Полиолы — органические соединения с гидроксильными группами¶
Полиол — это органическое вещество, молекула которого содержит две или более гидроксильных групп (-OH), связанных с атомами углерода. К полиолам относятся многоатомные спирты, среди которых наиболее известны глицерин, этиленгликоль, сорбит, маннит и пентаэритритол. Полиолы широко применяются в пищевой промышленности в качестве подсластителей и текстураторов, в производстве полиуретанов, пластификации полимеров, фармацеврике и косметике.
¶Классификация
Полиолы классифицируют по числу гидроксильных групп и по строению углеродного скелета:
- Диолы (два -OH): этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,3-пропиленгликоль.
- Триолы (три -OH): глицерин (пропантриол), триэтаноламин.
- Тетраолы (четыре -OH): пентаэритритол, эритрит.
- Полиолы с большим числом групп (5–6 и более): сорбит, маннит, ксилит, мальтит, изомальт.
По происхождению различают:
- Природные полиолы — глицерин, сорбит, маннит, ксилит, эритрит; выделяются из растительного сырья или получают ферментацией.
- Синтетические полиолы — этиленгликоль, пропиленгликоль, маннитол синтетический, полигликоли (полиэтиленгликоль, ПЭГ); получают химическим синтезом.
¶Основные представители
¶Глицерин
Глицерин (пропантриол, C₃H₈O₃) — самый простой трёхатомный спирт. Получается как побочный продукт при омылении жиров и при производстве биодизеля. Применяется в косметике, фармацевтике, пищевой промышленности (добавка Е422), а также в производстве нитроглицерина и алкидных смол.
¶Этиленгликоль и пропиленгликоль
Этиленгликоль (этандиол) — бесцветная вязкая жидкость, применяется как основа антифризов и теплоносителей. Токсичен при приёме внутрь. Пропиленгликоль (пропандиол) менее токсичен, используется в пищевой промышленности (Е1520), фармацевтике и как компонент жидкостей для электронных сигарет.
¶Сорбит и маннит
Сорбит (гексан-гексол) получают гидрированием глюкозы. Используется как подсластитель (Е420), увлажнитель и загуститель. Маннит — изомер сорбита, выделяется из водорослей или получают гидрированием фруктозы; применяется в медицине как осмотический диуретик.
¶Ксилит
Ксилит (пятитомный спирт) получают из ксилана древесины и сельскохозяйственных отходов. Сладость сопоставима с сахарозой, но калорийность ниже. Широко применяется в жевательных резинках и зубных пастах, так как подавляет рост кариесогенных бактерий.
¶Эритрит
Эритрит (тетраитомный спирт) — природный полиол, содержащийся в фруктах и водорослях. Почти не усваивается организмом, поэтому калорийность близка к нулю. В пищевой промышленности маркируется как Е968.
¶Физико-химические свойства
Полиолы обладают выраженной гидрофильностью благодаря нескольким гидроксильным группам, образующим водородные связи. Для них характерны:
- высокая растворимость в воде;
- вязкость, растущая с числом -OH-групп;
- невысокая летучость;
- способность к образованию пересыщенных растворов (стеклование);
- сладкий вкус у большинства представителей.
¶Применение
¶Пищевая промышленность
Полиолы (эритрит, сорбит, маннит, ксилит, мальтит, изомальт) используются как заменители сахара в продуктах для диабетиков и низкокалорийных диетах. Их гликемический индекс ниже, чем у сахарозы, а некоторые практически не усваиваются. При избыточном употреблении могут вызывать послабление стула из-за осмотического эффекта в кишечнике.
¶Производство полиуретанов
Полиолы — один из двух основных компонентов (вместе с изоцианатами) при синтезе полиуретанов. Различают полиэфирполиолы и полиэфирполиолы на основе пропиленоксида и эпоксида, а также полиэфирполиолы на основе природных масел (касторового, соевого, рапсового). От молекулярной массы и функциональности полиола зависят свойства готового полимера — эластичность, жёсткость, прочность.
¶Другие отрасли
- Косметика — глицерин и пропиленгликоль как увлажнители.
- Фармацевтика — растворители, компоненты мазей и сиропов.
- Антифризы — этиленгликоль и пропиленгликоль.
- Взрывчатые вещества — нитроглицерин из глицерина.
- Пластификация — глицерин и сорбит как пластификаторы для целлюлозы и крахмала.
¶Получение
Основные промышленные методы получения полиолов:
- Гидрирование сахаров — превращение глюкозы в сорбит, фруктозы в маннит и сорбит (никкелевый катализатор, 120–150 °C).
- Окисление алкенов — получение этиленгликоля из этилена через оксид.
- Гидролиз природных полимеров — ксилит из ксилана.
- Ферментативный синтез — эритрит с помощью дрожжей рода Moniliella.
- Омыление жиров — глицерин как побочный продукт.
¶Экологические и медицинские аспекты
Этиленгликоль токсичен, его приём внутрь приводит к тяжёлому отравлению с поражением почек. В быту его заменяют менее токсичным пропиленгликолем. Многие полиолы считаются безопасными пищевыми добавками и разрешены регуляторами (FDA, ЕС, Роспотребнадзор). Эритрит, сорбит и маннит включены в список разрешённых подсластителей.
Источники:
- Гранберг А. Г. «Органическая химия»
- Гамбург Ю. Я. «Технология жирорастворимых продуктов»
- «Пищевые добавки. Справочник» под ред. Л. А. Розенфельда
- FAO/WHO JECFA — Monographs on Food Additives
- Патенты и обзоры по производству полиуретанов (журнал «Полиуретаны»)