1,2-丙二醇

一种无色无味的液体有机物

1,2-丙二醇(英文:1,2-propanediol )是一种无色无味的液体 有机化合物 。其分子式为C 3 H 8 O 2 , 摩尔质量 为76.09,能与水、 乙醇 、 乙醚 、 三氯甲烷 、 丙酮 等多种有机溶液 混溶 ,溶解能力强。 1,2-丙二醇为 二醇 ,能参与一般醇类的反应, 且对金属不腐蚀。 丙二醇有两种同分异构体,如果没有特别说明,丙二醇一般指1,2-丙二醇。 1,2-丙二醇的粘度和吸湿性好,并无毒,因而在食品、医药、化妆品工业等领域广泛用作吸湿剂、润滑剂和 溶剂 等。

在食品工业,1,2-丙二醇可用作 食品加工 的 溶剂 、湿润剂、水果催熟防腐剂、食品包装的 fe5 以及食品机械润滑剂等。 在医药工业,1,2-丙二醇用作溶剂、防腐剂等,还被用作治疗 反刍亚目 高血酮[tóng]症的口服动物用药。 1,2-丙二醇在化妆品中的主要作用是 溶剂 、保湿剂,其有防腐作用。 在塑料工业,以1,2-丙二醇为原料生产的不饱和聚酯[zhǐ]树脂大量用于制造表面涂料和增强塑料等。 此外,1,2-丙二醇还是 扩链剂 、防冻剂、烟草润湿剂等的主要成分。

1,2-丙二醇毒性和刺激性较小。大鼠经口LD50为32.5 mL/kg,有溶血性,不宜用于静脉注射。其添加在食品和饮料中一次服用量过高时,有引起致命的肾脏障碍的危险。 根据《GB2760-2014食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中规定,丙二醇的功能为: 稳定剂 和 凝固剂 、 抗结剂 、消泡剂、 乳化剂 、 水分保持剂 、 增稠剂 。 另外,丙二醇的 水溶液 是有效的 抗冻剂 。

相关历史

丙二醇有四种同分异构体,即1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,1-丙二醇和2,2-丙二醇。 其中1,2-丙二醇,一般简称“丙二醇”。1859年,瓦茨(Wurtz)在 水解 丙二醇二乙酸酯 时发现丙二醇。1931年, 美国联合碳化物 以环氧丙烷水解的方法实现工业生产。

二次大战期间,为弥补 丙三醇 和 乙二醇 生产的不足,丙二醇开始大量用作抗冻剂。由于需要量增长,1942年和1948年,美国 陶氏化工 和 怀恩多特 (Wyandotte)化学品公司分别建成了工业装置;Wyandotte化学品公司以 乙烯 和 丙烯 的 混合物 为原料,生产乙二醇和丙二醇的混合物。1950年,美国 塞拉尼斯 ( 塞拉尼斯 )又以该公司开发的烃类 气相 氧化技术由脂族烃(丙烷[wán]和 丁烷 )经环氧丙烷生产丙二醇。

1,2-丙二醇可以通过环氧丙烷水合(包括直接水合法和间接水合法)、1,2-二氯丙烷水解、丙烯氧化等方法制备得到。1949年前, 杜邦 曾从 椰子油 高压 催化 加氢的副产物中回收丙二醇。1912年开始,由 戊糖 和 己糖 氢解,制取低碳 多元醇 ,产品中丙二醇的比例可高达60-90 %。

理化性质

物理性质

1,2-丙二醇是一种无色、粘稠、稳定的液体。密度为1.0361 g/cm 3 (20 °C), 熔点 为-60 ℃,几乎无味无臭, 沸点 (101.3 kPa)为184.8 ℃,蒸发热为538.1 kJ/kg, 比热容 为2.48 kJ/( 千克 K)(20 ℃,定压), 折射率 为1.4329,与水、 乙醇 、 乙醚 、 三氯甲烷 、 丙酮 等多种有机溶液 混溶 。对烃、 氯代烃 、油脂的 溶解度 虽小,但比 乙二醇 的溶解能力强。

1,2-丙二醇生成热(20 ℃)为500.3 kJ/ 摩尔 ,闪点(闭口杯)为98.9 ℃, 易燃,燃点为421.1 ℃,燃烧热为1853.1 kJ/mol(20 ℃,101.3 kPa)。

化学性质

两个 羟基 与相邻2个 碳原子 直接相连的 二醇 称为邻二醇。1,2-丙二醇为二元醇,能参与一般醇类的反应,如:取代、与含氧 无机酸 反应、分子内与分子间反应等;还具有一些特殊的性质,如:氧化反应、与 氢氧化铜 反应。 1,2- 丙二醇 对金属不腐蚀。

一般醇类反应

羟基的取代反应

脱水反应

醇在脱水剂 浓硫酸 、 碘化钠 氧化铝 等的作用下加热可发生脱水反应。醇的脱水反应存在分子内脱水和分子间脱水两种方式。

1,2-丙二醇的特性

与氢氧化铜反应

1,2-丙二醇与新鲜的 氢氧化铜 溶液反应生成深蓝色的 甘油铜 配位化合物 ,此反应可用来鉴别含有邻二 羟基 结构的 多元醇 。

氧化反应

用 高碘酸 或四 四乙酸铅 氧化1,2-丙二醇使两个羟基之间的C—C键断裂,生成两分子 羰基化合物 。 例如,1,2- 丙二醇 被 正高碘酸 氧化生成甲醛、 乙醛 等。

