Глицерин - Glycerol

Глицерин
Глицерин
Шаровидная модель глицерина
Модель глицерина, заполняющая пространство
Образец глицерина
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Пропан-1,2,3-триол
Другие имена
Глицерин
Глицерин
Пропантриол
1,2,3-Тригидроксипропан
1,2,3-Пропанетриол
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.263 Отредактируйте это в Викиданных
Номер E E422 (загустители, ...)
КЕГГ
UNII
  • InChI = 1S / C3H8O3 / c4-1-3 (6) 2-5 / h3-6H, 1-2H2 проверитьY
    Ключ: PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / C3H8O3 / c4-1-3 (6) 2-5 / h3-6H, 1-2H2
    Ключ: PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYAF
  • OCC (O) CO
Характеристики
С 3 Н 8 О 3
Молярная масса 92,094  г · моль -1
Появление Бесцветная гигроскопичная жидкость
Запах Без запаха
Плотность 1,261 г / см 3
Температура плавления 17,8 ° С (64,0 ° F, 290,9 К)
Точка кипения 290 ° С (554 ° F, 563 К)
смешивающийся
журнал P -2,32
Давление газа 0,003 мм рт. Ст. (50 ° C)
-57,06 · 10 −6 см 3 / моль
1,4746
Вязкость 1,412 Па · с
Фармакология
A06AG04 ( ВОЗ ) A06AX01 ( ВОЗ ), QA16QA03 ( ВОЗ )
Опасности
Паспорт безопасности См .: страница данных
JT Baker
NFPA 704 (огненный алмаз)
1
1
0
точка возгорания 160 ° C (320 ° F, 433 K) (закрытая чашка)
176 ° C (349 ° F, 449 K) (открытая чашка)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 15 мг / м 3 (всего) TWA 5 мг / м 3 (соответственно)
REL (рекомендуется)
Не установлено
IDLH (Непосредственная опасность)
ND
Страница дополнительных данных
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемостьr ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?) проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Глицерин ( / ɡ л ɪ с ə г ɒ л / , называемый также глицерин в британском английском и глицерин в американском английском ) представляет собой простой полиэфирполиол соединение. Это бесцветная вязкая жидкость без запаха, сладкая и нетоксичная. Основа глицерина содержится в липидах, известных как глицериды . Благодаря антимикробным и противовирусным свойствам он широко используется в одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) лечении ран и ожогов. И наоборот, он также используется в качестве бактериальной культуральной среды. Его можно использовать в качестве эффективного маркера для измерения заболеваний печени. Он также широко используется в качестве подсластителя в пищевой промышленности и в качестве увлажнителя в фармацевтических препаратах . Благодаря наличию трех гидроксильных групп глицерин смешивается с водой и по своей природе гигроскопичен .

Состав

Хотя глицерин является ахиральным , он прохирален по отношению к реакциям одного из двух первичных спиртов. Таким образом, в замещенных производных стереоспецифическая нумерация помечает молекулу префиксом «sn-» перед основным названием молекулы.

Производство

Глицерин обычно получают из растительных и животных источников, где он содержится в триглицеридах , сложных эфирах глицерина с длинноцепочечными карбоновыми кислотами . Гидролиз , омыление , или переэтерификации из этих триглицеридов производит глицерина, а также производного жирной кислоты:

3 NaOH / ч
2
О

Стрелка реакции вправо

Δ

3 × мыло

3 ×  Общий карбоксилат натрия.svg

Триглицериды могут быть омылены гидроксидом натрия с образованием глицерина и жирной натриевой соли или мыла .

Типичные растительные источники включают сою или пальму . Животного происхождения животного жира является еще одним источником. Примерно 950 000 тонн в год производится в США и Европе; Только в США с 2000 по 2004 год производилось 350 000 тонн глицерина в год. Директива ЕС 2003/30 / EC устанавливает требование, согласно которому к 2010 году 5,75% нефтяного топлива должны быть заменены источниками биотоплива во всех странах-членах ЕС. В 2006 году прогнозировалось, что к 2020 году производство будет в шесть раз больше, чем спрос, что приведет к избытку глицерина.

