Синтез ацетату та пропіонату гідроксипропілметилцелюлози

Використовуючи гідроксипропілметилцелюлозу (HPMC) як сировину, оцтовий ангідрид і пропіоновий ангідрид як агенти етерифікації, реакція етерифікації в піридині приготувала гідроксипропілметилцелюлозу ацетат і гідроксипропілметилцелюлозу пропіонат целюлози. Змінюючи кількість розчинника, що використовується в системі, отримували продукт з кращими властивостями та ступенем заміщення. Ступінь заміщення визначали методом титрування, а продукт характеризували та перевіряли на ефективність. Результати показали, що реакційна система прореагувала при 110°C протягом 1-2,5 годин, і деіонізовану воду використовували як осаджувач після реакції, і можна було отримати порошкоподібні продукти зі ступенем заміщення більше 1 (теоретичний ступінь заміщення був 2). Він добре розчиняється в різних органічних розчинниках, таких як етиловий ефір, ацетон, ацетон/вода тощо.

Ключові слова: гідроксипропіл метилцелюлоза; ацетат гідроксипропілметилцелюлози; пропіонат гідроксипропілметилцелюлози

Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) є неіонною полімерною сполукою та ефіром целюлози з широким спектром використання. Як чудова хімічна добавка HPMC часто використовується в різних сферах і називається «промисловий глутамат натрію». Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) не тільки має хороші емульгуючі, згущувальні та зв’язувальні функції, але також може використовуватися для підтримки вологи та захисту колоїдів. Він широко використовується в багатьох галузях, таких як харчова промисловість, медицина, покриття, текстиль і сільське господарство. . Модифікація гідроксипропілметилцелюлози може змінити деякі її властивості, щоб її можна було краще використовувати в певній галузі. Молекулярна формула його мономера C10H18O6.

В останні роки дослідження похідних гідроксипропілметилцелюлози поступово стали гарячою точкою. Шляхом модифікації гідроксипропілметилцелюлози можна отримати різні похідні сполуки з різними властивостями. Наприклад, введення ацетильних груп може змінити гнучкість медичних покривних плівок.

Модифікацію гідроксипропілметилцелюлози зазвичай проводять у присутності кислотного каталізатора, такого як концентрована сірчана кислота. У експерименті зазвичай використовують оцтову кислоту як розчинник. Умови реакції є громіздкими і трудомісткими, а отриманий продукт має низький ступінь заміщення. (менше 1).

У цій статті оцтовий ангідрид і пропіоновий ангідрид використовувалися як агенти етерифікації для модифікації гідроксипропілметилцелюлози для отримання ацетату гідроксипропілметилцелюлози та пропіонату гідроксипропілметилцелюлози. Досліджуючи такі умови, як вибір розчинника (піридин), дозування розчинника тощо, можна сподіватися, що відносно простим методом можна отримати продукт із кращими властивостями та ступенем заміщення. У цій роботі шляхом експериментальних досліджень було отримано цільовий продукт із порошкоподібним осадом і ступенем заміщення більше 1, що дало деякі теоретичні вказівки для виробництва ацетату гідроксипропілметилцелюлози та пропіонату гідроксипропілметилцелюлози.

1. Експериментальна частина

1.1 Матеріали та реактиви

Гідроксипропілметилцелюлоза фармацевтичного класу (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, масова частка метоксилу 28%-30%, масова частка гідроксипропоксилу 7%-12%); оцтовий ангідрид, AR, Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; Пропіоновий ангідрид, AR, West Asia Reagent; Pyridine, AR, Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.; метанол, етанол, ефір, етилацетат, ацетон, NaOH і HCl комерційно доступні аналітично чисті.

Електричний нагрівальний кожух термостата KDM, електрична мішалка з цифровим дисплеєм для вимірювання швидкості JJ-1A, інфрачервоний спектрометр Фур’є NEXUS 670.

1.2 Отримання ацетату гідроксипропілметилцелюлози

У тригорлу колбу додають певну кількість піридину, потім додають 2,5 г гідроксипропілметилцелюлози, рівномірно перемішують реагенти і підвищують температуру до 110°С.°C. Додайте 4 мл оцтового ангідриду, проведіть реакцію при 110°C протягом 1 години, припиняють нагрівання, охолоджують до кімнатної температури, додають велику кількість деіонізованої води для осадження продукту, фільтрують із відсмоктуванням, промивають деіонізованою водою кілька разів, поки елюат не стане нейтральним, і висушують продукт, зберігаючи.

1.3 Отримання пропіонату гідроксипропілметилцелюлози

У тригорлу колбу додають певну кількість піридину, потім додають 0,5 г гідроксипропілметилцелюлози, рівномірно перемішують реагенти і підвищують температуру до 110°С.°C. Додайте 1,1 мл пропіонового ангідриду, проведіть реакцію при 110°C протягом 2,5 годин, припиніть нагрівання, охолодіть до кімнатної температури, додайте велику кількість деіонізованої води для осадження продукту, відфільтруйте з відсмоктуванням, промийте деіонізованою водою кілька разів, доки елюат не стане середньої властивості, зберігайте продукт сухим.

