Глицерин

Глицерин (от греч. γλυκερός — сладкий), пропан-1,2,3-триол, — органическое соединение, простейший представитель трёхатомных спиртов. Представляет собой вязкую, бесцветную, гигроскопичную жидкость со сладким вкусом. Химическая формула — C₃H₅(OH)₃ или C₃H₈O₃. Глицерин широко распространён в природе в виде сложных эфиров (глицеридов), входящих в состав жиров и масел. Обладает уникальным сочетанием физико-химических свойств, что обуславливает его применение в пищевой, косметической, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности.

История открытия и получения

Впервые глицерин был получен в 1779 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле при нагревании оливкового масла с оксидом свинца (глётом). Шееле описал его как «сладкое начало жиров» (Oelzucker). В 1811 году французский химик Мишель Эжен Шеврёль, изучая состав жиров, дал веществу современное название «глицерин» и установил его трёхатомную природу. В 1856 году французский химик Шарль-Адольф Вюрц впервые синтезировал глицерин из пропилена, доказав возможность его получения из нефтехимического сырья.

Промышленное производство глицерина началось в XIX веке. Первоначально его получали исключительно как побочный продукт при производстве мыла (омыление жиров). В 1866 году шведский инженер Альфред Нобель разработал способ стабилизации нитроглицерина с помощью кизельгура, что привело к созданию динамита и резко увеличило спрос на глицерин как исходное сырьё для взрывчатых веществ. В XX веке, с развитием нефтехимии, значительную долю рынка занял синтетический глицерин, получаемый из пропилена.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Глицерин — бесцветная, прозрачная, гигроскопичная жидкость. Его основные физические константы:

Глицерин обладает высокой вязкостью, которая сильно зависит от температуры. Он смешивается с водой и этанолом в любых соотношениях, практически не растворяется в эфире, бензоле и хлороформе. Благодаря высокой гигроскопичности, способен поглощать влагу из воздуха (до 40 % от собственной массы).

Химические свойства

Глицерин проявляет типичные свойства многоатомных спиртов. Его химическая активность определяется наличием трёх гидроксильных групп (-OH), которые могут вступать в реакции замещения, окисления и этерификации.

• Реакция с щелочными металлами: с образованием глицератов (солей).
• Реакция этерификации: с органическими и неорганическими кислотами. Взаимодействие с азотной кислотой в присутствии серной кислоты даёт нитроглицерин (тринитрат глицерина) — взрывчатое вещество и лекарственное средство. С жирными кислотами образует жиры (триглицериды).
• Реакция с галогеноводородами: с образованием моно- и дигалогенгидринов.
• Реакция дегидратации: при нагревании с водоотнимающими средствами (например, с гидросульфатом калия) образует акролеин (пропеналь) — вещество с резким запахом, раздражающее слизистые оболочки.
• Качественная реакция: взаимодействие с гидроксидом меди(II) в щелочной среде с образованием ярко-синего раствора глицерата меди. Эта реакция используется для обнаружения многоатомных спиртов.

Получение

Из природного сырья (омыление жиров)

Традиционный и до сих пор распространённый способ. При нагревании жиров (триглицеридов) с водным раствором щёлочи (NaOH) или под действием ферментов (липаз) происходит гидролиз с образованием солей жирных кислот (мыла) и глицерина. После отделения мыла глицерин очищают дистилляцией и обесцвечивают.

Из синтетического сырья (нефтехимический синтез)

Основной промышленный метод получения синтетического глицерина — хлорирование пропилена (C₃H₆) с последующим гидролизом. Процесс включает стадии:

1. Хлорирование пропилена при высокой температуре с образованием аллилхлорида.
2. Реакция аллилхлорида с хлорноватистой кислотой с получением дихлоргидрина глицерина.
3. Гидролиз дихлоргидрина раствором щёлочи с образованием эпихлоргидрина.
4. Гидролиз эпихлоргидрина до глицерина.

Как побочный продукт биодизеля

В последние десятилетия значительным источником глицерина стало производство биодизеля. При переэтерификации растительных масел (рапсового, соевого, пальмового) метанолом в присутствии катализатора образуются метиловые эфиры жирных кислот (биодизель) и глицерин (около 10 % от массы масла). Этот «сырой» глицерин содержит примеси метанола, воды, солей и требует очистки.

