Пропиленгликоль ( название ИЮПАК : пропан-1,2-диол ) представляет собой вязкую бесцветную жидкость, почти не имеющую запаха, но обладающую слегка сладковатым вкусом. Его химическая формула : CH 3 CH(OH)CH 2 OH. Поскольку он содержит две спиртовые группы, его классифицируют как диол . Он смешивается с широким спектром растворителей, включая воду , ацетон и хлороформ . В целом гликоли [5] не вызывают раздражения и имеют очень низкую летучесть . [6]
Его производят в больших масштабах прежде всего для производства полимеров . В Европейском Союзе он имеет E-номер E1520 для пищевых продуктов. Для косметики и фармакологии номер E490. Пропиленгликоль также присутствует в альгинате пропиленгликоля , известном как E405. Пропиленгликоль — это соединение, которое одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (GRAS) (в целом признано безопасным) в соответствии с 21 CFR x184.1666, а также одобрено FDA для определенных видов использования в качестве непрямой пищевой добавки. Пропиленгликоль одобрен и используется в качестве носителя для местных, пероральных и некоторых внутривенных фармацевтических препаратов в США и Европе.
Соединение иногда называют (альфа) -α-пропиленгликолем , чтобы отличить его от изомера пропан-1,3-диола , известного как (бета)β-пропиленгликоль. Пропиленгликоль является хиральным. В коммерческих процессах обычно используется рацемат . S-изомер производится биотехнологическими способами.
В промышленности пропиленгликоль производят в основном из оксида пропилена (для использования в пищевых целях). По данным источника на 2018 год, ежегодно производится 2,16 млн тонн. [6] Производители используют либо некаталитический высокотемпературный процесс при температуре от 200 °C (392 °F) до 220 °C (428 °F), либо каталитический метод, который протекает при температуре от 150 °C (302 °F) до 180 °C. °C (356 °F) в присутствии ионообменной смолы или небольшого количества серной кислоты или щелочи. [7]
Конечные продукты содержат 20% пропиленгликоля, 1,5% дипропиленгликоля и небольшое количество других полипропиленгликолей . [8] Дальнейшая очистка дает готовый пропиленгликоль промышленного класса или класса USP/JP/EP/BP, содержание которого обычно составляет 99,5% или выше. Использование пропиленгликоля USP (Фармакопея США) может снизить риск отклонения сокращенной заявки на новое лекарственное средство (ANDA). [9]
Пропиленгликоль также можно получить из глицерина , побочного продукта производства биодизельного топлива . [6] Этот исходный материал обычно предназначен для промышленного использования из-за заметного запаха и вкуса, который сопровождает конечный продукт.
(S)-Пропандиол синтезируют методами ферментации. Молочная кислота и лактальдегид являются обычными промежуточными продуктами. Дигидроксиацетонфосфат , один из двух продуктов распада ( гликолиза ) фруктозо-1,6-бисфосфата , является предшественником метилглиоксаля . Это преобразование является основой потенциального биотехнологического пути получения товарного химического вещества 1,2-пропандиола . Трехуглеродные дезоксисахара также являются предшественниками 1,2-диола. [6]
Небольшой небиологический путь получения D -маннита показан на следующей схеме: [10]
Сорок пять процентов производимого пропиленгликоля используется в качестве химического сырья для производства ненасыщенных полиэфирных смол . В связи с этим пропиленгликоль реагирует со смесью ненасыщенного малеинового ангидрида и изофталевой кислоты с образованием сополимера . Этот частично ненасыщенный полимер подвергается дальнейшему сшиванию с образованием термореактивных пластиков . Что касается этого применения, пропиленгликоль реагирует с оксидом пропилена с образованием олигомеров и полимеров, которые используются для производства полиуретанов . [6] Пропиленгликоль используется в акриловых архитектурных красках на водной основе для продления времени высыхания, чего он достигает, предотвращая высыхание поверхности из-за более медленной скорости испарения по сравнению с водой.
