Glycerin
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| Bezeichnungen | |||
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| Bevorzugter IUPAC-Name
Propan-1,2,3-Triol | |||
| Andere Bezeichnungen
Glycerin
Glyzerin 1,2,3-Trioxypropan 1,2,3-Trihydroxypropan 1,2,3-Propantriol | |||
| Bezeichner | |||
3D-Modell (JSmol)
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| ChEBI | |||
| ChEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| Arzneimittelbank | |||
IUPHAR/BPS
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| KEGG | |||
PubChem CID
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| UNII | |||
InChI
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SMILES
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| Eigenschaften | |||
Chemische Formel
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C3H8O3 | ||
| Molare Masse | 92,094 g-mol-1 | ||
| Erscheinungsbild | Farblose hygroskopische Flüssigkeit | ||
| Geruch | Geruchlos | ||
| Dichte | 1.261 g/cm3 | ||
| Schmelzpunkt | 17,8 °C (64,0 °F; 290,9 K) | ||
| Siedepunkt | 290 °C (554 °F; 563 K) | ||
Löslichkeit in Wasser
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mischbar | ||
| log P | -2.32 | ||
| Dampfdruck | 0,003 mmHg (50 °C) | ||
Magnetische Suszeptibilität (χ)
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-57,06-10-6 cm3/mol | ||
Brechungsindex (nD)
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1.4746 | ||
| Viskosität | 1.412 Pa-s (20 °C) | ||
| Pharmakologie | |||
ATC-Code
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A06AG04 (WHO) A06AX01 (WHO), QA16QA03 (WHO) | ||
| Gefahren | |||
| NFPA 704 (Feuerdiamant) |  
1
1
0 | ||
| Flammpunkt | 160 °C (320 °F; 433 K) (geschlossener Tiegel) 176 °C (349 °F; 449 K) (offener Tiegel) | ||
| NIOSH (US-Grenzwerte für Gesundheitsgefährdung): | |||
PEL (Zulässig)
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TWA 15 mg/m3 (gesamt) TWA 5 mg/m3 (resp) | ||
REL (Empfohlen)
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Keine festgelegt | ||
IDLH (Unmittelbare Gefahr)
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N.D. | ||
| Sicherheitsdatenblatt (SDS) | JT Baker | ||
Wenn nicht anders angegeben, gelten die Daten für Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox Referenzen
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Glycerin (/ˈɡlɪsərɒl/), im britischen Englisch auch Glycerine und im amerikanischen Englisch Glycerin genannt, ist eine einfache Polyolverbindung. Es ist eine farblose, geruchlose, viskose Flüssigkeit, die süß schmeckt und ungiftig ist. Das Glycerin-Grundgerüst findet sich in Lipiden, die als Glyceride bekannt sind. Da es antimikrobielle und antivirale Eigenschaften hat, wird es häufig in von der FDA zugelassenen Wund- und Verbrennungsbehandlungen eingesetzt. Umgekehrt wird es auch als bakterielles Nährmedium verwendet. Es kann als wirksamer Marker zur Messung von Lebererkrankungen verwendet werden. Es wird auch häufig als Süßungsmittel in der Lebensmittelindustrie und als Feuchthaltemittel in pharmazeutischen Formulierungen verwendet. Aufgrund seiner drei Hydroxylgruppen ist Glycerin mit Wasser mischbar und von Natur aus hygroskopisch. ⓘ
Glycerin (von griech. γλυκερός glykerós „süß“, auch Glycerol oder Glyzerin) ist der Trivialname und die gebräuchliche Bezeichnung von Propan-1,2,3-triol. Glycerin ist ein Zuckeralkohol und der einfachste dreiwertige Alkohol, ein Triol. Der Name Glycerol wurde eingeführt, da er die korrekte Endung -ol für einen Alkohol besitzt (die Endung -in steht für Alkine oder Amine). ⓘ
Glycerin ist in allen natürlichen Fetten und fetten Ölen – z. B. Pflanzenölen – chemisch gebunden als Fettsäureester (Triglyceride) vorhanden und spielt eine zentrale Rolle als Zwischenprodukt in verschiedenen Stoffwechselprozessen. Als Lebensmittelzusatzstoff trägt es das Kürzel E 422. ⓘ
Struktur
Glycerin ist zwar achiral, aber prochiral in Bezug auf Reaktionen mit einem der beiden primären Alkohole. Daher wird das Molekül bei substituierten Derivaten durch die stereospezifische Nummerierung mit einem "sn-"-Präfix vor dem Stammnamen des Moleküls gekennzeichnet. ⓘ
