Цены снижены! Бесплатная доставка контурной маркировки по всей России

Применение этиленгликоль пгу: Применение Этиленгликоля

Содержание

Применение Этиленгликоля

Благодаря своей дешевизне Этиленгликоль нашёл широкое применение в технике. Этиленгликоль является активным коррозионным веществом, относится к жирным органическим соединениям, в связи с чем при производстве водных растворов — незамерзающих жидкостей необходимо использовать присадки для защиты систем от коррозии и пенообразований.

 

Где применяется Этиленгликоль

  • Как компонент автомобильных антифризов и тормозных жидкостей, что составляет 60 % его потребления. Смесь 60 % этиленгликоля и 40 % воды замерзает при −45 °С. Коррозионно активен, поэтому применяется с ингибиторами коррозии
  • Этиленгликоль теплоноситель в виде раствора в автомобилях, в системах жидкостного охлаждения компьютеров
  • В производстве целлофана, полиуретанов и ряда других. Это второе основное применение
  • Как растворитель красящих веществ
  • В органическом синтезе:В составах для противообледенительной обработки лобовых стёкол и самолётов
  • Как компонент жидкости «И», используемой для предотвращения обводнения авиационных топлив
  • В качестве высокотемпературного растворителя
  • В качестве криопротектора
  • Для поглощения воды, для предотвращения образования гидрата метана, который забивает трубопроводы при добыче газа в открытом море. На наземных станциях его регенириуют путём осушения и удаления солей
  • Этиленгликоль является исходным сырьём для производства взрывчатого вещества нитрогликоля
  • При производстве конденсаторов
  • При производстве 1,4-диоксана
  • Компонент в составе систем жидкостного охлаждения компьютеров
  • Как теплоноситель в чиллер-фанкойл
  • В качестве компонента крема для обуви (1—2 %)
  • В составе для мытья стёкол вместе с изопропиловым спиртом

Таблица плотности и температуры замерзания (начала кристаллизации) водных растворов этиленгликоля

Концентрация этиленгликоля,% Плотность раствора, г/см3 при 20оС Температура замерзания, оС Концентрация этиленгликоля,% Плотность раствора, г/см3 при 20оС Температура замерзания, оС
26,4 1,0340 -10 65,3 1,0855 -65
27,2 1,0376 -12 65,6 1,0860 -66
29,6 1,0410 -14 66,0 1,0863 -67
32,0 1,0443 -16 66,3 1,0866 -68
34,2 1,0480 -18 68,5 1,0888 -66
36,4 1,0506 -20 69,6 1,0900 -64
38,4 1,0533 -22 70,8 1,0910 -62
40,4 1,0560 -24 72,1 1,0923 -60
42,2 1,0586 -26 73,3 1,0937 -58
44,0 1,0606 -28 74,5 1,0947 -56
45,6 1,0627 -30 75,8 1,0960 -54
47,0 1,0643 -32 77,0 1,0973 -52
48,2 1,0663 -34 78,4 1,0983 -50
49,6 1,0680 -36 79,6 1,0997 -48
51,0 1,0696 -38 81,2 1,1007 -46
52,6 1,0713 -40 82,5 1,1023 -44
53,6 1,0726 -42 83,9 1,1033 -42
54,6 1,0740 -44 85,4 1,1043 -40
55,6 1,0753 -46 86,9 1,1054 -38
56,8 1,0766 -48 88,4 1,0660 -36
58,0 1,0780 -50 90,0 1,1077 -35
59,1 1,0790 -52 91,5 1,1987 -34
60,2 1,0803 -54 93,0 1,1096 -33
61,2 1,0813 -56 94,4 1,1103 -32
62,2 1,0823 -58 95,0 1,1105 -28
63,1 1,0833 -60 95,5 1,1107 -27
64,0 1,0843 -62 96,5 1,1110 -24
64,8 1,0850 -64 97,0 1,1116 -22

Этиленгликоль: свойства и область применения

Этиленгликоль и его применение в промышленности

Сегодня большинство промышленных предприятий используют в своем производстве такое вещество, как этиленгликоль, как правило, для производства незамерзающих жидкостей и жидкостей теплоносителей. Спрос на подобного рода продукцию весьма высок. Многие компании, такие как ТК Апрель, работают именно на то, чтобы удовлетворить потребность производств данного вида продукции.

Общие данные и свойства этиленгликоля

  • Сам этилен – это олефин, то есть алкеном. Это ненасыщенное соединение, которое содержит двойную связь, очень часто используется в промышленности, поэтому и получило свою популярность.
  • Часто этиленгликоль относится к ряду фитогормонов.
  • Сам этилен является одним из самых «популярных» органических соединений. Каждый год общее количество его производства растет на 5-7%, а 10 лет назад количество произведенного этилена составило 107 миллионов тонн. Пиролиз этана, бутана, пропана и других газах, которые выделяются в результате нефтедобычи и являются источником, с помощью которого вырабатывается такое большое количество данного олефина.
  • Выход этого вещества равняется 30% из всех вырабатываемых газов, что объясняет его большое количество.

Этиленгликоль

Где применяется этилен?

  1. Данный компонент является одним из основных элементов современной промышленной химии. Самое популярное его применение – это мономер, который используется в процессе применения обычного полиэтилена. Данный мономер, в зависимости от различных условий, предоставляет как полиэтилены высокого, так и полиэтилены низкого давления.
  2. Этиленгликоль используют также для того, чтобы получить сополимер. Этот элемент часто используется со стиролом, пропиленом и другими подобными этим элементами.
  3. Также этилен активно используют для производства таких веществ как этилбензола, триэтилбензол и другие компоненты, содержащие этилбензол.
  4. Наиболее распространенный вариант использования этилена – это производство ацетальдегида и обычного этилового спирта. Еще этиленгликоль используется для хлористого этила в чистом виде.
  5. В промышленности его используют в качестве сырья для стирола, хлористого винила и тому подобных веществ.

Таким образом, выяснив все положительные характеристики данного вещества, можно с уверенностью сказать, что в современной промышленности этилен http://tk-april.ru/ethylene и пропилен http://tk-april.ru/propyleneglycol — это самые востребованные в производстве вещества, которые на сегодняшний день служат основным сырьем для получения полиэтилена.

Этиленгликоль — его свойства и сферы применения

Применение растворов этиленглиголя

Работа холодильных агрегатов требует использования не только хладагента, но и промежуточного хладоносителя. В качестве последнего часто применяется этиленгликоль, имеющий ряд преимуществ перед водными растворами солей, применяемыми для тех же целей. Но выгоден он только в том случае, если его физические свойства соответствуют требованиям установки по антикоррозийной устойчивости, сроку службу и металлоемкости.

Применение этиленгликоля

В чиллерах и холодильных агрегатах этиленгликоль применяется тогда, когда температура хладоносителя ниже 0°C . В таких системах теплопередача осуществляется по следующей схеме – охлаждаемая среда – этиленгликоль – хладагент. Реализация такого технического решения характеризуется более низкими рабочими температурами, чем без использования промежуточного хладоносителя. В этом случае достигается требуемый температурный перепад.

Этиленгликоль применяется в чиллере в составе раствора. Концентрация активного вещества может регулироваться. От нее зависит порог замерзания жидкости и, соответственно, рабочие характеристики всей установки. Низкозамерзающие характеристики этиленгликоля обусловили его широкое применение в системах промышленного холодоснабжения и кондиционирования. Как хладоноситель используется в виде рассола с несколькими показателями содержания. От пропорций этиленгликоля и воды напрямую зависит температура замерзания жидкости.

Раствор этиленгликоля применяется в системах, имеющих высокие требования к антикоррозийным свойствам и содержащих элементы из нержавеющей стали, например паяные пластинчатые испарители. Применение гликолевых рассолов в аммиачных машинах существенно снижает затраты на их содержание и расход энергии, продлевает срок службы, обеспечивает нормальные условия эксплуатации.

Общая характеристика этиленгликоля

Этиленгликоль представляет собой маслянистую бесцветную жидкость без запаха. В чистом виде без примесей закипает при температуре +197°C, а кристаллизируется при -12,3°C.

Наиболее часто применяют рассол с содержанием этиленгликоля 50-65%. В качестве добавок, определяющих свойства хладоносителя используются ингибиторы (антикоррозионные присадки, снижающие агрессивность к металлам, резине и другим материалам), стабилизаторы, антивспенивающие и моющие добавки. От концентрации рассола зависят также показатели теплоемкости, вязкости, воздействия на металлы и прочие материалы.

Помимо явных преимуществ – низкотемпературных характеристик, поддержания нужных характеристик и поддержания режима эксплуатации, у растворов этиленгликоля есть и недостатки. Активное вещество отличается токсичностью и наркотическим воздействием, негативно воздействует на работу нервной и мочевыводящей системы, поэтому работа с ними требует строго соблюдения правил безопасности при эксплуатации холодильной установки.