Применение

Глицерин является одним из наиболее широко используемых химических соединений в мире. Его применение охватывает десятки отраслей.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности глицерин зарегистрирован как пищевая добавка E422. Он используется в качестве:

• Влагоудерживающего агента: для предотвращения высыхания и черствения хлебобулочных и кондитерских изделий.
• Загустителя и стабилизатора: в производстве ликёров, сиропов, безалкогольных напитков.
• Растворителя: для ароматизаторов и красителей.
• Подсластителя: в диетических и низкокалорийных продуктах (входит в состав сахарозаменителей).
• Основы для жевательной резинки.

Косметическая и парфюмерная промышленность

Глицерин — один из ключевых компонентов косметических средств. Он выполняет функции:

• Увлажнителя: притягивает влагу из воздуха в верхние слои кожи (гигроскопичность). Входит в состав кремов, лосьонов, масок, тоников.
• Смягчителя: делает кожу более мягкой и эластичной.
• Растворителя: для экстрактов и активных компонентов.
• Пластификатора: в составе зубных паст (придаёт пасте нужную консистенцию).
• Основы для мыла ручной работы (прозрачное глицериновое мыло).

Фармацевтика и медицина

В медицине глицерин используется в нескольких направлениях:

• Нитроглицерин — лекарственное средство для купирования приступов стенокардии (вазодилататор).
• Слабительное средство: в виде ректальных суппозиториев или микроклизм для стимуляции перистальтики кишечника.
• Осмотический диуретик: для снижения внутричерепного и внутриглазного давления (при отёке мозга, глаукоме).
• Растворитель и основа для мазей, паст, суспензий.
• Консервант для биологических препаратов (например, для хранения эритроцитов).

Химическая промышленность

• Сырьё для производства алкидных смол (лаки, краски).
• Сырьё для производства полиуретанов (пенопласты, эластомеры).
• Пластификатор для полимеров (целлофан, поливинилхлорид).
• Компонент антифризов (снижает температуру замерзания водных растворов).
• Сырьё для производства взрывчатых веществ (нитроглицерин, динамит).
• Компонент типографских красок и чернил.

Другие области

• Сельское хозяйство: входит в состав удобрений и средств защиты растений.
• Табачная промышленность: увлажнитель табака.
• Электроника: входит в состав электролитов для конденсаторов.
• Производство бытовой химии: компонент моющих средств, кондиционеров для белья.

Безопасность и токсикология

Глицерин относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасные вещества). Он нетоксичен, не обладает канцерогенными и мутагенными свойствами. При попадании на кожу не вызывает раздражения (за исключением случаев индивидуальной непереносимости). При приёме внутрь в небольших количествах (до 1–2 г/кг массы тела) не оказывает вредного действия. В больших дозах может вызывать обезвоживание тканей (за счёт осмотического эффекта) и слабительное действие.

При вдыхании аэрозолей глицерина (например, в составе жидкостей для электронных сигарет) возможно раздражение дыхательных путей. При нагревании выше 200 °C глицерин разлагается с образованием токсичного акролеина.

Интересные факты

• Слово «глицерин» происходит от греческого «glykys» (сладкий), что отражает его вкус.
• Глицерин является одним из немногих веществ, способных смешиваться с водой и с этанолом, но не с эфиром.
• В 1866 году Альфред Нобель использовал глицерин для создания динамита, что принесло ему огромное состояние и впоследствии привело к учреждению Нобелевской премии.
• Глицерин используется в криобиологии для защиты клеток и тканей от повреждения при замораживании (криопротектор).
• В некоторых странах глицерин используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (в смеси с дизельным топливом или биодизелем).

Источники

1. Химическая энциклопедия. Том 1. — М.: Советская энциклопедия, 1988.
2. Кнунянц И. Л. (ред.) Краткая химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1961.
3. Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1981.
4. Справочник химика. Том 2. — Л.: Химия, 1971.
5. ГОСТ 6824-96 «Глицерин дистиллированный. Технические условия».
6. СанПиН 2.3.2.1293-03 «Гигиенические требования по применению пищевых добавок».