El propilenglicol ( nombre IUPAC : propano-1,2-diol ) es un líquido viscoso e incoloro, casi inodoro pero que posee un sabor ligeramente dulce. Su fórmula química es CH 3 CH (OH) CH 2 OH. Al contener dos grupos alcohol , se clasifica como diol . Es miscible con una amplia gama de disolventes, incluidos agua , acetona y cloroformo . En general, los glicoles [5] no son irritantes y tienen una volatilidad muy baja . [6]
Se produce a gran escala principalmente para la producción de polímeros . En la Unión Europea dispone del número E E1520 para aplicaciones alimentarias. Para cosmética y farmacología , el número es E490. El propilenglicol también está presente en el alginato de propilenglicol , que se conoce como E405. El propilenglicol es un compuesto GRAS (generalmente reconocido como seguro) por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU . según 21 CFR x184.1666, y también está aprobado por la FDA para ciertos usos como aditivo alimentario indirecto. El propilenglicol está aprobado y utilizado como vehículo para preparaciones farmacéuticas tópicas, orales y algunas intravenosas en los EE. UU. y Europa.
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.
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 millones de toneladas. [6] Los fabricantes utilizan un proceso no catalítico de alta temperatura de 200 °C (392 °F) a 220 °C (428 °F), o un método catalítico, que se realiza 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. [7]
Los productos finales contienen un 20% de propilenglicol, un 1,5% de dipropilenglicol y pequeñas cantidades de otros polipropilenglicoles . [8] Una purificación adicional produce propilenglicol acabado de grado industrial o grado USP/JP/EP/BP que normalmente es del 99,5% o más. El uso de propilenglicol de la USP (Farmacopea de EE. UU.) puede reducir el riesgo de rechazo de la Solicitud abreviada de nuevo medicamento (ANDA). [9]
El propilenglicol también se puede obtener a partir del glicerol , un subproducto de la producción de biodiesel . [6] Este material de partida generalmente se reserva para uso industrial debido al olor y sabor notables que acompañan al producto final.
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 descomposición ( glucólisis ) de la fructosa 1,6-bisfosfato , es un precursor del metilglioxal . Esta conversión es la base de una posible ruta biotecnológica hacia el producto químico comercial 1,2-propanodiol . Los desoxiazúcares de tres carbonos también son precursores del 1,2-diol. [6]
En el siguiente esquema se ilustra una ruta no biológica a pequeña escala a partir del D -manitol : [10]
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El cuarenta y cinco por ciento del propilenglicol producido se utiliza como materia prima química para la producción de resinas de poliéster insaturado . En este sentido, el propilenglicol reacciona con una mezcla de anhídrido maleico insaturado y ácido isoftálico para dar un copolímero . Este polímero parcialmente insaturado sufre 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 . [6] El propilenglicol se utiliza en pinturas arquitectónicas acrílicas a base de agua para extender el tiempo de secado, lo que logra evitando que la superficie se seque debido a su tasa de evaporación más lenta en comparación con el agua.
El propilenglicol también se utiliza en diversos productos comestibles, como bebidas a base de café, edulcorantes líquidos , helados, productos lácteos batidos y refrescos. [11] [12] Los vaporizadores utilizados para la entrega de productos farmacéuticos o productos de cuidado personal a menudo incluyen propilenglicol entre los ingredientes. [6] En los desinfectantes para manos a base de alcohol, se utiliza como humectante para evitar que la piel se seque. [13] El propilenglicol se utiliza como disolvente en muchos productos farmacéuticos , incluidas formulaciones orales , inyectables y tópicas . Muchos fármacos que son insolubles en agua utilizan propilenglicol como disolvente y vehículo; Las tabletas de benzodiazepinas son un ejemplo. [14] El propilenglicol también se utiliza como disolvente y vehículo para muchas preparaciones de cápsulas farmacéuticas . Además, determinadas formulaciones de lágrimas artificiales utilizan propilenglicol como ingrediente. [15]
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El punto de congelación del agua disminuye cuando se mezcla con propilenglicol. Se utiliza como fluido descongelador y anticongelante de aviones. Se utiliza una solución calentada y diluida en agua al 50% para eliminar las acumulaciones de hielo de los fuselajes de los aviones comerciales en tierra (descongelamiento), y una solución fría al 100% sin diluir se utiliza sólo en las alas y superficies de la cola de un avión para para evitar que se forme acumulación de hielo durante un período de tiempo específico antes del despegue (antihielo). Normalmente, este período de tiempo se limita a 15 a 90 minutos, dependiendo de la gravedad de las nevadas y de la temperatura del aire exterior. [6] [16] Las mezclas de agua y propilenglicol teñidas de rosa para indicar que la mezcla es relativamente no tóxica se venden bajo el nombre de RV o anticongelante marino. El propilenglicol se utiliza frecuentemente 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 vacías. [17] La composición eutéctica /temperatura es 60:40 propilenglicol:agua/-60 °C. [18] [19] Sin embargo, el producto comercial de -50 °F/-45 °C es rico en agua; una formulación típica es 40:60. [20]