Физические свойства растворов этиленгликоля


Плотность (15°С) кг/лКоличество гликоля в 100кг рассола (кг)Температура замерзания (°С)Удельная теплоемкость, ккал/кг/°С
+20°-10°-20°
1,005 4,6— 20,990 0,980
1,0076,5 — 30,9820,975
1,010 8,4 — 40,970 0,970
1,015 12,2 — 50,9600,950
1,017 14,1 — 60,950 0,940
1,020 16,0 — 70,9400,930
1,022 17,9 — 80,9360,927
1,023 18,8 — 90,9310,924
1,02519,8 — 100,9300,920
1,027 21,0 — 110,926 0,913
1,028 22,3 — 120,923 0,906
1,030 23,6— 130,9200,900
1,033 25,5 — 140,908 0,894 0,896
1,035 27,4 — 150,9000,8900,880
1,038 29,3 — 160,894 0,8780,874
1,04031,2 — 170,8900,870 0,870
1,041 32,1 — 180,8860,866 0,866
1,043 33,0 — 190,885 0,860,858
1,04434,0 — 200,8820,854 0,854
1,045 35,0 — 210,880 0,8500,850
1,04635,7— 220,877 0,8480,846
1,047 36,5— 230,870 0,846 0,842
1,04837,2 — 240,854 0,844 0,839
1,04938,0 — 250,851 0,842 0,837
1,05038,8 — 260,850 0,8400,830 0,820
1,052 40,0— 270,8420,833 0,822 0,812
1,054 41,2 — 280,834 0,823 0,8140,804
1,05542,6— 290,830 0,8200,810 0,800
1,057 43,5 — 300,8220 0,815 0,806 0,792
1,058 44,4 — 310,818 0,810 0,800 0,788
1,05945,3 — 320,8140,8050,798 0,784
1,060 46,4 — 330,810 0,800 0,790 0,780

Назад в раздел

Этиленгликоль (моноэтиленгликоль), диэтиленгликоль, пропиленгликоль и их расстворы

Диэтиленгликоль

Физические свойства диэтиленгликоля и этиленгликоля близки. Диэтиленгликоль отличается от этиленгликоля лучшей растворимостью, меньшей летучестью, более высокой температурой кипения и вязкостью. Температура замерзания водного раствора несколько выше чем у этиленгликоля, хотя и незначительно.

Диэтиленгликоль превосходно смешивается с водой и большим количеством различных органических соединений: одноатомными спиртами, пропиленгликолем и другими гликолями, этилцеллозольвом и другими целлозольвами и карбитолами, этаноламином, ацетоном, фенолом, уксусной кислотой, фурфуролом, пиридином в широком интервале температур. В диэтиленгликоле не растворимы минеральные и многие растительные масла.

Применение диэтиленгликоля

Диэтиленгликоль реже используется в качестве антифриза по сравнению с этиленгликолем. Однако скорее это связано не с тем, что он имеет менее подходящие для этой цели свойства (температура замерзания водных растворов и другие характеристики различаются не столь значительно) а с тем, что этиленгликоль является более привычным и доступным продуктом и объем его производства больше. При этом в некоторых случаях применение диэтиленгликоля в смеси этиленгликолем позволяет получать антифризы с более высокими эксплуатационными свойствами.

Диэтиленгликоль используется в качестве избирательного (селективного) растворителя с целью экстракции различных веществ из нефти и нефтепродуктов, таких как ксилол, толуол, бензол, т. к. хорошо растворяет ароматические углеводороды и не способен к растворению парафиновых и нафтеновых углеводородов. Благодаря более высокой растворимости диэтиленгликоль предпочтительней этиленгликоля для этих целей. При этом получаются продукты высокой степени чистоты.

Благодаря высокой гигроскопичности диэтиленгликоль широко используется для удаления водяных паров из газов, прокачиваемых по трубопроводам. Удалять водяные пары необходимо с целью предотвращения образования в трубопроводах конденсата и ледяных пробок. Также с помощью диэтиленгликоля можно очищать газы и от других примесей, например сероводорода и углекислого газа.

Дигликоль применяется в качестве сырья при синтезе различных полимерных материалов: ненасыщенных полиэфирных смол, щелочестойких алкидных смол, термостойких и огнестойких полиуретанов, а также используется при синтезе различных модифицирующих компонентов для полимерных материалов: пластификаторов, стабилизаторов, антиоксидантов, активаторов полимеризации, отвердителей эпоксидных смол.

Опасность диэтиленгликоля

Токсичность диэтиленгликоля ниже чем этиленгликоля. Пары не представляют высокой опасности при вдыхании. Однако прием внутрь также чрезвычайно опасен.

Этиленгликоль нашел широкое применение в технике:
Как компонент автомобильных антифризов и тормозных жидкостей, что составляет 60% его потребления. Смесь 60% этиленгликоля и 40% воды замерзает при -45 °С. Коррозионно активен, поэтому применяется с ингибиторами коррозии;
В качестве теплоносителя в виде раствора в автомобилях, в системах жидкостного охлаждения компьютеров;
В производстве целлофана, полиуретанов и ряда других полимеров. Это второе основное применение;
Как растворитель красящих веществ;
В органическом синтезе:
– в качестве высокотемпературного растворителя.
В составах для противообледенительной обработки лобовых стекол и самолетов.
Как компонент жидкости «И», используемой для предотвращения обводнения авиационных топлив.
В качестве криопротектора
Для поглощения воды, для предотвращения образования гидрата метана, который забивает трубопроводы при добыче газа в открытом море. На наземных станциях его регенириуют путем осушения и удаления солей.
Этиленгликоль применяется также
-при производстве конденсаторов
-при производстве 1,4-диоксана
-компонент в составе систем жидкостного охлаждения компьютеров
-в качестве компонента крема для обуви (1-2%)
-в составе для мытья стекол вместе с изопропиловым спиртом.

Водные растворы пропиленгликоля и этиленгликоля

Раствор Температура замерзания Плотностьпри 20˚С Раствор Температура замерзания Плотностьпри 20˚С
Пропиленгликоль 30% -13˚С 1,023 Этиленгликоль 30% -15˚С 1,038
Пропиленгликоль 35% -20˚С 1,028 Этиленгликоль 35% -20˚С 1,045
Пропиленгликоль 40% -25˚С 1,032 Этиленгликоль 40% -25˚С 1,052
Пропиленгликоль 45% -30˚С 1,035 Этиленгликоль 45% -30˚С 1,058
Пропиленгликоль 50% -35˚С 1,038 Этиленгликоль 50% -35˚С 1,064
Пропиленгликоль 55% -45˚С 1,040 Этиленгликоль 55% -43˚С 1,071
Пропиленгликоль 60% -55˚С 1,042 Этиленгликоль 60% -50˚С 1,077
Пропиленгликоль 65% -60˚С 1,043 Этиленгликоль 65% -60˚С 1,083
Пропиленгликоль 70% -65˚С 1,044 Этиленгликоль 70% -70˚С 1,088

Из-за склонности растворов гликолей к переохлаждению фактическая температура замерзания может отличаться в пределах 2˚С.

Плотность водных растворов этиленгликоля при различных температурах

Температура,˚С Концентрация этиленгликоля ГОСТ 19774 высшего сорта в водном растворе (по массе)
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
-45           1,11 1,125 1,137    
-40           1,108 1,122 1,134    
-35         1,087 1,105 1,12 1,131    
-30         1,086 1,103 1,118 1,129    
-25       1,068 1,085 1,101 1,115 1,126    
-20       1,067 1,083 1,098 1,112 1,123 1,133  
-15       1,066 1,081 1,096 1,109 1,12 1,13 1,137
-10 1,017 1,32 1,048 1,064 1,079 1,094 1,107 1,117 1,127 1,134
-5 1,016 1,31 1,047 1,062 1,077 1,091 1,104 1,114 1,123 1,131
0 1,015 1,03 1,046 1,061 1,075 1,088 1,101 1,111 1,12 1,127
5 1,014 1,029 1,044 1,059 1,073 1,085 1,097 1,108 1,116 1,124
10 1,013 1,027 1,042 1,056 1,07 1,083 1,094 1,105 1,113 1,120
15 1,012 1,026 1,041 1,054 1,067 1,08 1,091 1,102 1,10 1,117
20 1,011 1,024 1,038 1,052 1,064 1,077 1,088 1,098 1,106 1,113
25 1,009 1,022 1,036 1,05 1,061 1,074 1,084 1,094 1,102 1,11
30 1,007 1,021 1,034 1,047 1,058 1,071 1,081 1,091 1,099 1,106
35 1,006 1,019 1,032 1,045 1,055 1,067 1,078 1,087 1,096 1,103
40 1,004 1,017 1,029 1,041 1,052 1,064 1,074 1,084 1,093 1,099
45 1,002 1,014 1,026 1,038 1,049 1,06 1,071 1,081 1,089 1,096
50 0,999 1,012 1,023 1,035 1,046 1,057 1,067 1,077 1,085 1,093
55 0,996 1,009 1,021 1,032 1,043 1,054 1,064 1,073 1,082 1,089
60 0,994 1,006 1,018 1,029 1,04 1,051 1,06 1,069 1,078 1,085
65 0,991 1,003 1,014 1,026 1,037 1,047 1,057 1,065 1,074 1,081
70 0,988 1,0 1,011 1,023 1,034 1,044 1,053 1,062 1,07 1,078
75 0,986 0,997 1,008 1,019 1,029 1,04 1,05 1,058 1,066 1,074
80 0,983 0,994 1,005 1,016 1,026 1,036 1,046 1,054 1,063 1,07
85 0,979 0,99 1,001 1,012 1,022 1,032 1,042 1,05 1,059 1,067
90 0,976 0,987 0,997 1,009 1,018 1,028 1,038 1,046 1,055 1,063
95 0,973 0,983 0,993 1,005 1,014 1,024 1,034 1,043 1,051 1,059
100 0,969 0,98 0,99 1,0 1,01 1,02 1,03 1,04 1,047 1,055

Значения плотности растворов этиленгликоля в воде приведены в г/см3.

