Propilenglicol

El propilenglicol (nombre IUPAC: propano-1,2-diol) es un líquido viscoso e incoloro, casi inodoro pero con un sabor ligeramente dulce. Su fórmula química es CH₃CH(OH)CH₂OH. Al contener dos grupos de alcohol, se clasifica como un diol. Es miscible con una amplia gama de disolventes, incluidos agua, acetona y cloroformo. En general, los glicoles no son irritantes y tienen una volatilidad muy baja.

Se produce a gran escala principalmente para la producción de polímeros. En la Unión Europea, tiene el número E E1520 para aplicaciones alimentarias. Para cosmética y farmacología, el número es E490. El propilenglicol también está presente en el alginato de propilenglicol, conocido como E405. El propilenglicol es un compuesto que es GRAS (generalmente reconocido como seguro) por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. bajo 21 CFR x184.1666, y también está aprobado por la FDA para ciertos usos como aditivo alimentario indirecto. El propilenglicol está aprobado y se usa como vehículo para preparaciones farmacéuticas tópicas, orales y algunas intravenosas en los EE. UU. y en Europa.

Estructura

El compuesto a veces se denomina (alfa) α-propilenglicol para distinguirlo del isómero propano-1,3-diol, conocido como (beta) β-propilenglicol. El propilenglicol es quiral. Los procesos comerciales suelen utilizar el racemato. El isómero S se produce por rutas biotecnológicas.

Producción

Industrial

Industrialmente, el propilenglicol se produce principalmente a partir de óxido de propileno (para uso alimentario). Según una fuente de 2018, se producen anualmente 2,16 M de toneladas. Los fabricantes utilizan un proceso de alta temperatura no catalítico de 200 °C (392 °F) a 220 °C (428 °F), o un método catalítico, que procede de 150 °C (302 °F) a 180 °C (356 °F) en presencia de resina de intercambio iónico o una pequeña cantidad de ácido sulfúrico o álcali.

Los productos finales contienen un 20 % de propilenglicol, un 1,5 % de dipropilenglicol y pequeñas cantidades de otros polipropilenglicoles. La purificación adicional produce propilenglicol de grado industrial acabado o de grado USP/JP/EP/BP que normalmente es del 99,5 % o más. El uso de propilenglicol USP (Farmacopea de los EE. UU.) puede reducir el riesgo de rechazo de la Solicitud abreviada de nuevo fármaco (ANDA).

El propilenglicol también se puede obtener del glicerol, un subproducto de la producción de biodiésel. Este material de partida generalmente se reserva para uso industrial debido al olor y sabor notables que acompañan al producto final.

Laboratorio

El S-propanodiol se sintetiza mediante métodos de fermentación. El ácido láctico y el lactaldehído son intermediarios comunes. El fosfato de dihidroxiacetona, uno de los dos productos de la degradación (glucólisis) de la fructosa 1,6-bisfosfato, es un precursor del metilglioxal. Esta conversión es la base de una ruta biotecnológica potencial hacia el producto químico 1,2-propanodiol. Los desoxiazúcares de tres carbonos también son precursores del 1,2-diol.

En el siguiente esquema se ilustra una ruta no biológica a pequeña escala del D-manitol:

Aplicaciones

Polímeros

El cuarenta y cinco por ciento del propilenglicol producido se utiliza como materia prima química para la producción de resinas de poliéster insaturadas. En este sentido, el propilenglicol reacciona con una mezcla de anhídrido maleico insaturado y ácido isoftálico para dar un copolímero. Este polímero parcialmente insaturado se somete a una mayor reticulación para producir plásticos termoestables. En relación con esta aplicación, el propilenglicol reacciona con el óxido de propileno para dar oligómeros y polímeros que se utilizan para producir poliuretanos. El propilenglicol se usa en pinturas arquitectónicas acrílicas a base de agua para prolongar el tiempo de secado, lo que logra al evitar que la superficie se seque debido a su tasa de evaporación más lenta en comparación con el agua.