Глицерин из триглицеридов производится в больших масштабах, но неочищенный продукт имеет переменное качество с низкой продажной ценой, составляющей всего 2-5 центов США за килограмм в 2011 году. Его можно очистить, но процесс стоит дорого. Некоторое количество глицерина сжигается для получения энергии, но его теплота сгорания низкая.

Неочищенный глицерин, полученный в результате гидролиза триглицеридов, можно очистить путем обработки активированным углем для удаления органических примесей, щелочью для удаления непрореагировавших сложных эфиров глицерина и ионным обменом для удаления солей. Глицерин высокой чистоты (> 99,5%) получают многостадийной перегонкой; вакуумная камера необходима из - за его высокую температуру кипения (290 ° C).

Синтетический глицерин

Хотя обычно это не является рентабельным, глицерин можно получать из пропена различными способами . Процесс эпихлоргидрина является наиболее важным: он включает хлорирование пропилена с образованием аллилхлорида , который окисляется гипохлоритом до дихлоргидринов , которые реагируют с сильным основанием с образованием эпихлоргидрина . Затем этот эпихлоргидрин гидролизуют с образованием глицерина. Процессы получения пропилена без использования хлора включают синтез глицерина из акролеина и оксида пропилена .

Синтетические пути к glycerol.png

Из-за крупномасштабного производства биодизеля из жиров, где глицерин является отходом, рынок глицерина находится в упадке. Таким образом, синтетические процессы неэкономичны . Из-за избыточного предложения прилагаются усилия по превращению глицерина в синтетические предшественники, такие как акролеин и эпихлоргидрин. (См. Раздел « Промежуточные химические вещества » в этой статье). ...

Приложения

Пищевая промышленность

В продуктах питания и напитках глицерин используется в качестве увлажнителя , растворителя и подсластителя , а также может помочь сохранить пищу . Он также используется в качестве наполнителя в коммерческих продуктах с низким содержанием жира (например, печенье ) и в качестве загустителя в ликерах . Глицерин и вода используются для сохранения некоторых видов листьев растений. В качестве заменителя сахара он содержит около 27 килокалорий на чайную ложку (сахар - 20) и на 60% сладок, как сахароза . Он не питает бактерии, которые образуют зубной налет и вызывают кариес . В качестве пищевой добавки глицерин имеет маркировку E E422. Его добавляют в глазурь (глазурь), чтобы она не застывала слишком сильно.

При употреблении в пищу глицерин классифицируется Академией питания и диетологии США как углевод . США пищевых продуктов и медикаментов (FDA) углевод обозначение включает в себя все калорийные макроэлементы , исключающие белок и жир. Глицерин имеет калорийность, аналогичную столовому сахару, но имеет более низкий гликемический индекс и другие метаболические пути в организме, поэтому некоторые сторонники диетического питания принимают глицерин в качестве подсластителя, совместимого с низкоуглеводными диетами .

Он также рекомендуется в качестве добавки при использовании подсластителей на основе полиолов, таких как эритрит и ксилит, которые обладают охлаждающим эффектом из-за теплового эффекта во рту, если охлаждающий эффект нежелателен.

Применение в медицине, фармацевтике и личной гигиене

Бутылка глицерина, купленная в аптеке
Лубриканты обычно содержат глицерин.
Глицерин входит в состав таких продуктов, как гель для волос.
Глицериновые свечи в качестве слабительного

Глицерин обладает умеренным противомикробным и противовирусным действием и одобрен FDA для лечения ран. Красный Крест сообщает, что 85% раствор глицерина проявляет бактерицидные и противовирусные эффекты, а в ранах, обработанных глицерином, наблюдается уменьшение воспаления примерно через 2 часа. Благодаря этому он широко используется в продуктах для ухода за ранами, включая гидрогелевые листы на основе глицерина для ожогов и других средств ухода за ранами. Он одобрен для всех видов ухода за ранами, кроме ожогов третьей степени, и используется для упаковки донорской кожи, используемой в кожных трансплантатах. Не существует одобренного местного лечения ожогов третьей степени, поэтому это ограничение распространяется не только на глицерин.