Этиленгликоль и пропиленгликоль – эффективные теплоносители XXI века

6 июня 2018

Этиленгликоль и пропиленгликоль – эффективные теплоносители XXI века

Выбор качественного и безопасного теплоносителя для инженерной системы – важная задача для любого объекта: начиная от загородного дома или складского помещения и заканчивая крупными спортивными комплексами, гостиницами, бизнес-центрами или учреждениями здравоохранения. Традиционно самым универсальным и доступным вариантом считается вода, но она не способна обеспечить всесезонное использование климатической системы. Текучесть и теплопроводность деминерализованной воды достаточно высоки, но кристаллизация при нулевой температуре и высокий коэффициент объемного расширения делают ее непригодной в инженерных системах с риском замерзания. Современная химическая промышленность предлагает нам альтернативные варианты, среди которых можно отметить теплоносители на основе глицерина или высокотемпературные органические масла, но самым безопасной и практичной заменой являются антифризы на основе гликолей.

Свойства и преимущества этиленгликоля

Водный раствор этиленгликоля кристаллизуется при довольно низкой температуре, что делает двухатомный органический спирт идеальным вариантом использования в охлаждающих системах, отопительном оборудовании с высоким риском замерзания. Сегодня теплоносители на основе раствора этиленгликоля активно применяются в инженерных системах общественных зданий, производственных цехов, спортивных объектов. Особенно востребован этиленгликоль на объектах, требующих постоянного поддержания низких температур. При кристаллизации раствор гликоля принимает вид желеобразной массы, что позволяет защитить отопительную систему от разрушения.

В зависимости от требуемого климатического режима используются водные растворы этиленгликоля с концентрацией от 30 до 65 %. Рабочий диапазон температур замерзания при этом варьируется от 65 до 15 градусов ниже нуля. Важно помнить, что чистый этиленгликоль является коррозионно активным веществом, а его применение в качестве охлаждающей жидкости запрещено действующими стандартами. Для защиты климатического оборудования производители применяют органические присадки. К примеру, компания «ТЕХНОФОРМ» пользуется пакетом карбоксилатных присадок бельгийского производства, обладающих высоким антикоррозионным, противопенным и противонакипным эффектом.

Использование теплоносителей на основе растворов этиленгликоля имеет две важные особенности:

— При аналогичной концентрации раствор этиленгликоля имеет более низкую температуру замерзания и более низкую вязкость в сравнении с пропиленгликолевыми производными. Это позволяет существенно снизить потери при постоянной циркуляции в климатической системе. Более высокая теплопроводность и теплоемкость делает этиленгликоль предпочтительным вариантом для закрытых инженерных систем.

— Температура замерзания раствора зависит от концентрации, причем эта зависимость имеет нелинейный характер. Минимальная температура кристаллизации (65 градусов ниже нуля) наблюдается при концентрации в 65 %. Ее повышение ведет к повышению температуры замерзания до – 13 градусов. Именно по этой причине на производстве нецелесообразно использовать этиленгликоль высокой концентрации.

Особенности использования пропиленгликоля

Пропиленгликоль не токсичен и не способен вызвать отравление при длительном вдыхании паров или попадании внутрь организма. Он широко применяется во многих странах мира в качестве важного компонента на пищевом производстве и в фармакологической промышленности. Гликоль высокой чистоты используется для достижения нужного вкуса, качества и цвета продуктов питания, а также при изготовлении экстрактов ароматических природных компонентов.

Антифризы и хладагенты на основе пропиленгликоля хорошо зарекомендовали себя в отопительных и охладительных системах на объектах пищевой промышленности, в медицинских и образовательных учреждениях.

Ключевой показатель использования пропиленгликоля в качестве теплоносителя является нелинейность зависимости между температурой кристаллизации и концентрацией раствора. Опытным путем определено, что своего минимума температура замерзания достигает при концентрации 70 %. Дальнейшее ее повышение не меняет свойства готового теплоносителя, поэтому экономически нецелесообразно использовать чистый пропиленгликоль или раствор с концентрацией свыше 70 %.

Сегодня для обеспечения работы отопительных и климатических систем можно приобрести как чистый гликоль для дальнейшего доведения до необходимой концентрации, так и готовые теплоносители с пакетом карбоксилатных присадок. Высокое качество рабочих составов позволяет сохранять необходимые свойства до 10 лет. Главное условие – своевременный мониторинг качества теплоносителя в системе. Оптимальное решение – доверить обслуживание, замену и утилизацию антифриза производителю!

Статья предоставлена компанией «ТЕХНОФОРМ».
Официальный сайт — http://hstream.ru/.

Алексей Новиков

Этиленгликоль (моноэтиленгликоль): химический состав и свойства, особенности, где используется

Этиленгликоль (альтернативные названия – диоксиэтан, этандиол, моноэтиленгликоль) – представитель двухатомных спиртов. Химическая формула вещества – С2H6О2. Внешне это бесцветная прозрачная жидкость без запаха. По общепринятой международной классификации отнесен к третьему классу опасности. Употребление внутрь 100 мл этиленгликоля смертельно для человека. Пары диоксиэтана токсичны, попадание в чистом виде или в водном растворе опасно для здоровья и жизни.

Физические свойства этиленгликоля

  • этиленгликольМолярная масса – 62 грамма/моль;
  • Температура воспламенения зависит от концентрации: 112-124 градуса;
  • Коэффициент оптического преломления – 1,4318;
  • Температура самовоспламенения – 380 градусов;
  • Температура замерзания чистого гликоля – минус 22 градуса;
  • Температура кипения – 197,3 градуса;
  • Плотность – 1,111 грамма на кубический сантиметр.

Физические и теплофизические свойства вещества зависят от концентрации в растворе. Высококонцентрированный гликоль выдерживает нагрев до высокой температуры, поэтому он подходит для теплоносителей инженерных систем. Низкая температура кристаллизации (достигает нижних пределов в 65 градусов ниже нуля примерно при 40 % в растворе) позволяет использовать диоксиэтан в качестве сырья для антифризов систем охлаждения.

История и современное производство

Этиленгликоль впервые синтезировал французский химик Вюрц в середине XIX века. Сырьем для получения гликоля стал сначала диацетат, а затем – этиленоксид. Первоначально синтезированное вещество не получило практического применения. Спустя 50 лет этиленгликоль активно использовали при производстве взрывчатых веществ. Низкая себестоимость производства, высокая плотность, подходящие физические характеристики позволили вытеснить глицерин, служивший для изготовления взрывчатки.

В промышленных масштабах двухатомный спирт начали производить в 20-ых годах прошлого столетия в США. Американские специалисты спроектировали и построили завод в Западной Вирджинии и наладили массовое изготовления гликоля. На протяжении долгих лет его закупали практически все крупные компании, специализирующиеся на изготовлении динамита.

Сегодня этиленгликоль в промышленных масштабах синтезируется в ходе гидратации этилена двумя способами:

  • С применением низкоконцентрированной серной или ортофосфорной кислот при давлении в 1 атмосферу и температуре 50-100 градусов;
  • Под давлением в 10 атмосфер и температуре в 200 градусов.

На выходе получается смесь, содержащая до 90 процентов чистого высококонцентрированного этиленгликоля. Побочные продукты реакции – полимергомологи и триэтиленгликоль, нашли широкое применение в промышленности. Системы охлаждения воздуха, производство пластификаторов и препаратов для дезинфекции – наиболее популярные сферы использования.

Применение этиленгликоля в промышленности

  • Реакции органического синтеза. Гликоль обладает высокой химической активностью, поэтому используется в качестве растворителя, средства защиты изофорона и карбонильных групп. Спирт не кипит при высоких температурах, за чет чего подходит для специальной авиационной жидкости. Полученный продукт снижает обводнение горючих смесей и повышает эффективность топлива для самолетов и вертолетов.
  • Растворитель для красящих соединений.
  • Производство взрывчатого вещества – нитрогликоля (более дешевый и доступный аналог нитроглицерина).
  • Газодобывающая отрасль. Этиленгликоль исключает образование гидрата метана на трубах и поглощает излишнюю влагу.
  • Криопротекция. Вещество активно используется при производстве жидкостей для охлаждения компьютерной и цифровой техники, изготовлении конденсаторов и получении 1,4-диоксина.

