תכונות כימיות וסינתזה של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה (HMPC)

Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) הוא פולימר סינתטי המופק מתאית ומשמש בדרך כלל כחומר מעבה, מתחלב ומייצב בתעשיות שונות כגון מזון, תרופות וקוסמטיקה. HMPC היא נגזרת הידרוקסית של מתיל-צלולוזה (MC), אתר תאית לא-יוני מסיס במים המורכב מיחידות תאית מחומצלת ו-hydroxypropylated. HMPC נמצא בשימוש נרחב כחומר עזר בתכשירים פרמצבטיים בשל חוסר הרעילות שלו, התאימות הביולוגית והתכלות הביולוגית שלו.

תכונות כימיות של HMPC:

התכונות הכימיות של HMPC מיוחסות לנוכחות של קבוצות הידרוקסיל ואתר במבנה המולקולרי שלו. קבוצות ההידרוקסיל של תאית ניתנות לפונקציונליות באמצעות תגובות כימיות שונות, כגון אתריפיקציה, אסטריפיקציה וחמצון, כדי להכניס קבוצות פונקציונליות שונות לעמוד השדרה של הפולימר. HMPC מכיל הן קבוצות מתוקסי (-OCH3) והן הידרוקסיפרופיל (-OCH2CHOHCH3), אשר ניתן לשלוט בהן כדי לספק תכונות שונות כגון מסיסות, צמיגות וג'לציה.

HMPC מסיס מאוד במים, יוצר תמיסות שקופות וצמיגות בריכוזים נמוכים. ניתן לשנות את הצמיגות של תמיסות HMPC על ידי התאמת דרגת ההחלפה (DS) של קבוצות ההידרוקסיפרופיל, הקובעת את מספר אתרי ההידרוקסיל המותאמים ליחידת גלוקוז. ככל שה-DS גבוה יותר, כך המסיסות נמוכה יותר והצמיגות של תמיסת ה-HMPC גבוהה יותר. מאפיין זה יכול לשמש כדי לשלוט בשחרור של חומרים פעילים מתכשירים פרמצבטיים.

HMPC גם מפגין התנהגות פסאודו-פלסטית, כלומר הצמיגות יורדת עם הגדלת קצב הגזירה. תכונה זו הופכת אותו למתאים כחומר מעבה לתכשירים נוזליים שצריכים לעמוד בפני כוחות גזירה במהלך עיבוד או יישומים.

HMPC יציב תרמית עד לטמפרטורה מסוימת, שמעליה הוא מתחיל להתפרק. טמפרטורת הפירוק של HMPC תלויה ב-DS ובריכוז הפולימר בתמיסה. טווח טמפרטורת הפירוק של HMPC מדווח כ-190-330 מעלות צלזיוס.

סינתזה של HMPC:

HMPC מסונתז על ידי תגובת האתריפיקציה של תאית עם תחמוצת פרופילן ומתילאתילן אוקסיד בנוכחות זרז אלקליין. התגובה מתרחשת בשני שלבים: ראשית, קבוצות המתיל של תאית מוחלפות בפרופילן אוקסיד, ולאחר מכן קבוצות ההידרוקסיל מוחלפות עוד יותר במתיל אתילן אוקסיד. ניתן לשלוט ב-DS של HMPC על ידי התאמת היחס המולארי של תחמוצת פרופילן לתאית במהלך תהליך הסינתזה.

התגובה מתבצעת בדרך כלל במדיום מימי בטמפרטורה ובלחץ גבוהים. הזרז הבסיסי הוא בדרך כלל נתרן או אשלגן הידרוקסיד, אשר משפר את התגובתיות של קבוצות הידרוקסיל תאית כלפי טבעות האפוקסיד של תחמוצת פרופילן ומתיל-אתילן. לאחר מכן מנוטרל תוצר התגובה, נשטף ומייבש לקבלת תוצר ה-HMPC הסופי.

HMPC יכול להיות מסונתז גם על ידי תגובה של תאית עם תחמוצת פרופילן ואפיכלורוהידרין בנוכחות זרזים חומציים. שיטה זו, המכונה תהליך אפיכלורוהידרין, משמשת לייצור נגזרות תאית קטיוניות, הנטענות באופן חיובי עקב נוכחותן של קבוצות אמוניום רבעוניות.

לסיכום:

HMPC הוא פולימר רב תכליתי בעל תכונות כימיות מצוינות המתאים ליישומים שונים בתעשיות שונות. הסינתזה של HMPC כרוכה בתגובת האתריפיקציה של תאית עם תחמוצת פרופילן ומתילאתילן אוקסיד בנוכחות זרז אלקליין או זרז חומצי. ניתן לכוונן את המאפיינים של HMPC על ידי שליטה ב-DS ובריכוז הפולימר. הבטיחות והתאימות הביולוגית של HMPC הופכות אותו לבחירה טובה עבור פורמולציות פרמצבטיות.