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Polietilenglicol

El polietilenglicol ( PEG ; / ˌpɒl iˈɛθəlˌiːnˈɡlaɪˌkɒl , -ˈɛθɪl- , -ˌkɔːl / ) es un compuesto de poliéter derivado del petróleo con muchas aplicaciones, desde la fabricación industrial hasta la medicina . El PEG también se conoce como óxido de polietileno ( PEO ) o polioxietileno ( POE ) , dependiendo de su peso molecular . La estructura del PEG se expresa comúnmente como H− ( OCH2CH2 ) nOH . [ 3 ]

Usos

Usos médicos

Usos químicos

Los restos de la carraca Mary Rose del siglo XVI sometidos a un tratamiento de conservación con PEG en la década de 1980
Guerrero de terracota, que muestra rastros de color original.

Usos biológicos

Usos comerciales

Usos industriales

Usos del entretenimiento

Efectos sobre la salud humana

Los PEO tienen una "toxicidad oral en dosis única muy baja", del orden de decenas de gramos por kilogramo de peso corporal humano cuando se ingieren por la boca. [3] Debido a su baja toxicidad, el PEO se utiliza en una variedad de productos comestibles. [38] También se utiliza como revestimiento lubricante para diversas superficies en aplicaciones acuosas y no acuosas. [39]

El precursor de los PEG es el óxido de etileno , que es peligroso. [40] El etilenglicol y sus éteres son nefrotóxicos ( venenosos para los riñones ) si se aplican sobre la piel dañada. [41]

La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA o US FDA) considera que el PEG es biológicamente inerte y seguro. [ cita requerida ]

Un estudio de 2015 parece desafiar la conclusión de la FDA. En el estudio, un ensayo ELISA de alta sensibilidad detectó anticuerpos anti-PEG en el 72% de muestras aleatorias de plasma sanguíneo recogidas entre 1990 y 1999. Según los autores del estudio, este resultado sugiere que los anticuerpos anti-PEG pueden estar presentes, normalmente en niveles bajos, en personas que nunca fueron tratadas con fármacos PEGilados . [42] [43] Debido a su ubicuidad en muchos productos y al gran porcentaje de la población con anticuerpos al PEG, lo que indica una reacción alérgica , las reacciones de hipersensibilidad al PEG son un problema de salud cada vez mayor. [44] [45] La alergia al PEG suele descubrirse después de que a una persona se le ha diagnosticado una alergia a varios productos aparentemente no relacionados (incluidos alimentos procesados, cosméticos, medicamentos y otras sustancias) que contienen o se fabricaron con PEG. [44]

Formas y nomenclatura disponibles

PEG , PEO y POE se refieren a un oligómero o polímero de óxido de etileno . Los tres nombres son químicamente sinónimos, pero históricamente se prefiere PEG en el campo biomédico, mientras que PEO es más frecuente en el campo de la química de polímeros. Debido a que diferentes aplicaciones requieren diferentes longitudes de cadena de polímeros, PEG ha tendido a referirse a oligómeros y polímeros con una masa molecular inferior a 20.000  g/mol, PEO a polímeros con una masa molecular superior a 20.000  g/mol y POE a un polímero de cualquier masa molecular. [46] Los PEG se preparan mediante polimerización de óxido de etileno y están disponibles comercialmente en una amplia gama de pesos moleculares de 300  g/mol a 10.000.000  g/mol. [47]

El PEG y el PEO son líquidos o sólidos de bajo punto de fusión, dependiendo de sus pesos moleculares . Si bien el PEG y el PEO con diferentes pesos moleculares se utilizan en diferentes aplicaciones y tienen diferentes propiedades físicas (por ejemplo, viscosidad ) debido a los efectos de la longitud de la cadena, sus propiedades químicas son casi idénticas. También hay disponibles diferentes formas de PEG, dependiendo del iniciador utilizado para el proceso de polimerización; el iniciador más común es un metil éter PEG monofuncional o metoxipoli(etilenglicol), abreviado mPEG. Los PEG de menor peso molecular también están disponibles como oligómeros más puros, denominados monodispersos, uniformes o discretos. Recientemente se ha demostrado que el PEG de muy alta pureza es cristalino, lo que permite la determinación de una estructura cristalina mediante cristalografía de rayos X. [ 47] Dado que la purificación y separación de oligómeros puros es difícil, el precio de este tipo de calidad suele ser entre 10 y 1000 veces mayor que el del PEG polidisperso.

Los PEG también están disponibles con diferentes geometrías.

