Sintesi di acetato e propionato di idrossipropilmetilcellulosa

Utilizzando idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) come materia prima, anidride acetica e anidride propionica come agenti di esterificazione, la reazione di esterificazione nell'acetato di idrossipropilmetilcellulosa preparato con piridina e idrossipropilmetilcellulosa propionato di cellulosa. Modificando la quantità di solvente utilizzato nel sistema, è stato ottenuto un prodotto con proprietà e grado di sostituzione migliori. Il grado di sostituzione è stato determinato mediante il metodo di titolazione e il prodotto è stato caratterizzato e testato per le prestazioni. I risultati hanno mostrato che il sistema di reazione ha fatto reagire a 110°C per 1-2,5 ore e come agente precipitante è stata utilizzata acqua deionizzata dopo la reazione e si sono potuti ottenere prodotti in polvere con un grado di sostituzione maggiore di 1 (il grado di sostituzione teorico era 2). Ha una buona solubilità in vari solventi organici come estere etilico, acetone, acetone/acqua, ecc.

Parole chiave: idrossipropile metilcellulosa; acetato di idrossipropilmetilcellulosa; propionato di idrossipropilmetilcellulosa

L'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) è un composto polimerico non ionico e un etere di cellulosa con un'ampia gamma di usi. Essendo un eccellente additivo chimico, l'HPMC è spesso utilizzato in vari campi e viene chiamato “glutammato monosodico industriale”. L'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) non solo ha buone funzioni emulsionanti, addensanti e leganti, ma può anche essere utilizzata per mantenere l'umidità e proteggere i colloidi. È ampiamente utilizzato in molti campi come cibo, medicina, rivestimenti, tessile e agricoltura. . La modifica dell'idrossipropilmetilcellulosa può cambiare alcune delle sue proprietà, in modo che possa essere utilizzata meglio in un determinato campo. La formula molecolare del suo monomero è C10H18O6.

Negli ultimi anni, la ricerca sui derivati ​​dell’idrossipropilmetilcellulosa è diventata gradualmente un punto caldo. Modificando l'idrossipropilmetilcellulosa si possono ottenere vari composti derivati ​​con proprietà diverse. Ad esempio, l'introduzione di gruppi acetile può modificare la flessibilità delle pellicole di rivestimento medicali.

La modifica dell'idrossipropilmetilcellulosa viene solitamente effettuata in presenza di un catalizzatore acido come l'acido solforico concentrato. L'esperimento utilizza solitamente l'acido acetico come solvente. Le condizioni di reazione sono complicate e richiedono molto tempo e il prodotto risultante ha un basso grado di sostituzione. (meno di 1).

In questo documento, l'anidride acetica e l'anidride propionica sono state utilizzate come agenti di esterificazione per modificare l'idrossipropilmetilcellulosa per preparare acetato di idrossipropilmetilcellulosa e propionato di idrossipropilmetilcellulosa. Esplorando condizioni come la selezione del solvente (piridina), il dosaggio del solvente, ecc., si spera di poter ottenere un prodotto con proprietà e grado di sostituzione migliori attraverso un metodo relativamente semplice. In questo articolo, attraverso la ricerca sperimentale, è stato ottenuto il prodotto target con un precipitato polveroso e un grado di sostituzione maggiore di 1, che ha fornito alcune indicazioni teoriche per la produzione di acetato di idrossipropilmetilcellulosa e propionato di idrossipropilmetilcellulosa.

1. Parte sperimentale

1.1 Materiali e reagenti

Idrossipropilmetilcellulosa di grado farmaceutico (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, frazione in massa metossilica 28%-30%, frazione in massa idrossipropossilica 7%-12%); anidride acetica, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Anidride propionica, AR, Reagente Asia occidentale; Piridina, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; metanolo, etanolo, etere, acetato di etile, acetone, NaOH e HCl sono disponibili in commercio analiticamente puri.

Mantello riscaldante elettrico con termostato KDM, agitatore elettrico con display digitale per la misurazione della velocità JJ-1A, spettrometro a infrarossi a trasformata di Fourier NEXUS 670.

1.2 Preparazione dell'acetato di idrossipropilmetilcellulosa

Nel pallone a tre colli è stata aggiunta una certa quantità di piridina, quindi sono stati aggiunti 2,5 g di idrossipropilmetilcellulosa, i reagenti sono stati agitati uniformemente e la temperatura è stata aumentata a 110°C.°C. Aggiungere 4 mL di anidride acetica, reagire a 110°C per 1 ora, interrompere il riscaldamento, raffreddare a temperatura ambiente, aggiungere una grande quantità di acqua deionizzata per far precipitare il prodotto, filtrare con aspirazione, lavare con acqua deionizzata più volte fino a quando l'eluato è neutro e asciugare il prodotto salvo.

1.3 Preparazione di idrossipropilmetilcellulosa propionato

Nel pallone a tre colli è stata aggiunta una certa quantità di piridina, quindi sono stati aggiunti 0,5 g di idrossipropilmetilcellulosa, i reagenti sono stati agitati uniformemente e la temperatura è stata aumentata a 110°C.°C. Aggiungere 1,1 ml di anidride propionica e reagire a 110°C per 2,5 h, interrompere il riscaldamento, raffreddare a temperatura ambiente, aggiungere una grande quantità di acqua deionizzata per far precipitare il prodotto, filtrare con aspirazione, lavare con acqua deionizzata più volte fino a quando l'eluato ha proprietà medie, conservare il prodotto asciutto.

