solution de NaOH, agiter et saponifier sur un agitateur électromagnétique pendant 2 heures ; titrer avec HCI jusqu'à disparition de la couleur rouge de la solution, enregistrer le volume V1 (V2) d'acide chlorhydrique consommé ; utiliser la même méthode pour mesurer le volume V0 d'acide chlorhydrique consommé par l'hydroxypropylméthylcellulose, et calculer le degré de substitution.

1.6 Expérience de solubilité

Prélevez une quantité appropriée de produits synthétiques, ajoutez-les au solvant organique, agitez légèrement et observez la dissolution de la substance.

2. Résultats et discussion

2.1 L'effet de la quantité de pyridine (solvant)

Effets de différentes quantités de pyridine sur la morphologie de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose et du propionate d'hydroxypropylméthylcellulose. Lorsque la quantité de solvant est inférieure, cela réduira l'extensibilité de la chaîne macromoléculaire et la viscosité du système, de sorte que le degré d'estérification du système réactionnel sera réduit et le produit sera précipité sous forme d'une masse importante. Et lorsque la quantité de solvant est trop faible, le réactif se condense facilement en un morceau et adhère à la paroi du récipient, ce qui est non seulement défavorable à la réalisation de la réaction, mais entraîne également de grands inconvénients pour le traitement après la réaction. . Dans la synthèse de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose, la quantité de solvant utilisée peut être choisie comme étant de 150 ml/2 g ; pour la synthèse du propionate d'hydroxypropylméthylcellulose, il peut être choisi à 80 mL/0,5 g.

2.2 Analyse du spectre infrarouge

Tableau comparatif infrarouge de l’hydroxypropylméthylcellulose et de l’acétate d’hydroxypropylméthylcellulose. Par rapport à la matière première, le spectrogramme infrarouge du produit acétate d'hydroxypropylméthylcellulose présente un changement plus évident. Dans le spectre infrarouge du produit, un fort pic est apparu à 1 740 cm-1, indiquant qu'un groupe carbonyle a été produit ; De plus, l'intensité du pic de vibration d'étirement de OH à 3 500 cm-1 était bien inférieure à celle de la matière première, ce qui indiquait également que -OH avait eu une réaction.

Le spectrogramme infrarouge du produit propionate d'hydroxypropylméthylcellulose a également changé de manière significative par rapport à la matière première. Dans le spectre infrarouge du produit, un fort pic est apparu à 1 740 cm-1, indiquant qu'un groupe carbonyle a été produit ; de plus, l'intensité maximale de vibration d'étirement de l'OH à 3 500 cm-1 était bien inférieure à celle de la matière première, ce qui indiquait également qu'un OH avait réagi.

2.3 Détermination du degré de substitution

2.3.1 Détermination du degré de substitution de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose

Étant donné que l'hydroxypropylméthylcellulose contient deux un OH dans chaque unité et que l'acétate de cellulose est un produit obtenu en substituant un COCH3 à H dans un OH, le degré de substitution maximum théorique (Ds) est de 2.

2.3.2 Détermination du degré de substitution du propionate d'hydroxypropylméthylcellulose

2.4 Solubilité du produit

Les deux substances synthétisées avaient des caractéristiques de solubilité similaires et l’acétate d’hydroxypropylméthylcellulose était légèrement plus soluble que le propionate d’hydroxypropylméthylcellulose. Le produit synthétique peut être dissous dans de l'acétone, de l'acétate d'éthyle, un solvant mixte acétone/eau et a une plus grande sélectivité. De plus, l'humidité contenue dans le solvant mixte acétone/eau peut rendre les dérivés de cellulose plus sûrs et plus respectueux de l'environnement lorsqu'ils sont utilisés comme matériaux de revêtement.

3. Conclusion

(1) Les conditions de synthèse de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose sont les suivantes : 2,5 g d'hydroxypropylméthylcellulose, l'anhydride acétique comme agent d'estérification, 150 mL de pyridine comme solvant, la température de réaction à 110°C.° C, et le temps de réaction 1 h.

(2) Les conditions de synthèse de l'acétate d'hydroxypropylméthylcellulose sont : 0,5 g d'hydroxypropylméthylcellulose, anhydride propionique comme agent d'estérification, 80 mL de pyridine comme solvant, température de réaction à 110°C.°C et temps de réaction de 2,5 h.

(3) Les dérivés de cellulose synthétisés dans ces conditions se présentent directement sous forme de poudres fines avec un bon degré de substitution, et ces deux dérivés de cellulose peuvent être dissous dans divers solvants organiques tels que l'acétate d'éthyle, l'acétone et l'acétone/eau.