Глицерин используется в медицинских , фармацевтических препаратах и препаратах личной гигиены , часто как средство улучшения гладкости, обеспечения смазки и в качестве увлажнителя .

Ихтиоз и ксероз уменьшились за счет местного применения глицерина. Он содержится в средствах для иммунотерапии аллергенами , сиропах от кашля , эликсирах и отхаркивающих средствах , зубной пасте , жидкости для полоскания рта , средствах для ухода за кожей, кремах для бритья, средствах для ухода за волосами , мыле и личных смазках на водной основе . В твердых лекарственных формах, таких как таблетки, глицерин используется в качестве удерживающего агента. Для потребления человеком глицерин классифицируется FDA США среди сахарных спиртов как калорийный макроэлемент. Глицерин также используется в банках крови для сохранения эритроцитов перед замораживанием.

Глицерин входит в состав глицеринового мыла . Эфирные масла добавляются для ароматизации . Это мыло используют люди с чувствительной, легко раздражаемой кожей, поскольку оно предотвращает высыхание кожи благодаря своим увлажняющим свойствам. Он выводит влагу через слои кожи и замедляет или предотвращает чрезмерное высыхание и испарение.

При ректальном приеме глицерин действует как слабительное , раздражая слизистую оболочку заднего прохода и вызывая гиперосмотический эффект , расширяя толстую кишку , втягивая в нее воду, чтобы вызвать перистальтику, что приводит к эвакуации . Его можно вводить в неразбавленном виде в виде суппозитория или в виде клизмы небольшого объема (2–10 мл) . В качестве альтернативы его можно вводить в разбавленном растворе, например 5%, в виде клизмы большого объема.

При пероральном приеме (часто смешанном с фруктовым соком для уменьшения сладкого вкуса) глицерин может вызвать быстрое временное снижение внутреннего давления в глазу . Это может быть полезно для начального неотложного лечения сильно повышенного глазного давления.

Исследование воздействия пробиотика Lactobacillus reuteri на Clostridium difficile, выращенное в лаборатории, показало, что, когда пробиотик был дополнен глицерином, он превращал его в антимикробное соединение широкого спектра действия реутерин. Реутерин действовал как противомикробный агент и действовал так же, как ванкомицин, для подавления роста C. difficile. Кроме того, исследователи обнаружили, что глицерин или L. reuteri сами по себе не эффективны против C. difficile, и что реутерин не повреждает полезные бактерии в сложном кишечном сообществе.

Глицерин также был включен в качестве компонента био-чернила составов в области bioprinting . Содержание глицерина увеличивает вязкость биочернил без добавления больших молекул белка, углеводов или гликопротеинов.

Растительные экстракты

При использовании в экстрактах методом «настойки», а именно в виде 10% раствора, глицерин предотвращает осаждение дубильных веществ в этанольных экстрактах растений ( настойках ). Он также используется в качестве «не содержащей спирта» альтернативы этанолу в качестве растворителя при приготовлении экстрактов трав. Он менее эффективен при использовании в стандартной методике настойки. Из настоев на основе спирта можно также удалить спирт и заменить его глицерином для его консервирующих свойств. Такие продукты не являются «свободными от спирта» в научном или нормативном смысле FDA, поскольку глицерин содержит три гидроксильные группы. Производители жидких экстрактов часто экстрагируют травы в горячей воде перед добавлением глицерина для получения глицеритов .

