Синтез ацетата и пропионата гидроксипропилметилцеллюлозы

Используя гидроксипропилметилцеллюлозу (ГПМЦ) в ​​качестве сырья, уксусный ангидрид и пропионовый ангидрид в качестве этерифицирующих агентов, в результате реакции этерификации в пиридине получали ацетат гидроксипропилметилцеллюлозы и пропионат гидроксипропилметилцеллюлозы. Изменяя количество используемого в системе растворителя, получали продукт с лучшими свойствами и степенью замещения. Степень замещения определяли методом титрования, продукт характеризовали и проверяли на работоспособность. Результаты показали, что реакционная система прореагировала при 110°C в течение 1-2,5 ч, а в качестве осадителя после реакции использовали деионизированную воду, что позволило получить порошкообразные продукты со степенью замещения более 1 (теоретическая степень замещения 2). Он имеет хорошую растворимость в различных органических растворителях, таких как этиловый эфир, ацетон, ацетон/вода и т. д.

Ключевые слова: гидроксипропил метилцеллюлоза; ацетат гидроксипропилметилцеллюлозы; пропионат гидроксипропилметилцеллюлозы

Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) представляет собой неионное полимерное соединение и эфир целлюлозы с широким спектром применения. ГПМЦ как превосходная химическая добавка часто используется в различных областях и называется «промышленным глутаматом натрия». Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) не только обладает хорошими эмульгирующими, загущающими и связывающими функциями, но также может использоваться для поддержания влаги и защиты коллоидов. Он широко используется во многих областях, таких как продукты питания, медицина, покрытия, текстиль и сельское хозяйство. . Модификация гидроксипропилметилцеллюлозы может изменить некоторые ее свойства, чтобы ее можно было лучше использовать в определенной области. Молекулярная формула его мономера — C10H18O6.

В последние годы исследования производных гидроксипропилметилцеллюлозы постепенно стали горячей точкой. Модифицируя гидроксипропилметилцеллюлозу, можно получить различные производные соединения с разными свойствами. Например, введение ацетильных групп может изменить гибкость пленок медицинского покрытия.

Модификацию гидроксипропилметилцеллюлозы обычно проводят в присутствии кислотного катализатора, такого как концентрированная серная кислота. В эксперименте обычно в качестве растворителя используется уксусная кислота. Условия реакции сложны и трудоемки, а полученный продукт имеет низкую степень замещения. (менее 1).

В этой статье уксусный ангидрид и пропионовый ангидрид использовались в качестве этерифицирующих агентов для модификации гидроксипропилметилцеллюлозы с получением ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы и пропионата гидроксипропилметилцеллюлозы. Изучая такие условия, как выбор растворителя (пиридин), дозировка растворителя и т. д., можно надеяться, что продукт с лучшими свойствами и степенью замещения может быть получен относительно простым методом. В данной работе путем экспериментальных исследований получен целевой продукт с порошкообразным осадком и степенью замещения более 1, что послужило некоторым теоретическим руководством для производства ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы и пропионата гидроксипропилметилцеллюлозы.

1. Экспериментальная часть

1.1 Материалы и реагенты

гидроксипропилметилцеллюлоза фармацевтического качества (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, массовая доля метоксила 28%-30%, массовая доля гидроксипропоксила 7%-12%); уксусный ангидрид, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Пропионовый ангидрид, AR, реагент для Западной Азии; Пиридин, Арканзас, Тяньцзиньская компания химических реагентов Kemiou, Ltd.; метанол, этанол, эфир, этилацетат, ацетон, NaOH и HCl являются коммерчески доступными аналитически чистыми.

Электрический нагревательный кожух термостата KDM, электрическая мешалка с цифровым дисплеем для измерения скорости JJ-1A, инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье NEXUS 670.

1.2 Получение ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы

В трехгорлую колбу добавляли некоторое количество пиридина, затем 2,5 г гидроксипропилметилцеллюлозы, равномерно перемешивали реагенты и повышали температуру до 110°С.°C. Добавьте 4 мл уксусного ангидрида, проведите реакцию при 110°С.°С в течение 1 ч, прекращают нагревание, охлаждают до комнатной температуры, добавляют большое количество деионизированной воды для осаждения продукта, фильтруют с отсасыванием, несколько раз промывают деионизированной водой до нейтральной реакции и высушивают продукт, сохраняя его.

1.3 Получение пропионата гидроксипропилметилцеллюлозы

В трехгорлую колбу добавляли некоторое количество пиридина, затем 0,5 г гидроксипропилметилцеллюлозы, равномерно перемешивали реагенты и повышали температуру до 110°С.°C. Добавьте 1,1 мл пропионового ангидрида, проведите реакцию при 110°С.°С в течение 2,5 ч, прекратить нагревание, остудить до комнатной температуры, добавить большое количество деионизированной воды для осаждения продукта, отфильтровать с отсасыванием, несколько раз промыть деионизированной водой до достижения элюата средних свойств, хранить продукт в сухом виде.

