Sinteza hidroksipropil metil celuloznog acetata i propionata

Koristeći hidroksipropil metilcelulozu (HPMC) kao sirovinu, anhidrid octene kiseline i anhidrid propionske kiseline kao sredstva za esterifikaciju, reakcija esterifikacije u piridinu je pripremila hidroksipropil metilcelulozni acetat i hidroksipropil metilcelulozni celulozni propionat. Promjenom količine otapala korištenog u sustavu, dobiven je produkt boljih svojstava i stupnja supstitucije. Stupanj supstitucije određen je metodom titracije, a produkt je karakteriziran i ispitan na učinkovitost. Rezultati su pokazali da je reakcijski sustav reagirao na 110°C tijekom 1-2,5 h, a deionizirana voda je korištena kao sredstvo za taloženje nakon reakcije, te su se mogli dobiti praškasti produkti sa stupnjem supstitucije većim od 1 (teorijski stupanj supstitucije bio je 2). Ima dobru topljivost u raznim organskim otapalima kao što su etil ester, aceton, aceton/voda itd.

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

Hidroksipropilmetilceluloza (HPMC) je neionski polimerni spoj i celulozni eter sa širokim rasponom upotrebe. Kao izvrstan kemijski dodatak, HPMC se često koristi u raznim područjima i naziva se "industrijski mononatrijev glutamat". Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) ne samo da ima dobre funkcije emulgiranja, zgušnjavanja i vezivanja, već se također može koristiti za održavanje vlage i zaštitu koloida. Naširoko se koristi u mnogim područjima kao što su hrana, medicina, premazi, tekstil i poljoprivreda. . Modifikacija hidroksipropil metilceluloze može promijeniti neka njezina svojstva, tako da se može bolje koristiti u određenom području. Molekulska formula njegovog monomera je C10H18O6.

Posljednjih godina istraživanje derivata hidroksipropil metilceluloze postupno je postalo vruća točka. Modificiranjem hidroksipropil metilceluloze mogu se dobiti različiti derivati ​​s različitim svojstvima. Na primjer, uvođenje acetilnih skupina može promijeniti fleksibilnost medicinskih premaznih filmova.

Modifikacija hidroksipropil metilceluloze obično se provodi u prisutnosti kiselog katalizatora kao što je koncentrirana sumporna kiselina. Eksperiment obično koristi octenu kiselinu kao otapalo. Uvjeti reakcije su teški i dugotrajni, a dobiveni produkt ima nizak stupanj supstitucije. (manje od 1).

U ovom radu anhidrid octene kiseline i anhidrid propionske kiseline upotrijebljeni su kao sredstva za esterifikaciju za modifikaciju hidroksipropil metilceluloze da se dobije hidroksipropil metilceluloza acetat i hidroksipropil metilceluloza propionat. Istražujući uvjete kao što su odabir otapala (piridin), doziranje otapala, itd., nadamo se da se proizvod s boljim svojstvima i stupnjem supstitucije može dobiti relativno jednostavnom metodom. U ovom radu eksperimentalnim istraživanjem dobiven je ciljni produkt s praškastim talogom i stupnjem supstitucije većim od 1, što je dalo neke teorijske smjernice za proizvodnju hidroksipropil metilceluloza acetata i hidroksipropil metilceluloza propionata.

1. Eksperimentalni dio

1.1 Materijali i reagensi

Hidroksipropil metilceluloza farmaceutske kvalitete (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, maseni udio metoksila 28%-30%, maseni udio hidroksipropoksila 7%-12%); acetanhidrid, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Propionski anhidrid, AR, zapadnoazijski reagens; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; metanol, etanol, eter, etil acetat, aceton, NaOH i HCl komercijalno su dostupni analitički čisti.

Električni grijaći plašt termostata KDM, električna mješalica s digitalnim zaslonom za mjerenje brzine JJ-1A, infracrveni spektrometar s Fourierovom transformacijom NEXUS 670.

1.2 Priprema hidroksipropil metilceluloza acetata

U tikvicu s tri grla dodana je određena količina piridina, zatim je dodano 2,5 g hidroksipropil metilceluloze, reaktanti su ravnomjerno promiješani i temperatura je podignuta na 110°C.°C. Dodati 4 mL anhidrida octene kiseline, reagirati na 110°C 1 h, zaustaviti zagrijavanje, ohladiti na sobnu temperaturu, dodati veliku količinu deionizirane vode da se produkt istaloži, filtrirati usisavanjem, ispirati deioniziranom vodom nekoliko puta dok eluat ne bude neutralan, i osušiti produkt i sačuvati.

1.3 Priprema hidroksipropil metilceluloza propionata

Određena količina piridina dodana je u tikvicu s tri grla, zatim je dodano 0,5 g hidroksipropil metilceluloze, reaktanti su ravnomjerno promiješani i temperatura je podignuta na 110°C.°C. Dodati 1,1 mL propionskog anhidrida, reagirati na 110°C 2,5 h, prestati grijati, ohladiti na sobnu temperaturu, dodati veliku količinu deionizirane vode da se produkt istaloži, filtrirati usisavanjem, ispirati deioniziranom vodom nekoliko puta dok eluat ne bude srednjeg svojstva, pohraniti proizvod na suho.

