ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზის აცეტატის და პროპიონატის სინთეზი

ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის (HPMC) ნედლეულის, ძმარმჟავას ანჰიდრიდის და პროპიონის ანჰიდრიდის, როგორც ესტერიფიკაციის აგენტების გამოყენებით, პირიდინში ესტერიფიკაციის რეაქციამ მომზადდა ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატი და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა ცელულოზა პროპიონატი. სისტემაში გამოყენებული გამხსნელის რაოდენობის შეცვლით მიიღეს უკეთესი თვისებების და ჩანაცვლების ხარისხის პროდუქტი. ჩანაცვლების ხარისხი განისაზღვრა ტიტრირების მეთოდით, და პროდუქტის დახასიათება და ტესტირება მოხდა. შედეგებმა აჩვენა, რომ რეაქციის სისტემა რეაგირებდა 110-ზე°C 1-2,5 სთ-ის განმავლობაში და დეიონირებული წყალი გამოიყენებოდა, როგორც გამომწვევი აგენტი რეაქციის შემდეგ, და ფხვნილის პროდუქტების მიღება შესაძლებელი იყო 1-ზე მეტი ჩანაცვლების ხარისხით (ჩანაცვლების თეორიული ხარისხი იყო 2). მას აქვს კარგი ხსნადობა სხვადასხვა ორგანულ გამხსნელებში, როგორიცაა ეთილის ესტერი, აცეტონი, აცეტონი/წყალი და ა.შ.

საკვანძო სიტყვები: ჰიდროქსიპროპილი მეთილცელულოზა; ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატი; ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატი

ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზა (HPMC) არის არაიონური პოლიმერული ნაერთი და ცელულოზის ეთერი გამოყენების ფართო სპექტრით. როგორც შესანიშნავი ქიმიური დანამატი, HPMC ხშირად გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში და მას უწოდებენ "ინდუსტრიულ მონოსტრიუმის გლუტამატს". ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზას (HPMC) არა მხოლოდ აქვს კარგი ემულგირება, გასქელება და დამაკავშირებელი ფუნქციები, არამედ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტენიანობის შესანარჩუნებლად და კოლოიდების დასაცავად. იგი ფართოდ გამოიყენება ბევრ სფეროში, როგორიცაა საკვები, მედიცინა, საფარი, ტექსტილი და სოფლის მეურნეობა. . ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მოდიფიკაციამ შეიძლება შეცვალოს მისი ზოგიერთი თვისება, რათა ის უკეთესად იქნას გამოყენებული გარკვეულ სფეროში. მისი მონომერის მოლეკულური ფორმულა არის C10H18O6.

ბოლო წლების განმავლობაში, ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის წარმოებულების კვლევა თანდათან გახდა ცხელი წერტილი. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მოდიფიკაციით, შეიძლება მივიღოთ სხვადასხვა წარმოებული ნაერთები სხვადასხვა თვისებებით. მაგალითად, აცეტილის ჯგუფების დანერგვამ შეიძლება შეცვალოს სამედიცინო საფარის ფილმების მოქნილობა.

ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მოდიფიკაცია ჩვეულებრივ ხორციელდება მჟავა კატალიზატორის თანდასწრებით, როგორიცაა კონცენტრირებული გოგირდის მჟავა. ექსპერიმენტში ჩვეულებრივ გამოიყენება ძმარმჟავა, როგორც გამხსნელი. რეაქციის პირობები შრომატევადი და შრომატევადია და მიღებულ პროდუქტს აქვს ჩანაცვლების დაბალი ხარისხი. (1-ზე ნაკლები).

ამ ნაშრომში, ძმარმჟავას ანჰიდრიდი და პროპიონის ანჰიდრიდი გამოიყენებოდა როგორც ესტერიფიკაციის აგენტები ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მოდიფიკაციისთვის ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატის მოსამზადებლად. ისეთი პირობების შესწავლით, როგორიცაა გამხსნელის შერჩევა (პირიდინი), გამხსნელის დოზა და ა.შ., იმედი გვაქვს, რომ უკეთესი თვისებების და ჩანაცვლების ხარისხის პროდუქტის მიღება შეიძლება შედარებით მარტივი მეთოდით. ამ ნაშრომში, ექსპერიმენტული კვლევის შედეგად, მიიღეს სამიზნე პროდუქტი ფხვნილის ნალექით და 1-ზე მეტი ჩანაცვლების ხარისხით, რაც გარკვეულ თეორიულ მითითებებს აძლევდა ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატის წარმოებისთვის.

