การสังเคราะห์ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตและโพรพิโอเนต

การใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นวัตถุดิบ อะซิติกแอนไฮไดรด์และโพรพิโอนิกแอนไฮไดรด์เป็นสารเอสเทอริฟิเคชัน ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันในไพริดีนที่เตรียมไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเซลลูโลสโพรพิโอเนต ด้วยการเปลี่ยนปริมาณตัวทำละลายที่ใช้ในระบบ ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติดีขึ้นและมีระดับการทดแทน ระดับการทดแทนถูกกำหนดโดยวิธีการไตเตรท และผลิตภัณฑ์ได้รับการตรวจสอบลักษณะเฉพาะและทดสอบประสิทธิภาพแล้ว ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าระบบปฏิกิริยามีปฏิกิริยาที่ 110°C เป็นเวลา 1-2.5 ชั่วโมง และใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นสารตกตะกอนหลังปฏิกิริยา และรับผลิตภัณฑ์ที่เป็นผงที่มีระดับการทดแทนมากกว่า 1 (ระดับการทดแทนทางทฤษฎีคือ 2) มีความสามารถในการละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ เช่น เอทิลเอสเตอร์ อะซิโตน อะซิโตน/น้ำ เป็นต้น

คำสำคัญ: ไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลส; ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตต; ไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลส โพรพิโอเนต

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นสารประกอบโพลีเมอร์ที่ไม่มีไอออนิกและเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีการใช้งานหลากหลาย เนื่องจากเป็นสารเติมแต่งทางเคมีที่ดีเยี่ยม HPMC จึงมักถูกนำมาใช้ในด้านต่างๆ และเรียกว่า "โมโนโซเดียมกลูตาเมตทางอุตสาหกรรม" ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ไม่เพียงแต่มีฟังก์ชันในการทำให้เป็นอิมัลชัน เพิ่มความหนา และยึดเกาะได้ดีเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อรักษาความชื้นและปกป้องคอลลอยด์อีกด้วย มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น อาหาร ยา สารเคลือบ สิ่งทอ และการเกษตร - การดัดแปลงไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติบางอย่างได้เพื่อให้สามารถนำไปใช้ในบางสาขาได้ดีขึ้น สูตรโมเลกุลของโมโนเมอร์คือ C10H18O6

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับอนุพันธ์ของไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลสค่อยๆ กลายเป็นประเด็นร้อน โดยการดัดแปลงไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส จะทำให้ได้สารประกอบอนุพันธ์ต่างๆ ที่มีคุณสมบัติต่างกัน ตัวอย่างเช่น การแนะนำกลุ่มอะเซทิลสามารถเปลี่ยนความยืดหยุ่นของฟิล์มเคลือบทางการแพทย์ได้

การดัดแปลงไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมักจะดำเนินการเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด เช่น กรดซัลฟิวริกเข้มข้น การทดลองมักจะใช้กรดอะซิติกเป็นตัวทำละลาย สภาวะของปฏิกิริยานั้นยุ่งยากและใช้เวลานาน และผลิตภัณฑ์ที่ได้จึงมีระดับการทดแทนต่ำ (น้อยกว่า 1)

ในบทความนี้ อะซิติกแอนไฮไดรด์และโพรพิโอนิกแอนไฮไดรด์ถูกใช้เป็นสารเอสเทอริฟิเคชันเพื่อปรับเปลี่ยนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเพื่อเตรียมไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนต ด้วยการสำรวจสภาวะต่างๆ เช่น การเลือกตัวทำละลาย (ไพริดีน) ปริมาณตัวทำละลาย ฯลฯ หวังว่าผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติดีกว่าและระดับการทดแทนจะสามารถได้รับด้วยวิธีที่ค่อนข้างง่าย ในบทความนี้ จากการวิจัยเชิงทดลอง เราได้ผลิตภัณฑ์เป้าหมายที่มีตะกอนที่เป็นผงและมีระดับการทดแทนมากกว่า 1 ซึ่งให้คำแนะนำทางทฤษฎีบางประการสำหรับการผลิตไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนต

1. ส่วนทดลอง

1.1 วัสดุและรีเอเจนต์

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเกรดเภสัชกรรม (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, เศษส่วนมวลเมทอกซิล 28% -30%, เศษส่วนมวลไฮดรอกซีโพรพิล 7% -12%); อะซิติกแอนไฮไดรด์, ​​AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; โพรพิโอนิกแอนไฮไดรด์, ​​AR, รีเอเจนต์เอเชียตะวันตก; Pyridine, AR, เทียนจิน Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; เมทานอล เอทานอล อีเทอร์ เอทิลอะซิเตต อะซิโตน NaOH และ HCl มีความบริสุทธิ์เชิงวิเคราะห์ที่มีจำหน่ายทั่วไป