Пропиленгликоль также используется в различных пищевых продуктах, таких как напитки на основе кофе, жидкие подсластители , мороженое, взбитые молочные продукты и газированные напитки. [11] [12] Испарители , используемые для доставки фармацевтических препаратов или средств личной гигиены, часто включают в себя пропиленгликоль. [6] В дезинфицирующих средствах для рук на спиртовой основе он используется в качестве увлажнителя, предотвращающего высыхание кожи. [13] Пропиленгликоль используется в качестве растворителя во многих фармацевтических препаратах , включая препараты для перорального , инъекционного и местного применения. Многие фармацевтические препараты, нерастворимые в воде, используют пропиленгликоль в качестве растворителя и носителя; Таблетки бензодиазепина являются одним из примеров. [14] Пропиленгликоль также используется в качестве растворителя и носителя для многих фармацевтических препаратов в виде капсул . Кроме того, в некоторых составах искусственных слез в качестве ингредиента используется пропиленгликоль. [15]
Температура замерзания воды снижается при смешивании с пропиленгликолем. Используется в качестве противообледенительной и противообледенительной жидкости для самолетов. 50%-ный разбавленный водой и подогретый раствор применяют для удаления обледенения с фюзеляжей коммерческих самолетов на земле (противообледенительная обработка), а 100%-ный неразбавленный холодный раствор применяют только на крыльях и хвостовом оперении самолета с целью для предотвращения образования обледенения в течение определенного периода времени перед взлетом (противообледенительная защита). Обычно такой срок ограничивается 15–90 минутами, в зависимости от силы снегопада и температуры наружного воздуха. [6] [16] Смеси воды и пропиленгликоля, окрашенные в розовый цвет, чтобы указать на то, что смесь относительно нетоксична, продаются под названием RV или морской антифриз. Пропиленгликоль часто используется в качестве заменителя этиленгликоля в малотоксичных, экологически чистых автомобильных антифризах . Его также используют для подготовки к зиме водопроводных систем в пустующих строениях. [17] Эвтектический состав /температура составляет 60:40 пропиленгликоль:вода/-60°C. [18] [19] Однако коммерческий продукт –50 °F/–45 °C богат водой; типичная формулировка - 40:60. [20]
Пропиленгликоль, растительный глицерин [21] или их смесь являются основными ингредиентами жидкости для электронных сигарет , используемой в электронных сигаретах . Они распыляются в виде дыма и служат переносчиками таких веществ, как никотин и ароматизаторы . [22]
При использовании в средних количествах пропиленгликоль не оказывает заметного влияния на развитие и/или размножение животных и, вероятно, не оказывает отрицательного воздействия на развитие или воспроизводство человека без активного использования. [29] Безопасность электронных сигарет , в которых используются препараты никотина или ТГК и других каннабиноидов на основе пропиленгликоля, является предметом многочисленных споров. [30] [31] [32] В этом споре также упоминается ацетат витамина Е. [33]
Острая пероральная токсичность пропиленгликоля очень низка, и для того, чтобы вызвать заметные последствия для здоровья человека, требуются большие количества; Фактически, токсичность пропиленгликоля составляет одну треть от токсичности этанола. [34] Пропиленгликоль метаболизируется в организме человека в пировиноградную кислоту (нормальную часть процесса метаболизма глюкозы, легко преобразуемую в энергию), уксусную кислоту (управляемую метаболизмом этанола), молочную кислоту (нормальную кислоту, обычно встречающуюся в изобилии в организме человека). пищеварение), [35] и пропиональдегид (потенциально опасное вещество). [36] [37] [38] По данным компании Dow Chemical , LD 50 (доза, которая убивает 50% подопытной популяции) для крыс составляет 20 г/кг (перорально/крыса). [39] [40]
Токсичность обычно возникает при концентрациях в плазме более 4 г/л, что требует чрезвычайно высокого потребления в течение относительно короткого периода времени или при использовании в качестве носителя для лекарств или витаминов, вводимых внутривенно или перорально в больших болюсных дозах . [41] Было бы практически невозможно достичь уровня токсичности, потребляя продукты или добавки, которые содержат не более 1 г/кг ПГ, за исключением алкогольных напитков в США, для которых разрешено содержание 5 процентов = 50 г/кг. [42] Случаи отравления пропиленгликолем обычно связаны либо с неправильным внутривенным введением, либо со случайным проглатыванием больших количеств детьми. [43]
Потенциал долгосрочной пероральной токсичности также низок. В ходе непрерывного селекционного исследования Национальной токсикологической программы не наблюдалось никакого влияния на фертильность у мышей мужского и женского пола, получавших пропиленгликоль с питьевой водой в дозах до 10 100 мг/кг массы тела/день. Никакого влияния на фертильность не наблюдалось ни у первого, ни у второго поколения обработанных мышей. [29] В ходе двухлетнего исследования 12 крысам давали корм, содержащий до 5% пропиленгликоля, и никаких видимых побочных эффектов не наблюдалось. [44] Из-за низкой хронической пероральной токсичности пропиленгликоль был классифицирован Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США как « общепризнанный безопасный » (GRAS) для использования в качестве прямой пищевой добавки , включая замороженные продукты, такие как мороженое и замороженные десерты . . [42] [45] Обозначение GRAS относится только к его использованию в пищевых продуктах и не распространяется на другие виды использования. [46]
Пропиленгликоль может не вызывать раздражения кожи. Подробную информацию об аллергических реакциях см. в разделе «Аллергические реакции» ниже. [47] Неразбавленный пропиленгликоль минимально раздражает глаза, вызывая легкий преходящий конъюнктивит ; глаз восстанавливается после снятия воздействия.