1.4 Определение инфракрасной спектроскопии

Гидроксипропилметилцеллюлозу, ацетат гидроксипропилметилцеллюлозы, пропионат гидроксипропилметилцеллюлозы и KBr смешивали и измельчали ​​соответственно, а затем прессовали в таблетки для определения инфракрасного спектра.

1.5 Определение степени замещения

Приготовьте растворы NaOH и HCl с концентрацией 0,5 моль/л и проведите калибровку для определения точной концентрации; отвесить 0,5 г ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы (эфир гидроксипропилметилцеллюлозы пропионовой кислоты) в колбе Эрленмейера емкостью 250 мл, добавить 25 мл ацетона и 3 капли индикатора фенолфталеина, хорошо перемешать, затем добавить 25 мл раствора NaOH, перемешать и омылить на электромагнитной мешалке для 2 часа; титруйте соляной кислотой до исчезновения красной окраски раствора, записывайте объем израсходованной соляной кислоты V1 (V2); тем же методом измерьте объем V0 соляной кислоты, потребляемой гидроксипропилметилцеллюлозой, и рассчитайте степень замещения.

1.6 Эксперимент по растворимости

Возьмите необходимое количество синтетических продуктов, добавьте их в органический растворитель, слегка встряхните и наблюдайте за растворением вещества.

2. Результаты и обсуждение.

2.1 Влияние количества пиридина (растворителя)

Влияние различных количеств пиридина на морфологию ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы и пропионата гидроксипропилметилцеллюлозы. Когда количество растворителя меньше, это снижает растяжимость макромолекулярной цепи и вязкость системы, так что степень этерификации реакционной системы снижается, и продукт выпадает в осадок в виде большой массы. А когда количество растворителя слишком мало, реагент легко конденсируется в комок и прилипает к стенкам контейнера, что не только неблагоприятно для проведения реакции, но и доставляет большие неудобства при обработке после реакции. . При синтезе ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы количество используемого растворителя можно выбрать равным 150 мл/2 г; для синтеза пропионата гидроксипропилметилцеллюлозы можно выбрать 80 мл/0,5 г.

2.2 Анализ инфракрасного спектра

Сравнительная таблица гидроксипропилметилцеллюлозы и ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы в инфракрасном диапазоне. По сравнению с сырьем инфракрасная спектрограмма продукта ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы имеет более очевидные изменения. В инфракрасном спектре продукта появился сильный пик при 1740 см-1, указывающий на образование карбонильной группы; кроме того, интенсивность пика валентных колебаний ОН при 3500 см-1 была намного ниже, чем у исходного материала, что также указывало на то, что -ОН произошла реакция.

Инфракрасная спектрограмма продукта гидроксипропилметилцеллюлозы пропионата также существенно изменилась по сравнению с сырьем. В инфракрасном спектре продукта появился сильный пик при 1740 см-1, указывающий на образование карбонильной группы; кроме того, пиковая интенсивность валентных колебаний ОН при 3500 см-1 была намного ниже, чем у исходного материала, что также указывало на то, что ОН прореагировал.

2.3 Определение степени замещения

2.3.1 Определение степени замещения ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы

Поскольку гидроксипропилметилцеллюлоза имеет два ОН в каждой единице, а ацетат целлюлозы представляет собой продукт, полученный заменой H на один COCH3 в одном OH, теоретическая максимальная степень замещения (Ds) равна 2.

2.3.2 Определение степени замещения пропионата гидроксипропилметилцеллюлозы

2.4 Растворимость продукта

Два синтезированных вещества имели схожие характеристики растворимости, а ацетат гидроксипропилметилцеллюлозы был немного более растворим, чем пропионат гидроксипропилметилцеллюлозы. Синтетический продукт можно растворять в ацетоне, этилацетате, смешанном растворителе ацетон/вода и он обладает большей селективностью. Кроме того, влага, содержащаяся в смеси растворителей ацетон/вода, может сделать производные целлюлозы более безопасными и экологически чистыми при использовании в качестве материалов покрытия.

3. Заключение

(1) Условия синтеза ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы следующие: 2,5 г гидроксипропилметилцеллюлозы, уксусный ангидрид в качестве этерифицирующего агента, 150 мл пиридина в качестве растворителя, температура реакции 110°С.° С, время реакции 1 час.

(2) Условия синтеза ацетата гидроксипропилметилцеллюлозы: 0,5 г гидроксипропилметилцеллюлозы, пропионовый ангидрид в качестве этерифицирующего агента, 80 мл пиридина в качестве растворителя, температура реакции 110°С.°C, время реакции 2,5 часа.

(3) Производные целлюлозы, синтезированные в этих условиях, находятся непосредственно в форме тонких порошков с хорошей степенью замещения, и эти два производных целлюлозы могут быть растворены в различных органических растворителях, таких как этилацетат, ацетон и ацетон/вода.