Herstellung
Glycerin wird im Allgemeinen aus pflanzlichen und tierischen Quellen gewonnen, wo es in Form von Triglyceriden, Estern von Glycerin mit langkettigen Carbonsäuren, vorkommt. Bei der Hydrolyse, Verseifung oder Umesterung dieser Triglyceride entstehen sowohl Glycerin als auch das Fettsäurederivat:
Triglyceride können mit Natriumhydroxid verseift werden, wobei Glycerin und Natriumfettsalz oder Seife entstehen. ⓘ
Typische pflanzliche Quellen sind Sojabohnen oder Palmen. Eine weitere Quelle ist der aus Tieren gewonnene Talg. In den Vereinigten Staaten und Europa werden jährlich etwa 950.000 Tonnen produziert; allein in den Vereinigten Staaten wurden zwischen 2000 und 2004 jährlich 350.000 Tonnen Glycerin hergestellt. Die EU-Richtlinie 2003/30/EG schreibt vor, dass bis 2010 in allen Mitgliedsstaaten 5,75 % der Erdölkraftstoffe durch Biokraftstoffe ersetzt werden sollen. Im Jahr 2006 wurde prognostiziert, dass die Produktion bis 2020 die Nachfrage um das Sechsfache übersteigen würde, was zu einem Überschuss an Glycerin führen würde. ⓘ
Glycerin aus Triglyceriden wird in großem Maßstab hergestellt, aber das Rohprodukt ist von unterschiedlicher Qualität und erzielte 2011 einen niedrigen Verkaufspreis von nur 2-5 US-Cent pro Kilogramm. Es kann gereinigt werden, aber das Verfahren ist teuer. Ein Teil des Glycerins wird zur Energiegewinnung verbrannt, sein Heizwert ist jedoch gering. ⓘ
Rohglycerin aus der Hydrolyse von Triglyceriden kann durch Behandlung mit Aktivkohle zur Entfernung organischer Verunreinigungen, mit Alkali zur Entfernung nicht umgesetzter Glycerinester und durch Ionenaustausch zur Entfernung von Salzen gereinigt werden. Hochreines Glycerin (> 99,5 %) wird durch mehrstufige Destillation gewonnen; aufgrund des hohen Siedepunkts (290 °C) ist eine Vakuumkammer erforderlich. ⓘ
Synthetisches Glycerin
Obwohl in der Regel nicht kosteneffizient, kann Glycerin auf verschiedenen Wegen aus Propen hergestellt werden. Das Epichlorhydrin-Verfahren ist das wichtigste: Es umfasst die Chlorierung von Propylen zu Allylchlorid, das mit Hypochlorit zu Dichlorhydrinen oxidiert wird, die mit einer starken Base zu Epichlorhydrin reagieren. Dieses Epichlorhydrin wird dann zu Glycerin hydrolysiert. Zu den chlorfreien Verfahren aus Propylen gehört die Synthese von Glycerin aus Acrolein und Propylenoxid.
Aufgrund der groß angelegten Produktion von Biodiesel aus Fetten, bei der Glycerin als Abfallprodukt anfällt, ist der Markt für Glycerin klein. Daher sind synthetische Verfahren nicht wirtschaftlich. Aufgrund des Überangebots werden Anstrengungen unternommen, Glycerin in synthetische Vorprodukte wie Acrolein und Epichlorhydrin umzuwandeln. (Siehe den Abschnitt Chemische Zwischenprodukte in diesem Artikel). ... ⓘ
Anwendungen
Lebensmittelindustrie
In Lebensmitteln und Getränken dient Glycerin als Feuchthaltemittel, Lösungsmittel und Süßungsmittel und kann zur Konservierung von Lebensmitteln beitragen. Es wird auch als Füllstoff in kommerziell hergestellten fettarmen Lebensmitteln (z. B. Keksen) und als Verdickungsmittel in Likören verwendet. Glycerin und Wasser werden zur Konservierung bestimmter Arten von Pflanzenblättern verwendet. Als Zuckerersatz hat er etwa 27 Kilokalorien pro Teelöffel (Zucker hat 20) und ist 60 % so süß wie Saccharose. Es nährt nicht die Bakterien, die Zahnbelag bilden und Karies verursachen. Als Lebensmittelzusatzstoff ist Glycerin mit der E-Nummer E422 gekennzeichnet. Es wird dem Zuckerguss zugesetzt, um zu verhindern, dass er zu hart wird. ⓘ
Bei der Verwendung in Lebensmitteln wird Glycerin von der U.S. Academy of Nutrition and Dietetics als Kohlenhydrat eingestuft. Die Einstufung als Kohlenhydrat durch die U.S. Food and Drug Administration (FDA) umfasst alle kalorischen Makronährstoffe mit Ausnahme von Eiweiß und Fett. Glycerin hat eine ähnliche Kaloriendichte wie Haushaltszucker, aber einen niedrigeren glykämischen Index und einen anderen Stoffwechselweg im Körper, so dass einige Befürworter von Diäten Glycerin als Süßungsmittel akzeptieren, das mit kohlenhydratarmen Diäten vereinbar ist. ⓘ
