HYDROXYPROPYLCELLULOSE

L'hydroxypropylcellulose est un dérivé de la cellulose soluble dans l'eau et dans les solvants organiques.
Elle est utilisée comme excipient ; comme protecteur et lubrifiant ophtalmique topique ; comme épaississant, émulsifiant et stabilisant dans les formulations cosmétiques ; comme matrice de tamisage pour la séparation de l'ADN par électrophorèse capillaire et sur microplaques ; comme consolidant du cuir utilisé pour la conservation des livres ; et comme consolidant du bois.
Il s'agit d'un éther de cellulose substitué par un groupe hydroxypropyle.

CAS : 9004-64-2
Formule formule brute : C3H7O*
Masse moléculaire : 59,08708
EINECS : 618-388-0

Synonymes :
Hydroxypropylcellulose, masse moléculaire 60 000 ; oxypropylcellulose ; PM50 ; PM50 (polymère) ; gommes végétales synthétiques ; hydroxypropylcellulose ; 2-hydroxypropylcellulose ; hydroxypropylcellulose (500 mg)

L’hydroxypropylcellulose est un dérivé de la cellulose soluble dans l’eau et les acides organiques.
Elle possède d’excellentes propriétés de rétention d’eau et prévient la déshydratation.
L’hydroxypropylcellulose peut être utilisée pour traiter les affections liées à une production lacrymale insuffisante, telles que la kératoconjonctivite sèche, les érosions cornéennes récurrentes, la diminution de la sensibilité cornéenne, la kératite d’exposition et la kératite neuroparalytique. L'hydroxypropylcellulose est également utilisée comme lubrifiant pour les yeux artificiels.
Elle peut aussi servir d'épaississant, de stabilisant d'émulsion et de liant.
De plus, l'hydroxypropylcellulose peut être utilisée comme matrice de tamisage pour la séparation de l'ADN par électrophorèse capillaire et sur microplaques.

L'hydroxypropylcellulose est également le principal composant du Cellugel, utilisé pour la conservation des livres.
L'hydroxypropylcellulose est un éther de cellulose contenant un groupement hydroxypropyle.
Elle se présente sous forme de poudre blanche.
L'hydroxypropylcellulose est soluble dans l'eau et dans certains solvants organiques.
Elle peut contenir un agent anti-agglomérant.
Il s'agit d'un éther de cellulose substitué par un groupement hydroxypropyle.
L'hydroxypropylcellulose est biocompatible et présente une faible température critique de solution (LCST).
Il a été rapporté que l'hydroxypropylcellulose est préparée par réaction de la cellulose avec un alcali, produisant de la cellulose alcaline qui est ensuite mise à réagir avec de l'oxyde de propylène. L'hydroxypropylcellulose est soluble dans l'eau à des températures inférieures à la température ambiante.

Sa viscosité est inversement proportionnelle à l'augmentation de la température.
Dans l'eau, l'hydroxypropylcellulose forme des cristaux liquides présentant de nombreuses mésophases, dont la nature dépend de sa concentration.
Ces mésophases comprennent les phases isotrope, anisotrope, nématique et cholestérique, cette dernière donnant lieu à diverses couleurs telles que le violet, le vert et le rouge.
L'hydroxypropylcellulose est utilisée dans l'industrie pharmaceutique pour traiter des affections comme le syndrome de l'œil sec (kératoconjonctivite sèche), les érosions cornéennes récurrentes, la diminution de la sensibilité cornéenne, la kératite d'exposition et la kératite neuroparalytique.
Elle est également utilisée comme liant dans les comprimés.
De plus, elle sert d'épaississant, de liant et de stabilisant d'émulsion dans les aliments (E463).
L'hydroxypropylcellulose est utilisée comme support pour la séparation de l'ADN par électrophorèse capillaire et sur microplaques.

