Synthese van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat en propionaat

Met behulp van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) als grondstof, azijnzuuranhydride en propionzuuranhydride als veresteringsmiddelen, bereidde de veresteringsreactie in pyridine hydroxypropylmethylcelluloseacetaat en hydroxypropylmethylcellulosecellulosepropionaat. Door de hoeveelheid oplosmiddel die in het systeem wordt gebruikt te veranderen, werd een product met betere eigenschappen en substitutiegraad verkregen. De substitutiegraad werd bepaald door middel van de titratiemethode, en het product werd gekarakteriseerd en getest op prestatie. De resultaten toonden aan dat het reactiesysteem reageerde bij 110°C°C gedurende 1-2,5 uur, en gedeïoniseerd water werd gebruikt als precipitatiemiddel na de reactie, en poedervormige producten met een substitutiegraad groter dan 1 (de theoretische substitutiegraad was 2) konden worden verkregen. Het heeft een goede oplosbaarheid in verschillende organische oplosmiddelen zoals ethylester, aceton, aceton/water, enz.

Trefwoorden: hydroxypropyl methylcellulose; hydroxypropylmethylcelluloseacetaat; hydroxypropylmethylcellulosepropionaat

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een niet-ionische polymeerverbinding en een cellulose-ether met een breed scala aan toepassingen. Als uitstekend chemisch additief wordt HPMC vaak op verschillende gebieden gebruikt en wordt het “industrieel mononatriumglutamaat” genoemd. Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) heeft niet alleen goede emulgerende, verdikkende en bindende functies, maar kan ook worden gebruikt om vocht vast te houden en colloïden te beschermen. Het wordt veel gebruikt op veel gebieden, zoals voedsel, medicijnen, coatings, textiel en landbouw. . Modificatie van hydroxypropylmethylcellulose kan enkele eigenschappen ervan veranderen, zodat het beter op een bepaald gebied kan worden gebruikt. De moleculaire formule van het monomeer is C10H18O6.

De afgelopen jaren is het onderzoek naar hydroxypropylmethylcellulosederivaten geleidelijk een hotspot geworden. Door hydroxypropylmethylcellulose te modificeren kunnen verschillende afgeleide verbindingen met verschillende eigenschappen worden verkregen. De introductie van acetylgroepen kan bijvoorbeeld de flexibiliteit van medische coatingfilms veranderen.

De modificatie van hydroxypropylmethylcellulose wordt gewoonlijk uitgevoerd in aanwezigheid van een zure katalysator zoals geconcentreerd zwavelzuur. Bij het experiment wordt meestal azijnzuur als oplosmiddel gebruikt. De reactieomstandigheden zijn omslachtig en tijdrovend, en het resulterende product heeft een lage substitutiegraad. (minder dan 1).

In dit artikel werden azijnzuuranhydride en propionzuuranhydride gebruikt als veresteringsmiddelen om hydroxypropylmethylcellulose te modificeren om hydroxypropylmethylcelluloseacetaat en hydroxypropylmethylcellulosepropionaat te bereiden. Door omstandigheden zoals oplosmiddelselectie (pyridine), oplosmiddeldosering, enz. te onderzoeken, wordt gehoopt dat een product met betere eigenschappen en substitutiegraad kan worden verkregen via een relatief eenvoudige methode. In dit artikel werd door middel van experimenteel onderzoek het doelproduct met een poedervormig neerslag en een substitutiegraad groter dan 1 verkregen, wat enige theoretische richtlijnen opleverde voor de productie van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat en hydroxypropylmethylcellulosepropionaat.

1. Experimenteel deel

1.1 Materialen en reagentia

Hydroxypropylmethylcellulose van farmaceutische kwaliteit (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, methoxylmassafractie 28%-30%, hydroxypropoxylmassafractie 7%-12%); azijnzuuranhydride, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Propionzuuranhydride, AR, West-Azië-reagens; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; methanol, ethanol, ether, ethylacetaat, aceton, NaOH en HCl zijn analytisch zuiver in de handel verkrijgbaar.

KDM thermostaat elektrische verwarmingsmantel, JJ-1A snelheidsmeting digitale display elektrische roerder, NEXUS 670 Fourier transformatie infrarood spectrometer.

1.2 Bereiding van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat

Een bepaalde hoeveelheid pyridine werd aan de driehalskolf toegevoegd en vervolgens werd 2,5 g hydroxypropylmethylcellulose daaraan toegevoegd, de reactanten werden gelijkmatig geroerd en de temperatuur werd verhoogd tot 110°C.°C. Voeg 4 ml azijnzuuranhydride toe en laat reageren bij 110°C°C gedurende 1 uur, stop met verwarmen, koel af tot kamertemperatuur, voeg een grote hoeveelheid gedeïoniseerd water toe om het product te laten neerslaan, filtreer met afzuiging, was meerdere keren met gedeïoniseerd water totdat het eluaat neutraal is en droog het product.

1.3 Bereiding van hydroxypropylmethylcellulosepropionaat

Een bepaalde hoeveelheid pyridine werd aan de driehalskolf toegevoegd en vervolgens werd 0,5 g hydroxypropylmethylcellulose daaraan toegevoegd, de reactanten werden gelijkmatig geroerd en de temperatuur werd verhoogd tot 110°C.°C. Voeg 1,1 ml propionzuuranhydride toe en laat reageren bij 110°C°C gedurende 2,5 uur, stop met verwarmen, koel af tot kamertemperatuur, voeg een grote hoeveelheid gedeïoniseerd water toe om het product te laten neerslaan, filtreer met afzuiging, was meerdere malen met gedeïoniseerd water totdat het eluaat middelmatige eigenschappen heeft, bewaar het product droog.

