סינתזה של Hydroxypropyl Methyl Cellulose Acetate ו-Propionate

שימוש בהידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה (HPMC) כחומר גלם, אנהידריד אצטי ואנהידריד פרופיוני כחומרי אסטריפיקציה, תגובת האסטריפיקציה בפירידין הכינה הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז אצטט והידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז פרופיונאט תאית. על ידי שינוי כמות הממס המשמשת במערכת, התקבל מוצר בעל תכונות טובות יותר ודרגת החלפה. דרגת ההחלפה נקבעה בשיטת טיטרציה, והמוצר אופיין ונבדק לביצועים. התוצאות הראו שמערכת התגובה הגיבה ב-110°C למשך 1-2.5 שעות, ומים דה-יונים שימשו כחומר המשקע לאחר התגובה, וניתן היה להשיג מוצרים אבקתיים עם דרגת החלפה גדולה מ-1 (דרגת ההחלפה התיאורטית הייתה 2). יש לו מסיסות טובה בממסים אורגניים שונים כגון אתיל אסטר, אצטון, אצטון/מים וכו'.

מילות מפתח: הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה; הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה אצטט; הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז פרופיונאט

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) היא תרכובת פולימר לא יונית ואתר תאית עם מגוון רחב של שימושים. כתוסף כימי מצוין, HPMC משמש לעתים קרובות בתחומים שונים ונקרא "מונוסודיום גלוטמט תעשייתי". Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) לא רק בעל פונקציות מתחלבות, עיבוי וקשירה טובות, אלא גם יכול לשמש כדי לשמור על לחות ולהגן על קולואידים. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים רבים כגון מזון, רפואה, ציפויים, טקסטיל וחקלאות. . שינוי של hydroxypropyl methylcellulose יכול לשנות חלק מתכונותיו, כך שניתן יהיה להשתמש בו טוב יותר בתחום מסוים. הנוסחה המולקולרית של המונומר שלו היא C10H18O6.

בשנים האחרונות, מחקר על נגזרות מתיל-צלולוזה של הידרוקסיפרופיל הפך בהדרגה לנקודה חמה. על ידי שינוי hydroxypropyl methylcellulose, ניתן להשיג תרכובות נגזרות שונות בעלות תכונות שונות. לדוגמה, הכנסת קבוצות אצטיל יכולה לשנות את הגמישות של סרטי ציפוי רפואיים.

השינוי של מתילצלולוזה הידרוקסיפרופיל מתבצע בדרך כלל בנוכחות זרז חומצי כגון חומצה גופרתית מרוכזת. הניסוי משתמש בדרך כלל בחומצה אצטית כממס. תנאי התגובה מסורבלים וגוזלים זמן, ולתוצר המתקבל יש דרגת החלפה נמוכה. (פחות מ-1).

במאמר זה, אנהידריד אצטי ואנהידריד פרופיוני שימשו כסוכני אסטריפיקציה כדי לשנות את הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז להכנת אצטט הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז והידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז פרופיונאט. על ידי בחינת תנאים כמו בחירת ממס (פירידין), מינון ממס וכו', יש לקוות שניתן להשיג מוצר בעל תכונות ודרגת החלפה טובה יותר בשיטה פשוטה יחסית. במאמר זה, באמצעות מחקר ניסיוני, הושג מוצר המטרה עם משקע אבקתי ודרגת החלפה גדולה מ-1, מה שסיפק הדרכה תיאורטית לייצור של hydroxypropyl methylcellulose acetate ו-hydroxypropyl methylcellulose propionate.

1. חלק ניסיוני

1.1 חומרים וריאגנטים

הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז בדרגה פרמצבטית (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, חלק מסת מתוקסיל 28%-30%, חלק מסה הידרוקסיפרופוקסיל 7%-12%); אנהידריד acetic, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Propionic Anhydride, AR, West Asia Reagent; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; מתנול, אתנול, אתר, אתיל אצטט, אצטון, NaOH ו-HCl זמינים מסחרית נקיים מבחינה אנליטית.

מעטפת חימום חשמלית של תרמוסטט KDM, JJ-1A מדידת מהירות תצוגה דיגיטלית בוחש חשמלי, ספקטרומטר אינפרא אדום טרנספורמציה NEXUS 670 פורייה.

1.2 הכנת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה אצטט

כמות מסוימת של פירידין הוספה לבקבוק התלת-צווארי, ולאחר מכן הוסיפו לו 2.5 גרם הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז, המגיבים נערבלו באופן שווה, והטמפרטורה הועלתה ל-110°ג. הוסף 4 מ"ל של אנהידריד אצטי, הגיב ב-110°C למשך שעה, הפסק את החימום, קירור לטמפרטורת החדר, הוסף כמות גדולה של מים דה-יונים כדי לזרז את המוצר, סינון עם יניקה, שטף במים דה-יונים במשך מספר פעמים עד שה-eluate ניטרלי, ויבש את המוצר.

1.3 הכנת פרופיונאט הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה

כמות מסוימת של פירידין הוספה לתוך הבקבוק בעל שלוש הצווארים, ולאחר מכן הוסיפו לו 0.5 גרם של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז, המגיבים נערבלו באופן שווה, והטמפרטורה הועלתה ל-110°ג. הוסף 1.1 מ"ל של אנהידריד פרופיוני, הגיב ב-110°C למשך 2.5 שעות, הפסק את החימום, קירור לטמפרטורת החדר, הוסף כמות גדולה של מים דה-יונים כדי לזרז את המוצר, סינון עם שאיבה, שטף במים דה-יונים במשך מספר פעמים עד שה-eluate הוא בעל תכונה בינונית, אחסן את המוצר יבש.