Охлаждающие жидкости на основе этиленгликоля

Двухатомный спирт используется при изготовлении антифризов для охлаждающих систем двигателя, теплоносителей инженерных систем отопления и кондиционирования воздуха. Раствор с деминерализованной водой и пакетом антикоррозионных присадок обладает антикавитационными и антипенными свойствами.

Преимущество этиленгликоля – низкая температура кристаллизации в сравнении с водой. Даже при достижении точки замерзания гликоль имеет более низкий коэффициент температурного расширения в сравнении с водой (на 1,5-3 % меньше). Высокая температура кипения позволяет использовать водно-гликолевую смесь в экстремальных производственных условиях, при подогревании нефти и газа и других технологических процессах.

Дополнительные преимущества антифризов на основе этиленгликоля:

  • Разнообразие выбора концентраций для различных условий эксплуатации;
  • Стабильные рабочие параметры и теплофизические свойства на протяжении длительного периода;

Этиленгликоль

Этиленгликоль – прозрачная жидкость, двухатомный спирт, является одним из полиолов. Это жидкость, не обладающая запахом и цветом, сладковата на вкус. Незначительная доза этиленгликоля способна вызвать при принятии внутрь необратимые последствия, вплоть до летального исхода. Согласно традиционной химической номенклатуре, этиленгликоль называют 1,2-диоксиэтаном либо 1,2-этандиолом.

Синтез этиленгликоля

Первую реакцию, продуктом которой является этиленгликоль связывают с именем французского химика Вюрца. В конце пятидесятых годов XIX века он произвёл омыление калийной щелочью диацетата этиленгликоля, в ходе которой и получился вышеописанный многоатомный спирт. Так как в тот период времени его свойства были изучены недостаточно, в течение долгого времени этиленгликоль не считался полезным и только с началом Первой мировой войны немецкие учёные догадались заменить им глицерин в военно-промышленном комплексе, в частности, в производстве взрывчатки. Данный способ также был усовершенствован и 1,2-этандиол стал продуктом реакции гидролиза дихлорэтана с присутствием щелочи.

В настоящее же время самой рациональной и выгодной реакцией для получения этиленгликоля считается присоединение молекулы воды к оксиду этилена при давлении в 10 атмосфер и средней температуре либо при высоком температурном показателе с наличием раствора ортофосфорной кислоты малой концентрации (до 0,5%).

Использование этиленгликоля в хозяйственной деятельности

Помимо опасного применения этиленгликоля при создании взрывчатых материалов, у 1,2-этандиола есть более «повседневные» задачи. Например, ввиду весьма дешевого способа промышленного производства, ему нашли применение в технике. Благодаря низкой температуре замерзаний (менее -49 градусов Цельсия) его используют при производстве практически любого антифриза или тормозной жидкости. По статистике, около 60% произведенного этиленгликоля используется именно в этой отрасли. Также этиленгликоль используется в качестве теплоносителя в отопительных и кондиционирующих системах зданий, широко применяется в жидкостном охлаждении компьютеров. Следующими основными потребителями этиленгликоля являются заводы по производству полимерных материалов, таких как целлофан и полиуретан. Используется он также как растворитель в красках, лаках и некоторых видах синтеза органических соединений, является одной из составляющих противоводокристаллизационной жидкости, которая входит в число компонентов автомобильного топлива и служит.

Основной задачей этой жидкости является препятствование образованию частичек льда в условиях никого температурного показателя. 1,2-этандиол применяется как защитник карбонильной группы в ходе превращения этиленгликоля и карбонильных соединений в 1,3-диоксолан в присутствии, например, диметилформамида (диметилсульфат-ДМФА). В трубопроводах данное вещество применяется как ингибитор гидратообразования (препятствует появлению метангидрата – соединения метана с водой, которое из-за своей устойчивости в условиях нефтегазового трубопровода может нарушить работу морских нефтяных платформ).

Этиленгликоль часто является сырьем в производстве взрывоопасного вещества этиленгликольдинитрата, но и этим его применения не ограничиваются. Помимо вышеперечисленного, его активно применяют при сборке конденсаторов, производстве полиэтилентерефталата (пластика, из которого изготавливаются бутылки), кремов для обуви, стеклоочистных составов, синтезе 1,4-диоксана, крионике (как вещество, защищающее биологическую ткань от повреждений при экстремально маленькой температуре вплоть до заморозки) и т. д.

Рекомендации по безопасной работе с этиленгликолем

Учитывая тот факт, что этиленгликоль взрыво- и огнеопасен (в центре вспышки его паров достигается температура 120 C, а при горении – 380 C) хранить его стоит в герметизированной посуде, не допускающей утечки самого вещества или проникновения внутрь горячих продуктов.

Этиленгликоль – достаточно токсичное соединение, способное при разовом употреблении 100-300 мл вызвать летальный исход. Эти параметры соответствуют веществам 3-го класса опасности по воздействию на организм. Пары соединения представляют опасность при регулярном их вдыхании, поэтому при работе с 1,2-диоксиэтаном настоятельно рекомендуется использовать индивидуальные средства защиты дыхательных путей и кожных покровов. Сигналом опасности могут послужить кашель и раздражение. При попадании на поверхность или кожу, в отличие от кислот, которые сильно разогреваются при смешивании с водой, этиленгликоль при разбавлении не вступит в экзотермическую реакцию (с обильным выделением тепла), поэтому его можно смывать водой.

Этиленгликоль в организме человека

Содержание этиленгликоля в человеческом организме невелико. При его окислении до щавелевой кислоты у человека могут возникнуть проблемы с почками, однако более частым путём метаболизирования этиленгликоля является его окисление до гликолевой кислоты с последующим распадом до диоксида углерода.

Использование рефрактометров в исследовании этиленгликоля

Для того, чтобы проанализировать качество конкретного образца 1,2-этандиола и определить его дальнейшее назначение используют рефрактометры. Это приборы, функционирование которых основано на анализе оптических свойствах среды, фиксируют показатель преломления исследуемого образца и, исходя из полученных данных, определяют концентрацию раствора и температуру замерзания теплоносителя (коим чаще всего выступает этиленгликоль).

Жидкий теплоноситель на основе этиленгликоля

Водные растворы на основе этиленгликоля широко используются в системах теплопередачи, где температура теплоносителя может быть ниже 32 o F (0 o C) . Этиленгликоль также обычно используется в системах отопления, которые временно не могут работать (в холодном состоянии) в среде с морозными условиями, например, в автомобилях и машинах с двигателями с водяным охлаждением.

Этиленгликоль — наиболее распространенная антифризная жидкость для стандартных систем отопления и охлаждения.Следует избегать использования этиленгликоля, если есть малейшая вероятность утечки в питьевую воду или системы обработки пищевых продуктов. Вместо этого обычно используются растворы на основе пропиленгликоля.

Удельная теплоемкость, вязкость и удельный вес раствора воды и этиленгликоля значительно зависят от процентного содержания этиленгликоля и температуры жидкости. Свойства настолько сильно отличаются от чистой воды, что системы теплопередачи с этиленгликолем должны быть тщательно рассчитаны для реальной температуры и раствора.

Точка замерзания водных растворов на основе этиленгликоля

Точки замерзания водных растворов на основе этиленгликоля при различных температурах указаны ниже

Точка замерзания
Раствор этиленгликоля
(% по объему )
0 10 20 30 40 50 60 80 90 100
Температура ( o F) 32 25.9 17,8 7,3 -10,3 -34,2 -63 ≈ -51 ≈ -22 9
( o C) 0 — 3,4 -7,9 -13,7 -23,5 -36,8 -52,8 ≈ -46 ≈ -30 -12,8

Этиленгликоль и вода из-за возможного образования слякоти растворы не следует использовать в условиях, близких к точкам замерзания.

Water with ethylene glycol - freezing points

Динамическая вязкость водных растворов на основе этиленгликоля

Динамическая вязкость — μ водных растворов на основе этиленгликоля при различных температурах указаны ниже

40 900 2)
Динамическая вязкость — μ — ( сантипуаз)
Температура Раствор этиленгликоля (% по объему)
( o F) ( o C) 25 30 50 60 65 100
0 -17.8 1) 1) 15 22 35 45 310
40 4,4 3 3,5 4,8 6,5 9 10,2 48
80 26,7 1,5 1,7 2,2 2,8 3,8 4,5 15,5
120 48.9 0,9 1 1,3 1,5 2 2,4 7
160 71,1 0,65 0,7 0,8 0,95 1,3 1,5 3,8
200 93,3 0,48 0,5 0,6 0,7 0,88 0,98 2,4
240 115.6 2) 2) 2) 2) 2) 2) 1,8
280 137,8 2) 2) 2) 2) 2) 1.2
  1. ниже точки замерзания
  2. точка

Примечание! Динамическая вязкость водного раствора на основе этиленгликоля увеличивается по сравнению с динамической вязкостью чистой воды.Как следствие, потеря напора (потеря давления) в системе трубопроводов с этиленгликолем на увеличена на по сравнению с чистой водой.