Los números que a menudo se incluyen en los nombres de los PEG indican sus pesos moleculares promedio (por ejemplo, un PEG con n = 9 tendría un peso molecular promedio de aproximadamente 400 daltons , y se etiquetaría como PEG 400 ). La mayoría de los PEG incluyen moléculas con una distribución de pesos moleculares (es decir, son polidispersos). La distribución de tamaños se puede caracterizar estadísticamente por su peso molecular promedio en peso ( M w ) y su peso molecular promedio en número ( M n ), cuya relación se denomina índice de polidispersidad ( Đ M ). M w y M n se pueden medir mediante espectrometría de masas .

La PEGilación es el acto de acoplar covalentemente una estructura de PEG a otra molécula más grande, por ejemplo, una proteína terapéutica , que luego se denomina proteína PEGilada . El interferón alfa-2a o alfa-2b PEGilado son tratamientos inyectables de uso común para la infección por hepatitis C.

El PEG es soluble en agua , metanol , etanol , acetonitrilo , benceno y diclorometano , y es insoluble en éter dietílico y hexano . Se acopla a moléculas hidrófobas para producir surfactantes no iónicos . [48]

Cristalitos nanométricos de óxido de polietileno ( PEO, Mw 4 kDa ) (4 nm) 

El PEG y los polímeros relacionados (construcciones de fosfolípidos de PEG) suelen sonicarse cuando se utilizan en aplicaciones biomédicas. Sin embargo, como informaron Murali et al., el PEG es muy sensible a la degradación sonolítica y los productos de degradación del PEG pueden ser tóxicos para las células de mamíferos. Por lo tanto, es imperativo evaluar la posible degradación del PEG para garantizar que el material final no contenga contaminantes no documentados que puedan introducir artefactos en los resultados experimentales. [49]

Los PEG y los metoxipolietilenglicoles son fabricados por Dow Chemical bajo el nombre comercial Carbowax para uso industrial, y Carbowax Sentry para uso alimentario y farmacéutico. Varían en consistencia de líquido a sólido, dependiendo del peso molecular, como lo indica un número después del nombre. Se utilizan comercialmente en numerosas aplicaciones, incluidos alimentos, en cosméticos , en productos farmacéuticos, en biomedicina , como agentes dispersantes, como disolventes, en ungüentos , en bases de supositorios , como excipientes de comprimidos y como laxantes . Algunos grupos específicos son los lauromacrogoles , los nonoxinoles , los octoxinoles y los poloxámeros .

Producción

Polietilenglicol 400, calidad farmacéutica
Polietilenglicol 4000, calidad farmacéutica

La producción de polietilenglicol se informó por primera vez en 1859. Tanto AV Lourenço como Charles Adolphe Wurtz aislaron de forma independiente productos que eran polietilenglicoles. [50] El polietilenglicol se produce por la interacción de óxido de etileno con agua, etilenglicol u oligómeros de etilenglicol. [51] La reacción es catalizada por catalizadores ácidos o básicos. El etilenglicol y sus oligómeros son preferibles como material de partida en lugar del agua, porque permiten la creación de polímeros con una baja polidispersidad (distribución estrecha del peso molecular). La longitud de la cadena de polímero depende de la relación de reactivos.

HOCH 2 CH 2 OH + n (CH 2 CH 2 O) → HO (CH 2 CH 2 O) n + 1 H

Dependiendo del tipo de catalizador, el mecanismo de polimerización puede ser catiónico o aniónico. El mecanismo aniónico es preferible porque permite obtener PEG con una baja polidispersidad . La polimerización del óxido de etileno es un proceso exotérmico. El sobrecalentamiento o la contaminación del óxido de etileno con catalizadores como álcalis u óxidos metálicos puede provocar una polimerización descontrolada, que puede acabar en una explosión al cabo de unas horas.

El óxido de polietileno, o polietilenglicol de alto peso molecular, se sintetiza mediante polimerización en suspensión . Es necesario mantener la cadena de polímero en crecimiento en solución durante el proceso de policondensación . La reacción es catalizada por compuestos organoesqueléticos de magnesio, aluminio o calcio. Para evitar la coagulación de las cadenas de polímeros a partir de la solución, se utilizan aditivos quelantes como la dimetilglioxima .

Se utilizan catalizadores alcalinos como el hidróxido de sodio (NaOH), el hidróxido de potasio (KOH) o el carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) para preparar polietilenglicol de bajo peso molecular. [52]

Véase también

Referencias

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