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El propilenglicol, la glicerina vegetal , [21] o una mezcla de ambos, son los ingredientes principales del e-líquido utilizado en los cigarrillos electrónicos . Se pulverizan para que parezcan humo y sirven como portadores de sustancias como la nicotina y los saborizantes . [22]
Cuando se usa en cantidades promedio, el propilenglicol no tiene ningún efecto mensurable sobre el desarrollo y/o la reproducción en animales y probablemente no afecta negativamente el desarrollo o la reproducción humanos sin un uso activo. [29] La seguridad de los cigarrillos electrónicos , que utilizan preparaciones de nicotina o THC y otros cannabinoides a base de propilenglicol, es objeto de mucha controversia. [30] [31] [32] El acetato de vitamina E también se ha identificado en esta controversia. [33]
La toxicidad oral aguda del propilenglicol es muy baja y se necesitan grandes cantidades para provocar efectos perceptibles en la salud de los seres humanos; de hecho, la toxicidad del propilenglicol es un tercio de la del etanol. [34] El propilenglicol se metaboliza en el cuerpo humano en ácido pirúvico (una parte normal del proceso de metabolismo de la glucosa, que se convierte fácilmente en energía), ácido acético (manejado por el metabolismo del etanol), ácido láctico (un ácido normal generalmente abundante durante digestión), [35] y propionaldehído (una sustancia potencialmente peligrosa). [36] [37] [38] Según Dow Chemical Company , la LD 50 (dosis que mata al 50% de la población de prueba) para ratas es de 20 g/kg (oral/rata). [39] [40]
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 . [41] 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. UU. a las que se les permite 5 por ciento = 50 g/kg. [42] Los casos de intoxicación por propilenglicol suelen estar relacionados con la administración intravenosa inadecuada o con la ingestión accidental de grandes cantidades por parte de niños. [43]
El potencial de toxicidad oral a largo plazo también es bajo. En un estudio de reproducción continua del Programa Nacional de Toxicología , no se observaron efectos sobre la fertilidad en ratones machos o hembras que recibieron propilenglicol en agua potable en dosis de hasta 10100 mg/kg pc/día. No se observaron efectos sobre la fertilidad ni en la primera ni en la segunda generación de ratones tratados. [29] En un estudio de 2 años, a 12 ratas se les proporcionó alimento que contenía hasta un 5% de propilenglicol y no mostraron efectos nocivos aparentes. [44] Debido a su baja toxicidad oral crónica, el propilenglicol fue clasificado por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. como " generalmente reconocido como seguro " (GRAS) para su uso como aditivo alimentario directo , incluidos alimentos congelados como helados y postres congelados. . [42] [45] La designación GRAS es específica de su uso en alimentos y no se aplica a otros usos. [46]
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El propilenglicol puede no ser irritante para la piel; consulte la sección Reacción alérgica a continuación para obtener detalles sobre las reacciones alérgicas. [47] El propilenglicol sin diluir irrita mínimamente los ojos y produce una ligera 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 déficits de función pulmonar. o signos de irritación ocular, reportándose sólo síntomas leves de irritación respiratoria. [48]
El propilenglicol no ha causado sensibilización ni carcinogenicidad en estudios con animales de laboratorio, ni ha demostrado potencial genotóxico . [49] [50]
La inhalación de vapores de propilenglicol no parece presentar riesgos significativos en aplicaciones ordinarias. [51] Debido a la falta de datos sobre inhalación crónica, se recomienda que el propilenglicol no se utilice en aplicaciones de inhalación, como producciones teatrales, o soluciones anticongelantes para estaciones de lavado de ojos de emergencia . [52] 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. Aún se desconocen los peligros potenciales de la inhalación crónica de propilenglicol o de esta última sustancia en su conjunto. [53]
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 inmunológicos en los niños, incluido el asma . fiebre , eccema y alergias, con un mayor 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 propilenglicol son los posibles culpables. [54] [55] [56]
Los estudios con propilenglicol administrado por vía intravenosa han dado como resultado valores de LD 50 en ratas y conejos de 7 ml/kg de peso corporal. [57] Ruddick (1972) también resumió los datos de LD 50 intramuscular para ratas como 13-20 ml/kg de peso corporal y 6 ml/kg de peso corporal para conejos. En varias personas se han observado efectos adversos de la administración intravenosa de fármacos que utilizan propilenglicol como excipiente , especialmente con grandes dosis en bolo. Las respuestas pueden incluir depresión del SNC, "hipotensión, bradicardia , anomalías del QRS y T en el ECG, arritmia , arritmias cardíacas, convulsiones, agitación, hiperosmolalidad sérica , acidosis láctica y hemólisis ". [58] Un alto porcentaje (12% a 42%) del propilenglicol inyectado directamente se elimina o se secreta en la orina sin cambios dependiendo de la dosis, y el resto aparece en su forma de glucurónido . La velocidad de filtración renal disminuye a medida que aumenta la dosis, [59] lo que puede deberse a las propiedades anestésicas/ depresoras del SNC suaves del propilenglicol como alcohol. [60] En un caso, la administración intravenosa de nitroglicerina suspendida en propilenglicol a un anciano puede haber inducido coma y acidosis . [61] Sin embargo, no se informó ninguna letalidad confirmada por el propilenglicol.
El propilenglicol es un aditivo alimentario aprobado para alimentos para perros y petauros del azúcar en la categoría de alimentos para animales y generalmente se reconoce como seguro para perros, [62] con una LD 50 de 9 ml/kg. La LD 50 es más alta para la mayoría de los animales de laboratorio (20 ml/kg). [63] Sin embargo, está prohibido su uso en alimentos para gatos debido a sus vínculos con la formación de cuerpos de Heinz y una vida útil reducida de los glóbulos rojos. [64] No se ha observado la formación de cuerpos de Heinz a partir de MPG en perros, ganado o humanos.
El 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 grasa corporal, lo que provoca varias afecciones de salud, por ejemplo, desplazamiento del abomaso . [65] El PG "reduce la proporción de propionato de acetato a paracetamol , al tiempo que aumenta la conversión de PG ruminal en propionato, y ayuda a cerrar el déficit energético en el ganado". [sesenta y cinco]
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). [66] [67] [68] Los datos del Grupo Norteamericano de Dermatitis de Contacto (NACDG) de 1996 a 2006 mostraron que el sitio más común para la dermatitis de contacto con propilenglicol era la cara (25,9%), seguido de un patrón generalizado o disperso ( 23,7%). [66] Los investigadores creen que la incidencia de dermatitis alérgica de contacto 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 balances de vitamina D inferiores a lo normal . Por tanto, la alergia al propilenglicol es más común en esos países. [69]
Debido a su potencial para reacciones alérgicas y su uso frecuente en una variedad de productos tópicos y sistémicos, el propilenglicol fue nombrado alérgeno del año 2018 por la Sociedad Estadounidense de Dermatitis de Contacto. [70] [71] Una publicación reciente de la Clínica Mayo informó 0,85 % incidencia de pruebas de parche positivas para propilenglicol (100/11.738 pacientes) con una tasa de irritación general del 0,35% (41/11.738 pacientes) durante un período de 20 años de 1997 a 2016. [72] El 87% de las reacciones se clasificaron como débiles y el 9% como fuertes. Las velocidades 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 cutánea al propilenglicol se produjo en pacientes sensibles a otros alérgenos positivos concomitantes, los más comunes de los cuales fueron: resina de Myroxylon pereirae, cloruro de benzalconio, mezcla de carba, dicromato de potasio, sulfato de neomicina; para las reacciones positivas de propilenglicol, se informó una mediana general de 5 y una media de 5,6 alérgenos positivos concomitantes.
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 . [73]
Se espera que el propilenglicol se degrade rápidamente en el agua a través de procesos biológicos, pero no se espera que se vea influenciado significativamente por la hidrólisis, oxidación, volatilización , bioconcentración o adsorción en sedimentos. [74] El propilenglicol es fácilmente biodegradable en condiciones aeróbicas en agua dulce, agua de mar y suelo. Por tanto, el propilenglicol se considera no persistente en el medio ambiente.
El propilenglicol presenta un bajo grado de toxicidad para los organismos acuáticos. Hay varios estudios de referencia disponibles para peces de agua dulce con la concentración letal más baja observada de 96 h, valor LC50 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. Se consumen grandes cantidades de oxígeno disuelto (OD) en la columna de agua cuando las poblaciones microbianas descomponen el propilenglicol. [75] : 2–23
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