KDM เทอร์โมสตัทเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า, JJ-1A วัดความเร็วจอแสดงผลดิจิตอลเครื่องกวนไฟฟ้า, NEXUS 670 ฟูริเยร์แปลงสเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรด

1.2 การเตรียมไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตต

ไพริดีนจำนวนหนึ่งถูกเติมลงในขวดแบบสามคอ และจากนั้นไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลส 2.5 กรัมถูกเติมลงไป สารตั้งต้นถูกกวนอย่างเท่าเทียมกัน และอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 110°C. เติมอะซิติกแอนไฮไดรด์ 4 มล. ทำปฏิกิริยาที่ 110°C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง หยุดการให้ความร้อน ปล่อยให้เย็นจนถึงอุณหภูมิห้อง เติมน้ำปราศจากไอออนจำนวนมากเพื่อตกตะกอนผลิตภัณฑ์ กรองด้วยการดูด ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนหลาย ๆ ครั้งจนกว่าสารชะจะเป็นกลาง และทำให้ผลิตภัณฑ์แห้ง

1.3 การเตรียมไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลส โพรพิโอเนต

ไพริดีนจำนวนหนึ่งถูกเติมลงในขวดแบบสามคอ และจากนั้นไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส 0.5 กรัมถูกเติมลงไป สารตั้งต้นถูกกวนอย่างเท่าเทียมกัน และอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 110°C. เติมโพรพิโอนิกแอนไฮไดรด์ 1.1 มล. ทำปฏิกิริยาที่ 110°C เป็นเวลา 2.5 ชม. หยุดให้ความร้อน ปล่อยให้เย็นจนถึงอุณหภูมิห้อง เติมน้ำปราศจากไอออนจำนวนมากเพื่อตกตะกอนผลิตภัณฑ์ กรองด้วยการดูด ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนหลาย ๆ ครั้งจนกระทั่งสารชะมีคุณสมบัติปานกลาง เก็บผลิตภัณฑ์ให้แห้ง

1.4 การหาค่าสเปกโทรสโกปีอินฟราเรด

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส, ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตต, ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนตและ KBr ถูกผสมและบดตามลำดับ จากนั้นกดลงในเม็ดยาเพื่อกำหนดสเปกตรัมอินฟราเรด

1.5 การกำหนดระดับการเปลี่ยนตัว

เตรียมสารละลาย NaOH และ HCl ด้วยความเข้มข้น 0.5 โมล/ลิตร และดำเนินการสอบเทียบเพื่อกำหนดความเข้มข้นที่แน่นอน ชั่งน้ำหนัก 0.5 กรัมของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตต (ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอนิกแอซิดเอสเทอร์) ในขวดรูปชมพู่ขนาด 250 มล. เติมอะซิโตน 25 มล. และตัวบ่งชี้ฟีนอล์ฟทาลีน 3 หยด ผสมให้เข้ากัน จากนั้นเติมสารละลาย NaOH 25 มล. คนและสะโปนิฟายบนเครื่องกวนแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับ 2 ชั่วโมง; ไตเตรทด้วย HCI จนกระทั่งสีแดงของสารละลายหายไป บันทึกปริมาตร V1 (V2) ของกรดไฮโดรคลอริกที่ใช้ไป ใช้วิธีการเดียวกันในการวัดปริมาตร V0 ของกรดไฮโดรคลอริกที่ใช้โดยไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส และคำนวณระดับของการทดแทน

1.6 การทดลองความสามารถในการละลาย

ใช้ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ในปริมาณที่เหมาะสม เติมลงในตัวทำละลายอินทรีย์ เขย่าเล็กน้อย และสังเกตการละลายของสาร

2. ผลลัพธ์และการสนทนา

2.1 ผลของปริมาณไพริดีน (ตัวทำละลาย)

ผลของไพริดีนในปริมาณที่แตกต่างกันต่อสัณฐานวิทยาของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนต เมื่อปริมาณตัวทำละลายน้อยลง จะลดความสามารถในการขยายของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่และความหนืดของระบบ เพื่อลดระดับเอสเทอริฟิเคชันของระบบปฏิกิริยา และผลิตภัณฑ์จะตกตะกอนเป็นมวลขนาดใหญ่ และเมื่อปริมาณตัวทำละลายต่ำเกินไป สารตั้งต้นจะควบแน่นเป็นก้อนได้ง่ายและเกาะติดกับผนังภาชนะ ซึ่งไม่เพียงแต่ไม่เอื้ออำนวยต่อการดำเนินการของปฏิกิริยา แต่ยังทำให้เกิดความไม่สะดวกอย่างมากต่อการบำบัดหลังปฏิกิริยา . ในการสังเคราะห์ไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลส อะซีเตต สามารถเลือกปริมาณตัวทำละลายที่ใช้ได้เป็น 150 มล./2 กรัม สำหรับการสังเคราะห์ไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนต สามารถเลือกได้เป็น 80 มล./0.5 ก.

