Tổng hợp Hydroxypropyl Methyl Cellulose Acetate và Propionate

Sử dụng hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) làm nguyên liệu thô, anhydrit axetic và anhydrit propionic làm chất este hóa, phản ứng este hóa trong pyridine đã chuẩn bị hydroxypropyl methylcellulose axetat và hydroxypropyl methylcellulose Cellulose propionate. Bằng cách thay đổi lượng dung môi được sử dụng trong hệ thống, người ta đã thu được sản phẩm có đặc tính và mức độ thay thế tốt hơn. Mức độ thay thế được xác định bằng phương pháp chuẩn độ và sản phẩm được mô tả và kiểm tra hiệu suất. Kết quả cho thấy hệ phản ứng đã phản ứng ở 110°C trong 1-2,5 giờ và nước khử ion được sử dụng làm chất kết tủa sau phản ứng và có thể thu được các sản phẩm dạng bột có mức độ thay thế lớn hơn 1 (mức độ thay thế lý thuyết là 2). Nó có khả năng hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ khác nhau như etyl este, axeton, axeton/nước, v.v.

Từ khóa: hydroxypropyl metyl xenlulo; hydroxypropyl methylcellulose axetat; hydroxypropyl methylcellulose propionate

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) là một hợp chất polymer không ion và ete cellulose có nhiều ứng dụng. Là một chất phụ gia hóa học tuyệt vời, HPMC thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và được gọi là “bột ngọt công nghiệp”. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) không chỉ có chức năng nhũ hóa, làm đặc và liên kết tốt mà còn có thể được sử dụng để duy trì độ ẩm và bảo vệ chất keo. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, y học, sơn, dệt may và nông nghiệp. . Việc sửa đổi hydroxypropyl methylcellulose có thể thay đổi một số tính chất của nó để có thể sử dụng tốt hơn trong một lĩnh vực nhất định. Công thức phân tử của monome của nó là C10H18O6.

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về dẫn xuất hydroxypropyl methylcellulose dần trở thành điểm nóng. Bằng cách biến đổi hydroxypropyl methylcellulose, có thể thu được nhiều hợp chất dẫn xuất khác nhau với các đặc tính khác nhau. Ví dụ, việc đưa vào các nhóm acetyl có thể làm thay đổi tính linh hoạt của màng phủ y tế.

Việc biến đổi hydroxypropyl methylcellulose thường được thực hiện với sự có mặt của chất xúc tác axit như axit sulfuric đậm đặc. Thí nghiệm thường sử dụng axit axetic làm dung môi. Các điều kiện phản ứng phức tạp và tốn thời gian, sản phẩm thu được có mức độ thay thế thấp. (nhỏ hơn 1).

Trong bài báo này, acetic anhydrit và propionic anhydrit được sử dụng làm tác nhân este hóa để biến tính hydroxypropyl methylcellulose để điều chế hydroxypropyl methylcellulose acetate và hydroxypropyl methylcellulose propionate. Bằng cách khám phá các điều kiện như lựa chọn dung môi (pyridine), liều lượng dung môi, v.v., người ta hy vọng rằng có thể thu được sản phẩm có đặc tính và mức độ thay thế tốt hơn thông qua một phương pháp tương đối đơn giản. Trong bài báo này, thông qua nghiên cứu thực nghiệm, đã thu được sản phẩm mục tiêu có kết tủa dạng bột và mức độ thay thế lớn hơn 1, cung cấp một số hướng dẫn lý thuyết cho việc sản xuất hydroxypropyl methylcellulose axetat và hydroxypropyl methylcellulose propionate.

1. Phần thí nghiệm

1.1 Vật liệu và thuốc thử

Loại dược phẩm hydroxypropyl methylcellulose (KIMA CHEMICAL CO.,LTD, 60HD100, phần khối lượng methoxyl 28% -30%, phần khối lượng hydroxypropoxyl 7% -12%); acetic anhydrit, AR, Công ty TNHH Thuốc thử hóa học Tập đoàn Sinopharm; Propionic Anhydrit, AR, Thuốc thử Tây Á; Pyridine, AR, Công ty TNHH Thuốc thử hóa học Kemiou Thiên Tân; metanol, etanol, ete, etyl axetat, axeton, NaOH và HCl có bán sẵn ở dạng tinh khiết phân tích.

