Полиэтиленгликоль: свойства и применение¶

Полиэтиленгликоль — синтетический полимер общей формулы H—(O—CH₂—CH₂)ₙ—OH, относящийся к классу простых полиэфиров (полигликолей). Представляет собой продукт полимеризации этиленоксида (оксида этилена) в присутствии воды или низших спиртов, выполняющих роль инициаторов. В зависимости от средней молекулярной массы вещество варьирует от прозрачной вязкой жидкости до твёрдого воскообразного продукта, хорошо растворимого в воде и многих полярных органических растворителях. Международное непатентованное наименование — макрогол; в фармакопеях и технической литературе закрепилось сокращение ПЭГ (PEG) с указанием числового значения молекулярной массы.

¶Номенклатура и классификация

Название «полиэтиленгликоль» применяют к соединениям с молекулярной массой примерно до 20 000; при более высоких значениях чаще используют термин «полиэтиленоксид» (ПЭО). Чёткой границы между понятиями нет — они описывают один и тот же класс полимеров, различающийся лишь длиной цепи. Число в обозначении (ПЭГ-400, ПЭГ-4000) указывает на среднюю молекулярную массу.

По агрегатному состоянию различают:

¶Физико-химические свойства

Ключевые свойства полиэтиленгликолей определяются наличием гидроксильных концевых групп и эфирных связей в основной цепи:

• Гигроскопичность — низкомолекулярные ПЭГ активно поглощают влагу из воздуха.
• Растворимость — неограниченно смешиваются с водой; растворимость снижается с ростом молекулярной массы.
• Термическая стабильность — устойчивы при нагревании, но при температурах выше 150 °C склонны к окислительной деградации.
• Низкая токсичность — большинство марок биологически инертны, не раздражают кожу.
• Температура плавления — возрастает с увеличением длины цепи (для ПЭГ-4000 около 55–60 °C).

Полимеры обладают низкой поверхностной активностью и способностью образовывать гидратные оболочки, что лежит в основе их применения в биотехнологии.

¶Получение

Промышленный синтез основан на реакции полимеризации этиленоксида. При взаимодействии с водой или этиленгликолем образуются линейные диолы; использование моноспиртов даёт монометиловые эфиры (мПЭГ). Процесс проводят при повышенных температуре и давлении с применением щелочных или кислотных катализаторов. Молекулярная масса регулируется соотношением мономера и инициатора.

¶Применение

¶Медицина и фармацевтика

Полиэтиленгликоли широко используются как основы мазей, кремов, гелей и суппозиториев, а также как растворители для инъекционных препаратов. Слабительные средства на основе ПЭГ-3350 и электролитов применяются для очищения кишечника перед диагностическими процедурами. ПЭГ служит криопротектором при хранении биологических образцов.

¶Биотехнология и «ПЭГилирование»

Ковалентное присоединение цепей полиэтиленгликоля к белкам и лекарственным молекулам (ПЭГилирование) снижает иммуногенность, увеличивает время циркуляции препарата в крови и уменьшает частоту введения. Технология применяется при создании ряда терапевтических белков и липосомальных лекарственных форм.

¶Промышленность и быт

Низкомолекулярные ПЭГ входят в состав косметических средств, зубных паст, шампуней как увлажнители и загустители. В химической промышленности их используют как растворители, смазки, антистатические агенты и пластификаторы. В текстильной и бумажной отраслях — как мягчители и диспергаторы.

¶Материаловедение

Полиэтиленоксид высокой молекулярной массы служит компонентом полимерных электролитов для литиевых аккумуляторов, а также применяется при создании гидрогелей и биосовместимых покрытий.

¶Безопасность и регулирование

Полиэтиленгликоли считаются одними из наиболее безопасных промышленных полимеров. Однако при термическом разложении возможно образование токсичных продуктов. Существуют данные о редких аллергических реакциях на отдельные марки. Качество фармакопейных ПЭГ регламентируется ведущими фармакопеями мира, включая требования по содержанию примесей этиленоксида и диоксана. Производные на основе этиленоксида требуют соблюдения мер промышленной безопасности, поскольку сам мономер токсичен и горюч.