Sinteza acetatului și propionatului de hidroxipropil metil celuloză

Folosind hidroxipropil metilceluloză (HPMC) ca materie primă, anhidridă acetică și anhidridă propionică ca agenți de esterificare, reacția de esterificare în piridină a preparat hidroxipropil metilceluloză acetat și hidroxipropil metilceluloză propionat de celuloză. Prin modificarea cantității de solvent utilizată în sistem s-a obținut un produs cu proprietăți și grad de substituție mai buni. Gradul de substituție a fost determinat prin metoda de titrare, iar produsul a fost caracterizat și testat pentru performanță. Rezultatele au arătat că sistemul de reacție a reacționat la 110°C°C timp de 1-2,5 ore, și apă deionizată a fost utilizată ca agent de precipitare după reacție și s-au putut obține produse sub formă de pulbere cu un grad de substituție mai mare de 1 (gradul teoretic de substituție a fost 2). Are o solubilitate bună în diverși solvenți organici, cum ar fi ester etilic, acetonă, acetonă/apă etc.

Cuvinte cheie: hidroxipropil metilceluloză; acetat de hidroxipropil metilceluloză; propionat de hidroxipropil metilceluloză

Hidroxipropilmetilceluloza (HPMC) este un compus polimer neionic și un eter de celuloză cu o gamă largă de utilizări. Ca aditiv chimic excelent, HPMC este adesea folosit în diverse domenii și este numit „glutamat monosodic industrial”. Hidroxipropilmetilceluloza (HPMC) nu numai că are funcții bune de emulsionare, de îngroșare și de legare, dar poate fi utilizată și pentru a menține umiditatea și a proteja coloizii. Este utilizat pe scară largă în multe domenii, cum ar fi alimentația, medicina, acoperirile, textilele și agricultura. . Modificarea hidroxipropilmetilcelulozei poate modifica unele dintre proprietățile sale, astfel încât să poată fi mai bine utilizată într-un anumit domeniu. Formula moleculară a monomerului său este C10H18O6.

În ultimii ani, cercetările asupra derivaților de hidroxipropil metilceluloză au devenit treptat un punct fierbinte. Prin modificarea hidroxipropilmetilcelulozei se pot obține diverși compuși derivați cu proprietăți diferite. De exemplu, introducerea grupărilor acetil poate modifica flexibilitatea filmelor de acoperire medicală.

Modificarea hidroxipropil metilcelulozei este de obicei efectuată în prezența unui catalizator acid, cum ar fi acidul sulfuric concentrat. Experimentul folosește de obicei acid acetic ca solvent. Condițiile de reacție sunt greoaie și consumatoare de timp, iar produsul rezultat are un grad scăzut de substituție. (mai puțin de 1).

În această lucrare, anhidrida acetică și anhidrida propionică au fost utilizate ca agenți de esterificare pentru a modifica hidroxipropil metilceluloza pentru a prepara hidroxipropil metilceluloză acetat și hidroxipropil metilceluloză propionat. Explorând condiții precum selecția solventului (piridină), dozarea solventului etc., se speră că un produs cu proprietăți și grad de substituție mai buni poate fi obținut printr-o metodă relativ simplă. În această lucrare, prin cercetări experimentale, s-a obținut produsul țintă cu un precipitat sub formă de pulbere și un grad de substituție mai mare de 1, care a oferit unele îndrumări teoretice pentru producerea de acetat de hidroxipropil metilceluloză și propionat de hidroxipropil metilceluloză.

1. Partea experimentală

1.1 Materiale și reactivi

Hidroxipropil metilceluloză de calitate farmaceutică (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, fracție de masă metoxil 28%-30%, fracțiune de masă hidroxipropoxil 7%-12%); anhidridă acetică, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Anhidridă propionică, AR, reactiv Asia de Vest; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; metanol, etanol, eter, acetat de etil, acetonă, NaOH și HCI sunt disponibile comercial pur analitic.

Manta de încălzire electrică cu termostat KDM, agitator electric cu afișaj digital de măsurare a vitezei JJ-1A, spectrometru cu infraroșu cu transformată Fourier NEXUS 670.

1.2 Prepararea acetatului de hidroxipropil metilceluloză

S-a adăugat o anumită cantitate de piridină în balonul cu trei gâturi, apoi s-au adăugat 2,5 g de hidroxipropil metilceluloză, reactanții au fost agitați uniform și temperatura a fost ridicată la 110°C.°C. Se adaugă 4 ml de anhidridă acetică, reacţionează la 110°C°C timp de 1 oră, se oprește încălzirea, se răcește la temperatura camerei, se adaugă o cantitate mare de apă deionizată pentru a precipita produsul, se filtrează cu aspirație, se spală cu apă deionizată de mai multe ori până când eluatul este neutru și se usucă produsul.

1.3 Prepararea propionatului de hidroxipropil metilceluloză

S-a adăugat o anumită cantitate de piridină în balonul cu trei gâturi și apoi s-au adăugat 0,5 g de hidroxipropil metilceluloză, reactanții au fost agitați uniform și temperatura a fost ridicată la 110°C.°C. Se adaugă 1,1 ml de anhidridă propionică, reacţionează la 110°C°C timp de 2,5 ore, se oprește încălzirea, se răcește la temperatura camerei, se adaugă o cantitate mare de apă deionizată pentru a precipita produsul, se filtrează cu aspirație, se spală cu apă deionizată de mai multe ori până când eluatul este de proprietate medie, se păstrează produsul uscat.