L'éther 2-hydroxypropylique de cellulose, communément appelé hydroxypropylcellulose (HPC), est un dérivé non ionique et hydrosoluble de la cellulose.
L'hydroxypropylcellulose est produite par éthérification de la cellulose avec de l'oxyde de propylène, ce qui introduit des groupements hydroxypropyle dans la structure cellulosique.
Cette modification améliore sa solubilité dans l'eau et les solvants organiques, rendant l'hydroxypropylcellulose utile dans diverses applications.
L'hydroxypropylcellulose se caractérise par sa capacité à former des solutions limpides et visqueuses, ce qui en fait un agent épaississant, filmogène et stabilisant précieux dans les produits pharmaceutiques, cosmétiques et alimentaires.
L'hydroxypropylcellulose est également reconnue pour sa biocompatibilité et sa faible toxicité, ce qui élargit encore son champ d'application dans le domaine biomédical.
De plus, l'hydroxypropylcellulose présente des propriétés thermoplastiques, permettant sa mise en œuvre sous différentes formes.
La stabilité chimique et la résistance à la dégradation de l'hydroxypropylcellulose dans des conditions normales contribuent à sa longue durée de conservation dans les formulations. De manière générale, l'hydroxypropylcellulose est un polymère polyvalent qui trouve de nombreuses applications dans de multiples secteurs industriels grâce à ses propriétés uniques.

Propriétés chimiques de l'hydroxypropylcellulose
Point de fusion : 371,06 °C
Densité : 0,5 g/mL à 25 °C (littérature)
Indice de réfraction : 1,5600
Température de stockage : Température ambiante
Solubilité : Soluble dans les solvants organiques polaires
Aspect : Poudre
Couleur : Blanc à crème clair
Plage de pH : 5,0 - 8,5
PH (20 g/L, 25 °C) : 5,0 à 7,5
Odeur : Inodore à 100 %
Solubilité dans l'eau : Soluble dans les solvants organiques polaires et dans l'eau à température ambiante. Soluble dans l'eau, le méthanol, l'éthanol et d'autres solvants organiques.
Merck : 144841
Stabilité : Stable. Incompatible avec les agents oxydants puissants. Inflammable. Fonctions des ingrédients cosmétiques : Liant, régulateur de viscosité, tensioactif, émulsifiant, filmogène, stabilisateur d’émulsion.
Révision des ingrédients cosmétiques (CIR) : Hydroxypropylcellulose (9004-64-2)
InChI : InChI=1S/CH4/h1H4
Clé InChI : VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N
Référence CAS : 9004-64-2
Système d’enregistrement des substances de l’EPA : Hydroxypropylcellulose (9004-64-2)

Poudre ou granulés blancs ou blanc jaunâtre, hygroscopiques après séchage.
L’hydroxypropylcellulose est une poudre blanche à légèrement jaunâtre, inodore et insipide.

Chimie
L'hydroxypropylcellulose est un éther de cellulose dans lequel certains groupes hydroxyle des unités de glucose répétitives ont été hydroxypropylés, formant des groupes -OCH₂CH(OH)CH₃, à l'aide d'oxyde de propylène.
Le nombre moyen de groupes hydroxyle substitués par unité de glucose est appelé degré de substitution (DS).

Une substitution complète correspond à un DS de 3.
Comme le groupe hydroxypropyle ajouté contient lui-même un groupe hydroxyle, il peut également être éthérifié lors de la préparation de l'HPC.
Dans ce cas, le nombre de moles de groupes hydroxypropyle par cycle de glucose, appelé moles de substitution (MS), peut être supérieur à 3.
La cellulose étant très cristalline, l'HPC doit avoir un MS d'environ 4 pour présenter une bonne solubilité dans l'eau.

L'hydroxypropylcellulose possède une combinaison de groupes hydrophobes et hydrophiles, ce qui lui confère une température critique de solution inférieure (LCST) de 45 °C. À des températures inférieures à la LCST, l'hydroxypropylcellulose est facilement soluble dans l'eau ; au-dessus de la LCST, elle est insoluble.
À des concentrations appropriées, l'hydroxypropylcellulose forme des cristaux liquides et de nombreuses mésophases.
Ces mésophases comprennent les phases isotrope, anisotrope, nématique et cholestérique.
Cette dernière donne naissance à diverses couleurs telles que le violet, le vert et le rouge.
Ces couleurs sont par nature des couleurs structurales et sont également mécanochromiques, c'est-à-dire que la mésophase d'hydroxypropylcellulose change de couleur sous l'effet d'une contrainte.