Исследование на добровольцах, проведенное в 2018 году, показало, что у 10 мужчин и женщин, подвергшихся 4-часовому воздействию концентраций до 442 мг/м3 и 30-минутному воздействию концентраций до 871 мг/м3 в сочетании с умеренными физическими упражнениями, не было обнаружено нарушений функции легких. или признаки раздражения глаз, при этом сообщалось лишь о легких симптомах раздражения дыхательных путей. [48]
Пропиленгликоль не вызывал сенсибилизации или канцерогенности в исследованиях на лабораторных животных и не продемонстрировал генотоксического потенциала. [49] [50]
Исследование на добровольцах, проведенное в 2018 году, показало, что у 10 мужчин и женщин, подвергшихся 4-часовому воздействию концентраций до 442 мг/м3 и 30-минутному воздействию концентраций до 871 мг/м3 в сочетании с умеренными физическими упражнениями, не было обнаружено нарушений функции легких. или признаки раздражения глаз, при этом сообщалось лишь о легких симптомах раздражения дыхательных путей. [48] Вдыхание паров пропиленгликоля не представляет существенной опасности при обычном применении. [51] Из-за отсутствия данных о хроническом вдыхании не рекомендуется использовать пропиленгликоль в ингаляционных целях, таких как театральные постановки, или растворы антифриза для станций экстренной промывки глаз . [52] Недавно пропиленгликоль (обычно наряду с глицерином ) был включен в качестве носителя никотина и других добавок в жидкости для электронных сигарет , использование которых представляет собой новую форму воздействия. Потенциальная опасность хронического вдыхания пропиленгликоля или последнего вещества в целом пока неизвестна. [53]
Согласно исследованию 2010 года, концентрации PGE (рассчитываемые как сумма пропиленгликоля и эфиров гликоля ) в воздухе помещений, особенно в спальне, связаны с повышенным риском развития многочисленных респираторных и иммунных нарушений у детей, включая астму , сено лихорадка , экзема и аллергия с повышенным риском от 50% до 180%. Эта концентрация связана с использованием красок на водной основе и средств для очистки систем на водной основе. Однако авторы исследования пишут, что вероятным виновником являются эфиры гликоля , а не пропиленгликоль. [54] [55] [56]
Исследования с внутривенным введением пропиленгликоля показали, что значения LD 50 у крыс и кроликов составили 7 мл/кг массы тела. [57] Раддик (1972) также суммировал данные о внутримышечной ЛД 50 для крыс как 13-20 мл/кг массы тела и 6 мл/кг массы тела для кроликов. Побочные эффекты внутривенного введения препаратов, в которых в качестве вспомогательного вещества используется пропиленгликоль, наблюдались у ряда людей, особенно при больших болюсных дозах. Реакции могут включать угнетение ЦНС, «гипотонию, брадикардию , отклонения QRS и Т на ЭКГ, аритмию , сердечные аритмии, судороги, возбуждение, гиперосмоляльность сыворотки , лактоацидоз и гемолиз ». [58] Высокий процент (от 12% до 42%) непосредственно введенного пропиленгликоля выводится или секретируется с мочой в неизменном виде в зависимости от дозировки, а остальная часть появляется в форме глюкуронида . Скорость почечной фильтрации снижается с увеличением дозы [59] , что может быть связано с мягкими анестезирующими/ депрессирующими ЦНС свойствами пропиленгликоля, как и спирта. [60] В одном случае внутривенное введение нитроглицерина , взвешенного в пропиленгликоле, пожилому мужчине могло вызвать кому и ацидоз . [61] Однако о подтвержденной летальности от пропиленгликоля не сообщалось.
Пропиленгликоль является одобренной пищевой добавкой для кормов для собак и сахарных планеров в категории кормов для животных и обычно считается безопасным для собак [62] с LD 50 , равным 9 мл/кг. ЛД 50 выше для большинства лабораторных животных (20 мл/кг). [63] Однако его запрещено использовать в пищу кошкам из-за связи с образованием телец Хайнца и уменьшением продолжительности жизни эритроцитов. [64] Образование телец Хайнца из MPG не наблюдалось у собак, крупного рогатого скота или людей.