1.4 Determinarea spectroscopiei în infraroșu

Hidroxipropil metilceluloza, hidroxipropil metilceluloza acetatul, hidroxipropil metilceluloza propionat si KBr au fost amestecate si respectiv macinate si apoi presate in tablete pentru a determina spectrul infrarosu.

1.5 Determinarea gradului de substituire

Se prepară soluții de NaOH și HCl cu o concentrație de 0,5 mol/L și se efectuează calibrarea pentru a determina concentrația exactă; se cântăresc 0,5 g de acetat de hidroxipropilmetilceluloză (ester al acidului propionic hidroxipropilmetilceluloză) într-un balon Erlenmeyer de 250 ml, se adaugă 25 ml acetonă și 3 picături de indicator de fenolftaleină, se amestecă bine, apoi se adaugă 25 ml soluție NaOH, se amestecă și se amestecă electromagnetic. 2 ore; se titra cu HCI până când culoarea roșie a soluției dispare, se înregistrează Volumul V1 (V2) de acid clorhidric consumat; utilizați aceeași metodă pentru a măsura volumul V0 de acid clorhidric consumat de hidroxipropil metilceluloză și calculați gradul de substituție.

1.6 Experimentul de solubilitate

Luați o cantitate adecvată de produse sintetice, adăugați-le la solventul organic, agitați ușor și observați dizolvarea substanței.

2. Rezultate și discuții

2.1 Efectul cantității de piridină (solvent)

Efectele diferitelor cantități de piridină asupra morfologiei acetatului de hidroxipropilmetilceluloză și a propionatului de hidroxipropilmetilceluloză. Când cantitatea de solvent este mai mică, se va reduce extensibilitatea lanțului macromolecular și vâscozitatea sistemului, astfel încât gradul de esterificare a sistemului de reacție va fi redus, iar produsul va fi precipitat ca o masă mare. Și atunci când cantitatea de solvent este prea mică, reactantul se condensează ușor într-un bulgăre și se aderă la peretele recipientului, ceea ce nu numai că este nefavorabil pentru desfășurarea reacției, dar provoacă și un mare inconvenient pentru tratamentul după reacție. . în sinteza acetatului de hidroxipropil metilceluloză, cantitatea de solvent utilizată poate fi selectată ca 150 mL/2 g; pentru sinteza propionatului de hidroxipropil metilceluloză, acesta poate fi selectat ca 80 mL/0,5 g.

2.2 Analiza spectrului infraroșu

Diagrama de comparație în infraroșu a hidroxipropil metilcelulozei și acetatului de hidroxipropil metilceluloză. În comparație cu materia primă, spectrograma în infraroșu a produsului acetat de hidroxipropil metilceluloză are o modificare mai evidentă. În spectrul infraroșu al produsului, a apărut un vârf puternic la 1740 cm-1, indicând că a fost produsă o grupare carbonil; în plus, intensitatea vârfului de vibrație de întindere a OH la 3500cm-1 a fost mult mai mică decât cea a materiei prime, ceea ce a indicat, de asemenea, că -OH a avut loc o reacție.

Spectrograma în infraroșu a produsului hidroxipropil metilceluloză propionat s-a schimbat, de asemenea, semnificativ în comparație cu materia primă. În spectrul infraroșu al produsului, a apărut un vârf puternic la 1740 cm-1, indicând că a fost produsă o grupare carbonil; în plus, intensitatea maximă a vibrației de întindere a OH la 3500 cm-1 a fost mult mai mică decât cea a materiei prime, ceea ce a indicat, de asemenea, că un OH a reacționat.

2.3 Determinarea gradului de substituire

2.3.1 Determinarea gradului de substituție a acetatului de hidroxipropil metilceluloză

Deoarece hidroxipropilmetilceluloza are doi OH în fiecare unitate, iar acetatul de celuloză este un produs obținut prin înlocuirea unui COCH3 cu H într-un OH, gradul maxim teoretic de substituție (Ds) este 2.

2.3.2 Determinarea gradului de substituție a propionatului de hidroxipropil metilceluloză

2.4 Solubilitatea produsului

Cele două substanțe sintetizate au avut caracteristici de solubilitate similare, iar acetatul de hidroxipropil metilceluloză a fost puțin mai solubil decât propionatul de hidroxipropil metilceluloză. Produsul sintetic poate fi dizolvat în acetonă, acetat de etil, solvent mixt acetonă/apă și are mai multă selectivitate. În plus, umiditatea conținută în solventul amestecat acetonă/apă poate face derivații de celuloză mai siguri și mai ecologici atunci când sunt utilizați ca materiale de acoperire.

3. Concluzie

(1) Condițiile de sinteză ale acetatului de hidroxipropil metilceluloză sunt următoarele: 2,5 g hidroxipropil metilceluloză, anhidridă acetică ca agent de esterificare, 150 mL piridină ca solvent, temperatura de reacție la 110°C.° C, iar timpul de reacție 1 h.

(2) Condițiile de sinteză ale acetatului de hidroxipropil metilceluloză sunt: ​​0,5 g hidroxipropil metilceluloză, anhidridă propionică ca agent de esterificare, 80 mL piridină ca solvent, temperatura de reacție la 110°C.°C, şi timp de reacţie de 2,5 ore.

(3) Derivații de celuloză sintetizați în această condiție sunt direct sub formă de pulberi fine cu un grad bun de substituție, iar acești doi derivați de celuloză pot fi dizolvați în diverși solvenți organici precum acetat de etil, acetonă și acetonă/apă.