Alimentos y medicamentos

El propilenglicol también se usa en varios artículos comestibles, como bebidas a base de café, edulcorantes líquidos, helados, productos lácteos batidos y refrescos. Los vaporizadores utilizados para la entrega de productos farmacéuticos o de cuidado personal a menudo incluyen propilenglicol entre los ingredientes. En los desinfectantes para manos a base de alcohol, se utiliza como humectante para evitar que la piel se seque. El propilenglicol se usa como solvente en muchos productos farmacéuticos, incluidas las formulaciones orales, inyectables y tópicas. Muchos fármacos que son insolubles en agua utilizan propilenglicol como disolvente y vehículo; Las tabletas de benzodiazepina son un ejemplo. El propilenglicol también se usa como solvente y vehículo para muchas preparaciones de cápsulas farmacéuticas. Además, ciertas formulaciones de lágrimas artificiales utilizan propilenglicol como ingrediente.

Propylene glycol se utiliza comúnmente para de-ice aeronave

Anticongelante

El punto de congelación del agua se reduce cuando se mezcla con propilenglicol. Se utiliza como líquido antihielo y descongelante para aeronaves. Se utiliza una solución calentada y diluida en agua al 50 % para eliminar las acumulaciones de hielo de los fuselajes de las aeronaves comerciales en tierra (descongelación), y la solución fría sin diluir al 100 % se utiliza solo en las superficies de las alas y la cola de una aeronave para para evitar que se forme acumulación de hielo durante un período de tiempo específico antes del despegue (antihielo). Normalmente, dicho período de tiempo se limita a 15 a 90 minutos, según la gravedad de las nevadas y la temperatura del aire exterior. Las mezclas de agua y propilenglicol teñidas de rosa para indicar que la mezcla es relativamente no tóxica se venden con el nombre de RV o anticongelante marino. El propilenglicol se utiliza con frecuencia como sustituto del etilenglicol en anticongelantes para automóviles de baja toxicidad y respetuosos con el medio ambiente. También se utiliza para preparar para el invierno los sistemas de plomería en estructuras vacantes. La composición eutéctica/temperatura es 60:40 propilenglicol:agua/−60 °C. Sin embargo, el producto comercial de −50 °F/−45 °C es rico en agua; una formulación típica es 40:60.

Líquido para cigarrillos electrónicos

Una botella de líquido e-liquid saboreado para la vapa muestra el glicol de propileno como uno de los ingredientes principales junto con la glicerina vegetal.

El propilenglicol, la glicerina vegetal o una mezcla de ambos son los principales ingredientes del e-líquido que se utiliza en los cigarrillos electrónicos. Se aerosolizan para parecerse al humo y sirven como portadores de sustancias como la nicotina y los aromatizantes.

Aplicaciones varias

• Como solvente para muchas sustancias naturales y sintéticas.
• Como humectante (E1520).
• Como punto de congelación depresivo para hielo de lodo.
• En medicina veterinaria como tratamiento oral para la hiperketonemia en rumiantes.
• En la industria de la cosmética, donde el glicol de propileno se utiliza muy comúnmente como portador o base para diversos tipos de maquillaje.
• Para capturar y preservar insectos (incluyendo como preservativo de ADN).
• Para la creación de humo teatral y niebla en efectos especiales para el cine y el entretenimiento en vivo. Las llamadas 'máquinas de humo' o 'hazers' vaporizan una mezcla de glicol de propileno y agua para crear la ilusión de humo. Mientras que muchas de estas máquinas utilizan un combustible basado en el glicol de propileno, algunos usan aceite. Los que utilizan el glicol de propileno lo hacen en un proceso que es idéntico a cómo funcionan los cigarrillos electrónicos; utilizando un elemento de calefacción para producir un vapor denso. El vapor producido por estas máquinas tiene el aspecto estético y el atractivo del humo, pero sin exponer a los intérpretes y la tripulación del escenario a los daños y olores asociados con el humo real.
• Como aditivo en PCR para reducir la temperatura de fusión de los ácidos nucleicos para la segmentación de las secuencias ricas de GC.
• como surfactante, se utiliza para evitar que el agua se amontone en objetos. Se utiliza en la fotografía con este fin para reducir el riesgo de manchas de agua, o depósitos de minerales del agua utilizados para procesar películas o papel.