2.2 การวิเคราะห์สเปกตรัมอินฟราเรด

แผนภูมิเปรียบเทียบอินฟราเรดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตต เมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุดิบ สเปกโตรแกรมอินฟราเรดของผลิตภัณฑ์ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตมีการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนยิ่งขึ้น ในสเปกตรัมอินฟราเรดของผลิตภัณฑ์ จุดสูงสุดที่แข็งแกร่งปรากฏที่ 1,740 ซม.-1 ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการผลิตหมู่คาร์บอนิล นอกจากนี้ ความเข้มของจุดสูงสุดของการสั่นสะเทือนแบบยืดออกของ OH ที่ 3500cm-1 ยังต่ำกว่าความเข้มของวัตถุดิบมาก ซึ่งบ่งชี้ด้วยว่า -OH มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น

สเปกโตรแกรมอินฟราเรดของผลิตภัณฑ์ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนตมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับวัตถุดิบ ในสเปกตรัมอินฟราเรดของผลิตภัณฑ์ จุดสูงสุดที่แข็งแกร่งปรากฏที่ 1,740 cm-1 ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการผลิตหมู่คาร์บอนิล นอกจากนี้ ความเข้มสูงสุดของการสั่นสะเทือนแบบยืดออกของ OH ที่ 3500 cm-1 ยังต่ำกว่าความเข้มของวัตถุดิบอย่างมาก ซึ่งบ่งชี้ด้วยว่า OH ทำปฏิกิริยาด้วย

2.3 การกำหนดระดับการเปลี่ยนตัว

2.3.1 การหาระดับการทดแทนของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตต

เนื่องจากไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีสอง 1 OH ในแต่ละหน่วย และเซลลูโลสอะซิเตตเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแทนที่ COCH3 หนึ่งรายการด้วย H ในหนึ่ง OH ระดับการทดแทนสูงสุดตามทฤษฎี (Ds) คือ 2

2.3.2 การกำหนดระดับการทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนต

2.4 ความสามารถในการละลายของผลิตภัณฑ์

สารทั้งสองที่สังเคราะห์ขึ้นมีลักษณะการละลายคล้ายกัน และไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตละลายได้ดีกว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโพรพิโอเนตเล็กน้อย ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์สามารถละลายได้ในอะซิโตน เอทิลอะซิเตต ตัวทำละลายผสมอะซิโตน/น้ำ และมีความสามารถในการเลือกสรรมากขึ้น นอกจากนี้ ความชื้นที่มีอยู่ในตัวทำละลายผสมอะซิโตน/น้ำสามารถทำให้อนุพันธ์ของเซลลูโลสมีความปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นเมื่อใช้เป็นวัสดุเคลือบ

3. บทสรุป

(1) เงื่อนไขการสังเคราะห์ของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซิเตตมีดังนี้: ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส 2.5 กรัม, อะซิติกแอนไฮไดรด์เป็นสารเอสเทอริฟิเคชัน, ไพริดีน 150 มล. เป็นตัวทำละลาย, อุณหภูมิปฏิกิริยาที่ 110° C และเวลาปฏิกิริยา 1 ชั่วโมง

(2) เงื่อนไขการสังเคราะห์ของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอะซีเตตคือ: ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส 0.5 กรัม, โพรพิโอนิกแอนไฮไดรด์เป็นสารเอสเทอริฟิเคชัน, ไพริดีน 80 มล. เป็นตัวทำละลาย, อุณหภูมิปฏิกิริยาที่ 110°C และเวลาปฏิกิริยา 2 .5 ชม.

(3) อนุพันธ์ของเซลลูโลสที่สังเคราะห์ภายใต้สภาวะนี้จะอยู่ในรูปของผงละเอียดโดยตรงโดยมีการทดแทนในระดับที่ดี และอนุพันธ์ของเซลลูโลสทั้งสองนี้สามารถละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ เช่น เอทิลอะซิเตต อะซิโตน และอะซิโตน/น้ำ