1.4 Određivanje infracrvene spektroskopije

Hidroksipropil metilceluloza, hidroksipropil metilceluloza acetat, hidroksipropil metilceluloza propionat i KBr pomiješani su i samljeveni redom, a zatim prešani u tablete za određivanje infracrvenog spektra.

1.5 Određivanje stupnja supstitucije

Pripremite otopine NaOH i HCl koncentracije 0,5 mol/L, te kalibracijom odredite točnu koncentraciju; odvažite 0,5 g hidroksipropilmetilceluloza acetata (ester propionske kiseline hidroksipropilmetilceluloze) u Erlenmeyerovu tikvicu od 250 mL, dodajte 25 mL acetona i 3 kapi indikatora fenolftaleina, dobro promiješajte, zatim dodajte 25 mL otopine NaOH, promiješajte i saponificirajte na elektromagnetskoj miješalici za 2 h; titrirati s HCl dok ne nestane crvena boja otopine, zabilježiti utrošeni volumen V1 (V2) klorovodične kiseline; upotrijebite istu metodu za mjerenje volumena V0 klorovodične kiseline koju troši hidroksipropil metilceluloza i izračunajte stupanj supstitucije.

1.6 Pokus topivosti

Uzmite odgovarajuću količinu sintetskih proizvoda, dodajte ih u organsko otapalo, lagano protresite i promatrajte otapanje tvari.

2. Rezultati i rasprava

2.1 Učinak količine piridina (otapala)

Učinci različitih količina piridina na morfologiju hidroksipropilmetilceluloza acetata i hidroksipropilmetilceluloza propionata. Kada je količina otapala manja, to će smanjiti rastezljivost makromolekulskog lanca i viskoznost sustava, tako da će se smanjiti stupanj esterifikacije reakcijskog sustava, a produkt će se istaložiti kao velika masa. A kada je količina otapala premala, reaktant se lako kondenzira u grudu i prianja uz stijenku spremnika, što ne samo da je nepovoljno za izvođenje reakcije, već također uzrokuje velike neugodnosti u obradi nakon reakcije. . U sintezi hidroksipropil metilceluloza acetata, količina upotrijebljenog otapala može se odabrati kao 150 mL/2 g; za sintezu hidroksipropil metilceluloza propionata, može se odabrati 80 mL/0,5 g.

2.2 Analiza infracrvenog spektra

Infracrvena usporedna karta hidroksipropil metilceluloze i hidroksipropil metilceluloza acetata. U usporedbi sa sirovinom, infracrveni spektrogram proizvoda hidroksipropil metilceluloza acetat ima očitiju promjenu. U infracrvenom spektru produkta pojavio se jak vrh na 1740 cm-1, što ukazuje da je proizvedena karbonilna skupina; osim toga, intenzitet vršne vibracije istezanja OH na 3500 cm-1 bio je puno niži od onog kod sirovog materijala, što je također ukazivalo da je -OH postojala reakcija.

Infracrveni spektrogram proizvoda hidroksipropil metilceluloza propionat također se značajno promijenio u usporedbi sa sirovinom. U infracrvenom spektru produkta pojavio se jak vrh na 1740 cm-1, što ukazuje da je proizvedena karbonilna skupina; 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 stupnja supstitucije

2.3.1 Određivanje stupnja supstitucije hidroksipropil metilceluloza acetata

Budući da hidroksipropil metilceluloza ima dva po jedan OH u svakoj jedinici, a celulozni acetat je proizvod dobiven supstitucijom jednog COCH3 za H u jednom OH, teoretski najveći stupanj supstitucije (Ds) je 2.

2.3.2 Određivanje stupnja supstitucije hidroksipropil metilceluloza propionata

2.4 Topivost produkta

Dvije sintetizirane tvari imale su slične karakteristike topljivosti, a hidroksipropil metilceluloza acetat bio je malo topljiviji od hidroksipropil metilceluloza propionata. Sintetski proizvod može se otopiti u acetonu, etil acetatu, miješanom otapalu aceton/voda i ima veću selektivnost. Osim toga, vlaga sadržana u otapalu s mješavinom acetona i vode može učiniti derivate celuloze sigurnijima i ekološki prihvatljivijima kada se koriste kao materijali za premazivanje.

3. Zaključak

(1) Uvjeti sinteze hidroksipropil metilceluloza acetata su sljedeći: 2,5 g hidroksipropil metilceluloze, anhidrid octene kiseline kao sredstvo za esterifikaciju, 150 mL piridina kao otapala, temperatura reakcije na 110 °C.° C, a vrijeme reakcije 1 h.

(2) Uvjeti sinteze hidroksipropil metilceluloza acetata su: 0,5 g hidroksipropil metilceluloze, anhidrid propionske kiseline kao agens za esterifikaciju, 80 mL piridina kao otapala, temperatura reakcije na 110 °C.°C i vrijeme reakcije od 2,5 h.

(3) Derivati ​​celuloze sintetizirani pod ovim uvjetima izravno su u obliku finih prahova s ​​dobrim stupnjem supstitucije, a ova dva derivata celuloze mogu se otopiti u različitim organskim otapalima kao što su etil acetat, aceton i aceton/voda.