Было показано, что при использовании в качестве основного «настоящего» растительного экстракционного растворителя, не содержащего спирта, в методиках, не основанных на настойках, глицерин обладает высокой степенью экстрактивной универсальности для растений, включая удаление множества компонентов и сложных соединений, с экстрактивной способностью, которая может конкурируют с спиртовыми и водно-спиртовыми растворами. Тот факт, что глицерин обладает такой высокой экстрактивной способностью, предполагает, что он используется с динамическими (то есть критическими) методологиями в отличие от стандартных пассивных методик «подкрашивания», которые лучше подходят для спирта. Глицерин обладает внутренним свойством не денатурировать и не делать компоненты растений инертными, как спирты (например, этиловый (зерновой) спирт, метиловый (древесный) спирт и т. Д.). Глицерин является стабильным консервантом для растительных экстрактов, который при использовании в надлежащих концентрациях в основе экстракционного растворителя не позволяет инвертировать или смягчать восстановление-окисление компонентов готового экстракта даже в течение нескольких лет. И глицерин, и этанол являются жизнеспособными консервантами. Глицерин обладает бактериостатическим действием, а этанол - бактерицидным.

Жидкость для электронных сигарет

Глицерин часто используется в электронных сигаретах для создания пара.

Глицерин, наряду с пропиленгликолем , является обычным компонентом жидкости для электронных сигарет , раствора, используемого в электронных испарителях ( электронных сигаретах ). Этот глицерин нагревается с помощью распылителя (нагревательная спираль, часто сделанная из проволоки Кантала ), производя аэрозоль, который доставляет никотин пользователю.

Антифриз

Подобно этиленгликолю и пропиленгликолю , глицерин является неионным космотропом, который образует прочные водородные связи с молекулами воды, конкурируя с водородными связями вода-вода . Это взаимодействие нарушает образование льда. Минимальная температура замерзания составляет около -36 ° F (-38 ° C), что соответствует 70% глицерина в воде.

Глицерин исторически использовался в качестве антифриза в автомобилях, прежде чем был заменен этиленгликолем , который имеет более низкую температуру замерзания. Хотя минимальная точка замерзания смеси глицерин-вода выше, чем у смеси этиленгликоль-вода, глицерин не токсичен и пересматривается для использования в автомобилях.

В лаборатории глицерин является обычным компонентом растворителей для ферментных реагентов, хранящихся при температуре ниже 0 ° C из- за снижения температуры замерзания . Он также используется в качестве криопротектора, когда глицерин растворяется в воде, чтобы уменьшить повреждение кристаллами льда лабораторных организмов, которые хранятся в замороженных растворах, таких как грибы , бактерии , нематоды и эмбрионы млекопитающих.

Промежуточный химический продукт

Глицерин используется для производства нитроглицерина , который является важным ингредиентом различных взрывчатых веществ, таких как динамит , гелигнит и пропелленты, такие как кордит . Опора на мыловарение в качестве побочного продукта глицерина затрудняла увеличение производства для удовлетворения потребностей военного времени. Следовательно, процессы синтетического глицерина были приоритетами национальной обороны в дни, предшествующие Второй мировой войне. Нитроглицерин, также известный как тринитрат глицерина (GTN), обычно используется для облегчения стенокардии в виде сублингвальных таблеток, пластырей или в виде аэрозольного спрея.

Окисление глицерина дает мезоксалевую кислоту . При дегидратации глицерина образуется гидроксиацетон .

Гашение вибрации

Глицерин используется в качестве наполнителя для манометров для гашения вибрации. Внешние вибрации от компрессоров, двигателей, насосов и т. Д. Вызывают гармонические колебания внутри манометров Бурдона, которые могут вызвать чрезмерное перемещение стрелки, что приведет к неточным показаниям. Чрезмерное раскачивание иглы также может повредить внутренние шестерни или другие компоненты, что приведет к преждевременному износу. Глицерин, залитый в датчик для замены воздушного пространства, снижает гармонические колебания, которые передаются на иглу, увеличивая срок службы и надежность датчика.

Ниша использует

Киноиндустрия

Глицерин используется в киноиндустрии при съемке сцен с участием воды, чтобы участки не высыхали слишком быстро.

Используется глицерин в сочетании с водой (примерно в пропорции 1:99) для создания ровной дымной среды. Раствор испаряется и выталкивается в комнату с помощью вентилятора.

Ультразвуковой контакт

Глицерин иногда можно использовать в качестве замены воды при ультразвуковом тестировании , поскольку он имеет более высокий акустический импеданс (2,42 МПа против 1,483 МБ для воды ), будучи относительно безопасным, нетоксичным, некоррозионным и относительно невысоким.