Удельный вес водных растворов на основе этиленгликоля

Удельный вес — SG — водных растворов на основе этиленгликоля при различных температурах указан ниже

Удельный вес — SG —
Температура Раствор этиленгликоля (% по объему)
( o F) ( o C) 25 30 40 50 60 65 100
-40 -40 1) 1) 1) 1) 1.12 1,13 1)
0 -17,8 1) 1) 1,08 1,10 1,11 1,12 1,16
40 4,4 1,048 1,057 1,07 1,088 1,1 1,11 1,145
80 26,7 1.04 1.048 1.06 1.077 1.09 1.095 1.13
120 48.9 1.03 1.038 1.05 1.064 1.077 1.082 1.115 1.077 1.082 1.115
160 71,1 1,018 1,025 1,038 1,05 1,062 1,068 1,1
200 93.3 1.005 1.013 1.026 1.038 1.049 1.054 1.084
240 115,6 2) 2) 54 2) 2) 2) 2) 1.067
280 137,8 2) 2) 2) 2) 2) 2) 1.05
  1. ниже точки замерзания
  2. выше точки кипения

Примечание! Удельный вес водных растворов на основе этиленгликоля увеличен по сравнению с удельным весом чистой воды.

Плотность водных растворов на основе этиленгликоля

Поверните экран, чтобы увидеть всю таблицу.

Пример — Объем расширения в системе нагрева с этиленгликолем

Система отопления с объемом жидкости 0.8 м 3 защищен от замерзания 50% (по массе, массовая доля 0,5) этиленгликоль. Температура установки системы составляет 0 o C , а максимальная рабочая температура среды составляет 80 o C .

Из приведенной выше таблицы видно, что плотность раствора при температуре установки может достигать 1090 кг / м 3 — а средняя плотность при рабочей температуре может достигать 1042 кг / м 3 .

Массу жидкости при установке можно рассчитать как

м inst = ρ inst V inst (1)

= (1090 кг / м 3 ) (0,8 м 3 )

= 872 кг

где

м inst = масса жидкости при установке (кг)

ρ inst = плотность при установке (кг / м 3 )

V inst = объем жидкости при установке (м 3 )

Масса жидкости в системе во время работы будет такой же, как масса в системе во время установки

м inst = м op (2)

= ρ op V op 9002 6

где

м op = масса жидкости при работе (кг)

ρ op = плотность при работе (кг / м 3 )

V

V

op = объем жидкости при работе 3 )

(2) можно изменить для расчета рабочего объема жидкости как

V op = м inst / ρ op (2b)

= (872 кг) / ( 1042 кг / м 3 )

= 0.837 м 3

Требуемый объем расширения для предотвращения давления можно рассчитать как

ΔV = V op — V inst (3)

= (0,837 м 3 ) — (0,8 м 3 )

= 0,037 м 3

= 37 литров

где

ΔV = объем расширения (м

69

64) Объем расширения можно рассчитать как

ΔV = ( ρ inst / ρ op — 1 ) V inst264 (4) 900 Теплота водных растворов на основе этиленгликоля

Удельная теплоемкость — c p — водных растворов на основе этиленгликоля при различных температуры указаны ниже

Переверните экран на всю таблицу.

  • Температура замерзания 100% этиленгликоля при атмосферном давлении составляет -12,8 o C (9 o F)
  • 1 Btu / (фунт м o F) = 4186,8 Дж / (кг K) = 1 ккал / (кг o C)

Примечание! Удельная теплоемкость водных растворов на основе этиленгликоля на меньше на , чем удельная теплоемкость чистой воды. Для системы теплопередачи с этиленгликолем циркулирующий объем должен быть увеличен на по сравнению с системой только с водой.

В растворе 50% с рабочими температурами выше 36 o F удельная теплоемкость уменьшается примерно на 20% . Сниженную теплоемкость необходимо компенсировать за счет циркуляции большего количества жидкости.

Примечание! Плотность этиленгликоля выше, чем у воды — проверьте приведенную выше таблицу удельного веса (SG), чтобы снизить чистое воздействие на способность теплопередачи. Пример — удельная теплоемкость водного раствора этиленгликоля 50% / 50% равна 0.815 при 80 o F (26,7 o C). Удельный вес при тех же условиях составляет 1,077. Чистое воздействие можно оценить как 0,815 * 1,077 = 0,877.

Автомобильные антифризы не следует использовать в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, поскольку они содержат силикаты, которые могут вызвать засорение. Силикаты в автомобильных антифризах используются для защиты алюминиевых деталей двигателя.

Примечание! Для растворов этиленгликоля следует использовать дистиллированную или деионизированную воду. Городскую воду можно обрабатывать хлором, который вызывает коррозию.

Не следует использовать системы автоматической подпитки, так как утечка приведет к загрязнению окружающей среды и ослаблению защиты системы от замерзания.

Точки кипения Растворы этиленгликоля

Для полной таблицы с точками кипения — поверните экран!

Точка кипения
Раствор этиленгликоля
(об.%)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Температура ( o F) 212 214 216 220 220 225 232 245 260 288 386
( o C) 100 101.1 102,2 104,4 104,4 107,2 111,1 118 127 142 197

Требуется увеличение потока для раствора 50% этиленгликоля

Увеличение циркулирующего потока для 50% растворов этиленгликоля по сравнению с чистой водой указаны в таблице ниже

Температура жидкости Увеличение расхода
(%)
( o F) ( o C)
40 4.4 22
100 37,8 16
140 60,0 15
180 82,2 14
220 104,4 14

Коррекция перепада давления и комбинированная поправка перепада давления и объемного расхода для 50% раствора этиленгликоля

Поправка на перепад давления и комбинированная поправка на перепад давления и увеличение расхода для 50% раствора этиленгликоля по сравнению с чистой водой указаны в таблице ниже

Температура жидкости Коррекция падения давления при равных скоростях потока
(%)
Комбинированная коррекция падения давления и расхода
(%)
( o F) ( o C)
40 4.4 45 114
100 37,8 10 49
140 60,0 0 32
180 82,2 -6 23
220 104,4 -10 18
.

Пример 14: Токсичность этилен / пропиленгликоля | Экологическая медицина: интеграция недостающего элемента в медицинское образование

Рекомендуемый список для чтения

Gabow PA, Clay K, Sullivan JB, et al. Органические кислоты при отравлении этиленгликолем. Энн Интерн Мед, 1986; 105 (1): 16–20.

Миллер В. Токсичность этиленгликоля. Del Med J 1990; 62 (10): 1267–72.

Фактор SA, Lava NS.Отравление этиленгликолем: новый этап клинического синдрома. NY State J Med 1987; 87 (3): 179–80.

Ford M, Goldfrank LR. Спирты и гликоли. В: Rippe JM, Irwin RS, Alpert JS, Fink MP, eds. Медицина интенсивной терапии. 2-е изд. Бостон: Литтл, Браун и Ко, 1991: 1160–73.

Якобсен Д., Девлетт Т.О., Уэбб Р. и др. Отравление этиленгликолем: оценка кинетики и кристаллурии. Am J Med 1988; 94 (1): 145–52.

Jacobsen D, McMartin KE. Отравления метанолом и этиленгликолем: механизмы токсичности, клиника, диагностика и лечение.Med Toxicol 1986; 1 (5): 309–34.

Momont SL, Dahlberg PJ. Отравление этиленгликолем. Wis Med J 1989; 88 (9): 16–20.

Винек К.И., Шинглтон Д.П., Шанор СП. Токсичность этилена и диэтиленгликоля. J. Toxicol Clin Toxicol 1978; 13 (2): 297–324.

Baud FJ, Galliot M, Astier A, et al. Лечение отравления этиленгликолем 4-метилпиразолом внутривенно. N Engl J Med 1988; 319: 97–110.

Cheng JT, Beysolow TD, Kaul G, et al. Удаление этиленгликоля почками и гемодиализом.J. Toxicol Clin Toxicol 1987; 25 (1 и 2): 95–108.

Мальмлунд Х.О., Берг А., Карлман Г. и др. Рекомендации по лечению отравления этиленгликолем на основе анализа двух случаев. J. Toxicol Clin Toxicol 1991; 29 (2): 231–40.

Стокс Дж. Б. III, Ауэрон Ф. Предотвращение повреждения органов при массивном проглатывании этиленгликоля. JAMA 1980; 243: 2065–6.

Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний. Технический отчет для этиленгликоля / пропиленгликоля [черновик].Атланта: Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения, 1992.

Источники информации

Дополнительную информацию о побочных эффектах этиленгликоля и пропиленгликоля и лечении случаев воздействия этих гликолей можно получить в ATSDR, местных и государственных департаментах здравоохранения, а также в университетских медицинских центрах. Примеры из практики экологической медицины: токсичность этилен / пропиленгликоля является одним из серии.Чтобы получить другие публикации из этой серии, воспользуйтесь формой заказа на внутренней стороне задней обложки. По клиническим вопросам обращайтесь в ATSDR, Отдел санитарного просвещения, Офис директора, по телефону (404) 639–6204.

.

