Glicerol

El glicerol, también llamado glicerina o propano-1,2,3-triol, es un compuesto de triol simple. Es un líquido viscoso, incoloro e inodoro, de sabor dulce y no tóxico. El esqueleto de glicerol se encuentra en lípidos conocidos como glicéridos. Debido a que tiene propiedades antimicrobianas y antivirales, se usa ampliamente en tratamientos de heridas y quemaduras aprobados por la FDA. Por el contrario, también se utiliza como medio de cultivo bacteriano.Se puede utilizar como un marcador eficaz para medir la enfermedad hepática. También es ampliamente utilizado como edulcorante en la industria alimentaria y como humectante en formulaciones farmacéuticas. Debido a sus tres grupos hidroxilo, el glicerol es miscible con agua y es de naturaleza higroscópica.

Estructura

Aunque aquiral, el glicerol es proquiral con respecto a las reacciones de uno de los dos alcoholes primarios. Así, en los derivados sustituidos, la numeración estereoespecífica marca la molécula con un prefijo "sn-" antes del nombre de raíz de la molécula.

Producción

El glicerol generalmente se obtiene de fuentes vegetales y animales donde se presenta en triglicéridos, ésteres de glicerol con ácidos carboxílicos de cadena larga. La hidrólisis, saponificación o transesterificación de estos triglicéridos produce glicerol y el derivado de ácido graso:

triglicéridos

₃ NaOH / H2O

Δ

3 × jabón

3 ×

glicerol

Los triglicéridos se pueden saponificar con hidróxido de sodio para dar glicerol y sal de sodio grasa o jabón.

Las fuentes vegetales típicas incluyen soja o palma. El sebo de origen animal es otra fuente. En Estados Unidos y Europa se producen aproximadamente 950.000 toneladas al año; Solo en los Estados Unidos se produjeron 350.000 toneladas de glicerol al año entre 2000 y 2004. La directiva de la UE 2003/30/EC estableció el requisito de que el 5,75 % de los combustibles derivados del petróleo se reemplazaran con fuentes de biocombustibles en todos los estados miembros para 2010. se proyectó en 2006 que para 2020, la producción sería seis veces mayor que la demanda, creando un exceso de glicerol como subproducto de la producción de biocombustibles.

El glicerol a partir de triglicéridos se produce a gran escala, pero el producto crudo es de calidad variable, con un bajo precio de venta de tan solo 2 a 5 centavos de dólar estadounidense por kilogramo en 2011. Se puede purificar, pero el proceso es costoso. Parte del glicerol se quema para obtener energía, pero su poder calorífico es bajo.

El glicerol crudo de la hidrólisis de triglicéridos se puede purificar mediante tratamiento con carbón activado para eliminar las impurezas orgánicas, álcali para eliminar los ésteres de glicerol sin reaccionar e intercambio iónico para eliminar las sales. El glicerol de alta pureza (> 99,5 %) se obtiene mediante destilación en varios pasos; es necesaria una cámara de vacío debido a su alto punto de ebullición (290 °C).

Glicerol sintético

Aunque por lo general no es rentable, el glicerol se puede producir por varias vías a partir del propeno. El proceso de la epiclorhidrina es el más importante: implica la cloración del propileno para dar cloruro de alilo, que se oxida con hipoclorito a diclorohidrinas, que reacciona con una base fuerte para dar epiclorhidrina. Esta epiclorhidrina luego se hidroliza para dar glicerol. Los procesos sin cloro a partir de propileno incluyen la síntesis de glicerol a partir de acroleína y óxido de propileno.

Debido a la producción a gran escala de biodiesel a partir de grasas, donde el glicerol es un producto de desecho, el mercado del glicerol está deprimido. Por lo tanto, los procesos sintéticos no son económicos. Debido al exceso de oferta, se están realizando esfuerzos para convertir el glicerol en precursores sintéticos, como la acroleína y la epiclorhidrina. (Consulte la sección Intermedio químico de este artículo)....

