Usos
Los glicoles y gliceroles tienen numerosas aplicaciones en la industria por ser disolventes orgánicos completamente solubles en agua. Muchos de estos compuestos se utilizan como solventes para tintes, pinturas, resinas, tintas, insecticidas y productos farmacéuticos. Además, sus dos grupos hidroxilo químicamente reactivos hacen que los glicoles sean importantes intermediarios químicos. Entre los muchos usos de los glicoles y poliglicoles, los principales incluyen ser un aditivo para la depresión del punto de congelación, para la lubricación y para la solubilización. Los glicoles también sirven como aditivos directos e indirectos para los alimentos y como ingredientes en formulaciones de resinas explosivas y alquídicas, nieblas teatrales y cosméticos.
Propilenglicol se usa ampliamente en productos farmacéuticos, cosméticos, como humectante en ciertos alimentos y como lubricante. También se utiliza como fluido de transferencia de calor en usos en los que las fugas pueden provocar el contacto con alimentos, como en los refrigerantes para equipos de refrigeración de productos lácteos. También se usa como solvente en colorantes y sabores de alimentos, anticongelante en cervecerías y establecimientos, y como aditivo para pinturas de látex para brindar estabilidad al congelamiento y descongelamiento. Propilenglicol, etilenglicol y 1,3-butanodiol son componentes de los fluidos de descongelación de aeronaves. Tripropilenglicol y 2,3-butanodiol son disolventes para colorantes. Los butanodioles (butilenglicoles) se utilizan en la producción de resinas de poliéster.
Etilenglicol es un anticongelante en los sistemas de refrigeración y calefacción, un solvente en las industrias de pintura y plásticos, y un ingrediente del líquido descongelante que se usa en las pistas de los aeropuertos. Se utiliza en líquidos de frenos hidráulicos, dinamita de bajo punto de congelación, tintes para madera, adhesivos, teñido de cuero y tabaco. También sirve como agente deshidratante para gas natural, solvente para tintas y pesticidas, e ingrediente en condensadores electrolíticos. Dietilenglicol es un humectante para tabaco, caseína, esponjas sintéticas y productos de papel. También se encuentra en composiciones de corcho, adhesivos para encuadernación de libros, líquidos de frenos, lacas, cosméticos y soluciones anticongelantes para sistemas de rociadores. El dietilenglicol se usa para sellos de agua para tanques de gas, como agente lubricante y de acabado para textiles, solvente para tintes de tina y agente deshidratante de gas natural. Trietilenglicol es un solvente y lubricante en el teñido y estampado de textiles. También se utiliza en la desinfección del aire y en varios plásticos para aumentar la flexibilidad. El trietilenglicol es un humectante en la industria tabacalera y un intermediario para la fabricación de plastificantes, resinas, emulsionantes, lubricantes y explosivos.
Una medida de la versatilidad de glicerol puede obtenerse del hecho de que se han reivindicado unos 1,700 usos para el compuesto y sus derivados. El glicerol se utiliza en alimentos, productos farmacéuticos, artículos de tocador y cosméticos. Es un solvente y un humectante en productos como el tabaco, el glaseado de confitería, las cremas para la piel y la pasta de dientes, que de otro modo se deteriorarían durante el almacenamiento al secarse. Además, el glicerol es un lubricante que se agrega a la goma de mascar como auxiliar de procesamiento; un agente plastificante para coco rallado húmedo; y un aditivo para mantener la suavidad y la humedad en las drogas. Sirve para evitar la escarcha de los parabrisas y es un anticongelante en automóviles, medidores de gas y gatos hidráulicos. Sin embargo, el mayor uso individual del glicerol es la producción de resinas alquídicas para revestimientos de superficies. Estos se preparan condensando glicerol con un ácido o anhídrido dicarboxílico (generalmente anhídrido ftálico) y ácidos grasos. Otro uso importante del glicerol es la producción de explosivos, incluida la nitroglicerina y la dinamita.
El glicerol
El glicerol es un alcohol trihídrico y sufre reacciones características de los alcoholes. Los grupos hidroxilo tienen diversos grados de reactividad, y los de las posiciones 1 y 3 son más reactivos que los de la posición 2. Usando estas diferencias en la reactividad y variando las proporciones de los reactivos, es posible hacer mono-, di- o tri-derivados. El glicerol se prepara por hidrólisis de grasas o sintéticamente a partir de propileno. Los principales constituyentes de prácticamente todos los aceites y grasas animales y vegetales son los triglicéridos de ácidos grasos.