Utilisations
L'hydroxypropylcellulose est utilisée dans la synthèse de nanoparticules pour l'administration de médicaments.
Elle sert d'émulsifiant, de stabilisant, d'agent de foisonnement, de colloïde protecteur, de filmogène ou d'épaississant dans les aliments ; de liant dans les céramiques et les émaux ; dans les préparations capillaires et cosmétiques ; dans les contenants thermoformés et les flacons soufflés ; comme agent de suspension lors de la polymérisation du PVC. Elle est également utilisée comme excipient pharmaceutique (agent d'enrobage des comprimés). L'hydroxypropylcellulose est une gomme cellulosique non ionique soluble dans l'eau, obtenue par la réaction de la cellulose alcaline avec l'oxyde de propylène à haute température et pression.
L'hydroxypropylcellulose est soluble dans l'eau en dessous de 40 °C, précipite sous forme de flocons entre 40 °C et 45 °C, et est insoluble au-dessus de 45 °C.

La précipitation est réversible : la viscosité initiale est rétablie par refroidissement en dessous de 40 °C et agitation.
L'hydroxypropylcellulose est utilisée dans les crèmes fouettées comme agent stabilisant et moussant ; dans les enrobages alimentaires comestibles comme glaçage et barrière huile/oxygène ; et dans les aliments transformés comme liant.
Son dosage typique est de 0,05 à 1,0 %.
L'hydroxypropylcellulose est une matière première non toxique, économique et largement utilisée dans les industries médicale, pharmaceutique et alimentaire. L'hydroxypropylcellulose est couramment utilisée comme épaississant, émulsifiant, stabilisant, liant et antiagglomérant.

L'hydroxypropylcellulose porte le numéro E463.
En pharmacie, l'hydroxypropylcellulose est utilisée comme liant dans les comprimés et entre dans la composition de divers produits cosmétiques tels que les shampoings, les après-shampoings et les lotions.
Lacrisert, fabriqué par Aton Pharma, est une formulation d'hydroxypropylcellulose utilisée pour les larmes artificielles.
L'hydroxypropylcellulose est utilisée pour traiter des affections caractérisées par une production lacrymale insuffisante, comme la kératoconjonctivite sèche, les érosions cornéennes récurrentes, la diminution de la sensibilité cornéenne, la kératite d'exposition et la kératite neuroparalytique.

L'hydroxypropylcellulose est également utilisée comme lubrifiant pour les yeux artificiels.
Elle sert de matrice de tamisage pour la séparation de l'ADN par électrophorèse capillaire et sur microplaques.
L'hydroxypropylcellulose est le principal ingrédient du Cellugel, décrit par Preservation Solutions comme un « consolidant sûr et pénétrant pour les couvertures de livres en cuir atteintes de pourriture rouge », et utilisé en conservation de livres. Grâce à sa capacité à produire une coloration structurale et un mécanochromisme aux concentrations appropriées, l'hydroxypropylcellulose peut également être utilisée comme capteur de contrainte optique ou comme technologie d'affichage couleur plus respectueuse de l'environnement, à commande mécanique.
Les conservateurs du Musée des armes à feu du Buffalo Bill Center of the West ont utilisé l'hydroxypropylcellulose pour restaurer la « Forgotten Winchester », une carabine Winchester modèle 1873 à levier, découverte en 2014 appuyée contre un arbre dans le parc national de Great Basin, au Nevada.

Applications pharmaceutiques
L'hydroxypropylcellulose est largement utilisée dans les formulations pharmaceutiques orales et topiques.
Dans les produits oraux, elle est principalement utilisée comme liant, agent d'enrobage et matrice pour la libération prolongée lors de la compression en comprimés.
Des concentrations de 2 à 6 % p/p d'hydroxypropylcellulose peuvent être utilisées comme liant dans les procédés de granulation humide ou de compression directe à sec. Des concentrations de 15 à 35 % p/p d'hydroxypropylcellulose peuvent être utilisées pour produire des comprimés à libération prolongée de principe actif.
La vitesse de libération du principe actif augmente lorsque la viscosité de l'hydroxypropylcellulose diminue.