Aplicaciones

Industria de alimentos

En alimentos y bebidas, el glicerol sirve como humectante, solvente y edulcorante, y puede ayudar a conservar los alimentos. También se utiliza como relleno en alimentos bajos en grasa preparados comercialmente (p. ej., galletas) y como agente espesante en licores. El glicerol y el agua se utilizan para conservar ciertos tipos de hojas de plantas. Como sustituto del azúcar, tiene aproximadamente 27 kilocalorías por cucharadita (el azúcar tiene 20) y es un 60% tan dulce como la sacarosa. No alimenta las bacterias que forman la placa dental y causan las caries dentales. Como aditivo alimentario, el glicerol está etiquetado como número E E422. Se agrega al glaseado (glaseado) para evitar que se endurezca demasiado.

Tal como se usa en los alimentos, la Academia de Nutrición y Dietética de EE. UU. clasifica al glicerol como un carbohidrato. La designación de carbohidratos de la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés) incluye todos los macronutrientes calóricos, excepto las proteínas y las grasas. El glicerol tiene una densidad calórica similar al azúcar de mesa, pero un índice glucémico más bajo y una ruta metabólica diferente dentro del cuerpo, por lo que algunos defensores de la dieta aceptan el glicerol como un edulcorante compatible con las dietas bajas en carbohidratos.

También se recomienda como aditivo cuando se utilizan edulcorantes de polioles como el eritritol y el xilitol que tienen un efecto refrescante, debido a su efecto de calentamiento en la boca, si no se desea el efecto refrescante.

Aplicaciones médicas, farmacéuticas y de cuidado personal

La glicerina es ligeramente antimicrobiana y antiviral y es un tratamiento aprobado por la FDA para heridas. La Cruz Roja informa que una solución de glicerina al 85% muestra efectos bactericidas y antivirales, y las heridas tratadas con glicerina muestran una inflamación reducida después de aproximadamente 2 horas. Debido a esto, se usa ampliamente en productos para el cuidado de heridas, incluidas las láminas de hidrogel a base de glicerina para quemaduras y otros cuidados de heridas. Está aprobado para todo tipo de cuidado de heridas, excepto quemaduras de tercer grado, y se utiliza para envasar piel de donante utilizada en injertos de piel. No existe un tratamiento tópico aprobado para las quemaduras de tercer grado, por lo que esta limitación no es exclusiva de la glicerina.

El glicerol se usa en preparaciones médicas, farmacéuticas y para el cuidado personal, a menudo como un medio para mejorar la suavidad, proporcionar lubricación y como humectante.

La ictiosis y la xerosis se han aliviado con el uso tópico de glicerina. Se encuentra en inmunoterapias con alérgenos, jarabes para la tos, elixires y expectorantes, pasta de dientes, enjuagues bucales, productos para el cuidado de la piel, crema de afeitar, productos para el cuidado del cabello, jabones y lubricantes personales a base de agua. En formas de dosificación sólidas como tabletas, el glicerol se usa como agente de retención de tabletas. Para el consumo humano, el glicerol está clasificado por la FDA de EE. UU. entre los alcoholes de azúcar como un macronutriente calórico. El glicerol también se usa en bancos de sangre para preservar los glóbulos rojos antes de congelarlos.

El glicerol es un componente del jabón de glicerina. Los aceites esenciales se agregan para la fragancia. Este tipo de jabón es utilizado por personas con pieles sensibles que se irritan fácilmente porque previene la sequedad de la piel con sus propiedades hidratantes. Atrae la humedad a través de las capas de la piel y retarda o previene el secado y la evaporación excesivos.

Tomado por vía rectal, el glicerol funciona como un laxante al irritar la mucosa anal e inducir un efecto hiperosmótico, expandiendo el colon al atraer agua para inducir el peristaltismo que resulta en la evacuación. Puede administrarse sin diluir, ya sea como un supositorio o como un enema de pequeño volumen (2 a 10 ml). Alternativamente, puede administrarse en una solución diluida, por ejemplo, al 5%, como un enema de gran volumen.

Tomado por vía oral (a menudo mezclado con jugo de frutas para reducir su sabor dulce), el glicerol puede causar una disminución rápida y temporal de la presión interna del ojo. Esto puede ser útil para el tratamiento inicial de emergencia de la presión ocular muy elevada.

En 2017, los investigadores demostraron que la bacteria probiótica L. reuteri se puede complementar con glicerol para mejorar su producción de sustancias antimicrobianas en el intestino humano. Se confirmó que esto es tan efectivo como el antibiótico vancomicina para inhibir la infección por C. difficile sin tener un efecto significativo en la composición microbiana general del intestino.

El glicerol también se ha incorporado como componente de formulaciones de biotintas en el campo de la bioimpresión. El contenido de glicerol actúa para agregar viscosidad a la tinta biológica sin agregar moléculas grandes de proteínas, carbohidratos o glicoproteínas.

Extractos botánicos

Cuando se utiliza en extracciones con el método de "tintura", específicamente como una solución al 10%, el glicerol evita que los taninos se precipiten en los extractos etanólicos de plantas (tinturas). También se utiliza como una alternativa "sin alcohol" al etanol como solvente en la preparación de extracciones de hierbas. Es menos extractivo cuando se utiliza en una metodología de tintura estándar. Las tinturas a base de alcohol también pueden eliminar el alcohol y reemplazarlo con glicerol por sus propiedades conservantes. Dichos productos no están "libres de alcohol" en un sentido científico o reglamentario de la FDA, ya que el glicerol contiene tres grupos hidroxilo. Los fabricantes de extractos fluidos a menudo extraen las hierbas en agua caliente antes de agregar glicerol para hacer gliceritas.

Cuando se utiliza como un solvente de extracción botánico sin alcohol "verdadero" primario en metodologías no basadas en tinturas, se ha demostrado que el glicerol posee un alto grado de versatilidad extractiva para productos botánicos, incluida la eliminación de numerosos constituyentes y compuestos complejos, con un poder extractivo que puede rivaliza con el alcohol y las soluciones hidroalcohólicas.Que el glicerol posea un poder extractivo tan alto supone que se utiliza con metodologías dinámicas (es decir, críticas) en contraposición a las metodologías pasivas estándar de "tintado" que se adaptan mejor al alcohol. El glicerol posee la propiedad intrínseca de no desnaturalizar ni volver inertes los constituyentes botánicos como lo hacen los alcoholes (es decir, alcohol etílico (de grano), alcohol metílico (de madera), etc.). El glicerol es un conservante estable para extractos botánicos que, cuando se utiliza en concentraciones adecuadas en una base de solvente de extracción, no permite invertir o mitiga la reducción-oxidación de los componentes de un extracto terminado, incluso durante varios años. Tanto el glicerol como el etanol son agentes conservantes viables. El glicerol es bacteriostático en su acción y el etanol es bactericida en su acción.

Líquido de cigarrillo electrónico

La glicerina, junto con el propilenglicol, es un componente común del e-líquido, una solución que se usa con los vaporizadores electrónicos (cigarrillos electrónicos). Este glicerol se calienta con un atomizador (una bobina de calentamiento a menudo hecha de alambre Kanthal), produciendo el aerosol que entrega la nicotina al usuario.

Anticongelante

Al igual que el etilenglicol y el propilenglicol, el glicerol es un cosmotropo no iónico que forma fuertes enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, compitiendo con los enlaces de hidrógeno agua-agua. Esta interacción interrumpe la formación de hielo. La temperatura mínima del punto de congelación es de aproximadamente -36 °F (-38 °C) que corresponde al 70% de glicerol en agua.

Históricamente, el glicerol se utilizó como anticongelante para aplicaciones automotrices antes de ser reemplazado por etilenglicol, que tiene un punto de congelación más bajo. Si bien el punto mínimo de congelación de una mezcla de glicerol y agua es más alto que el de una mezcla de etilenglicol y agua, el glicerol no es tóxico y se está reexaminando para su uso en aplicaciones automotrices.

En el laboratorio, el glicerol es un componente común de los solventes para reactivos enzimáticos almacenados a temperaturas inferiores a 0 °C debido a la depresión de la temperatura de congelación. También se utiliza como crioprotector cuando el glicerol se disuelve en agua para reducir el daño de los cristales de hielo a los organismos de laboratorio que se almacenan en soluciones congeladas, como hongos, bacterias, nematodos y embriones de mamíferos.

Intermedio químico

El glicerol se usa para producir nitroglicerina, que es un ingrediente esencial de varios explosivos como la dinamita, la gelignita y propulsores como la cordita. La dependencia de la fabricación de jabón para suministrar glicerol como subproducto dificultó aumentar la producción para satisfacer la demanda en tiempos de guerra. Por lo tanto, los procesos de glicerol sintético fueron prioridades de defensa nacional en los días previos a la Segunda Guerra Mundial. La nitroglicerina, también conocida como trinitrato de glicerilo (GTN), se usa comúnmente para aliviar la angina de pecho, se toma en forma de tabletas sublinguales, parches o aerosoles. Los polioles de poliéter trifuncionales se producen a partir de glicerol y óxido de propileno. Una oxidación de glicerol produce ácido mesoxálico. La deshidratación del glicerol produce hidroxiacetona.

Amortiguación de vibraciones

El glicerol se utiliza como relleno para manómetros para amortiguar las vibraciones. Las vibraciones externas, de compresores, motores, bombas, etc., producen vibraciones armónicas dentro de los manómetros Bourdon que pueden hacer que la aguja se mueva demasiado, dando lecturas inexactas. El balanceo excesivo de la aguja también puede dañar los engranajes internos u otros componentes, provocando un desgaste prematuro. El glicerol, cuando se vierte en un manómetro para reemplazar el espacio de aire, reduce las vibraciones armónicas que se transmiten a la aguja, aumentando la vida útil y la confiabilidad del manómetro.

Usos de nicho

Industria del cine

La industria cinematográfica utiliza el glicerol cuando se filman escenas que involucran agua para evitar que las áreas se sequen demasiado rápido.

Se usa glicerina, combinada con agua (alrededor de una proporción de 1:99), para crear un ambiente suave y ahumado. La solución se vaporiza y se empuja a la habitación con un ventilador.

Acoplador ultrasónico

El glicerol se puede usar a veces como reemplazo del agua en las pruebas ultrasónicas, ya que tiene una impedancia acústica favorablemente más alta (2,42 MRayl frente a 1,483 MRayl para el agua) a la vez que es relativamente seguro, no tóxico, no corrosivo y de costo relativamente bajo.

Combustible de combustión interna

El glicerol también se usa para alimentar generadores diesel que suministran electricidad para la serie FIA ​​Formula E de autos de carreras eléctricos.

Investigación sobre usos

Se han realizado investigaciones para producir productos de valor agregado a partir del glicerol obtenido de la producción de biodiesel. Ejemplos (aparte de la combustión de glicerol residual):

• Producción de gas hidrógeno
• El acetato de glicerina es un aditivo de combustible potencial.
• El glicerol es uno de los aditivos más utilizados para termoplásticos de almidón.
• Conversión a propilenglicol
• Conversión a acroleína
• Conversión a etanol
• Conversión a epiclorhidrina, materia prima para resinas epoxi

Metabolismo

El glicerol es un precursor para la síntesis de triacilgliceroles y de fosfolípidos en el hígado y el tejido adiposo. Cuando el cuerpo utiliza la grasa almacenada como fuente de energía, el glicerol y los ácidos grasos se liberan en el torrente sanguíneo.

El glicerol se metaboliza principalmente en el hígado. Las inyecciones de glicerol se pueden usar como una prueba simple para el daño hepático, ya que su tasa de absorción por el hígado se considera una medida precisa de la salud del hígado. El metabolismo del glicerol se reduce tanto en la cirrosis como en la enfermedad del hígado graso.

Los niveles de glicerol en sangre son muy elevados durante la diabetes y se cree que es la causa de la reducción de la fertilidad en pacientes que padecen diabetes y síndrome metabólico. Los niveles de glicerol en sangre en pacientes diabéticos promedian tres veces más que los controles sanos. Se ha encontrado que el tratamiento directo con glicerol de los testículos causa una reducción significativa a largo plazo en el conteo de espermatozoides. Se abandonaron más pruebas sobre este tema debido a los resultados inesperados, ya que este no era el objetivo del experimento.

El glicerol circulante no glica las proteínas como lo hacen la glucosa o la fructosa, y no da lugar a la formación de productos finales de glicosilación avanzada (AGE). En algunos organismos, el componente de glicerol puede entrar directamente en la ruta de la glucólisis y, por lo tanto, proporcionar energía para el metabolismo celular (o, potencialmente, convertirse en glucosa a través de la gluconeogénesis).

Antes de que el glicerol pueda entrar en la ruta de la glucólisis o la gluconeogénesis (dependiendo de las condiciones fisiológicas), debe convertirse en su gliceraldehído 3-fosfato intermedio en los siguientes pasos:

Glicerol

glicerol quinasaatpADP

Glicerol-3-fosfato

Glicerol-3-fosfato deshidrogenasaNADNADH

NADNADH

Fosfato de dihidroxiacetona

triosafosfato isomerasa

Gliceraldehído 3-fosfato

La enzima glicerol quinasa está presente principalmente en el hígado y los riñones, pero también en otros tejidos del cuerpo, incluidos los músculos y el cerebro. En el tejido adiposo, el glicerol 3-fosfato se obtiene a partir de la dihidroxiacetona fosfato (DHAP) con la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa.

El glicerol tiene una toxicidad muy baja cuando se ingiere; _{su dosis} oral LD50 para ratas es de 12600 mg/kg y de 8700 mg/kg para ratones. No parece causar toxicidad cuando se inhala, aunque ocurrieron cambios en la madurez celular en pequeñas secciones de pulmón en animales bajo la dosis más alta medida. Un estudio de inhalación nasal subcrónica de 90 días en ratas Sprague-Dawley (SD) expuestas a 0,03, 0,16 y 0,66 mg/L de glicerina (por litro de aire) durante sesiones continuas de 6 horas no reveló ninguna toxicidad relacionada con el tratamiento. que la metaplasia mínima del revestimiento del epitelio en la base de la epiglotis en ratas expuestas a 0,66 mg/L de glicerina.

Casos históricos de contaminación con dietilenglicol

El 4 de mayo de 2007, la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. aconsejó a todos los fabricantes de medicamentos de EE. UU. que analizaran todos los lotes de glicerol para detectar el dietilenglicol tóxico. Esto siguió a una ocurrencia de cientos de intoxicaciones fatales en Panamá como resultado de una declaración de aduana de importación falsificada por parte de la empresa de importación/exportación panameña Aduanas Javier de Gracia Express, SA El dietilenglicol más barato fue reetiquetado como el glicerol más caro. Entre 1990 y 1998, ocurrieron incidentes de envenenamiento con DEG en Argentina, Bangladesh, India y Nigeria, y resultaron en cientos de muertes. En 1937, más de cien personas murieron en los Estados Unidos después de ingerir el elixir sulfanilamida contaminado con DEG, un fármaco utilizado para tratar infecciones.

Etimología

El origen de los prefijos gly- y glu- para glicoles y azúcares proviene del griego γλυκύς glukus, que significa dulce.