Конъюгаты поли (этиленгликоль) и пролекарства: концепция, дизайн и применение

Поли (этиленгликоль) (ПЭГ) — наиболее широко используемый полимер для доставки противоопухолевых препаратов в клинических условиях. Известно, что ПЭГилирование (то есть ковалентное присоединение ПЭГ) пептидных белков, лекарств и биоактивных веществ увеличивает растворимость в воде гидрофобных лекарственных средств, увеличивает время циркуляции, минимизирует неспецифическое поглощение и обеспечивает специфическую направляемость опухоли за счет повышенной проницаемости и удерживающего эффекта.Было разработано множество терапевтических средств на основе ПЭГ, и некоторые из них получили одобрение на рынке. Накоплен обширный клинический опыт, который помог разработать конъюгаты пролекарств ПЭГ с улучшенной терапевтической эффективностью и пониженной системной токсичностью. Однако ожидаются дополнительные усилия по созданию конъюгатов пролекарств на основе ПЭГ. В свете этого в данной статье освещаются синтетические достижения в методологиях конъюгации пролекарств PEG с различными биологически активными компонентами, имеющими клиническое значение.Кроме того, в этой статье обсуждаются одобренные FDA системы доставки с ПЭГилированным покрытием, их предполагаемое клиническое применение и составы в рамках клинических испытаний.

1. Введение

Область систем доставки лекарств (DDS), использующих полимерный носитель, который ковалентно конъюгирует интересующую молекулу, играет важную роль в современной терапии [1, 2]. Такие лекарственные препараты на основе полимеров теперь называются «полимерными терапевтическими средствами» и включают в себя класс наномедицины, ставший чрезвычайно важным в последние годы [3–5].Цели разработки полимерных терапевтических средств заключаются, прежде всего, в улучшении потенциала соответствующего лекарственного средства путем (i) повышения растворимости в воде, особенно актуально для некоторых лекарств с низкой растворимостью в воде, (ii) устойчивости к разрушающим ферментам или снижения поглощения ретикулоэндотелиальной системой (RES) и (iii) направленная доставка лекарств к определенным участкам действия в организме [1, 6].

Поли (этиленгликоль) (ПЭГ) — наиболее часто используемый неионогенный полимер в области доставки лекарств на основе полимеров [1].Из-за высокой растворимости в воде полимер ПЭГ считается универсальным кандидатом для конъюгации пролекарств. Рингдорф первым предложил рациональную модель фармакологически активных полимеров в 1975 г. [7]. Идеальная модель пролекарства обычно состоит из нескольких компонентов (рисунок 1): (i) полимер в качестве носителя; (ii) лекарственное средство, пептид или белок в качестве биологически активного компонента; (iii) спейсерная молекула или нацеливающий фрагмент.


ПЭГилирование, ковалентное присоединение ПЭГ к интересующим молекулам, стало хорошо зарекомендовавшей себя системой доставки пролекарств [8, 9].Впервые о ПЭГилировании сообщили Дэвис и Абуховски в 1970-х годах для модификации альбумина и каталазы. С тех пор процедура ПЭГилирования была расширена и значительно усовершенствована [10–16]. Замечательные свойства биологически инертного (биосовместимого) полимера ПЭГ обусловлены его гидрофильностью и гибкостью. PEG также считается несколько гидрофобным из-за его растворимости во многих органических растворителях. Наиболее часто используемые ПЭГ для модификации пролекарств представляют собой либо монометокси-ПЭГ, либо дигидроксил-ПЭГ (рис. 2) [7].


Как правило, большинство пролекарств на основе ПЭГ были разработаны для доставки противораковых агентов, таких как паклитаксел, метотрексат и цисплатин. Пролекарства с высоким молекулярным весом, содержащие цитотоксические компоненты, были разработаны для уменьшения периферических побочных эффектов и для обеспечения более специфического введения лекарств в раковые ткани [17]. Желательно, чтобы макромолекулярное противоопухолевое пролекарство было стабильным в циркуляции и должно разлагаться только после достижения целевых клеток или тканей.Следовательно, конъюгаты ПЭГ-лекарственное средство могут быть адаптированы для активации внеклеточными или внутриклеточными ферментами, высвобождающими исходное лекарственное средство in situ (рис. 3) [7]. В этой статье мы представляем обзор достижений конъюгатов пролекарств PEG, которые в настоящее время используются в качестве терапевтических средств. Также предоставляется краткое обсуждение с особым акцентом на производные, которые используются в клинической практике или все еще проходят клинические испытания.


2. Свойства ПЭГ

ПЭГ в его наиболее распространенной форме представляет собой простой или разветвленный полиэфир с концевыми гидроксильными группами.ПЭГ синтезируется анионной полимеризацией этиленоксида, инициированной нуклеофильной атакой гидроксид-иона на эпоксидное кольцо. Наиболее полезным для модификации полипептидов является монометокси-ПЭГ (мПЭГ). С другой стороны, мПЭГ синтезируется путем анионной полимеризации с раскрытием цикла, инициированной метоксид-ионами. Успешное конъюгирование ПЭГ с биомолекулой зависит от химической структуры, молекулярной массы, стерических затруднений и реакционной способности биомолекулы, а также полимера. Чтобы синтезировать биоконъюгат, оба химических соединения (т.е.например, биоактивный, а также полимер) должны обладать реакционной или функциональной группой, такой как –COOH, –OH, –SH или –NH 2 . Следовательно, синтетическая методология образования конъюгата включает либо защиту, либо снятие защиты с групп [18].

3. Архитектура и дизайн наноносителей на основе ПЭГ

Необходимо разработать простую, но подходящую методологию конъюгации ПЭГ. Наиболее часто используемые стратегии конъюгации включают использование обоих связывающих агентов, таких как дициклогексилкарбодиимид (DCC) и 1-этил-3- (3-диметиламинопропил) карбодиимид (EDC), или использование сложных эфиров N -гидроксисукцинимида (NHS).Химическая конъюгация лекарств или других биомолекул с полимерами и их модификациями может образовывать устойчивые связи, такие как сложный эфир, амид и дисульфид. Результирующая связка должна быть относительно стабильной, чтобы предотвратить высвобождение лекарства во время его транспортировки, пока оно не достигнет мишени. Ковалентные связи (например, сложноэфирные или амидные) являются сравнительно стабильными связями и могут доставлять лекарство в целевой участок. Однако в некоторых случаях такие связи не могут легко высвобождать нацеливающие агенты и пептиды под влиянием приемлемых изменений окружающей среды [19].В прошлом пролекарства ПЭГ были разработаны в основном для доставки противоопухолевых агентов из-за их общего воздействия на лечение. Однако следует отметить, что ожидается, что противоопухолевое пролекарство PEG будет стабильным во время циркуляции и разлагаться / гидролизоваться только при достижении целевого сайта. Следовательно, конъюгаты ПЭГ-лекарство могут быть адаптированы для высвобождения исходного лекарственного средства in situ при активации внеклеточными или внутриклеточными ферментами или изменением pH.

ПЭГ обладает ограниченной способностью к конъюгации, поскольку он обладает только одной (двумя в случае модифицированных ПЭГ) концевой функциональной группой на конце полимерной цепи.Чтобы преодолеть это ограничение ПЭГ, было предложено сочетание аминокислот, таких как бикарбоновая аминокислота и аспарагиновая кислота, с ПЭГ [20, 21]. Такая дериватизация увеличивает количество активных групп исходной молекулы ПЭГ. Используя тот же метод с рекурсивной дериватизацией, дендримерные структуры также были получены на каждом конце PEG. Однако в исследовании авторы обнаружили низкую реакционную способность групп бикарбоновых кислот по отношению к связыванию арабинофуранозилцитозина (Ara-C) из-за стерических затруднений между двумя молекулами Ara-C при конъюгации с соседними карбоксильными фрагментами.Было высказано предположение, что этот эффект может быть преодолен путем включения плеч дендримеров с аминоспиртом (H 2 N– [CH 2 –CH 2 –O] 2 –H).

Полимеры ПЭГ с гидроксильными концами можно легко модифицировать молекулами алифатических цепей или небольшими аминокислотами. Например, противоопухолевый агент 1- β -D-Ara-C был ковалентно связан с концевыми ПЭГ с разной молекулярной массой через аминокислотный спейсер для улучшения стабильности in vivo и времени пребывания в крови [22].Конъюгацию проводили с одной или двумя доступными гидроксильными группами на концах полимера. Кроме того, чтобы увеличить лекарственную нагрузку полимера, гидроксильные группы PEG были функционализированы бикарбоновой аминокислотой с образованием тетрафункционального производного. Наконец, были приготовлены конъюгаты с четырьмя или восемью молекулами Ara-C для каждой цепи PEG (рис. 4). Авторы исследовали стерические препятствия в конъюгатах PEG-Ara-C, используя молекулярное моделирование, чтобы исследовать наиболее подходящую бикарбоновую аминокислоту с наименьшими стерическими препятствиями.Обычно гидроксильные группы PEG активируются нитрофенилхлорформиатом p с образованием стабильной карбаматной связи между PEG и аминокислотой. Степень активации гидроксильной группы PEG с помощью p -нитрофенилхлорформиата определяли с помощью УФ-анализа p -нитрофенола, высвобожденного из PEG- p -нитрофенилкарбоната после щелочного гидролиза. Активированный PEG был дополнительно связан с аминокислотой, а промежуточная PEG-аминокислота была связана с Ara-C посредством активации EDC / NHS.

3.1. Сложные эфиры ПЭГ-N-гидроксисукцинимида (NHS) и методы связывания

Сложные эфиры ПЭГ-NHS легко доступны, которые реагируют с нуклеофилами, высвобождая уходящую группу NHS и образуя ацилированный продукт [23] (рис. 5 (а)). NHS является выбором для аминового сочетания из-за его более высокой реакционной способности при физиологических реакциях pH при биоконъюгированном синтезе. В частности, карбоксильные группы, активированные сложными эфирами NHS, обладают высокой реакционной способностью по отношению к нуклеофилам амина и очень часто встречаются в пептидах и белках.Полимеры, содержащие реакционноспособные гидроксильные группы (например, PEG), могут быть модифицированы для получения ангидридных соединений. С другой стороны, мПЭГ может быть ацетилирован ангидридами с образованием сложноэфирной группы, оканчивающейся свободными карбоксилатными группами (рис. 6).

Реактивный ПЭГ и его производные сукцинимидилсукцинат и сукцинимидилглутамат используются для конъюгации с лекарственными средствами или белками. Реакции сочетания с участием аминогрупп обычно бывают двух типов: (а) ацилирование, (б) алкилирование. Эти реакции сравнительно эффективны для образования стабильной амидной связи.Кроме того, реакции сочетания карбодиимидов или сшивающие агенты нулевой длины широко используются для реакций сочетания или конденсации. Большинство методологий сочетания включают использование гетеробифункционального реагента для связывания через модифицированные остатки лизина на одном белке с сульфгидрильными группами на втором белке [24], в то время как модификация остатков лизина включает использование гетеробифункционального реагента, содержащего функциональную группу NHS, вместе с малеимид или защищенная сульфгидрильная группа. Образованная связь представляет собой либо дисульфидный мостик, либо тиоэфирную связь, в зависимости от того, является ли введенная группа либо сульфгидрилом, либо малеимидом, соответственно.Тиоловая группа во втором белке может быть эндогенным свободным сульфгидрилом или быть введена химически путем модификации остатков лизина.

4. Конъюгаты пролекарств PEG как системы доставки лекарств

Обычно низкомолекулярные соединения диффундируют в нормальные и опухолевые ткани через слой эндотелиевых клеток кровеносных капилляров [7]. Конъюгация низкомолекулярных лекарств с высокомолекулярными полимерными носителями приводит к образованию высокомолекулярных пролекарств (рис. 1). Однако такая конъюгация существенно меняет механизм интернализации и накопления клеток.Высокомолекулярные препараты интернализуются в основном за счет эндоцитоза, который представляет собой гораздо более медленный процесс интернализации по сравнению с простой диффузией. Следовательно, в случае эндоцитоза требуется более высокая концентрация лекарственного средства вне клетки для получения того же клеточного эффекта, что и соответствующее низкомолекулярное лекарственное средство [7]. Следовательно, пролекарства с более высокой молекулярной массой проявляют более низкую удельную активность по сравнению со свободной формой лекарств. Например, полимерные противораковые пролекарства обычно менее токсичны по сравнению с их свободной формой, но для их цитотоксичности требуются существенно более высокие концентрации внутри опухоли.Компенсация этого снижения эффективности лекарственного средства может быть достигнута путем нацеливания полимерного лекарственного средства на конкретный орган, ткань и / или клетку [7].

Обычно используются следующие два подхода для нацеливания полимерных противораковых препаратов на опухоль или раковые клетки [25, 26]: (1) пассивное нацеливание, (2) активное нацеливание.

4.1. Пассивное нацеливание на лекарство: эффект EPR

Пассивное нацеливание — это подход к доставке лекарств, при котором лекарства доставляются к намеченному участку путем конъюгирования с полимером, который высвобождает лекарство за пределы целевого участка из-за измененных условий окружающей среды (рис. 6 (а)).Опухоли и многие воспаленные участки тела имеют сверхпроницаемую сосудистую сеть и плохой лимфатический дренаж, что пассивно обеспечивает повышенное удержание макромолекул в опухоли и воспаленной области тела [27–30]. Это явление называется эффектом повышенной проницаемости и удерживания (ЭПР) [27]. Он представляет собой одну из практических стратегий доставки противоопухолевых лекарств на основе носителей. Эффект ЭПР в основном используется для пассивного нацеливания из-за накопления пролекарства в опухоли или воспаленной области. Низкомолекулярные препараты, ковалентно связанные с высокомолекулярными носителями, неэффективно удаляются из-за затрудненного лимфодренажа и, следовательно, накапливаются в опухолях.В то время как эффект ЭПР усиливает способность к пассивному нацеливанию из-за более высокой скорости накопления лекарственного средства в опухоли и, следовательно, из-за накопления, пролекарство медленно высвобождает молекулы лекарства, которые обеспечивают высокую биодоступность и низкую системную токсичность [30].

Пассивное накопление макромолекул, таких как ПЭГ и другие наночастицы, в солидных опухолях — это явление, которое, вероятно, в течение нескольких лет игнорировалось как потенциальная биологическая мишень для избирательной доставки лекарств в опухоли. Существование эффекта ЭПР было экспериментально подтверждено Дэвидом и соавт., для систем доставки макромолекулярных противораковых лекарств [31]. Кроме того, пассивное нацеливание увеличивает концентрацию конъюгата в среде опухоли и, следовательно, «пассивно» заставляет полимерное лекарственное средство проникать в клетки посредством градиента концентрации между внутриклеточным и внеклеточным пространством и поэтому не очень эффективно. Более эффективный способ обеспечить нацеливание — это «активное нацеливание» [32].

4.2. Активное нацеливание

Подход активного нацеливания основан на взаимодействии между конкретными биологическими парами (например,g., рецептор лиганда, антитело к антигену, субстрат фермента) (Рисунок 6 (a)) [33]. Активное нацеливание достигается путем присоединения нацеливающих агентов, которые связываются со специфическими рецепторами на поверхности клетки, к пролекарству с помощью различных химических процессов конъюгации. Наиболее широко используемые нацеливающие группы представляют собой пептидные лиганды, остатки сахаров, антитела и аптамеры, специфичные для определенных рецепторов, селектинов, антигенов и мРНК, экспрессируемых в клетках или органах-мишенях. Направленный противоопухолевый конъюгат LHRH-PEG-CPT является примером такой системы направленной доставки противоопухолевого лекарственного средства [7].В этой системе пептид LHRH используется в качестве нацеливающего фрагмента на соответствующие рецепторы, сверхэкспрессируемые в некоторых раковых клетках, полимер PEG — в качестве носителя и CPT — в качестве противоракового препарата. Взаимодействие этих нацеливающих групп с их молекулой-мишенью приводит к поглощению лекарства двумя основными способами: (i) интернализацией всего пролекарства или (ii) интернализацией лекарства в клетки-мишени посредством различных путей эндоцитоза и фагоцитоза [34].

(i) Интернализация пролекарства
В этой системе лекарство расщепляется внутриклеточно после эндоцитоза.Интернализованное пролекарство проявляет фармакологическую активность при достижении цитозоля или ядра, которые являются местами действия внутриклеточно активных лекарственных средств. Этот процесс можно разделить на несколько отдельных шагов, схематически представленных на рисунке 6 (b). Взаимодействие целевого пролекарства с соответствующим рецептором инициирует рецептор-опосредованный эндоцитоз за счет образования эндоцитарных пузырьков и ограниченных мембраной эндосом транспортных пузырьков с полимерной системой доставки внутри [6]. Активность препарата сохраняется во время внутриклеточного транспорта, поскольку покрытая мембраной эндосома предотвращает разложение лекарств ферментами клеточной детоксикации.Эндосомы сливаются с лизосомами, образуя вторичные лизосомы. Если конъюгат лекарственное средство-полимер сконструирован путем включения ферментативно расщепляемой связи, тогда лекарственное средство высвобождается из конъюгата полимер-лекарственное средство лизосомными ферментами и может выйти из лизосомы путем диффузии. Преимущество этого подхода — высокая локальная концентрация препарата с потенциальным увеличением эффективности [30].

(ii) Интернализация лекарственного средства
В этой системе конъюгат лекарственного средства расщепляется внеклеточно.

Микроокружение опухолей, как сообщается, является слегка кислым на животных моделях и пациентах-людях, а значение pH в опухолевой ткани часто на 0,5–1,0 единицы ниже, чем в нормальной ткани.

5. Подходы и приложения
5.1. Полимерные конъюгаты терапевтически подходящих белков

Потенциальная ценность белков, таких как антитела, цитокины, факторы роста и ферменты, в качестве терапевтических средств была признана в течение многих лет. Однако успешной разработке и применению терапевтических белков часто препятствуют несколько трудностей, например, короткая циркуляция 𝑡 1/2 , низкая стабильность, дороговизна производства, низкая биодоступность, иммуногенный и аллергический потенциал.Изящный метод преодоления большинства этих трудностей — прикрепление цепей PEG к поверхности белка. ПЭГилирование нативного белка обычно маскирует поверхность белка, ингибирует антитела или клетки, обрабатывающие антиген, и снижает деградацию протеолитическими ферментами [6]. Кроме того, пегилирование нативного белка увеличивает его молекулярный размер и в результате продлевает период полужизни in vivo , что, в свою очередь, позволяет реже вводить терапевтический белок.