La hidrólisis de tales glicéridos produce ácidos grasos libres y glicerol. Se utilizan dos técnicas de hidrólisis: hidrólisis alcalina (saponificación) e hidrólisis neutra (división). En la saponificación, la grasa se hierve con hidróxido de sodio y cloruro de sodio, lo que da como resultado la formación de glicerol y las sales de sodio de los ácidos grasos (jabones).
En la hidrólisis neutra, las grasas se hidrolizan mediante un proceso discontinuo o semicontinuo en un autoclave de alta presión, o mediante una técnica de contracorriente continua en una columna de alta presión. Hay dos procesos principales para la síntesis de glicerol a partir de propileno. En un proceso, el propileno se trata con cloro para dar cloruro de alilo; este reacciona con una solución de hipoclorito de sodio para dar glicerol diclorohidrina, a partir del cual se obtiene el glicerol por hidrólisis alcalina. En el otro proceso, el propileno se oxida a acroleína, que se reduce a alcohol alílico. Este compuesto puede hidroxilarse con peróxido de hidrógeno acuoso para dar glicerol directamente, o tratarse con hipoclorito de sodio para dar monoclorhidrina de glicerol, que, por hidrólisis alcalina, produce glicerol.
Peligros
El glicerol tiene una toxicidad muy baja (LD oral50 (ratón) 31.5 g/kg) y generalmente se considera inofensivo en todas las condiciones normales de uso. La glicerina produce solo una diuresis muy leve en individuos sanos que reciben una dosis oral única de 1.5 g/kg o menos. Los efectos adversos tras la administración oral de glicerina incluyen dolor de cabeza leve, mareos, náuseas, vómitos, sed y diarrea.
Cuando se presenta como neblina, la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH, por sus siglas en inglés) lo clasifica como una "molestia de partículas" y, como tal, tiene un TLV de 10 mg/m3 ha sido asignado. Además, la reactividad del glicerol lo hace peligroso y susceptible de explotar en contacto con agentes oxidantes fuertes como el permanganato de potasio, el clorato de potasio, etc. Por lo tanto, no debe almacenarse cerca de dichos materiales.
Glicoles y derivados
Los glicoles comercialmente importantes son compuestos alifáticos que poseen dos grupos hidroxilo y son líquidos viscosos incoloros que son esencialmente inodoros. El etilenglicol y el dietilenglicol son de gran importancia entre los glicoles y sus derivados. La toxicidad y el peligro de ciertos compuestos y grupos importantes se analizan en la sección final de este artículo. Ninguno de los glicoles o sus derivados que se han estudiado han resultado ser mutagénicos, cancerígenos o teratogénicos.
Los glicoles y sus derivados son líquidos combustibles. dado que sus puntos de inflamación están por encima de la temperatura ambiente normal, los vapores pueden estar presentes en concentraciones dentro del rango inflamable o explosivo solo cuando se calientan (p. ej., hornos). Por esta razón, no presentan más que un riesgo de incendio moderado.
Síntesis. El etilenglicol se produce comercialmente mediante la oxidación del etileno con aire, seguida de la hidratación del óxido de etileno resultante. El dietilenglicol se produce como subproducto de la producción de etilenglicol. De manera similar, el propilenglicol y el 1,2-butanodiol se producen por hidratación de óxido de propileno y óxido de butileno, respectivamente. El 2,3-butanodiol se produce por hidratación del 2,3-epoxibutano; El 1,3-butanodiol se produce por hidrogenación catalítica de aldol usando níquel Raney; y el 1,4-butanodiol se produce mediante la reacción de acetileno con formaldehído, seguida de la hidrogenación del 2-butino-1,4-diol resultante.
Peligros de los glicoles comunes
Etilenglicol. La toxicidad oral del etilenglicol en animales es bastante baja. Sin embargo, a partir de la experiencia clínica se ha estimado que la dosis letal para un ser humano adulto es de unos 100 cm3 o alrededor de 1.6 g/kg, lo que indica una mayor potencia tóxica para los seres humanos que para los animales de laboratorio. La toxicidad se debe a los metabolitos, que varían para las diferentes especies. Los efectos típicos de la ingesta oral excesiva de etilenglicol son narcosis, depresión del centro respiratorio y daño renal progresivo.
