Введение

Пропиленгликоль (название IUPAC: пропан-1,2-диол) — это вязкая, бесцветная жидкость, практически без запаха, но с лёгким сладковатым привкусом. Его химическая формула — CH3CH(OH)CH2OH. Поскольку он содержит две спиртовые группы, он относится к классу диолов. Он смешивается с широким спектром растворителей, включая воду, ацетон и хлороформ. В целом, гликоли не вызывают раздражения и обладают очень низкой летучестью. Он производится в больших масштабах, главным образом для производства полимеров. В Европейском Союзе для применения в пищевых продуктах ему присвоен номер E1520. Для косметики и фармакологии используется номер E490. Пропиленгликоль также входит в состав пропиленгликоляльгината, известного как E405. Пропиленгликоль признан GRAS (общепризнанно безопасным) Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) в соответствии с 21 CFR x184.1666 и также одобрен FDA для определенных целей в качестве непрямой пищевой добавки. Пропиленгликоль одобрен и используется в качестве носителя для наружных, пероральных и некоторых внутривенных фармацевтических препаратов в США и Европе.

Структура

Соединение иногда называют (альфа) α-пропиленгликолем, чтобы отличить его от изомера пропан-1,3-диола, известного как (бета) β-пропиленгликоль. Пропиленгликоль является хиральным. В промышленных процессах обычно используется рацемическая смесь. S-изомер получают биотехнологическими методами.

Промышленный

Промышленно пропиленгликоль в основном производится из оксида пропилена (для пищевого использования). По данным источника за 2018 год, ежегодно производится 2,16 миллиона тонн. Конечные продукты содержат 20% пропиленгликоля, 1,5% дипропиленгликоля и небольшое количество других полипропиленгликолей. Дальнейшая очистка позволяет получить готовый пропиленгликоль промышленного качества или качества USP/JP/EP/BP, обычно с чистотой 99,5% и выше. Использование пропиленгликоля, соответствующего требованиям USP (Фармакопеи США), может снизить риск отклонения при подаче сокращенного заявления на регистрацию нового лекарственного средства (ANDA). Пропиленгликоль также может быть получен из глицерина – побочного продукта производства биодизеля.

Полимеры

Сорок пять процентов производимого пропиленгликоля используется в качестве химического сырья для производства ненасыщенных полиэфирных смол. В этом случае пропиленгликоль реагирует со смесью ненасыщенного малеинового ангидрида и изофталевой кислоты с образованием сополимера. Этот частично ненасыщенный полимер подвергается дальнейшей сшивке, образуя термореактивные пластмассы. В связи с этим применением пропиленгликоль реагирует с оксидом пропилена с образованием олигомеров и полимеров, которые используются для производства полиуретанов. Испарители, используемые для доставки фармацевтических препаратов или средств личной гигиены, часто содержат пропиленгликоль в качестве одного из ингредиентов. Пропиленгликоль используется в качестве растворителя во многих фармацевтических препаратах, включая пероральные, инъекционные и местные формы. Многие лекарственные препараты, нерастворимые в воде, используют пропиленгликоль в качестве растворителя и носителя; таблетки бензодиазепина – один из примеров. Пропиленгликоль также используется в качестве растворителя и носителя для многих фармацевтических капсульных препаратов. Кроме того, некоторые составы искусственных слез содержат пропиленгликоль в качестве ингредиента.

Противозамерзающее средство

Точка замерзания воды понижается при смешивании с пропиленгликолем. Он используется в качестве жидкости для противообледенительной обработки и предотвращения обледенения самолетов. Для удаления ледяных отложений с фюзеляжей коммерческих самолетов на земле используется 50%-ный раствор, разбавленный водой и нагретый (противообледенительная обработка), а 100%-ный неразбавленный холодный раствор применяется только на крыльях и хвостовых поверхностях самолета для предотвращения образования льда в течение определенного времени перед взлетом (предотвращение обледенения). Обычно этот промежуток времени составляет от 15 до 90 минут, в зависимости от интенсивности снегопада и температуры наружного воздуха. Смеси пропиленгликоля с водой, окрашенные в розовый цвет для обозначения относительно низкой токсичности, продаются под названиями RV или морской антифриз. Пропиленгликоль часто используется в качестве замены этиленгликоля в автомобильных антифризах с низкой токсичностью и экологической безопасностью. Он также применяется для консервации водопроводных систем в пустующих зданиях на зиму. Эвтектический состав/температура составляет 60:40 пропиленгликоль:вода/−60 °C. Однако коммерческий продукт с температурой -50 °F/-45 °C содержит больше воды; типичная формула – 40:60.