Es wird auch als Zusatzstoff bei der Verwendung von Polyol-Süßstoffen wie Erythrit und Xylit empfohlen, die aufgrund ihrer Wärmewirkung im Mund einen kühlenden Effekt haben, wenn dieser nicht erwünscht ist. ⓘ
Als Zusatzstoff in Lebensmitteln gilt Glycerin als unbedenklich. Er wird von der Food and Drug Administration (Lebensmittelüberwachungsbehörde der USA) ohne Höchstmengenbeschränkung (Erlaubte Tagesdosis) als unbedenklich eingestuft. In der EU ist es als Zusatzstoff E422 ebenfalls ohne Höchstmengenbeschränkung zugelassen, 2017 wurde dies in einer Studie nochmals bestätigt. ⓘ
Der physiologische Brennwert von Glycerin liegt bei 17 kJ/g bzw. 4 kcal/g. ⓘ
Medizinische, pharmazeutische und Körperpflegeanwendungen
Glycerin wirkt leicht antimikrobiell und antiviral und ist ein von der FDA zugelassenes Mittel zur Behandlung von Wunden. Das Rote Kreuz berichtet, dass eine 85-prozentige Glycerinlösung bakterizide und antivirale Wirkungen hat und dass mit Glycerin behandelte Wunden nach etwa 2 Stunden einen Rückgang der Entzündung zeigen. Aus diesem Grund wird es häufig in Wundpflegeprodukten verwendet, darunter auch in Hydrogelfolien auf Glycerinbasis für Verbrennungen und andere Wundversorgung. Es ist für alle Arten der Wundversorgung außer für Verbrennungen dritten Grades zugelassen und wird zur Verpackung von Spenderhaut für Hauttransplantationen verwendet. Es gibt keine zugelassene topische Behandlung für Verbrennungen dritten Grades, so dass diese Einschränkung nicht nur für Glycerin gilt. ⓘ
Glycerin wird in medizinischen, pharmazeutischen und Körperpflegepräparaten verwendet, oft als Mittel zur Verbesserung der Geschmeidigkeit, als Schmiermittel und als Feuchthaltemittel. ⓘ
Ichthyose und Xerose wurden durch die topische Anwendung von Glycerin gelindert. Man findet es in Allergen-Immuntherapien, Hustensäften, Elixieren und Expektorantien, Zahnpasta, Mundwässern, Hautpflegeprodukten, Rasierschaum, Haarpflegeprodukten, Seifen und Gleitmitteln auf Wasserbasis. In festen Darreichungsformen wie Tabletten wird Glycerin als Tablettenhaltemittel verwendet. Für den menschlichen Verzehr wird Glycerin von der US-amerikanischen FDA unter den Zuckeralkoholen als kalorischer Makronährstoff eingestuft. Glycerin wird auch in der Blutbank verwendet, um rote Blutkörperchen vor dem Einfrieren zu konservieren. ⓘ
Glycerin ist ein Bestandteil von Glycerinseife. Ätherische Öle werden als Duftstoffe zugesetzt. Diese Art von Seife wird von Menschen mit empfindlicher, leicht reizbarer Haut verwendet, weil sie durch ihre feuchtigkeitsspendenden Eigenschaften das Austrocknen der Haut verhindert. Sie zieht die Feuchtigkeit durch die Hautschichten nach oben und verlangsamt oder verhindert übermäßiges Austrocknen und Verdunsten. ⓘ
Rektal eingenommen wirkt Glycerin als Abführmittel, indem es die Analschleimhaut reizt und einen hyperosmotischen Effekt hervorruft, der den Dickdarm durch Wasseraufnahme ausdehnt und so die Peristaltik anregt, die zur Entleerung führt. Es kann unverdünnt entweder als Zäpfchen oder als kleinvolumiger (2-10 ml) Einlauf verabreicht werden. Alternativ kann es in einer verdünnten Lösung, z. B. 5%, als großvolumiger Einlauf verabreicht werden. ⓘ
Oral eingenommen (oft mit Fruchtsaft gemischt, um den süßen Geschmack zu reduzieren), kann Glycerin einen schnellen, vorübergehenden Rückgang des Augeninnendrucks bewirken. Dies kann für die erste Notfallbehandlung von stark erhöhtem Augendruck nützlich sein. ⓘ
2017 zeigten Forscher, dass das probiotische Bakterium L. reuteri mit Glycerin angereichert werden kann, um seine Produktion von antimikrobiellen Substanzen im menschlichen Darm zu steigern. Dies erwies sich bei der Hemmung von C. difficile-Infektionen als ebenso wirksam wie das Antibiotikum Vancomycin, ohne die mikrobielle Gesamtzusammensetzung des Darms wesentlich zu beeinflussen. ⓘ
Glycerin wurde auch als Bestandteil von Biotintenformulierungen im Bereich des Bioprinting eingesetzt. Der Glycerinanteil verleiht der Biotinte Viskosität, ohne dass große Protein-, Kohlenhydrat- oder Glykoproteinmoleküle hinzugefügt werden. ⓘ
Glycerin wird in der Medizin als Arzneistoff zur Behandlung des Hirnödems eingesetzt. Dazu wird es als 10%ige Lösung infundiert. ⓘ
Gegenstand medizinischer Forschung ist die Verwendung von Glycerin zur Aufrechterhaltung der menschlichen Hirn- und Organfunktionen während einer künstlichen Absenkung der Körpertemperatur. Dies könnte für langwierige, schwierige medizinische Operationen von Bedeutung sein. Biologisches Vorbild ist der kanadische graue Laubfrosch Hyla versicolor, dessen Körperzellen sich zur Überwinterung mit Glycerin anreichern. ⓘ
Glycerin wird auch im Rahmen des Klockhoff-Testes (Glycerol-Belastungstest) zur Diagnose eines Morbus Menière verwendet. ⓘ
Botanische Extrakte
Bei der Verwendung in Extraktionen nach der "Tinktur"-Methode, insbesondere als 10%ige Lösung, verhindert Glycerin die Ausfällung von Tanninen in Ethanolextrakten von Pflanzen (Tinkturen). Es wird auch als "alkoholfreie" Alternative zu Ethanol als Lösungsmittel bei der Herstellung von Kräuterextrakten verwendet. Es ist weniger extraktiv, wenn es in einer Standardtinktur-Methode verwendet wird. Bei Tinkturen auf Alkoholbasis kann der Alkohol auch entfernt und durch Glycerin ersetzt werden, das konservierende Eigenschaften besitzt. Solche Produkte sind nicht "alkoholfrei" im wissenschaftlichen oder FDA-rechtlichen Sinne, da Glycerin drei Hydroxylgruppen enthält. Hersteller von Flüssigextrakten extrahieren Kräuter oft in heißem Wasser, bevor sie Glycerin hinzufügen, um Glycerite herzustellen. ⓘ
Wenn Glycerin als primäres "echtes" alkoholfreies botanisches Extraktionslösungsmittel in nicht-tinkturbasierten Methoden verwendet wird, hat sich gezeigt, dass es ein hohes Maß an extraktiver Vielseitigkeit für botanische Stoffe besitzt, einschließlich der Entfernung zahlreicher Bestandteile und komplexer Verbindungen, mit einer Extraktionskraft, die mit der von Alkohol und Wasser-Alkohol-Lösungen konkurrieren kann. Die hohe Extraktionskraft von Glycerin setzt voraus, dass es mit dynamischen (d. h. kritischen) Methoden eingesetzt wird, im Gegensatz zu den üblichen passiven "Tinktur"-Methoden, die besser für Alkohol geeignet sind. Glycerin hat die Eigenschaft, die pflanzlichen Bestandteile nicht zu denaturieren oder inaktiv zu machen, wie dies bei Alkoholen (z. B. Ethylalkohol (Getreide), Methylalkohol (Holz) usw.) der Fall ist. Glycerin ist ein stabiles Konservierungsmittel für Pflanzenextrakte, das bei Verwendung der richtigen Konzentration in einem Extraktionslösungsmittel keine Invertierung zulässt oder die Reduktions-Oxidation der Bestandteile eines fertigen Extrakts abschwächt, selbst über mehrere Jahre hinweg. Sowohl Glycerin als auch Ethanol sind brauchbare Konservierungsmittel. Glycerin wirkt bakteriostatisch und Ethanol bakterientötend. ⓘ
Elektronische Zigarettenflüssigkeit
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Glycerin (E 422) wird zusammen mit 1,2-Propandiol als Feuchthaltemittel für Tabakwaren verwendet, nicht zu verwechseln mit der Glycerin-Phosphorsäure und deren Natrium-, Kalium- und Magnesiumverbindungen, deren Reinheitsanforderungen beispielsweise in Deutschland in deren Tabakverordnung klar definiert sind. Im Zigaretten- und Pfeifentabak sollen die Feuchthaltemittel vor allem die Lagerungszeiten der Produkte verlängern und die Austrocknung verhindern. Shisha-Tabak werden von den Herstellern deutlich höhere Mengen an Feuchthaltemitteln zugemischt, um einerseits die Verbrennung des Tabaks zu verhindern und andererseits einen dichteren Dampf zu erzeugen. Weiterhin findet Glycerin ebenso wie 1,2-Propandiol Verwendung als Nebelfluid in elektrischen Zigaretten. ⓘ
Glycerin ist zusammen mit Propylenglykol ein häufiger Bestandteil von E-Liquid, einer Lösung, die in elektronischen Verdampfern (elektronischen Zigaretten) verwendet wird. Dieses Glycerin wird mit einem Zerstäuber (einer Heizspirale, die oft aus Kanthal-Draht besteht) erhitzt und erzeugt so das Aerosol, das dem Benutzer Nikotin liefert. ⓘ
Gefrierschutzmittel
Wie Ethylenglykol und Propylenglykol ist Glycerin ein nichtionisches Kosmotrop, das starke Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen bildet und mit den Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wasser und Wasser konkurriert. Diese Wechselwirkung unterbricht die Eisbildung. Die minimale Gefrierpunkttemperatur liegt bei etwa -38 °C (-36 °F), was einem Anteil von 70 % Glycerin in Wasser entspricht. ⓘ
Glycerin wurde in der Vergangenheit als Frostschutzmittel für Kraftfahrzeuge verwendet, bevor es durch Ethylenglykol ersetzt wurde, das einen niedrigeren Gefrierpunkt hat. Der minimale Gefrierpunkt eines Glycerin-Wasser-Gemischs ist zwar höher als der eines Ethylenglykol-Wasser-Gemischs, aber Glycerin ist nicht giftig und wird derzeit erneut für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geprüft. ⓘ
Im Labor ist Glycerin ein gängiger Bestandteil von Lösungsmitteln für enzymatische Reagenzien, die bei Temperaturen unter 0 °C gelagert werden, da es die Gefriertemperatur senkt. Es wird auch als Kälteschutzmittel verwendet, wobei das Glycerin in Wasser gelöst wird, um die Schädigung von Labororganismen, die in gefrorenen Lösungen aufbewahrt werden, wie Pilze, Bakterien, Fadenwürmer und Säugetierembryonen, durch Eiskristalle zu verringern. ⓘ
Chemisches Zwischenprodukt
Glycerin wird zur Herstellung von Nitroglycerin verwendet, das ein wesentlicher Bestandteil verschiedener Sprengstoffe wie Dynamit, Gelignit und Treibladungen wie Kordit ist. Die Abhängigkeit von der Seifenherstellung, die das Nebenprodukt Glycerin liefert, machte es schwierig, die Produktion zu steigern, um die Nachfrage in Kriegszeiten zu decken. Daher hatte die Herstellung von synthetischem Glycerin in den Tagen vor dem Zweiten Weltkrieg für die nationale Verteidigung Priorität. Nitroglycerin, auch bekannt als Glyceryltrinitrat (GTN), wird üblicherweise zur Linderung von Angina pectoris in Form von sublingualen Tabletten, Pflastern oder als Aerosolspray eingenommen. Trifunktionelle Polyetherpolyole werden aus Glycerin und Propylenoxid hergestellt. Bei der Oxidation von Glycerin entsteht Mesoxalsäure. Durch Dehydratisierung von Glycerin erhält man Hydroxyaceton. ⓘ
Schwingungsdämpfung
Glycerin wird als Füllung für Manometer verwendet, um Vibrationen zu dämpfen. Externe Vibrationen von Kompressoren, Motoren, Pumpen usw. erzeugen harmonische Vibrationen in Rohrfedermanometern, die dazu führen können, dass sich die Nadel übermäßig bewegt und ungenaue Messwerte liefert. Das übermäßige Schwingen der Nadel kann auch interne Zahnräder oder andere Komponenten beschädigen und zu vorzeitigem Verschleiß führen. Glycerin, das als Ersatz für den Luftraum in ein Messgerät gefüllt wird, reduziert die harmonischen Schwingungen, die auf die Nadel übertragen werden, und erhöht so die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Messgeräts. ⓘ
Nischenanwendungen
Filmindustrie
Glycerin wird in der Filmindustrie bei Dreharbeiten mit Wasser verwendet, um ein zu schnelles Austrocknen von Bereichen zu verhindern. ⓘ
Glycerin wird in Kombination mit Wasser (etwa im Verhältnis 1:99) verwendet, um eine weiche, rauchige Umgebung zu schaffen. Die Lösung wird verdampft und mit einem Ventilator in den Raum geblasen. ⓘ
Ultraschall-Kupplung
Glyzerin kann manchmal als Ersatz für Wasser bei der Ultraschallprüfung verwendet werden, da es eine günstigere akustische Impedanz aufweist (2,42MRayl gegenüber 1,483MRayl für Wasser) und gleichzeitig relativ sicher, ungiftig, nicht korrosiv und relativ kostengünstig ist. ⓘ
Kraftstoff für die innere Verbrennung
Glycerin wird auch für den Antrieb von Dieselgeneratoren verwendet, die Strom für die FIA-Formel-E-Serie von Elektro-Rennwagen liefern. ⓘ
Forschung über Verwendungen
Es wurden Forschungsarbeiten durchgeführt, um aus Glycerin, das bei der Biodieselproduktion gewonnen wird, Mehrwertprodukte herzustellen. Beispiele (neben der Verbrennung von Abfallglycerin):
- Herstellung von Wasserstoffgas
- Glycerinacetat ist ein potenzieller Kraftstoffzusatz.
- Glycerin ist einer der am häufigsten verwendeten Zusatzstoffe für thermoplastische Kunststoffe aus Stärke.
- Umwandlung in Propylenglykol
- Umwandlung in Acrolein
- Umwandlung in Ethanol
- Umwandlung in Epichlorhydrin, ein Rohstoff für Epoxidharze ⓘ
Stoffwechsel
Glycerin ist ein Vorprodukt für die Synthese von Triacylglycerinen und Phospholipiden in der Leber und im Fettgewebe. Wenn der Körper gespeichertes Fett als Energiequelle nutzt, werden Glycerin und Fettsäuren in den Blutkreislauf freigesetzt. ⓘ
Glycerin wird hauptsächlich in der Leber verstoffwechselt. Glycerininjektionen können als einfacher Test für Leberschäden verwendet werden, da die Absorptionsrate von Glycerin durch die Leber als ein genaues Maß für die Gesundheit der Leber gilt. Der Glycerinstoffwechsel ist sowohl bei Leberzirrhose als auch bei einer Fettlebererkrankung reduziert. ⓘ
Der Glycerinspiegel im Blut ist bei Diabetes stark erhöht und gilt als Ursache für eine verminderte Fruchtbarkeit bei Patienten, die an Diabetes und metabolischem Syndrom leiden. Der Glycerinspiegel im Blut von Diabetikern ist im Durchschnitt dreimal so hoch wie bei gesunden Kontrollpersonen. Es wurde festgestellt, dass eine direkte Glycerinbehandlung der Hoden langfristig zu einer erheblichen Verringerung der Spermienzahl führt. Weitere Tests zu diesem Thema wurden aufgrund der unerwarteten Ergebnisse abgebrochen, da dies nicht das Ziel des Experiments war. ⓘ
Zirkulierendes Glycerin glykatisiert keine Proteine wie Glukose oder Fruktose und führt nicht zur Bildung fortgeschrittener Glykationsendprodukte (AGEs). In einigen Organismen kann die Glycerinkomponente direkt in den Glykolyse-Stoffwechselweg eintreten und so Energie für den Zellstoffwechsel liefern (oder möglicherweise durch Glukoneogenese in Glukose umgewandelt werden). ⓘ
Bevor Glycerin in den Glycolyse- oder Gluconeogeneseweg eintreten kann (je nach physiologischen Bedingungen), muss es in den folgenden Schritten in das Zwischenprodukt Glyceraldehyd-3-phosphat umgewandelt werden:
Glycerin-Kinase
Glycerin-3-phosphat
Glycerin-3-Phosphat-Dehydrogenase
Dihydroxyacetonphosphat
Triosephosphat-Isomerase
Glyceraldehyd-3-Phosphat
Das Enzym Glycerinkinase ist vor allem in der Leber und den Nieren, aber auch in anderen Körpergeweben wie Muskeln und Gehirn zu finden. Im Fettgewebe wird Glycerin-3-phosphat mit Hilfe des Enzyms Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase aus Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) gewonnen. ⓘ
Glycerin hat eine sehr geringe Toxizität bei der Einnahme; die orale LD50-Dosis für Ratten beträgt 12600 mg/kg und für Mäuse 8700 mg/kg. Beim Einatmen scheint es keine Toxizität zu verursachen, obwohl bei der höchsten gemessenen Dosis in kleinen Lungenabschnitten von Tieren Veränderungen der Zellreifung auftraten. Eine subchronische 90-tägige Inhalationsstudie an Sprague-Dawley (SD)-Ratten, die 0,03, 0,16 und 0,66 mg/L Glycerin (pro Liter Luft) sechs Stunden lang ununterbrochen ausgesetzt waren, ergab keine behandlungsbedingte Toxizität außer einer minimalen Metaplasie der Epithelauskleidung an der Basis der Epiglottis bei Ratten, die 0,66 mg/L Glycerin ausgesetzt waren. ⓘ
Historische Fälle von Kontamination mit Diethylenglykol
Am 4. Mai 2007 wies die US-amerikanische Food and Drug Administration alle US-amerikanischen Arzneimittelhersteller an, alle Glycerinchargen auf das giftige Diethylenglykol zu testen. Dies geschah, nachdem es in Panama zu Hunderten von tödlichen Vergiftungen gekommen war, die auf eine gefälschte Einfuhrzollerklärung der panamaischen Import-/Exportfirma Aduanas Javier de Gracia Express, S. A. zurückzuführen waren. Zwischen 1990 und 1998 kam es in Argentinien, Bangladesch, Indien und Nigeria zu Vergiftungsfällen mit DEG, die Hunderte von Todesopfern forderten. Im Jahr 1937 starben in den Vereinigten Staaten mehr als hundert Menschen, nachdem sie das mit DEG kontaminierte Elixier Sulfanilamid, ein Medikament zur Behandlung von Infektionen, eingenommen hatten. ⓘ
Etymologie
Die Präfixe gly- und glu- für Glykole und Zucker stammen vom griechischen γλυκύς glukus, was süß bedeutet. ⓘ
Geschichte
1779 erhielt Carl Wilhelm Scheele bei der Verseifung von Olivenöl erstmals Glycerin. Michel-Eugène Chevreul konnte im Jahr 1813 nachweisen, dass Fette Ester von Fettsäuren und Glycerin sind und gab dem Alkohol 1823 seinen Namen, abgeleitet von γλυκύς glykýs ‚süß‘. 1836 wurde der strukturelle Aufbau von Théophile-Jules Pelouze aufgeklärt. Der Engländer George Fergusson Wilson entwickelte 1854 ein Verfahren, um reines Glycerin in industriellem Maßstab zu synthetisieren. In der Folgezeit stieg das Interesse an Glycerin als Vorläufer für das damals neu entdeckte Nitroglycerin. ⓘ
Damals wurde Glycerin größtenteils aus Ölen und Fetten gewonnen, allerdings reichte die Produktionsmenge in Kriegszeiten nicht aus, sodass erstmals auch Anlagen gebaut wurden, in denen Glycerin aus Zucker fermentativ hergestellt wurde. 1943 wurde in Deutschland eine neue, erdölbasierte Herstellungsmethode für Glycerin gefunden, die in der Folgezeit die fermentative Herstellung ablöste. Um die Jahrtausendwende wurden ca. 25 % des Glycerins erdölbasiert hergestellt. ⓘ
Da durch politische Maßnahmen seit Anfang der 2000er Jahre die Produktion von Biodiesel mehr und mehr gefördert wurde, stieg auch die Menge des Kuppelprodukts Glycerin aus natürlichen Quellen stark an. Mittlerweile wird Glycerin nahezu ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Durch die gestiegene Produktionsmenge ist der Glycerinpreis stark gefallen. Damit wird Glycerin auch für neue Anwendungen interessant, für die es früher zu teuer war. 2015 lag die weltweite Jahresproduktion an Glycerin bei ca. 4 Millionen Tonnen. ⓘ
Gewinnung und Darstellung
Die Herstellung kann petrochemisch aus Propen mit den Zwischenprodukten Allylchlorid und Epichlorhydrin oder chemisch als Kuppelprodukt bei der Verseifung von natürlichen Fetten und Ölen zur Gewinnung von Seifen (= Alkalisalze der Fettsäuren) geschehen. Früher wurden dazu vor allem tierische Fette eingesetzt. ⓘ
Inzwischen werden große Mengen Glycerin als Nebenprodukt der Biodieselherstellung erzeugt. Dies geschieht durch eine Umesterung von meist pflanzlichen Ölen mit Methanol. Ein Fettmolekül (Triacylglycerid) wird mit drei Methanolmolekülen zu Glycerin und drei Fettsäuremethylestern (FAME) umgesetzt. ⓘ
Auch eine biotechnologische Herstellung durch Fermentation ist möglich. Hefen können durch Sulfitzusatz die Gärung von Ethanolbildung auf Glycerinbildung umstellen. Als Substrat wurde oftmals Melasse verwendet, da diese neben einem hohen Anteil an Zucker auch viel Sulfit enthält. Diese Form der Gärung wurde 1918 von Neuberg als 2. Neuberg’sche Gärungsform bezeichnet. Das Verfahren geht auf Carl Neuberg zurück, wurde von Karl Lüdecke und Wilhelm Connstein von den Vereinigten Chemischen Werken in Berlin-Charlottenburg entwickelt und wurde im Ersten Weltkrieg in Deutschland von großer Bedeutung für die Sprengstoffproduktion. ⓘ