Seguridad en humanos

Cuando se usa en cantidades promedio, el propilenglicol no tiene un efecto medible sobre el desarrollo y/o la reproducción en animales y probablemente no afecte negativamente el desarrollo o la reproducción humanos sin un uso activo. La seguridad de los cigarrillos electrónicos, que utilizan preparaciones de nicotina o THC a base de propilenglicol y otros cannabinoides, es objeto de mucha controversia. El acetato de vitamina E también se ha identificado en esta controversia.

Administración oral

La toxicidad oral aguda del propilenglicol es muy baja y se requieren grandes cantidades para causar efectos perceptibles en la salud de los humanos; de hecho, la toxicidad del propilenglicol es un tercio de la del etanol. El propilenglicol se metaboliza en el cuerpo humano en ácido pirúvico (una parte normal del proceso del metabolismo de la glucosa, fácilmente convertido en energía), ácido acético (manejado por el metabolismo del etanol), ácido láctico (un ácido normal generalmente abundante durante la digestión), y propionaldehído (una sustancia potencialmente peligrosa). Según Dow Chemical Company, la LD50 (dosis letal que mata al 50 % de la población de prueba) para ratas es de 20 g/kg (oral/rata).

La toxicidad generalmente ocurre en concentraciones plasmáticas superiores a 4 g/L, lo que requiere una ingesta extremadamente alta durante un período de tiempo relativamente corto, o cuando se usa como vehículo para medicamentos o vitaminas administrados por vía intravenosa u oral en grandes dosis en bolo. Sería casi imposible alcanzar niveles tóxicos consumiendo alimentos o suplementos que contengan como máximo 1 g/kg de PG, a excepción de las bebidas alcohólicas en los EE. Los casos de intoxicación por propilenglicol suelen estar relacionados con la administración intravenosa inadecuada o la ingestión accidental de grandes cantidades por parte de los niños.

El potencial de toxicidad oral a largo plazo también es bajo. En un estudio de reproducción continua de NTP, no se observaron efectos sobre la fertilidad en ratones machos o hembras que recibieron propilenglicol en el agua potable en dosis de hasta 10 100 mg/kg pc/día. No se observaron efectos sobre la fertilidad ni en la primera ni en la segunda generación de ratones tratados. En un estudio de 2 años, 12 ratas recibieron alimento que contenía hasta un 5 % de propilenglicol y no mostraron efectos nocivos aparentes. Debido a su baja toxicidad oral crónica, el propilenglicol fue clasificado por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. como "generalmente reconocido como seguro" (GRAS) para su uso como aditivo alimentario directo, incluidos alimentos congelados como helados y postres helados. La designación GRAS es específica para su uso en alimentos y no se aplica a otros usos.

Contacto con la piel y los ojos

Propylene glycol se utiliza a menudo en cigarrillos electrónicos.

El propilenglicol puede no ser irritante para la piel; consulte la sección Reacción alérgica a continuación para obtener detalles sobre las reacciones alérgicas. El propilenglicol sin diluir es mínimamente irritante para los ojos y produce una leve conjuntivitis transitoria; el ojo se recupera después de que se elimina la exposición.

Un estudio de voluntarios humanos de 2018 encontró que 10 sujetos masculinos y femeninos sometidos a exposiciones de 4 horas a concentraciones de hasta 442 mg/m3 y exposiciones de 30 minutos a concentraciones de hasta 871 mg/m3 en combinación con ejercicio moderado no mostraron síntomas pulmonares. déficits de función, o signos de irritación ocular, con solo síntomas leves de irritación respiratoria informados.

El propilenglicol no ha causado sensibilización ni carcinogenicidad en estudios con animales de laboratorio, ni ha demostrado potencial genotóxico.