1.4 קביעת ספקטרוסקופיה אינפרא אדום

הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה, הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה אצטט, הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה פרופיונאט ו- KBr היו מעורבים וטחונים בהתאמה, ולאחר מכן נלחצו לטבליות כדי לקבוע את הספקטרום האינפרא אדום.

1.5 קביעת דרגת ההחלפה

הכן פתרונות NaOH ו- HCl בריכוז של 0.5 מול/ליטר, ובצע כיול לקביעת הריכוז המדויק; שקלו 0.5 גרם של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז אצטט (אסטר חומצה פרופיונית הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז) בבקבוק של 250 מ"ל ארלנמייר, הוסיפו 25 מ"ל אצטון ו-3 טיפות מחוון פנולפתלין, ערבבו היטב, ולאחר מכן הוסיפו 25 מ"ל תמיסת NaOH, ערבבו וסובנו על גבי אלקטרומגנטי. 2 שעות; טיטר עם HCI עד שהצבע האדום של התמיסה נעלם, רשום את נפח V1 (V2) של חומצה הידרוכלורית שנצרכה; השתמש באותה שיטה כדי למדוד את נפח V0 של חומצה הידרוכלורית הנצרכת על ידי הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז, וחשב את מידת ההחלפה.

1.6 ניסוי מסיסות

קחו כמות מתאימה של מוצרים סינתטיים, הוסיפו אותם לממס האורגני, נערו מעט וצפו בהתמוססות החומר.

2. תוצאות ודיון

2.1 השפעת כמות הפירידין (ממס)

השפעות של כמויות שונות של פירידין על המורפולוגיה של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז אצטט והידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז פרופיונאט. כאשר כמות הממס קטנה יותר, הוא יקטין את יכולת ההארכה של השרשרת המקרומולקולרית ואת צמיגות המערכת, כך שמידת האסטריפיקציה של מערכת התגובה תפחת, והתוצר יישרט כמסה גדולה. וכאשר כמות הממס נמוכה מדי, קל להתעבות את המגיב לגוש ולהיצמד לדופן המיכל, מה שלא רק שלילי לביצוע התגובה, אלא גם גורם אי נוחות רבה לטיפול לאחר התגובה. . בסינתזה של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה אצטט, ניתן לבחור את כמות הממס המשמשת כ-150 מ"ל/2 גרם; לסינתזה של hydroxypropyl methylcellulose propionate, ניתן לבחור אותו כ-80 מ"ל/0.5 גרם.

2.2 ניתוח ספקטרום אינפרא אדום

תרשים השוואה אינפרא אדום של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה והידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה אצטט. בהשוואה לחומר הגלם, בספקטרוגרם האינפרא אדום של המוצר הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז אצטט יש שינוי ברור יותר. בספקטרום האינפרא אדום של המוצר, הופיע שיא חזק ב-1740cm-1, המעיד על כך שנוצרה קבוצת קרבוניל; בנוסף, עוצמת שיא הרטט המתיחה של OH ב-3500cm-1 הייתה נמוכה בהרבה מזו של חומר הגלם, מה שגם הצביע על כך ש-OH יש תגובה.

הספקטרוגרמה האינפרא אדום של המוצר הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז פרופיונאט השתנתה גם היא משמעותית בהשוואה לחומר הגלם. בספקטרום האינפרא אדום של המוצר הופיע שיא חזק ב-1740 ס"מ-1, המעיד על כך שנוצרה קבוצת קרבוניל; בנוסף, עוצמת הרטט המתיחה של OH ב-3500 ס"מ-1 הייתה נמוכה בהרבה מזו של חומר הגלם, מה שגם הצביע על כך ש-OH הגיב.

2.3 קביעת דרגת ההחלפה

2.3.1 קביעת דרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז אצטט

מכיוון שלידרוקסיפרופיל מתיל-צלולוזה יש שני OH אחד בכל יחידה, ואצטט תאית הוא מוצר המתקבל על ידי החלפת COCH3 אחד ב-H ב-OH אחד, דרגת ההחלפה המרבית התיאורטית (Ds) היא 2.

2.3.2 קביעת מידת ההחלפה של פרופיונאט הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה

2.4 מסיסות המוצר

לשני החומרים שסונתזו היו מאפייני מסיסות דומים, והידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה אצטט היה מסיס מעט יותר מהפרופיונאט של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה. ניתן להמיס את המוצר הסינטטי באציטון, אתיל אצטט, ממס מעורב אצטון/מים, ויש לו יותר סלקטיביות. בנוסף, הלחות הכלולה בממס מעורב אצטון/מים יכולה להפוך את נגזרות התאית לבטוחות יותר וידידותיות יותר לסביבה כשהן משמשות כחומרי ציפוי.

3. מסקנה

(1) תנאי הסינתזה של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז אצטט הם כדלקמן: 2.5 גרם של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז, אנהידריד אצטי כחומר האסטריפיקציה, 150 מ"ל פירידין כממס, טמפרטורת התגובה היא 110° C, וזמן התגובה 1 שעה.

(2) תנאי הסינתזה של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז אצטט הם: 0.5 גרם של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז, אנהידריד פרופיוני כחומר אסטריפיקציה, 80 מ"ל פירידין כממס, טמפרטורת תגובה של 110°C, וזמן תגובה של 2.5 שעות.

(3) נגזרות התאית המסונתזות בתנאי זה הן ישירות בצורה של אבקות עדינות עם מידת החלפה טובה, ושתי נגזרות תאית אלו ניתנות להמסה בממסים אורגניים שונים כגון אתיל אצטט, אצטון ואציטון/מים.