L'ajout d'un tensioactif anionique augmente également la viscosité de l'hydroxypropylcellulose et, par conséquent, diminue la vitesse de libération du principe actif.
Des mélanges d'hydroxypropylcellulose et d'autres polymères cellulosiques ont été utilisés pour améliorer les caractéristiques de granulation humide et de compression, ainsi que pour un meilleur contrôle et une plus grande modulation de la vitesse de libération du principe actif.
En alternative à la granulation humide, la granulation sèche et la compression directe de formulations d'hydroxypropylcellulose présentent des caractéristiques de compression et d'écoulement acceptables pour la fabrication de comprimés matriciels à libération prolongée.
Une solution à 5 % p/p d'hydroxypropylcellulose est généralement utilisée pour l'enrobage des comprimés. Des solutions aqueuses contenant de l'hydroxypropylcellulose associée à de la méthylcellulose ou des solutions éthanoliques ont été employées. L'acide stéarique ou l'acide palmitique peuvent être ajoutés aux solutions éthanoliques d'hydroxypropylcellulose comme plastifiants.

Les préoccupations environnementales ont limité l'utilisation de l'éthanol dans les solutions de pelliculage.
L'hydroxypropylcellulose est également utilisée dans les procédés de microencapsulation et comme agent épaississant.
Dans les formulations topiques, l'hydroxypropylcellulose est utilisée dans les patchs transdermiques et les préparations ophtalmiques.
L'hydroxypropylcellulose est également utilisée dans les cosmétiques et les produits alimentaires comme émulsifiant et stabilisant.

Méthodes de production
Une forme purifiée de cellulose est mise à réagir avec de l'hydroxyde de sodium pour produire une cellulose alcaline gonflée, chimiquement plus réactive que la cellulose non traitée.
Cette cellulose alcaline est ensuite mise à réagir avec de l'oxyde de propylène à température et pression élevées.
L'oxyde de propylène peut se substituer à la cellulose par une liaison éther au niveau des trois groupes hydroxyle réactifs présents sur chaque unité monomère d'anhydroglucose de la chaîne de cellulose. L'éthérification se déroule de telle sorte que les groupes hydroxypropyle substituants contiennent presque exclusivement des groupes hydroxyle secondaires.
Le groupe hydroxyle secondaire présent dans la chaîne latérale est disponible pour une réaction ultérieure avec l'oxyde de propylène, et une cyclisation peut avoir lieu.
Il en résulte la formation de chaînes latérales contenant plus d'une mole d'oxyde de propylène combiné.

Procédé de fabrication
Le tert-butanol, l'eau et l'hydroxyde de sodium ont été mélangés, puis le mélange a été refroidi à 20 °C.
Les linters de coton purifiés ont été ajoutés au mélange et laissés à maturation à 20 °C pendant une heure sous agitation.
L'excès de liquide a été éliminé par filtration de la cellulose alcaline obtenue, de sorte que le gâteau de filtration obtenu pesait 3,08 parties.
Ce gâteau de filtration a été désagrégé et mis en suspension dans de l'hexane, puis placé dans un autoclave. 
La pression a été portée à 100 psig avec de l'azote, puis relâchée à 5 psig.
L'oxyde de propylène a été ajouté à l'autoclave, puis la pression a été portée à 25 psig avec de l'azote.
La charge obtenue a été chauffée à 85 °C en 30 minutes, puis maintenue à cette température et sous une pression de 25 psig pendant six heures.
La charge a ensuite été refroidie à 30 °C. Le récipient sous pression a été purgé et 0,14 partie d'acide acétique glacial a été ajoutée.
L'hexane en excès a été éliminé par filtration du produit d'hydroxypropylcellulose obtenu. Ce dernier a été purifié par lavage à l'eau chaude (85 °C à 95 °C) puis séché à 130 °C dans un séchoir à tambour à deux rouleaux.