Inhalación

Un estudio de voluntarios humanos de 2018 encontró que 10 sujetos masculinos y femeninos sometidos a exposiciones de 4 horas a concentraciones de hasta 442 mg/m3 y exposiciones de 30 minutos a concentraciones de hasta 871 mg/m3 en combinación con ejercicio moderado no mostraron síntomas pulmonares. déficits de función, o signos de irritación ocular, con solo síntomas leves de irritación respiratoria informados. La inhalación de vapores de glicol de propileno parece no presentar un riesgo significativo en aplicaciones ordinarias. Debido a la falta de datos de inhalación crónica, se recomienda que el propilenglicol no se use en aplicaciones de inhalación como producciones teatrales o soluciones anticongelantes para estaciones de lavado de ojos de emergencia. Recientemente, el propilenglicol (comúnmente junto con el glicerol) se ha incluido como portador de nicotina y otros aditivos en los líquidos de los cigarrillos electrónicos, cuyo uso presenta una nueva forma de exposición. Todavía se desconocen los peligros potenciales de la inhalación crónica de propilenglicol o de esta última sustancia en su conjunto.

Según un estudio de 2010, las concentraciones de PGE (contadas como la suma de propilenglicol y éteres de glicol) en el aire interior, particularmente en el aire de los dormitorios, se han relacionado con un mayor riesgo de desarrollar numerosos trastornos respiratorios e inmunitarios en los niños, incluidos asma, fiebre del heno, eccema y alergias, con un aumento del riesgo que oscila entre el 50 % y el 180 %. Esta concentración se ha relacionado con el uso de pinturas a base de agua y limpiadores de sistemas a base de agua. Sin embargo, los autores del estudio escriben que los éteres de glicol y no el glicol de propileno son los culpables.

Administración intravenosa

Los estudios con propilenglicol administrado por vía intravenosa dieron como resultado valores de LD₅₀ en ratas y conejos de 7 ml/kg de peso corporal. Ruddick (1972) también resumió los datos de LD₅₀ intramuscular para ratas como 13-20 ml/kg de peso corporal y 6 ml/kg de peso corporal para conejos. Los efectos adversos de la administración intravenosa de fármacos que utilizan propilenglicol como excipiente se han observado en varias personas, especialmente con grandes dosis en bolo. Las respuestas pueden incluir depresión del SNC, "hipotensión, bradicardia, anomalías QRS y T en el ECG, arritmia, arritmias cardíacas, convulsiones, agitación, hiperosmolaridad sérica, acidosis láctica y hemólisis". Un alto porcentaje (12 % a 42 %) del propilenglicol inyectado directamente se elimina o se secreta en la orina inalterado según la dosis, y el resto aparece en forma de glucurónido. La velocidad de la filtración renal disminuye a medida que aumenta la dosis, lo que puede deberse a las propiedades anestésicas/depresoras del SNC del propilenglicol como alcohol. En un caso, la administración intravenosa de nitroglicerina suspendida en propilenglicol a un anciano puede haber inducido coma y acidosis. Sin embargo, no se informó letalidad confirmada del propilenglicol.

Animales

El propilenglicol es un aditivo alimentario aprobado para alimentos para perros y petauros en la categoría de alimentos para animales y generalmente se reconoce como seguro para perros, con una LD₅₀ de 9 mL/kg. La LD₅₀ es mayor para la mayoría de los animales de laboratorio (20 mL/kg). Sin embargo, está prohibido su uso en alimentos para gatos debido a los vínculos con la formación de cuerpos de Heinz y una vida útil reducida de los glóbulos rojos. La formación de cuerpos de Heinz a partir de MPG no se ha observado en perros, ganado o humanos.

PG se ha utilizado en la industria láctea desde la década de 1950 para vacas que muestran signos de cetosis. El balance energético negativo durante las primeras etapas de la lactancia puede hacer que el cuerpo del animal tenga niveles más bajos de glucosa, lo que induce al hígado a compensar esto mediante la conversión de la grasa corporal, lo que lleva a varias condiciones de salud, p. abomaso desplazado. PG "reduce la proporción de propionato de acetato a acetaminofén, al tiempo que aumenta la conversión de PG ruminal a propionato y ayuda a cerrar el déficit de energía en el ganado."