Наиболее распространенным химическим подходом к получению конъюгатов ПЭГ-белок было связывание –NH 2 групп белков и мПЭГ с электрофильной функциональной группой [36]. Такие реакции конъюгирования обычно приводят к образованию полимерных цепей, ковалентно связанных с глобулярным белком в ядре. Фигуры 7 (a) и 7 (b) иллюстрируют обычно используемые методы реагентов, модифицирующих белок на основе mPEG. Производные 1 и 2 содержат реакционноспособный остаток арилхлорида, который замещается нуклеофильной аминогруппой в результате реакции с пептидами или белками, как показано на Рисунке 7 (b).Производные 1 и 2 являются ацилирующими реагентами, тогда как производные 3–11 содержат реакционноспособные ацильные группы, называемые ацилирующими агентами. Модификация белка всеми этими агентами приводит к образованию ацилированных аминосодержащих связей: амидов, полученных из активных сложных эфиров 3–6 и 11, или карбаматов, полученных из 7–10. Алкилирующие реагенты 12 и 13 реагируют с белками, образуя конъюгацию вторичного амина с аминосодержащими остатками. Как показано на Фигуре 7 (а), трезилат 12 алкилирует напрямую, а ацетальдегид 13 используется в реакциях восстановительного алкилирования.Цифры 1–13 обозначают порядок введения этих активированных полимеров [6, 36].

Адаген (пегадемаза крупного рогатого скота), используемый для лечения тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИД), ​​разработан с использованием полимера ПЭГ. Химический состав ПЭГ может привести к побочной реакции или слабым связям при конъюгации с полипептидами и линейными ПЭГ с низким молекулярным весом (≤12 кДа). Его получают сначала взаимодействием мПЭГ (Mw 5000 Да) со спейсером из янтарного ангидрида. Образовавшуюся карбоксильную группу ПЭГ янтарной кислоты активируют с помощью N -гидроксисукцинимида (NHS) с использованием карбодиимидных связующих агентов.Группа NHS замещается неспецифической реакцией с боковыми цепями нуклеофильных аминокислот [37]. Другое пролекарство PEG Enzon (Oncaspar ® ) также синтезируется с использованием сукцинимидилсукцината PEG [37]. Сложный эфир ПЭГ и тиоэфиры очень чувствительны к гидролизу, и, таким образом, модификация происходит в основном на аминах, образующих амиды. Конъюгат с ПЭГилированным белком CERA, продукт Hoffmann-LaRoche (Mircera), синтезируется путем присоединения NHS-активированной монометокси-ПЭГ-бутановой кислоты к лизину 46 и 52 на эритропоэтине (ЭПО) [38, 39].А также Hoffman-La Roche

.

5 Использование пропиленгликоля

Пропиленгликоль (PG) — чрезвычайно гигроскопичное соединение, не имеющее цвета и запаха. Не путать с его опасным родственником, этиленгликолем, PG — нетоксичное вещество, которое было признано безопасным FDA.

Его смешиваемость с водой и другими растворителями делает пропиленгликоль пригодным для различных областей применения. Чтобы узнать больше об этом соединении, мы уже говорили об этом здесь. В противном случае, давайте перейдем к пяти вариантам использования пропиленгликоля.

  1. Нетоксичный антифриз

Только в последние несколько лет пропиленгликоль использовался в новой версии антифриза, который заменяет составы на основе этиленгликоля.

Это изменение произошло не потому, что пропиленгликоль работал лучше, чем этиленгликоль, а потому, что он был менее токсичен.

Этиленгликоль — чрезвычайно токсичное химическое вещество, которое при проглатывании превращается в кристаллы оксалата кальция. Затем эти кристаллы накапливаются в сердце, легких и почках, что может нанести непоправимый ущерб.

Из-за характерного сладкого запаха и вкуса этиленгликоля многие дети и домашние животные случайно его употребляют. В частности, известно, что домашние животные поглощают любой антифриз на основе этиленгликоля, который капает или проливается на подъездной дорожке, и это часто заканчивается смертельным исходом.

Антифриз на основе пропиленгликоля, с другой стороны, является нетоксичной альтернативой. Это связано с тем, что при употреблении он превращается в два безвредных химических вещества: уксусную кислоту (также известную как уксус) и пировиноградную кислоту (нормальное производство в процессе метаболизма глюкозы).

Пропиленгликоль используется в антифризах, потому что, как и этиленгликоль, он снижает температуру замерзания воды, препятствуя образованию кристаллов льда.

  1. Пищевая промышленность

Еще одним свидетельством нетоксичной природы PG является его использование в пищевой промышленности, где он, помимо прочего, служит в качестве увлажнителя, растворителя и консерванта. Пропиленгликоль имеет E-номер E1520.

Одна из причин, по которой пропиленгликоль используется в различных пищевых продуктах, заключается в том, что он не реагирует сам по себе, что позволяет ему выполнять свою работу, не влияя на другие ингредиенты.

Гигроскопические свойства пропиленгликоля также важны при его применении в пищевых продуктах. Привлекая и удерживая вещества на водной и масляной основе, PG способен обеспечить однородное распределение в смеси. Это означает, что он может, например, равномерно распределить пищевой краситель.

Его гигроскопичность и смешиваемость также делают PG отличным увлажнителем, так как он может сохранять влажность пищевых продуктов, таких как выпечка. Это тоже помогает их сохранить.

  1. Фармацевтика

Пропиленгликоль используется в ряде пероральных, местных и внутривенных лекарств.Он также используется как стабилизатор лекарственного средства и как растворитель.

Его смешиваемость с водой позволяет использовать PG в качестве растворителя для нерастворимых фармацевтических препаратов. Диазепам, например, способствует смешиваемости пропиленгликоля.

PG аналогичным образом используется при внутривенном введении лекарств, помогая организму более эффективно поглощать химические вещества.

Хотя существуют опасения по поводу токсичности пропиленгликоля, важно помнить, что он распадается в организме в течение 48 часов и не образует вредных кристаллов.Вот почему он известен как небиоаккумулятивный, так как не накапливается в нашем организме.

Three glazed donuts on a table covered in sprinkles Хлебобулочные изделия, например пончики, часто содержат пропиленгликоль, поскольку он действует как увлажнитель. Это сохраняет пищу влажной и помогает сохранить ее.
  1. Lush Cosmetics

Пропиленгликоль используется не только в качестве увлажнителя в пищевой промышленности, но и в косметике. Привлекая воду из воздуха, он хорошо работает в увлажняющих средствах и средствах по уходу за волосами, удерживая влагу.Фактически, компания Lush даже использует его более чем в 67 своих продуктах для купания.

PG не только смягчает кожу и волосы, притягивая влагу, но также ограничивает рост бактерий и увеличивает срок хранения косметических продуктов.

В косметике, в том числе в Lush, растительный продукт PG становится все более популярным из-за его натурального происхождения.

Вместо использования PG, который был преобразован из пропена, побочного продукта ископаемого топлива, многие PG косметического класса были получены из растений, чтобы обеспечить максимальную безопасность и эффективность.

  1. Электронные сигареты

Электронные сигареты — менее вредная альтернатива курению. Они работают, нагревая никотиновый картридж, содержащий жидкость. Это происходит, когда пользователь начинает вдыхать.

Жидкость для электронных сигарет транспортируется из картриджа в распылитель, где обычно впитывается ватой. Тепло, вызванное вдохом, затем превращает жидкость в пар, который человек выдыхает.

Электронные сигареты содержат несколько химикатов, безопасность которых снова и снова оспаривается.Пропиленгликоль — одно из таких химикатов.

Жидкость, которая используется в картридже для электронных сигарет, часто содержит растительный глицерин и пропиленгликоль. Они также смешаны с ароматизаторами и никотином.

Глицерин — вязкое вещество, и его присутствие в электронной жидкости помогает сделать облака пара более густыми. Однако его вязкость как жидкости может привести к плохой транспортировке электронной жидкости к распылителю. Поэтому пропиленгликоль добавляют в качестве разбавителя.

Пропиленгликоль облегчает впитывание жидкости для электронных сигарет хлопком в распылителе, а его низкая плотность предотвращает скопление остатков внутри.

PG аналогичным образом используется в дымовых или туманных машинах. Если вы когда-нибудь были на театральном представлении или музыкальном концерте, где используется искусственный дым, облака чаще всего содержат пропиленгликоль.

Propylene glycol is used in artificial smoke.

Это правда, что пропиленгликоль находит широкое применение во многих отраслях промышленности. В ReAgent мы продаем пропиленгликоль и нетоксичные антифризы со 100% гарантией качества. Делайте покупки в Интернете сегодня или свяжитесь с нами, чтобы поговорить с опытным членом нашей команды.

.

admin / 06.11.2020 / Разное

Добавить комментарий

Почта не будет опубликована / Обязательны для заполнения *