1. ექსპერიმენტული ნაწილი

1.1 მასალები და რეაგენტები

ფარმაცევტული ხარისხის ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, მეთოქსილის მასის ფრაქცია 28%-30%, ჰიდროქსიპროპოქსილის მასის ფრაქცია 7%-12%); ძმარმჟავას ანჰიდრიდი, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; პროპიონური ანჰიდრიდი, AR, დასავლეთ აზიის რეაგენტი; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; მეთანოლი, ეთანოლი, ეთერი, ეთილის აცეტატი, აცეტონი, NaOH და HCl კომერციულად ხელმისაწვდომია ანალიტიკურად სუფთა.

KDM თერმოსტატის ელექტრო გამაცხელებელი მოსასხამი, JJ-1A სიჩქარის საზომი ციფრული ეკრანის ელექტრო ამრევი, NEXUS 670 ფურიეს ტრანსფორმაციის ინფრაწითელი სპექტრომეტრი.

1.2 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის მომზადება

პირიდინის გარკვეული რაოდენობა დაემატა სამყელიან კოლბაში, შემდეგ კი მას დაუმატეს 2,5 გ ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა, რეაგენტები თანაბრად აურიეს და ტემპერატურა 110-მდე აიწიეს.°გ. დაამატეთ 4 მლ ძმარმჟავა, რეაგირება 110-ზე°C 1 საათის განმავლობაში, შეწყვიტეთ გათბობა, გააგრილეთ ოთახის ტემპერატურამდე, დაამატეთ დიდი რაოდენობით დეიონიზებული წყალი პროდუქტის დასალექად, გაფილტრეთ შეწოვით, დაიბანეთ დეიონიზებული წყლით რამდენჯერმე, სანამ გამონაყარი ნეიტრალურია, და გააშრეთ პროდუქტი.

1.3 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატის მომზადება

პირიდინის გარკვეული რაოდენობა ემატება სამყელიან კოლბაში, შემდეგ კი მას 0,5გრ ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზას უმატებენ, რეაგენტებს თანაბრად ურევენ და ტემპერატურა ამაღლებენ 110-მდე.°გ. დაამატეთ 1,1 მლ პროპიონის ანჰიდრიდი, რეაგირება 110-ზე°C 2,5 საათის განმავლობაში, შეწყვიტეთ გათბობა, გააცივეთ ოთახის ტემპერატურამდე, დაამატეთ დიდი რაოდენობით დეიონიზებული წყალი პროდუქტის დასალექად, გაფილტრეთ შეწოვით, დაიბანეთ დეიონიზებული წყლით რამდენჯერმე, სანამ გამორეცხვა არ გახდება საშუალო თვისება, შეინახეთ პროდუქტი მშრალ მდგომარეობაში.

1.4 ინფრაწითელი სპექტროსკოპიის განსაზღვრა

ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა, ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატი, ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატი და KBr შესაბამისად შერეული და დაფქული იყო და შემდეგ დაჭერით ტაბლეტებში ინფრაწითელი სპექტრის დასადგენად.

1.5 ჩანაცვლების ხარისხის განსაზღვრა

მოამზადეთ NaOH და HCl ხსნარები 0,5 მოლ/ლ კონცენტრაციით და ჩაატარეთ კალიბრაცია ზუსტი კონცენტრაციის დასადგენად; აწონეთ 0,5 გ ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზის აცეტატი (ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზის პროპიონის მჟავას ესტერი) 250 მლ ერლენმაიერის კოლბაში, დაამატეთ 25 მლ აცეტონი და 3 წვეთი ფენოლფთალეინის ინდიკატორი, კარგად აურიეთ, შემდეგ დაამატეთ 25 მლ NaOH-ის ელექტრომაგნიფიკაციის ხსნარი. 2 სთ; ტიტრატით HCI-ით, სანამ ხსნარის წითელი ფერი არ გაქრება, ჩაწერეთ მოხმარებული მარილმჟავას მოცულობა V1 (V2); გამოიყენეთ იგივე მეთოდი ჰიდროქლორინის მჟავას V0 მოცულობის გასაზომად, რომელიც მოიხმარს ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზას და გამოთვალეთ ჩანაცვლების ხარისხი.

1.6 ხსნადობის ექსპერიმენტი

აიღეთ სინთეტიკური პროდუქტების შესაბამისი რაოდენობა, დაამატეთ ორგანულ გამხსნელს, ოდნავ შეანჯღრიეთ და დააკვირდით ნივთიერების დაშლას.