1.4 Bepaling van infraroodspectroscopie

De hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcelluloseacetaat, hydroxypropylmethylcellulosepropionaat en KBr werden respectievelijk gemengd en gemalen, en vervolgens tot tabletten geperst om het infraroodspectrum te bepalen.

1.5 Bepaling van de mate van vervanging

Bereid NaOH- en HCl-oplossingen voor met een concentratie van 0,5 mol/L en voer kalibratie uit om de exacte concentratie te bepalen; Weeg 0,5 g hydroxypropylmethylcelluloseacetaat (hydroxypropylmethylcellulosepropionzuurester) af in een erlenmeyerkolf van 250 ml, voeg 25 ml aceton en 3 druppels fenolftaleïne-indicator toe, meng goed, voeg vervolgens 25 ml NaOH-oplossing toe, roer en verzeping op een elektromagnetische roerder. 2 uur; titreer met HCI totdat de rode kleur van de oplossing verdwijnt, noteer het verbruikte volume V1 (V2) zoutzuur; gebruik dezelfde methode om het volume VO zoutzuur te meten dat wordt verbruikt door hydroxypropylmethylcellulose, en bereken de mate van substitutie.

1.6 Oplosbaarheidsexperiment

Neem een ​​geschikte hoeveelheid synthetische producten, voeg ze toe aan het organische oplosmiddel, schud lichtjes en observeer het oplossen van de stof.

2. Resultaten en discussie

2.1 Het effect van de hoeveelheid pyridine (oplosmiddel)

Effecten van verschillende hoeveelheden pyridine op de morfologie van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat en hydroxypropylmethylcellulosepropionaat. Wanneer de hoeveelheid oplosmiddel kleiner is, zal dit de rekbaarheid van de macromoleculaire keten en de viscositeit van het systeem verminderen, zodat de veresteringsgraad van het reactiesysteem zal worden verminderd en het product als een grote massa zal worden neergeslagen. En wanneer de hoeveelheid oplosmiddel te laag is, condenseert de reactant gemakkelijk tot een klont en hecht hij zich aan de containerwand, wat niet alleen ongunstig is voor het uitvoeren van de reactie, maar ook groot ongemak veroorzaakt voor de behandeling na de reactie. . Bij de synthese van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat kan de gebruikte hoeveelheid oplosmiddel worden gekozen op 150 ml/2 g; voor de synthese van hydroxypropylmethylcellulosepropionaat kan dit worden gekozen als 80 ml/0,5 g.

2.2 Infraroodspectrumanalyse

Infraroodvergelijkingstabel van hydroxypropylmethylcellulose en hydroxypropylmethylcelluloseacetaat. Vergeleken met de grondstof vertoont het infraroodspectrogram van het product hydroxypropylmethylcelluloseacetaat een duidelijkere verandering. In het infraroodspectrum van het product verscheen een sterke piek bij 1740 cm-1, wat aangeeft dat er een carbonylgroep werd geproduceerd; bovendien was de intensiteit van de rektrillingspiek van OH bij 3500 cm-1 veel lager dan die van de grondstof, wat ook aangaf dat -OH Er een reactie was.

Ook het infraroodspectrogram van het product hydroxypropylmethylcellulosepropionaat is aanzienlijk veranderd ten opzichte van de grondstof. In het infraroodspectrum van het product verscheen een sterke piek bij 1740 cm-1, wat aangeeft dat er een carbonylgroep werd geproduceerd; bovendien was de piekintensiteit van de OH-strektrilling bij 3500 cm-1 veel lager dan die van de grondstof, wat ook aangaf dat een OH reageerde.

2.3 Bepaling van de mate van vervanging

2.3.1 Bepaling van de substitutiegraad van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat

Omdat hydroxypropylmethylcellulose twee één OH in elke eenheid heeft, en celluloseacetaat een product is dat wordt verkregen door H in één OH te vervangen door één COCH3, is de theoretische maximale substitutiegraad (Ds) 2.

2.3.2 Bepaling van de substitutiegraad van hydroxypropylmethylcellulosepropionaat

2.4 Oplosbaarheid van het product

De twee gesynthetiseerde stoffen hadden vergelijkbare oplosbaarheidskenmerken en hydroxypropylmethylcelluloseacetaat was iets beter oplosbaar dan hydroxypropylmethylcellulosepropionaat. Het synthetische product kan worden opgelost in aceton, ethylacetaat, aceton/water gemengd oplosmiddel en heeft meer selectiviteit. Bovendien kan het vocht in het gemengde aceton/water-oplosmiddel de cellulosederivaten veiliger en milieuvriendelijker maken bij gebruik als coatingmateriaal.

3. Conclusie

(1) De syntheseomstandigheden van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat zijn als volgt: 2,5 g hydroxypropylmethylcellulose, azijnzuuranhydride als veresteringsmiddel, 150 ml pyridine als oplosmiddel, de reactietemperatuur is 110°C.° C, en de reactietijd 1 uur.

(2) De syntheseomstandigheden van hydroxypropylmethylcelluloseacetaat zijn: 0,5 g hydroxypropylmethylcellulose, propionzuuranhydride als veresteringsmiddel, 80 ml pyridine als oplosmiddel, reactietemperatuur 110°C.°C, en reactietijd van 2,5 uur.

(3) De onder deze omstandigheden gesynthetiseerde cellulosederivaten hebben direct de vorm van fijne poeders met een goede substitutiegraad, en deze twee cellulosederivaten kunnen worden opgelost in verschillende organische oplosmiddelen zoals ethylacetaat, aceton en aceton/water.