Топливо внутреннего сгорания

Глицерин также используется для питания дизельных генераторов, поставляющих электроэнергию для гоночных электромобилей серии FIA Formula E.

Исследование использования

Были проведены исследования по производству продуктов с добавленной стоимостью из глицерина, полученного при производстве биодизеля. Примеры (помимо сжигания отработанного глицерина):

Метаболизм

Глицерин является предшественником синтеза триацилглицеринов и фосфолипидов в печени и жировой ткани . Когда организм использует накопленный жир в качестве источника энергии, глицерин и жирные кислоты попадают в кровоток.

Глицерин метаболизируется в основном в печени. Инъекции глицерина можно использовать в качестве простого теста на повреждение печени, поскольку скорость его абсорбции печенью считается точным показателем здоровья печени. Метаболизм глицерина снижается как при циррозе, так и при жировой болезни печени .

Уровень глицерина в крови сильно повышается во время диабета и считается причиной снижения фертильности у пациентов, страдающих диабетом и метаболическим синдромом. Уровни глицерина в крови у пациентов с диабетом в среднем в три раза выше, чем у здоровых людей. Было обнаружено, что прямая обработка семенников глицерином вызывает значительное долгосрочное снижение количества сперматозоидов. Дальнейшие испытания по этому предмету были прекращены из-за неожиданных результатов, поскольку это не было целью эксперимента.

Циркулирующий глицерин не гликирует белки, как глюкоза или фруктоза, и не приводит к образованию конечных продуктов гликирования (AGE). У некоторых организмов глицериновый компонент может напрямую вступать в путь гликолиза и, таким образом, обеспечивать энергию для клеточного метаболизма (или, потенциально, превращаться в глюкозу посредством глюконеогенеза ).

Прежде чем глицерин сможет вступить в путь гликолиза или глюконеогенеза (в зависимости от физиологических условий), он должен быть преобразован в их промежуточный глицеральдегид-3-фосфат в следующих этапах:

Фермент глицеринкиназа присутствует в основном в печени и почках, но также и в других тканях организма, включая мышцы и мозг. В жировой ткани глицерин-3-фосфат получают из дигидроксиацетонфосфата (DHAP) с помощью фермента глицерин-3-фосфатдегидрогеназы .

Глицерин имеет очень низкую токсичность при приеме внутрь; его пероральная доза LD 50 для крыс составляет 12600 мг / кг и 8700 мг / кг для мышей. По-видимому, он не вызывает токсичности при вдыхании, хотя изменения в зрелости клеток произошли в небольших участках легких у животных при максимальной измеренной дозе. Субхроническое 90-дневное исследование ингаляции только через нос на крысах Sprague-Dawley (SD), подвергавшихся воздействию 0,03, 0,16 и 0,66 мг / л глицерина (на литр воздуха) в течение 6-часовых непрерывных сеансов, не выявило связанной с лечением токсичности. чем минимальные метаплазии из эпителия футеровки на основании надгортанника у крыс , подверженных 0,66 мг / л глицерина.

Исторические случаи загрязнения диэтиленгликолем

4 мая 2007 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США посоветовало всем производителям лекарств в США проверить все партии глицерина на токсичный диэтиленгликоль . Это последовало за сотнями смертельных отравлений в Панаме в результате фальсификации импортной таможенной декларации панамской импортно-экспортной фирмой Aduanas Javier de Gracia Express, SA. Более дешевый диэтиленгликоль был переименован в более дорогой глицерин. Сообщается, что в период с 1990 по 1998 год случаи отравления ДЭГ произошли в Аргентине, Бангладеш, Индии и Нигерии и привели к сотням смертей. В 1937 году более ста человек умерли в Соединенных Штатах после приема загрязненного ДЭГ эликсира сульфаниламида, препарата, используемого для лечения инфекций.

Этимология

Префиксы gly- и glu- для гликолей и сахаров происходят от греческого γλυκύς glukus, что означает сладкий.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки