КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТОКСИ- И ГИДРОКСИЭТОКСИ-ГРУПП В ГИДРОКСИЭТИЛМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЕ МЕТОДОМ ИК-ФУРЬЕ-СПЕКТРОСКОПИИ С КАЛИБРОВКОЙ ПО ДАННЫМ ЯМР 13С СПЕКТРОСКОПИИ

Авторы

  • Сергей Геннадьевич Кострюков Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва; г. Саранск Автор https://orcid.org/0000-0002-1774-0836 kostryukov_sg@mail.ru
  • Шамиль Анвярович Файзрахманов Национальный исследовательский Мордовский государственный университет, г. Саранск Автор Sh.Faizrahmanov@yandex.ru

DOI:

https://doi.org/10.5281/zenodo.20799648

Ключевые слова:

гидроксиэтилметилцеллюлоза, степень замещения, молярное замещение, ИК-Фурье спектроскопия, ЯМР 13С спектроскопия, метокси-группы, гидроксиэтокси-группы, количественный анализ, калибровка

Лицензия

Метаданные этой статьи распространяются под лицензией CC BY 4.0

Аннотация

Разработана методика количественного определения метокси- и гидроксиэтокси-групп в гидроксиэтилметилцеллюлозе (ГЭМЦ) методом ИК-Фурье-спектроскопии с калибровкой по данным ЯМР 13С спектроскопии. Исследовано 9 коммерческих образцов ГЭМЦ. Построены линейные регрессионные зависимости относительных интенсивностей полос 1373 см–1 (деформационные колебания CH3) и 1312 см–1 (деформационные колебания CH2CH2OH) от содержания заместителей. Лучшие результаты получены при нормировке на полосу 949 см–1 (скелетные колебания пиранозного цикла): для метокси-групп R2 = 0,9515, RMSE = 0,284 %; для гидроксиэтокси-групп R2 = 0,825, RMSE = 0,98 %. Валидация на трёх независимых образцах показала расхождение с референсными значениями, определенными из данных ЯМР 13С спектров не более 1,8 % для метокси- и 0,7 % для гидроксиэтокси-групп, что приемлемо для скрининговых задач. Предложенный экспресс-метод может быть использован для входного контроля сырья.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

1. Influence of Substitution Pattern on Solution Behavior of Hydroxypropyl Methylcellulose / A. Viridén, B. Wittgren, T. Andersson et al. // Biomacromolecules. – 2009. – Vol. 10, No 3. – P. 522-529. – DOI: 10.1021/bm801140q.

2. Sarkar, N. Thermal gelation properties of methyl and hydroxypropyl methylcellulose / N. Sarkar // Journal of Applied Polymer Science. – 1979. – Vol. 24, No 4. – P. 1073-1087. – DOI: 10.1002/app.1979.070240420.

3. Aggregation and network formation of aqueous methylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose solutions / R. Bodvik, A. Dedinaite, L. Karlson et al. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2010. – Vol. 354, No 1-3. – P. 162-171. – DOI: 10.1016/j.colsurfa.2009.09.040.

4. Cellulose ethers influence on water retention and consistency in cement-based mortars / L. Patural, P. Marchal, A. Govin et al. // Cement and Concrete Research. – 2011. – Vol. 41, No 1. – P. 46-55. – DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.09.004.

5. Pharmaceutical applications of cellulose ethers and cellulose ether esters / H.C. Arca, L.I. Mosquera-Giraldo, V. Bi et al. // Biomacromolecules. – 2018. – Vol. 19, No 7. – P. 2351-2376. – DOI: 10.1021/acs.biomac.8b00517

6. Mamani, P.L. Matrix tablets: the effect of hydroxypropyl methylcellulose/anhydrous dibasic calcium phosphate ratio on the release rate of a water-soluble drug through the gastrointestinal tract I. In vitro tests / P.L. Mamani, R. Ruiz-Caro, M.D. Veiga // AAPS PharmSciTech. – 2012. – Vol. 13, No 4. – P. 1073-1083. – DOI: 10.1208/s12249-012-9829-9.

7. Recent Advances in Cellulose-Based Hydrogels: Food Applications / P.C. Nath, S. Debnath, M. Sharma et al. // Foods. – 2023. – Vol. 12, No 2. – ID 350. – DOI: 10.3390/foods12020350.

8. Wüstenberg, T. Cellulose and cellulose derivatives in the food industry: fundamentals and applications / T. Wüstenberg // Wiley-VCH. – 2022. – 560 p. – DOI: 10.1002/9783527682935.

9. Hydrolysis of hydroxyethyl methylcellulose with perchloric acid and determination of chemical structure via 13C NMR spectroscopy / S.G. Kostryukov, P.S. Petrov, V.A. Kalyazin et al. // Cellulose Chemistry and Technology. – 2020. – Vol. 54, No 5-6. – P. 439-450. DOI: 10.35812/CelluloseChemTechnol.2020.54.45.

10. Определение химической структуры метилгидроксиэтилцеллюлозы методом 13С ЯМР спектроскопии / С.Г. Кострюков, С.В. Арасланкин, П.С. Петров и др. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. – 2019. – Т. 62, № 8. – С. 102-112. – DOI: 10.6060/ivkkt.20196208.5910.

11. Quantitative analysis of degree of substitution/molar substitution of etherified polysaccharide derivatives / X.-L. Liu, C.-F. Zhu, H.-C. Liu, J.-M. Zhu // Designed Monomers and Polymers. – 2022. – Vol. 25, No 1. – P. 75-88. – DOI: 10.1080/15685551.2022.2054118.

12. Fan, M. Fourier transform infrared spectroscopy for natural fibres / M. Fan, D. Dai, B. Huang // Fourier Transform – Materials Analysis. – 2021. – P. 45-68. – DOI: 10.5772/35482.

13. Определение лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы в растительных материалах с помощью ИК-Фурье спектроскопии / С.Г. Кострюков, Х.Б. Матьякубов, Ю.Ю. Мастерова и др. // Журнал аналитической химии. – 2023. – Т. 78, № 6. – С. 496-506. – DOI: 10.31857/S0044450223040102.

14. Norcross, F. Criminal Law Reform / F. Norcross // Journal of the American Institute of Criminal Law and Criminology. – 1910. – Vol. 1, No 3. – P. 386–393.

REFERENCES

1. Viridén, A., Wittgren, B., Andersson, T., Abrahmsén-Alami, S., & Larsson, A. (2009). Influence of Substitution Pattern on Solution Behavior of Hydroxypropyl Methylcellulose. Biomacromolecules. 10 (3), 522–529, doi: 10.1021/bm801140q.

2. Sarkar, N. (1979). Thermal gelation properties of methyl and hydroxypropyl methylcellulose. Journal of Applied Polymer Science. 24 (4), 1073–1087, doi: 10.1002/app.1979.070240420.

3. Bodvik, R., Dedinaite, A., Karlson, L., Bergström, M., Bäverbäck, P., Pedersen, J. S., Edwards, K., Karlsson, G., Varga, I., & Claesson, P. M. (2010). Aggregation and network formation of aqueous methylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose solutions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 354 (1–3), 162–171, doi: 10.1016/j.colsurfa.2009.09.040.

4. Patural, L., Marchal, P., Govin, A., Grosseau, P., Ruot, B., & Devès, O. (2011). Cellulose ethers influence on water retention and consistency in cement-based mortars. Cement and Concrete Research. 41 (1), 46–55, doi: 10.1016/j.cemconres.2010.09.004.

5. Arca, H. C., Mosquera-Giraldo, L. I., Bi, V., Xu, D., Taylor, L. S., & Edgar, K. J. (2018). Pharmaceutical applications of cellulose ethers and cellulose ether esters. Biomacromolecules. 19 (7), 2351–2376, doi: 10.1021/acs.biomac.8b00517.

6. Mamani, P. L., Ruiz-Caro, R., & Veiga, M. D. (2012). Matrix tablets: the effect of hydroxypropyl methylcellulose/anhydrous dibasic calcium phosphate ratio on the release rate of a water-soluble drug through the gastrointestinal tract I. In vitro tests. AAPS PharmSciTech. 13 (4), 1073–1083, doi: 10.1208/s12249-012-9829-9.

7. Nath, P. C., Debnath, S., Sharma, M., Sridhar, K., Nayak, P. K., & Inbaraj, B. S. (2023). Recent Advances in Cellulose-Based Hydrogels: Food Applications. Foods. 12 (2), 350, doi: 10.3390/foods12020350.

8. Wüstenberg, T. (2022). Cellulose and cellulose derivatives in the food industry: fundamentals and applications. Wiley-VCH, doi: 10.1002/9783527682935.

9. Kostryukov, S. G., Petrov, P. S., Kalyazin, V. A., Ullah, W., Tezikova, V. S., Odnopolov, A. A., Masterova, Y. Y., & Alalwan, D. H. K. (2020). Hydrolysis of hydroxyethyl methylcellulose with perchloric acid and determination of chemical structure via 13C NMR spectroscopy. Cellulose Chemistry and Technology. 54 (5–6), 439–450, doi: 10.35812/CelluloseChemTechnol.2020.54.45.

10. Kostryukov, S. G., Araslankin, S. V., Petrov, P. S., Kalyazin, V. A., & Al-Rubaye, A. A. I. (2019). [Determination of the chemical structure of methylhydroxyethylcellulose by 13C NMR spectroscopy]. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Seriya: Khimiya i Khimicheskaya Tekhnologiya = ChemChemTech]. 62 (8), 102–112, doi: 10.6060/ivkkt.20196208.5910 (In Russian).

11. Liu, X.-L., Zhu, C.-F., Liu, H.-C., & Zhu, J.-M. (2022). Quantitative analysis of degree of substitution/molar substitution of etherified polysaccharide derivatives. Designed Monomers and Polymers. 25 (1), 75–88, doi: 10.1080/15685551.2022.2054118.

12. Fan, M., Dai, D., & Huang, B. (2021). Fourier transform infrared spectroscopy for natural fibres. In Fourier Transform – Materials Analysis (pp. 45–68), doi: 10.5772/35482.

13. Kostryukov, S. G., Matyakubov, Kh. B., Masterova, Yu. Yu., Kozlov, A. Sh., Pryanichnikova, M. K., Pynenkov, A. A., & Khluchina, N. A. (2023). [Determination of lignin, cellulose and hemicellulose in plant materials by FTIR spectroscopy]. Zhurnal Analiticheskoi Khimii = Journal of Analytical Chemistry. 78 (6), 496–506, doi: 10.31857/S0044450223040102 (In Russian).

14. Norcross, F. (1910) Criminal Law Reform. Journal of the American Institute of Criminal Law and Criminology. 1 (3), 386–393.

Загрузки

Опубликован

2026-06-05

Выпуск

№ 2 (2026): Вестник Донецкого национального университета. Серия А: Естественные науки

Раздел

Химические науки

Лицензия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Статьи журнала «Вестник Донецкого университета. Серия 01. Естественные науки» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Донецким Государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.