Жидкие электронные сигареты

Пропиленгликоль, растительный глицерин или их смесь являются основными компонентами жидкости для электронных сигарет. Они преобразуются в аэрозоль, имитирующий дым, и служат для доставки таких веществ, как никотин и ароматизаторы.

Различные применения

Как растворитель для многих веществ, как природных, так и синтетических. В качестве увлажнителя (E1520). В качестве депрессанта температуры замерзания для водяного льда (слаш-айс). В ветеринарной медицине в качестве перорального средства для лечения гиперкетонемии у жвачных животных. В косметической промышленности, где пропиленгликоль очень часто используется в качестве носителя или основы для различных видов макияжа. Для отлова и сохранения насекомых (в том числе в качестве консерванта ДНК). Для создания театрального дыма и тумана в спецэффектах для кино и живых выступлений. Так называемые "дым-машины" или "генераторы тумана" испаряют смесь пропиленгликоля и воды, создавая иллюзию дыма. В то время как многие из этих машин используют жидкость на основе пропиленгликоля, некоторые используют масло. Те, которые используют пропиленгликоль, делают это в процессе, идентичном принципу работы электронных сигарет, используя нагревательный элемент для получения плотного пара. Пар, производимый этими машинами, имеет эстетичный вид и привлекательность дыма, но не подвергает исполнителей и технический персонал вредному воздействию и запахам, связанным с настоящим дымом. В качестве добавки в полимеразную цепную реакцию (ПЦР) для снижения температуры плавления нуклеиновых кислот при выделении GC-богатых последовательностей. В качестве поверхностно-активного вещества он используется для предотвращения образования капель воды на поверхностях. Он используется в фотографии для этой цели, чтобы снизить риск появления водяных пятен или отложений минералов из воды, используемой для проявки пленки или бумаги.

Безопасность для человека

При использовании в умеренных количествах пропиленгликоль не оказывает измеримого влияния на развитие и/или репродуктивную функцию животных и, вероятно, не оказывает негативного воздействия на развитие или репродуктивную функцию человека при обычном использовании. Безопасность электронных сигарет, использующих препараты на основе пропиленгликоля с никотином, ТГК и другими каннабиноидами, вызывает множество споров. Ацетат витамина Е также был вовлечен в эти споры.

Пероральное введение

Острая пероральная токсичность пропиленгликоля очень низкая, и для того, чтобы вызвать заметные эффекты для здоровья человека, требуются большие количества; фактически, токсичность пропиленгликоля составляет треть от токсичности этанола. Пропиленгликоль в организме человека метаболизируется до пировиноградной кислоты (нормальная составляющая процесса метаболизма глюкозы, легко превращаемая в энергию), уксусной кислоты (перерабатываемой метаболизмом этанола), молочной кислоты (обычная кислота, в большом количестве образующаяся при пищеварении) и пропиональдегида (потенциально опасное вещество). Согласно Dow Chemical Company, LD50 (доза, вызывающая гибель 50% подопытных животных) для крыс составляет 20 г/кг (перорально/крысам). Токсичность обычно проявляется при концентрациях в плазме крови выше 4 г/л, что требует крайне высокого потребления за относительно короткий период времени, или при использовании в качестве носителя для лекарственных препаратов или витаминов, вводимых внутривенно или перорально в больших разовых дозах. Достичь токсичных уровней при употреблении продуктов питания или добавок, содержащих не более 1 г/кг пропиленгликоля, практически невозможно, за исключением алкогольных напитков в США, где допускается содержание до 5% = 50 г/кг. Случаи отравления пропиленгликолем обычно связаны либо с неправильным внутривенным введением, либо со случайным проглатыванием больших количеств детьми. Потенциал для долгосрочной пероральной токсичности также низок. В исследовании Национальной токсикологической программы по непрерывному разведению не было выявлено влияния на фертильность у самцов и самок мышей, получавших пропиленгликоль в питьевой воде в дозах до 10100 мг/кг массы тела в сутки. Ни у первого, ни у второго поколения мышей, получавших лечение, не наблюдалось эффектов на фертильность. Благодаря низкой хронической пероральной токсичности, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) классифицировало пропиленгликоль как "общепризнанно безопасный" (GRAS) для использования в качестве прямой пищевой добавки, включая замороженные продукты, такие как мороженое и замороженные десерты. Статус GRAS специфичен для использования в пищевых продуктах и не распространяется на другие области применения.