应用领域

食品工业

1,2- 丙二醇 作为 丙三醇 代用品,可用作 食品加工 的 溶剂 、湿润剂、水果催熟 防腐剂 、食品包装的 fe5 以及食品机械 润滑剂 等。在美国,1,2-丙二醇还准许作为营养剂的掺和物,但 德国 法规上禁止1,2-丙二醇用作营养和嗜好品(茶、烟、酒)的防腐掺和剂。

医药工业

1,2-丙二醇毒性小,无刺激性,在医药工业中用作调和剂、防腐剂、软膏、 维生素 、 苄青霉素 等的溶剂。 因其防腐能力强,能溶解许多不溶于水的药物,在人体内毒性很小,故还可用作注射剂、内服药的防腐剂等。

丙二醇 被用作治疗反 动物高血酮症的口服动物用药:丙二醇可以成为血糖来源,提高 胰岛素 反应减少体脂动用和血液中非酯化酯防酸和 酮体 浓度,提高母牛的饲料采食量。

化妆品工业

1,2-丙二醇在化妆品中的主要作用是 溶剂 、保湿剂。它没有油腻感,并完全溶解于水,亦有防腐作用。其作为滑爽剂使用 渗透性 强,能帮助其他成分在皮肤表面涂开并渗入,但是作为保湿剂时抓水比例不高。一般化妆品中,1,2-丙二醇添加比例不超过5 %,少数人使用后皮肤会产生刺痛灼热感,美国FDA(Food and Drug Administration的缩写,即 美国食品药品监督管理局 )认为其属于可以安全使用的化妆品成分,但敏感肌肤应避免使用该成分。1,2- 丙二醇 应用于护肤膏霜、乳液、 泥膜 、爽肤水、 精华液 、卸妆产品、牙膏和香皂等产品中。

塑料工业

以1,2-丙二醇为原料生产的不饱和 聚酯树脂 大量用于制造表面涂料和增强塑料,特别用于 玻璃纤维 的增强,在汽车元件、船体、 建筑材料 和运动设备等方面广泛应用。

其他

毒性

毒理数据

参考资料

接触途径

美容用品中含有 丙二醇 ;食用由丙二醇催熟的水果时可以摄入丙二醇;用于作 防腐剂 的食品中也可摄入丙二醇;汽车 防冻液 的使用及泄漏时可能接触到;与丙二醇生产、使用、运输有关的过程中会接触到。

急性中毒

慢性中毒

导致 DL-乳酸 过多, 昏迷 。

制备方式

工业制备

环氧丙烷水合法

由环氧丙烷 水解 为 丙二醇 ,可在液相中进行,工业上有 硫酸 水合法或直接水合法。

先将环氧丙烷溶解成10~15%的 水溶液 ,加0.5~1%稀硫酸,送至水解槽,于50~70℃水解后进行中和,并在真空中浓缩,最后经精制而得成品, 收率 为85%。水解过程中,每100份丙二醇有15份的多缩聚丙二醇(二缩三丙二醇、三缩四丙二醇)副产物,在精制过程中可以另行回收。

甘油催化氢解

甘油首先经过 羟基 的 质子化 作用分子内脱水,生成中间产物 烯醇 及酮(醛)式 互变异构体 ,之后中间产物进一步发生加氢反应生成1,2-丙二醇。

实验室制备

过氧化氢法

此反应在常温、常压下进行, 催化剂 可用V 2 O 5 、OsO 4 , 收率 为68 %。此法成本较高。由 丙烯 经 过 H₂O 氧化而得,其反应式如下:

丙烯直接氧化法

此法不经 环氧丙烷 ,直接 催化 氧化生产 丙二醇 ,因此生产成本较低。

安全事宜

防护措施

急救措施

消防措施

法规限制

根据《GB2760-2014食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中规定, 丙二醇 的功能为: 稳定剂 和 凝固剂 、 抗结剂 、 消泡剂 、 乳化剂 、 水分保持剂 、 增稠剂 。丙二醇被中国国家标准批准作为 食品添加剂 使用,在生 湿面 制品和糕点中的用量限值分别为1.5 g/kg和3 g/kg。

在1974年粮农组织/ 世界卫生组织 专家委员会第十七次报告里,给出了丙二醇的ADI值(每日容许摄入量,指人或动物每日摄入某种 化学物质 对健康无任何已知的不良效应的剂量)是25 mg/kg。

参考资料

  1. Propylene Glycol | C3H8O2 | CID 1030 - PubChem PubChem 2024-01-03
  2. 【科普】知名牛奶检出的“丙二醇”到底是什么?有何危害?答案在这里! 汕头市人民政府 2024-01-03
  3. 1,2-Propanediol,SAFETY DATA SHEET Merck Sigma-Aldrich 2024-01-03