Reacción alérgica

Las estimaciones sobre la prevalencia de la alergia al propilenglicol oscilan entre el 0,8 % (10 % de propilenglicol en solución acuosa) y el 3,5 % (30 % de propilenglicol en solución acuosa). Los datos del Grupo de Dermatitis de Contacto de América del Norte (NACDG) de 1996 a 2006 mostraron que el sitio más común para la dermatitis de contacto con propilenglicol fue la cara (25,9 %), seguido de un patrón generalizado o disperso (23,7 %). Los investigadores creen que la incidencia de dermatitis de contacto alérgica al propilenglicol puede ser superior al 2 % en pacientes con eczema o infecciones fúngicas, que son muy comunes en países con menor exposición al sol y niveles de vitamina D inferiores a lo normal. Por lo tanto, la alergia al propilenglicol es más común en esos países.

Debido a su potencial de reacciones alérgicas y al uso frecuente en una variedad de productos tópicos y sistémicos, el propilenglicol fue nombrado el alérgeno del año de la Sociedad Estadounidense de Dermatitis de Contacto en 2018. Una publicación reciente de la Clínica Mayo informó 0,85 % de incidencia de pruebas de parche positivas para propilenglicol (100/11 738 pacientes) con una tasa irritante general de 0,35 % (41/11 738 pacientes) durante un período de 20 años de 1997 a 2016. El 87% de las reacciones se clasificaron como débiles y el 9% como fuertes. Las tasas de reacción positiva fueron 0 %, 0,26 % y 1,86 % para propilenglicol al 5 %, 10 % y 20 % respectivamente, aumentando con cada aumento de concentración. Las tasas de reacción irritante fueron 0,95 %, 0,24 % y 0,5 % para propilenglicol al 5 %, 10 % y 20 %, respectivamente. La sensibilización de la piel con propilenglicol ocurrió en pacientes sensibles a varios otros alérgenos positivos concomitantes, los más comunes fueron: resina de Myroxylon pereirae, cloruro de benzalconio, mezcla de carba, dicromato de potasio, sulfato de neomicina; para las reacciones positivas al propilenglicol, se informó la mediana general de 5 y la media de 5,6 alérgenos positivos concomitantes.

Impactos ambientales

El propilenglicol se produce de forma natural, probablemente como resultado del catabolismo anaeróbico de los azúcares en el intestino humano. Es degradado por enzimas dependientes de la vitamina B12, que lo convierten en propionaldehído.

Se espera que el glicol de propileno se degrade rápidamente en el agua a partir de procesos biológicos, pero no se espera que se vea afectado significativamente por la hidrólisis, la oxidación, la volatilización, la bioconcentración o la adsorción a los sedimentos. El propilenglicol es fácilmente biodegradable en condiciones aeróbicas en agua dulce, en agua de mar y en el suelo. Por lo tanto, se considera que el propilenglicol no es persistente en el medio ambiente.

El propilenglicol presenta un bajo grado de toxicidad para los organismos acuáticos. Varios estudios de referencia disponibles para peces de agua dulce con la concentración letal más baja observada de valor de LC50 de 96 h de 40 613 mg/L en un estudio con Oncorhynchus mykiss. De manera similar, la concentración letal determinada en peces marinos es una CL50 de 96 h de >10 000 mg/L en Scophthalmus maximus.

Aunque el propilenglicol tiene baja toxicidad, ejerce altos niveles de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) durante la degradación en aguas superficiales. Este proceso puede afectar negativamente a la vida acuática al consumir el oxígeno que necesitan los organismos acuáticos para sobrevivir. Grandes cantidades de oxígeno disuelto (OD) en la columna de agua se consumen cuando las poblaciones microbianas descomponen el propilenglicol.