Se han mantenido monos durante 3 años con dietas que contenían 0.2 a 0.5% de etilenglicol sin efectos adversos aparentes; no se encontraron tumores en la vejiga, pero sí cristales de oxalato y piedras. La irritación primaria de los ojos y la piel es generalmente leve en respuesta al etilenglicol, pero el material puede absorberse a través de la piel en cantidades tóxicas. La exposición de ratas y ratones durante 8 horas al día durante 16 semanas a concentraciones que oscilaban entre 0.35 y 3.49 mg/l no logró inducir lesiones orgánicas. En las concentraciones más altas, había neblina y gotitas. En consecuencia, las exposiciones repetidas de seres humanos a vapores a temperatura ambiente no deberían representar un peligro significativo. El etilenglicol no parece presentar un peligro significativo por la inhalación de vapores a temperatura ambiente o por contacto con la piel o la boca en condiciones industriales razonables. Sin embargo, podría generarse un peligro de inhalación industrial si el etilenglicol se calentara o agitara vigorosamente (generando una neblina), o si ocurriera un contacto apreciable con la piel o una ingestión durante un período de tiempo prolongado. El principal peligro para la salud del etilenglicol está relacionado con la ingestión de grandes cantidades.
Dietilenglicol. El dietilenglicol es bastante similar al etilenglicol en toxicidad, aunque sin producción de ácido oxálico. Es más directamente tóxico para los riñones que el etilenglicol. Cuando se ingieren dosis excesivas, los efectos típicos a esperar son diuresis, sed, pérdida de apetito, narcosis, hipotermia, insuficiencia renal y muerte, dependiendo de la gravedad de la exposición. Ratones y ratas expuestos a dietilenglicol a niveles de 5 mg/m3 durante 3 a 7 meses experimentó cambios en los sistemas nervioso central y endocrino y órganos internos, y otros cambios patológicos. Si bien no es motivo de preocupación práctica, cuando se administra a los animales en dosis altas, el dietilenglicol ha producido cálculos y tumores en la vejiga, probablemente secundarios a los cálculos. Estos pueden deberse al monoetilenglicol presente en la muestra. Al igual que con el etilenglicol, el dietilenglicol no parece presentar un peligro significativo por la inhalación de vapores a temperatura ambiente o por contacto con la piel o la boca en condiciones industriales razonables.
Propilenglicol. El propilenglicol presenta un riesgo de toxicidad bajo. Es higroscópico y, en un estudio de 866 sujetos humanos, se descubrió que era un irritante principal en algunas personas, probablemente debido a la deshidratación. También podría causar reacciones alérgicas en la piel en más del 2 % de las personas con eccema. Las exposiciones a largo plazo de animales a atmósferas saturadas con propilenglicol no tienen un efecto medible. Como resultado de su baja toxicidad, el propilenglicol se usa ampliamente en formulaciones farmacéuticas, cosméticas y, con ciertas limitaciones, en productos alimenticios.
Dipropilenglicol es de muy baja toxicidad. Es esencialmente no irritante para la piel y los ojos y, debido a su baja presión de vapor y toxicidad, no es un problema de inhalación a menos que se calienten grandes cantidades en un espacio confinado.
butanodioles. Existen cuatro isómeros; todos son solubles en agua, alcohol etílico y éter. Tienen baja volatilidad por lo que la inhalación no es una preocupación en condiciones industriales normales. Con la excepción del isómero 1,4-, los butanodioles no crean ningún riesgo industrial significativo.
En ratas, las exposiciones orales masivas de 1,2-butanodiol indujo narcosis profunda e irritación del sistema digestivo. También puede ocurrir necrosis congestiva del riñón. Se cree que las muertes tardías son el resultado de una insuficiencia renal progresiva, mientras que las muertes agudas son probablemente atribuibles a la narcosis. El contacto con los ojos con 1,2-butanodiol puede provocar lesiones en la córnea, pero incluso el contacto prolongado con la piel suele ser inocuo con respecto a la irritación primaria y la toxicidad por absorción. No se han informado efectos adversos de la inhalación de vapor.
1,3-Butanodiol es esencialmente no tóxico excepto en dosis orales abrumadoras, en cuyo caso puede ocurrir narcosis.
Poco se sabe sobre la toxicidad de 2,3-butanodiol, pero a partir de los pocos estudios en animales publicados, parece que la toxicidad de los butanodioles 1,2 y 1,3 se encuentra entre XNUMX y XNUMX.
1,4-Butanodiol es unas ocho veces más tóxico que el isómero 1,2 en las pruebas de toxicidad aguda. La ingestión aguda produce narcosis severa y posiblemente lesión renal. La muerte probablemente resulta del colapso de los sistemas nerviosos simpático y parasimpático. No es un irritante primario, ni se absorbe fácilmente por vía percutánea.
Tablas de glicoles y gliceroles
Tabla 1 - Información química.
Tabla 2 - Riesgos para la salud.
Tabla 3 - Riesgos físicos y químicos.
Tabla 4 - Propiedades físicas y químicas.