Vỏ sưởi điện điều nhiệt KDM, máy khuấy điện hiển thị kỹ thuật số đo tốc độ JJ-1A, máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier NEXUS 670.

1.2 Điều chế hydroxypropyl methylcellulose axetat

Một lượng pyridin nhất định được thêm vào bình ba cổ, sau đó thêm 2,5 g hydroxypropyl methylcellulose vào, các chất phản ứng được khuấy đều và nhiệt độ được nâng lên 110°C. Thêm 4 mL anhydrit axetic, phản ứng ở 110°C trong 1 giờ, ngừng gia nhiệt, làm nguội đến nhiệt độ phòng, thêm một lượng lớn nước khử ion để kết tủa sản phẩm, lọc bằng lực hút, rửa bằng nước khử ion nhiều lần cho đến khi dịch rửa giải trung tính và làm khô sản phẩm.

1.3 Điều chế hydroxypropyl methylcellulose propionate

Một lượng pyridin nhất định được thêm vào bình ba cổ, sau đó thêm 0,5 g hydroxypropyl methylcellulose vào, các chất phản ứng được khuấy đều và nhiệt độ được nâng lên 110°C. Thêm 1,1 mL anhydrit propionic, phản ứng ở 110°C trong 2,5 giờ, ngừng gia nhiệt, làm nguội đến nhiệt độ phòng, thêm một lượng lớn nước khử ion để kết tủa sản phẩm, lọc bằng lực hút, rửa bằng nước khử ion nhiều lần cho đến khi dịch rửa giải có đặc tính trung bình, bảo quản sản phẩm ở nơi khô ráo.

1.4 Xác định quang phổ hồng ngoại

Các hydroxypropyl methylcellulose, hydroxypropyl methylcellulose acetate, hydroxypropyl methylcellulose propionate và KBr lần lượt được trộn và nghiền, sau đó được ép thành dạng viên để xác định phổ hồng ngoại.

1.5 Xác định mức độ thay thế

Chuẩn bị dung dịch NaOH, HCl có nồng độ 0,5 mol/L và tiến hành hiệu chuẩn để xác định chính xác nồng độ; Cân 0,5 g hydroxypropylmethylcellulose axetat (ester axit propionic hydroxypropylmethylcellulose) cho vào bình Erlenmeyer 250 ml, thêm 25 ml axeton và 3 giọt chỉ thị phenolphtalein, trộn đều, sau đó thêm 25 ml dung dịch NaOH, khuấy đều và xà phòng hóa trên máy khuấy điện từ. 2 giờ; chuẩn độ bằng HCI cho đến khi dung dịch mất màu đỏ, ghi thể tích V1 (V2) axit clohydric đã tiêu tốn; sử dụng phương pháp tương tự để đo thể tích V0 của axit clohydric mà hydroxypropyl metyl xenluloza tiêu tốn và tính mức độ thay thế.

1.6 Thí nghiệm độ hòa tan

Lấy một lượng sản phẩm tổng hợp thích hợp, thêm chúng vào dung môi hữu cơ, lắc nhẹ và quan sát sự hòa tan của chất.

