ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HMPC) の化学的性質と合成

ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) はセルロースから誘導される合成ポリマーで、食品、医薬品、化粧品などのさまざまな業界で増粘剤、乳化剤、安定剤として一般的に使用されています。 HMPC は、メトキシル化およびヒドロキシプロピル化セルロース単位から構成される水溶性非イオン性セルロース エーテルであるメチルセルロース (MC) のヒドロキシプロピル化誘導体です。 HMPC は、その非毒性、生体適合性、生分解性により、医薬製剤の賦形剤として広く使用されています。

HMPC の化学的特性:

HMPC の化学的特性は、その分子構造内のヒドロキシル基とエーテル基の存在に起因します。セルロースのヒドロキシル基は、エーテル化、エステル化、酸化などのさまざまな化学反応を通じて官能化され、ポリマー主鎖にさまざまな官能基を導入できます。 HMPC にはメトキシ (-OCH3) 基とヒドロキシプロピル (-OCH2CHOHCH3) 基の両方が含まれており、これらを制御して溶解度、粘度、ゲル化などのさまざまな特性を実現できます。

HMPC は水への溶解度が高く、低濃度で透明な粘稠な溶液を形成します。 HMPC 溶液の粘度は、グルコース単位あたりの修飾ヒドロキシル部位の数を決定するヒドロキシプロピル基の置換度 (DS) を調整することによって変更できます。 DS が高くなるほど、HMPC 溶液の溶解度は低くなり、粘度は高くなります。この特性を利用して、医薬製剤からの有効成分の放出を制御できます。

HMPC は擬塑性挙動も示します。これは、せん断速度が増加すると粘度が低下することを意味します。この特性により、加工または塗布中にせん断力に耐える必要がある液体製剤の増粘剤として適しています。

HMPC は特定の温度までは熱的に安定ですが、それを超えると劣化が始まります。 HMPC の分解温度は、DS と溶液中のポリマーの濃度に依存します。 HMPC の分解温度範囲は 190 ～ 330°C であると報告されています。

HMPCの合成:

HMPCは、アルカリ触媒の存在下、セルロースとプロピレンオキシドおよびメチルエチレンオキシドとのエーテル化反応により合成されます。反応は 2 段階で進行します。まず、セルロースのメチル基がプロピレンオキシドに置換され、次に水酸基がさらにメチルエチレンオキシドに置換されます。 HMPC の DS は、合成プロセス中にプロピレンオキシドとセルロースのモル比を調整することによって制御できます。

反応は通常、水性媒体中、高温高圧で行われる。塩基性触媒は通常、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムであり、プロピレンオキシドおよびメチルエチレンオキシドのエポキシド環に対するセルロースのヒドロキシル基の反応性を高めます。次いで、反応生成物を中和し、洗浄し、乾燥させて、最終的なＨＭＰＣ生成物を得る。

HMPCは、酸触媒の存在下でセルロースとプロピレンオキシドおよびエピクロロヒドリンを反応させることによっても合成できます。エピクロロヒドリンプロセスとして知られるこの方法は、第四級アンモニウム基の存在により正に帯電したカチオン性セルロース誘導体を製造するために使用されます。

結論は：

HMPC は、さまざまな業界のさまざまな用途に適した優れた化学的特性を備えた多機能ポリマーです。 HMPCの合成には、アルカリ触媒または酸触媒の存在下でのセルロースのプロピレンオキシドおよびメチルエチレンオキシドによるエーテル化反応が含まれます。 HMPC の特性は、ポリマーの DS と濃度を制御することで調整できます。 HMPC は安全性と生体適合性があるため、医薬製剤にとって好ましい選択肢となります。