1.4 Determinazione della spettroscopia infrarossa

L'idrossipropilmetilcellulosa, l'idrossipropilmetilcellulosa acetato, l'idrossipropilmetilcellulosa propionato e il KBr sono stati rispettivamente miscelati e macinati e quindi pressati in compresse per determinare lo spettro infrarosso.

1.5 Determinazione del grado di sostituzione

Preparare soluzioni di NaOH e HCl con una concentrazione di 0,5 mol/L ed effettuare la calibrazione per determinare la concentrazione esatta; pesare 0,5 g di acetato di idrossipropilmetilcellulosa (estere dell'acido propionico di idrossipropilmetilcellulosa) in una beuta da 250 mL, aggiungere 25 mL di acetone e 3 gocce di indicatore di fenolftaleina, mescolare bene, quindi aggiungere 25 mL di soluzione di NaOH, agitare e saponificare su agitatore elettromagnetico per 2 ore; titolare con HCl fino alla scomparsa del colore rosso della soluzione, registrare il volume V1 (V2) di acido cloridrico consumato; utilizzare lo stesso metodo per misurare il volume V0 di acido cloridrico consumato dall'idrossipropilmetilcellulosa e calcolare il grado di sostituzione.

1.6 Esperimento di solubilità

Prelevare una quantità adeguata di prodotti di sintesi, aggiungerli al solvente organico, agitare leggermente e osservare la dissoluzione della sostanza.

2. Risultati e discussione

2.1 L'effetto della quantità di piridina (solvente)

Effetti di diverse quantità di piridina sulla morfologia dell'acetato di idrossipropilmetilcellulosa e del propionato di idrossipropilmetilcellulosa. Quando la quantità di solvente è inferiore, ridurrà l'estensibilità della catena macromolecolare e la viscosità del sistema, in modo che il grado di esterificazione del sistema di reazione sarà ridotto e il prodotto verrà precipitato come una grande massa. E quando la quantità di solvente è troppo bassa, è facile che il reagente si condensi in un grumo e aderisca alla parete del contenitore, il che non solo è sfavorevole per lo svolgimento della reazione, ma causa anche grandi disagi al trattamento dopo la reazione. . Nella sintesi dell'acetato di idrossipropilmetilcellulosa, la quantità di solvente utilizzato può essere selezionata come 150 mL/2 g; per la sintesi dell'idrossipropilmetilcellulosa propionato, può essere selezionato come 80 mL/0,5 g.

2.2 Analisi dello spettro infrarosso

Grafico di confronto a infrarossi di idrossipropilmetilcellulosa e acetato di idrossipropilmetilcellulosa. Rispetto alla materia prima, lo spettrogramma infrarosso del prodotto acetato di idrossipropilmetilcellulosa presenta un cambiamento più evidente. Nello spettro infrarosso del prodotto, è apparso un forte picco a 1740 cm-1, indicando che è stato prodotto un gruppo carbonile; inoltre, l'intensità del picco di vibrazione di stiramento di OH a 3500 cm-1 era molto inferiore a quella della materia prima, il che indicava anche che -OH C'era una reazione.

Anche lo spettrogramma infrarosso del prodotto idrossipropilmetilcellulosa propionato è cambiato in modo significativo rispetto alla materia prima. Nello spettro infrarosso del prodotto, è apparso un forte picco a 1740 cm-1, indicando che è stato prodotto un gruppo carbonile; inoltre, l'intensità del picco di vibrazione dello stiramento dell'OH a 3500 cm-1 era molto inferiore a quella della materia prima, il che indicava anche che un OH aveva reagito.

2.3 Determinazione del grado di sostituzione

2.3.1 Determinazione del grado di sostituzione dell'acetato di idrossipropilmetilcellulosa

Poiché l'idrossipropilmetilcellulosa ha due OH in ciascuna unità e l'acetato di cellulosa è un prodotto ottenuto sostituendo un COCH3 con H in un OH, il grado massimo teorico di sostituzione (Ds) è 2.

2.3.2 Determinazione del grado di sostituzione dell'idrossipropilmetilcellulosa propionato

2.4 Solubilità del prodotto

Le due sostanze sintetizzate avevano caratteristiche di solubilità simili e l'acetato di idrossipropilmetilcellulosa era leggermente più solubile del propionato di idrossipropilmetilcellulosa. Il prodotto sintetico può essere sciolto in acetone, acetato di etile, solvente misto acetone/acqua e ha una maggiore selettività. Inoltre, l'umidità contenuta nel solvente misto acetone/acqua può rendere i derivati ​​della cellulosa più sicuri ed ecologici se utilizzati come materiali di rivestimento.

3. Conclusione

(1) Le condizioni di sintesi dell'acetato di idrossipropilmetilcellulosa sono le seguenti: 2,5 g di idrossipropilmetilcellulosa, anidride acetica come agente di esterificazione, 150 mL di piridina come solvente, temperatura di reazione a 110° C, e il tempo di reazione 1 h.

(2) Le condizioni di sintesi dell'acetato di idrossipropilmetilcellulosa sono: 0,5 g di idrossipropilmetilcellulosa, anidride propionica come agente di esterificazione, 80 mL di piridina come solvente, temperatura di reazione a 110°C e tempo di reazione di 2,5 ore.

(3) I derivati ​​della cellulosa sintetizzati in queste condizioni sono direttamente sotto forma di polveri fini con un buon grado di sostituzione e questi due derivati ​​della cellulosa possono essere disciolti in vari solventi organici come acetato di etile, acetone e acetone/acqua.