ПГ использовался в молочной промышленности с 1950-х годов для коров с признаками кетоза . Отрицательный энергетический баланс на ранних стадиях лактации может привести к снижению уровня глюкозы в организме животного, заставляя печень компенсировать это за счет преобразования жировых отложений, что приводит к ряду заболеваний, например смещению сычуга . [65] PG «снижает соотношение пропионата ацетата к ацетаминофену , одновременно увеличивая преобразование рубцового PG в пропионат, и помогает восполнить дефицит энергии у крупного рогатого скота». [65]
Оценки распространенности аллергии на пропиленгликоль варьируются от 0,8% (10% пропиленгликоль в водном растворе) до 3,5% (30% пропиленгликоль в водном растворе). [66] [67] [68] Данные Североамериканской группы по контактному дерматиту (NACDG) за период с 1996 по 2006 год показали, что наиболее частым местом возникновения контактного дерматита с пропиленгликолем было лицо (25,9%), за которым следовал генерализованный или рассеянный рисунок (66, 67, 68). 23,7%). [66] Исследователи полагают, что частота аллергического контактного дерматита на пропиленгликоль может превышать 2% у пациентов с экземой или грибковыми инфекциями, которые очень распространены в странах с меньшим воздействием солнца и более низким, чем обычно, балансом витамина D. Поэтому в этих странах чаще встречается аллергия на пропиленгликоль. [69]
Из-за его потенциала возникновения аллергических реакций и частого использования в различных продуктах для местного и системного применения пропиленгликоль был назван Аллергеном года по версии Американского общества контактного дерматита в 2018 году . [70] [71] В недавней публикации клиники Майо сообщалось о 0,85% частота положительных патч-тестов на пропиленгликоль (100/11 738 пациентов) с общим уровнем раздражающего действия 0,35% (41/11 738 пациентов) в течение 20-летнего периода 1997–2016 гг. [72] 87% реакций были отнесены к категории слабых и 9% – к сильным. Скорость положительной реакции составляла 0%, 0,26% и 1,86% для 5%, 10% и 20% пропиленгликоля соответственно, увеличиваясь с каждым увеличением концентрации. Частота раздражающих реакций составила 0,95%, 0,24% и 0,5% для 5%, 10% и 20% пропиленгликоля соответственно. Сенсибилизация кожи пропиленгликолем наблюдалась у пациентов, чувствительных к ряду других сопутствующих положительных аллергенов, наиболее распространенными из которых были: смола мироксилона перейра, хлорид бензалкония, смесь карба, дихромат калия, сульфат неомицина; для положительных реакций на пропиленгликоль сообщалось общее медианное значение 5 и среднее значение 5,6 сопутствующих положительных аллергенов.
Пропиленгликоль встречается в природе, вероятно, в результате анаэробного катаболизма сахаров в кишечнике человека. Он разлагается витамином B12 -зависимыми ферментами, которые превращают его в пропиональдегид . [73]
Ожидается, что пропиленгликоль быстро разлагается в воде в результате биологических процессов, но не ожидается, что на него существенно повлияют гидролиз, окисление, улетучивание , биоконцентрация или адсорбция осадками. [74] Пропиленгликоль легко биоразлагается в аэробных условиях в пресной, морской воде и почве. Поэтому пропиленгликоль считается нестойким в окружающей среде.
Пропиленгликоль проявляет низкую степень токсичности по отношению к водным организмам. Доступно несколько руководящих исследований для пресноводных рыб с самой низкой наблюдаемой летальной концентрацией (96-часовое значение LC50 , равной 40 613 мг/л) в исследовании с Oncorhynchus mykiss . Аналогичным образом, летальная концентрация, определенная у морских рыб, составляет 96-часовую ЛК50 >10 000 мг/л у Scophthalmus maximus .
Хотя пропиленгликоль имеет низкую токсичность, он вызывает высокий уровень биохимической потребности в кислороде (БПК) во время разложения в поверхностных водах. Этот процесс может отрицательно повлиять на водную жизнь, потребляя кислород, необходимый водным организмам для выживания. Большое количество растворенного кислорода (РК) в толще воды потребляется, когда микробные популяции разлагают пропиленгликоль. [75] : 2–23
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )>, Публикации ЮНЕП, SIAM 11, США, 23–26 января 2001 г., стр. 21.Воздух, содержащий эти пары в количествах вплоть до точки насыщения, совершенно безвреден.
{{cite journal}}
: Отсутствует или пусто |title=
( помощь ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )>, Публикации ЮНЕП, SIAM 11, США, 23–26 января 2001 г., стр. 21.