2. შედეგები და დისკუსია

2.1 პირიდინის (გამხსნელი) რაოდენობის ეფექტი

პირიდინის სხვადასხვა რაოდენობით ზემოქმედება ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზის აცეტატის და ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზის პროპიონატის მორფოლოგიაზე. როდესაც გამხსნელის რაოდენობა ნაკლებია, ეს შეამცირებს მაკრომოლეკულური ჯაჭვის გაფართოებას და სისტემის სიბლანტეს, ასე რომ, რეაქციის სისტემის ესტერიფიკაციის ხარისხი შემცირდება და პროდუქტი დიდი მასის სახით დალექდება. ხოლო როდესაც გამხსნელის რაოდენობა ძალიან დაბალია, რეაგენტი ადვილად კონდენსაციას უკეთებს ჭურჭლის კედელს, რაც არამარტო არახელსაყრელია რეაქციის განსახორციელებლად, არამედ დიდ დისკომფორტს უქმნის რეაქციის შემდგომ მკურნალობას. . ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის სინთეზისას გამოყენებული გამხსნელის რაოდენობა შეიძლება შეირჩეს 150 მლ/2 გ; ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატის სინთეზისთვის ის შეიძლება შეირჩეს 80 მლ/0,5 გ.

2.2 ინფრაწითელი სპექტრის ანალიზი

ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის ინფრაწითელი შედარების სქემა. ნედლეულთან შედარებით, პროდუქტის ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის ინფრაწითელი სპექტროგრამა უფრო აშკარა ცვლილებაა. პროდუქტის ინფრაწითელ სპექტრში ძლიერი პიკი გამოჩნდა 1740 სმ-1-ზე, რაც მიუთითებს, რომ წარმოიქმნა კარბონილის ჯგუფი; გარდა ამისა, OH-ის ვიბრაციის გაჭიმვის პიკის ინტენსივობა 3500სმ-1-ზე გაცილებით დაბალი იყო, ვიდრე ნედლეულის, რაც ასევე მიუთითებს იმაზე, რომ -OH იყო რეაქცია.

ნედლეულთან შედარებით მნიშვნელოვნად შეიცვალა პროდუქტის ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა პროპიონატის ინფრაწითელი სპექტროგრამა. პროდუქტის ინფრაწითელ სპექტრში ძლიერი პიკი გამოჩნდა 1740 სმ-1-ზე, რაც მიუთითებს, რომ წარმოიქმნა კარბონილის ჯგუფი; გარდა ამისა, OH გაჭიმვის ვიბრაციის პიკის ინტენსივობა 3500 სმ-1-ზე გაცილებით დაბალი იყო ნედლეულთან შედარებით, რაც ასევე მიუთითებს იმაზე, რომ OH რეაგირებდა.

2.3 ჩანაცვლების ხარისხის განსაზღვრა

2.3.1 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის ჩანაცვლების ხარისხის განსაზღვრა

ვინაიდან ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზას აქვს ორი ერთი OH თითოეულ ერთეულში და ცელულოზის აცეტატი არის პროდუქტი, რომელიც მიიღება ერთი COCH3 H-ით ერთ OH-ში ჩანაცვლებით, ჩანაცვლების თეორიული მაქსიმალური ხარისხი (Ds) არის 2.

2.3.2 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატის ჩანაცვლების ხარისხის განსაზღვრა

2.4 პროდუქტის ხსნადობა

სინთეზირებულ ორ ნივთიერებას ჰქონდა მსგავსი ხსნადობის მახასიათებლები და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატი ოდნავ უფრო ხსნადი იყო ვიდრე ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის პროპიონატი. სინთეზური პროდუქტი შეიძლება გაიხსნას აცეტონში, ეთილის აცეტატში, აცეტონში/წყალში შერეულ გამხსნელში და აქვს მეტი სელექციურობა. გარდა ამისა, აცეტონის/წყლის შერეულ გამხსნელში შემავალ ტენიანობას შეუძლია ცელულოზის წარმოებულები უფრო უსაფრთხო და ეკოლოგიურად სუფთა გახადოს, როდესაც გამოიყენება როგორც საფარი.

3. დასკვნა

(1) ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის სინთეზის პირობები შემდეგია: 2,5 გ ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა, ძმარმჟავა ანჰიდრიდი, როგორც ესტერიფიკაციის აგენტი, 150 მლ პირიდინი, როგორც გამხსნელი, რეაქციის ტემპერატურა 110° C და რეაქციის დრო 1 სთ.

(2) ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის აცეტატის სინთეზის პირობებია: 0,5 გ ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა, პროპიონური ანჰიდრიდი, როგორც ესტერიფიკაციის საშუალება, 80 მლ პირიდინი, როგორც გამხსნელი, რეაქციის ტემპერატურა 110°C და რეაქციის დრო 2.5 სთ.

(3) ამ პირობებში სინთეზირებული ცელულოზის წარმოებულები უშუალოდ არის წვრილი ფხვნილების სახით, კარგი ჩანაცვლების ხარისხით, და ეს ორი ცელულოზის წარმოებულები შეიძლება დაიშალოს სხვადასხვა ორგანულ გამხსნელებში, როგორიცაა ეთილის აცეტატი, აცეტონი და აცეტონი/წყალი.