Контакт с кожей и глазами

Пропиленгликоль может не вызывать раздражения кожи, подробности об аллергических реакциях см. в разделе "Аллергические реакции" ниже. Неразбавленный пропиленгликоль оказывает минимальное раздражающее действие на глаза, вызывая легкий, временный конъюнктивит; после прекращения воздействия глаза восстанавливаются. Исследование с участием добровольцев, проведенное в 2018 году, показало, что у 10 мужчин и женщин, подвергавшихся воздействию концентраций до 442 мг/м³ в течение 4 часов и до 871 мг/м³ в течение 30 минут в сочетании с умеренными физическими упражнениями, не наблюдалось дефицита функции легких или признаков раздражения глаз, при этом отмечались лишь незначительные симптомы раздражения дыхательных путей. В лабораторных исследованиях на животных пропиленгликоль не вызывал сенсибилизации или канцерогенности и не продемонстрировал генотоксического потенциала.

Ингаляция

Вдыхание паров пропиленгликоля, по-видимому, не представляет значительной опасности при обычном использовании. Ввиду отсутствия данных о хроническом вдыхании, рекомендуется избегать использования пропиленгликоля в ингаляционных применениях, таких как театральные постановки или антифризные растворы для станций аварийного промывания глаз. В последнее время пропиленгликоль (часто вместе с глицерином) стал использоваться в качестве носителя никотина и других добавок в жидкостях для электронных сигарет, что представляет собой новый вид воздействия. Потенциальные риски хронического вдыхания пропиленгликоля или этих веществ в целом пока неизвестны. Согласно исследованию 2010 года, концентрация ПГЭ (рассчитываемая как сумма пропиленгликоля и гликолефиров) в воздухе помещений, особенно в спальнях, связана с повышенным риском развития у детей различных респираторных и иммунных заболеваний, включая астму, сенную лихорадку, экзему и аллергию, причем риск возрастает на 50–180%. Эта концентрация связана с использованием водоэмульсионных красок и очистителей систем на водной основе. Однако авторы исследования отмечают, что вероятной причиной являются гликолефиры, а не пропиленгликоль.

Внутривенное введение

Исследования с внутривенным введением пропиленгликоля показали значения LD50 у крыс и кроликов в 7 мл/кг массы тела. Руддик (1972) также обобщил данные о внутримышечной ЛД50 для крыс в диапазоне 13-20 мл/кг массы тела и 6 мл/кг массы тела для кроликов. Неблагоприятные эффекты от внутривенного введения лекарственных препаратов, содержащих пропиленгликоль в качестве вспомогательного вещества, наблюдались у ряда людей, особенно при введении больших болюсных доз. Реакции могут включать депрессию ЦНС, "гипотензию, брадикардию, изменения зубцов QRS и T на ЭКГ, аритмию, нарушения сердечного ритма, судороги, возбуждение, повышение осмолярности сыворотки крови, молочнокислый ацидоз и гемолиз". Высокий процент (от 12% до 42%) непосредственно введенного пропиленгликоля выводится или секретируется с мочой в неизмененном виде, в зависимости от дозы, а остальное превращается в форму глюкуронида. Скорость почечной фильтрации снижается с увеличением дозы, что может быть связано с умеренными анестезирующими / депрессивными свойствами пропиленгликоля как спирта. В одном случае внутривенное введение пропиленгликоля в виде суспензии нитроглицерина пожилому мужчине могло спровоцировать кому и ацидоз. Однако случаев летального исхода, подтвержденно вызванного пропиленгликолем, не зарегистрировано.