2. Kết quả và thảo luận

2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng pyridin (dung môi)

Ảnh hưởng của lượng pyridin khác nhau đến hình thái của hydroxypropylmethylcellulose acetate và hydroxypropylmethylcellulose propionate. Khi lượng dung môi ít hơn, nó sẽ làm giảm khả năng mở rộng của chuỗi đại phân tử và độ nhớt của hệ thống, do đó mức độ este hóa của hệ thống phản ứng sẽ giảm và sản phẩm sẽ bị kết tủa thành khối lượng lớn. Và khi lượng dung môi quá thấp, chất phản ứng dễ ngưng tụ thành cục và bám vào thành bình, không những không thuận lợi cho việc thực hiện phản ứng mà còn gây bất tiện lớn cho quá trình xử lý sau phản ứng. . Trong quá trình tổng hợp hydroxypropyl methylcellulose axetat, lượng dung môi sử dụng có thể được chọn là 150 mL/2 g; để tổng hợp hydroxypropyl methylcellulose propionate, nó có thể được chọn là 80 mL/0,5 g.

2.2 Phân tích phổ hồng ngoại

Biểu đồ so sánh hồng ngoại của hydroxypropyl methylcellulose và hydroxypropyl methylcellulose acetate. So với nguyên liệu thô, phổ hồng ngoại của sản phẩm hydroxypropyl methylcellulose acetate có sự thay đổi rõ ràng hơn. Trong phổ hồng ngoại của sản phẩm, xuất hiện một đỉnh mạnh ở bước sóng 1740cm-1, chứng tỏ đã hình thành nhóm cacbonyl; Ngoài ra, cường độ đỉnh dao động kéo giãn của OH ở 3500cm-1 thấp hơn nhiều so với nguyên liệu thô, điều này cũng cho thấy -OH đã xảy ra phản ứng.

Phổ hồng ngoại của sản phẩm hydroxypropyl methylcellulose propionate cũng có sự thay đổi đáng kể so với nguyên liệu thô. Trong phổ hồng ngoại của sản phẩm, xuất hiện một đỉnh mạnh ở bước sóng 1740 cm-1, chứng tỏ đã tạo ra nhóm cacbonyl; Ngoài ra, cường độ rung động kéo dài OH ở mức 3500 cm-1 thấp hơn nhiều so với cường độ rung của nguyên liệu thô, điều này cũng cho thấy OH đã phản ứng.

2.3 Xác định mức độ thay thế

2.3.1 Xác định mức độ thay thế của hydroxypropyl methylcellulose axetat

Vì hydroxypropyl methylcellulose có hai 1 OH trong mỗi đơn vị và cellulose acetate là sản phẩm thu được bằng cách thay thế một COCH3 bằng H trong một OH, nên mức độ thay thế tối đa theo lý thuyết (Ds) là 2.

2.3.2 Xác định mức độ thay thế hydroxypropyl methylcellulose propionate

2.4 Độ hòa tan của sản phẩm

Hai chất được tổng hợp có đặc tính hòa tan tương tự nhau và hydroxypropyl methylcellulose acetate hòa tan hơn một chút so với hydroxypropyl methylcellulose propionate. Sản phẩm tổng hợp có thể được hòa tan trong axeton, etyl axetat, dung môi hỗn hợp axeton/nước và có tính chọn lọc cao hơn. Ngoài ra, độ ẩm có trong dung môi hỗn hợp axeton/nước có thể làm cho các dẫn xuất cellulose an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn khi sử dụng làm vật liệu phủ.

3. Kết luận

(1) Điều kiện tổng hợp hydroxypropyl methylcellulose acetate như sau: 2,5 g hydroxypropyl methylcellulose, anhydrit axetic làm chất este hóa, 150 mL pyridin làm dung môi, nhiệt độ phản ứng ở 110° C và thời gian phản ứng là 1 giờ.

(2) Điều kiện tổng hợp hydroxypropyl methylcellulose axetat là: 0,5 g hydroxypropyl methylcellulose, anhydrit propionic làm chất este hóa, 80 mL dung môi pyridin, nhiệt độ phản ứng ở 110°C và thời gian phản ứng là 2,5 giờ.

(3) Các dẫn xuất cellulose được tổng hợp trong điều kiện này trực tiếp ở dạng bột mịn với mức độ thay thế tốt và hai dẫn xuất cellulose này có thể được hòa tan trong các dung môi hữu cơ khác nhau như etyl axetat, axeton và axeton/nước.