1.4 Визначення інфрачервоної спектроскопії

Гідроксипропілметилцелюлозу, гідроксипропілметилцелюлозу ацетат, гідроксипропілметилцелюлозу пропіонат і KBr змішували і подрібнювали відповідно, а потім пресували в таблетки для визначення інфрачервоного спектру.

1.5 Визначення ступеня заміщення

Приготувати розчини NaOH і HCl концентрацією 0,5 моль/л і провести калібрування для визначення точної концентрації; зважують 0,5 г ацетату гідроксипропілметилцелюлози (ефір пропіонової кислоти гідроксипропілметилцелюлози) у колбу Ерленмейєра на 250 мл, додають 25 мл ацетону та 3 краплі індикатора фенолфталеїну, добре перемішують, потім додають 25 мл розчину NaOH, перемішують і омилюють на електромагнітній мішалці протягом 2 години; титрувати НСl до зникнення червоного забарвлення розчину, записувати об’єм V1 (V2) витраченої хлоридної кислоти; Використовуйте той самий метод для вимірювання об’єму V0 соляної кислоти, який споживає гідроксипропілметилцелюлоза, і обчисліть ступінь заміщення.

1.6 Дослід з розчинності

Візьміть відповідну кількість синтетичних продуктів, додайте їх до органічного розчинника, злегка струсіть і спостерігайте за розчиненням речовини.

2. Результати та їх обговорення

2.1 Вплив кількості піридину (розчинника)

Вплив різних кількостей піридину на морфологію ацетату гідроксипропілметилцелюлози та пропіонату гідроксипропілметилцелюлози. Коли кількість розчинника менша, це зменшить розтяжність макромолекулярного ланцюга та в’язкість системи, так що ступінь етерифікації реакційної системи буде знижений, і продукт буде випадати у вигляді великої маси. А коли кількість розчинника занадто низька, реагент легко конденсується в грудку і прилипає до стінки контейнера, що не тільки несприятливо для проведення реакції, але також викликає великі незручності в обробці після реакції. . У синтезі ацетату гідроксипропілметилцелюлози кількість використовуваного розчинника може бути обрана як 150 мл/2 г; для синтезу пропіонату гідроксипропілметилцелюлози можна вибрати 80 мл/0,5 г.

2.2 Аналіз інфрачервоного спектру

Інфрачервона порівняльна діаграма гідроксипропілметилцелюлози та гідроксипропілметилцелюлози ацетату. У порівнянні з сировиною, інфрачервона спектрограма продукту гідроксипропілметилцелюлози ацетату має більш очевидні зміни. В інфрачервоному спектрі продукту сильний пік з'явився при 1740 см-1, що вказує на те, що утворилася карбонільна група; крім того, інтенсивність піку вібрації розтягування OH при 3500 см-1 була набагато нижчою, ніж у сировини, що також вказувало на те, що -OH була реакція.

Інфрачервона спектрограма продукту пропіонату гідроксипропілметилцелюлози також значно змінилася порівняно з вихідним матеріалом. В інфрачервоному спектрі продукту з'явився сильний пік при 1740 см-1, що вказує на те, що утворилася карбонільна група; крім того, пікова інтенсивність вібрації розтягування OH при 3500 см-1 була набагато нижчою, ніж у вихідного матеріалу, що також вказувало на реакцію OH.

2.3 Визначення ступеня заміщення

2.3.1 Визначення ступеня заміщення ацетату гідроксипропілметилцелюлози

Оскільки гідроксипропілметилцелюлоза містить дві одиниці OH у кожній одиниці, а ацетат целюлози є продуктом, отриманим заміною одного COCH3 на H в одному OH, теоретичний максимальний ступінь заміщення (Ds) становить 2.

2.3.2 Визначення ступеня заміщення пропіонату гідроксипропілметилцелюлози

2.4 Розчинність продукту

Дві синтезовані речовини мали подібні характеристики розчинності, а гідроксипропілметилцелюлоза ацетат був трохи більш розчинним, ніж гідроксипропілметилцелюлоза пропіонат. Синтетичний продукт можна розчинити в ацетоні, етилацетаті, змішаному розчиннику ацетон/вода та має більшу селективність. Крім того, вологість, що міститься у змішаному розчиннику ацетон/вода, може зробити похідні целюлози більш безпечними та екологічно чистими при використанні як матеріалів для покриття.

3. Висновок

(1) Умови синтезу ацетату гідроксипропілметилцелюлози наступні: 2,5 г гідроксипропілметилцелюлози, оцтовий ангідрид як естерифікатор, 150 мл піридину як розчинник, температура реакції 110°С.° С, а час реакції 1 год.

(2) Умови синтезу ацетату гідроксипропілметилцелюлози такі: 0,5 г гідроксипропілметилцелюлози, пропіоновий ангідрид як агент естерифікації, 80 мл піридину як розчинника, температура реакції 110°C.°С і час реакції 2,5 год.

(3) Похідні целюлози, синтезовані за цієї умови, знаходяться безпосередньо у формі дрібних порошків із хорошим ступенем заміщення, і ці дві похідні целюлози можна розчинити в різних органічних розчинниках, таких як етилацетат, ацетон і ацетон/вода.