Животные

Пропиленгликоль является одобренной пищевой добавкой для собак и сахарных поссумов в категории кормов для животных и общепризнанно безопасен для собак, с LD50 в 9 мл/кг. LD50 выше для большинства лабораторных животных (20 мл/кг). Однако его использование запрещено в кормах для кошек из-за связи с образованием телец Хайнца и сокращением продолжительности жизни эритроцитов. Образование телец Хайнца, вызванное пропиленгликолем, не наблюдалось у собак, крупного рогатого скота или людей. Пропиленгликоль используется в молочной промышленности с 1950-х годов для коров с признаками кетоза. Отрицательный энергетический баланс на ранних стадиях лактации может приводить к снижению уровня глюкозы в организме животного, что стимулирует печень компенсировать это путем преобразования жира, вызывая различные заболевания, например, смещение сычуга. Пропиленгликоль "снижает соотношение пропионата к ацетату, одновременно увеличивая конверсию пропиленгликоля в пропионат в рубце и способствуя восполнению энергетического дефицита у крупного рогатого скота". Данные Североамериканской группы по контактному дерматиту (NACDG) за период с 1996 по 2006 год показали, что наиболее частой локализацией контактного дерматита, вызванного пропиленгликолем, было лицо (25,9%), далее – генерализованная или рассеянная картина (23,7%). В связи с его потенциалом вызывать аллергические реакции и широким использованием в различных местных и системных препаратах, пропиленгликоль был назван аллергеном года Американским обществом контактного дерматита в 2018 году. Недавняя публикация клиники Мейо сообщила о 0,85% частоте положительных кожных тестов на пропиленгликоль (100 из 11 738 пациентов) и общей частоте раздражения 0,35% (41 из 11 738 пациентов) за 20-летний период с 1997 по 2016 год. 87% реакций были классифицированы как слабые, а 9% – как сильные. Частота положительных реакций составила 0%, 0,26% и 1,86% для 5%, 10% и 20% пропиленгликоля соответственно, увеличиваясь с ростом концентрации. Частота раздражающих реакций составила 0,95%, 0,24% и 0,5% для 5%, 10% и 20% пропиленгликоля соответственно. Сенсибилизация кожи к пропиленгликолю наблюдалась у пациентов, чувствительных к ряду других сопутствующих положительных аллергенов, наиболее распространенными из которых были: смола *Myroxylon pereirae*, хлорид бензалкония, карбамикс, дихромат калия, сульфат неомицина; для положительных реакций на пропиленгликоль сообщалось о медиане в 5 и среднем в 5,6 сопутствующих положительных аллергенов.

Влияние на окружающую среду

Пропиленгликоль встречается в природе, вероятно, в результате анаэробного катаболизма сахаров в кишечнике человека. Он расщепляется ферментами, зависимыми от витамина B12, которые превращают его в пропиональдегид. Ожидается, что пропиленгликоль будет быстро разлагаться в воде под воздействием биологических процессов, однако гидролиз, окисление, испарение, биоаккумуляция или адсорбция к донным отложениям не должны оказывать на него существенного влияния. Пропиленгликоль легко подвергается биоразложению в аэробных условиях в пресной воде, морской воде и почве. Следовательно, пропиленгликоль не считается стойким в окружающей среде. Пропиленгликоль проявляет низкую токсичность по отношению к водным организмам. Имеются данные нескольких исследований, определяющих предельно допустимые концентрации для пресноводных рыб, с наименьшей наблюдаемой смертельной концентрацией (96-часовая LC50) в 40 613 мг/л в исследовании с Oncorhynchus mykiss. Аналогично, смертельная концентрация для морских рыб составляет 96-часовую LC50 > 10 000 мг/л для Scophthalmus maximus. Несмотря на низкую токсичность пропиленгликоля, его разложение в поверхностных водах приводит к высокому уровню биохимического потребления кислорода (БПК). Этот процесс может негативно сказаться на водной жизни, потребляя кислород, необходимый водным организмам для выживания. Значительное количество растворенного кислорода (ДК) в водной толще потребляется при разложении пропиленгликоля микробными популяциями.