Glycerin ist in unterschiedlichen Reinheiten im Handel erhältlich. Für industrielle Zwecke wird es als Rohglycerin und für pharmazeutische Zwecke (Pharmaglycerin) in den Qualitäten 99,8-, 99,5- und etwa 86-prozentig angeboten. 86-prozentig (mit 14 % Wasser) ist es wegen des stark erniedrigten Schmelzpunkts (−10 °C) und der niedrigeren Viskosität (ca. 100 mPa·s) technisch einfacher zu handhaben. Die Aufbereitung erfolgt durch mehrstufige Destillation, Desodorierung und Filtration. Hochreines, synthetisches Glycerin stammt nicht aus tierischen oder pflanzlichen Vorprodukten und wird besonders in qualitätssensiblen Bereichen der Pharmaindustrie sowie der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie eingesetzt. ⓘ
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Glycerin ist bei Raumtemperatur eine farb- und geruchlose, leicht viskose und hygroskopische Flüssigkeit, die süßlich schmeckt. Glycerin hat eine Viskosität von 1480 mPa·s (20 °C). ⓘ
Chemische Eigenschaften
Glycerin bildet unter Hitzeeinwirkung weißen Dampf. Beim Erhitzen unter Sauerstoffmangel zersetzt es sich zudem in Wasser gut (267 g/l) löslichen sowie giftigen ungesättigten Aldehyd Propenal, das auch Acrylaldehyd oder Acrolein genannt wird. ⓘ
Mit festem Kaliumpermanganat reagiert es unter Selbstentzündung vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Als Nebenprodukte entstehen bei dieser Reaktion auch Braunstein und Kaliumcarbonat. ⓘ
Von wässrigem Kaliumpermanganat wird es nur bis zur Mesoxalsäure oxidiert. (CSB-Titration durch Manganometrie) ⓘ
Sicherheitstechnische Kenngrößen
Glycerin bildet bei höherer Temperatur entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt bei 191 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 2,6 Vol.‑% (99 g/m3) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 11,3 Vol.‑% (435 g/m3) als obere Explosionsgrenze (OEG). Die Zündtemperatur beträgt 400 °C. Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2. ⓘ
Verwendung
Lebensmittel und Kosmetik
Wegen seiner wasserbindenden Eigenschaften ist Glycerin in Kosmetikartikeln als Feuchtigkeitsspender enthalten. Als Lebensmittelzusatzstoff findet Glycerin unter der Nummer E 422 Anwendung zur Feuchthaltung, etwa für Datteln oder Kaugummi, aber auch als Süßungsmittel. Auch in verschiedenen Zahnpasten ist Glycerin enthalten. ⓘ
Haushalt
Häufig wird Glycerin in das Wasser von Weihnachtsbaumständern gegeben, um den Baum länger frisch zu halten. Das Glycerin sorgt für Frostschutz und führt dazu, dass die Nadeln länger halten. Glycerin findet aufgrund seiner feuchtigkeitsspendenden Wirkung Verwendung in Lederpflegemitteln und Schuhcremes, um Leder glatt und geschmeidig zu halten. Auch bei der Herstellung von Flüssigkeit für Seifenblasen wird in der Regel etwas Glycerin hinzugegeben. ⓘ
Malerei
Glycerin dient als Feuchthaltemittel in Aquarellfarben, entweder allein oder zusammen mit Honig. ⓘ
Industrie und Technik
Glycerin wird als Frostschutzmittel (in Mischung mit Wasser als Wärmeträger), Schmierstoff und Weichmacher verwendet. In Nebelfluiden wird es zur Erhöhung der Standzeit des Nebels beigesetzt. Bei der Herstellung von Kunststoffen, Microchips, Farbstoffen sowie Zahnpasta wird die Substanz als Reaktant benötigt. Bei der Reaktion von Glycerin mit einem Gemisch konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure entsteht „Glyceroltrinitrat“. Diese Verbindung ist der als „Nitroglycerin“ bekannte Explosivstoff, der zusammen mit Kieselgur den Sprengstoff Dynamit bildet. ⓘ
Aufgrund der zeitweise deutlich gesunkenen Preise werden neue Anwendungsgebiete für Glycerin gesucht. Neben der Verbrennung sind dabei insbesondere die Nutzung als zusätzliches Nährmedium (Cosubstrat) in Biogasanlagen zur Erzeugung von Biogas sowie die Nutzung als Fermentationssubstrat in der Industriellen Biotechnologie Alternativen. ⓘ
Weiterhin wird geforscht, Glycerin mit Isobuten zu Glycerin-tert-butylether (GTBE; analog zu MTBE und ETBE) umzusetzen für den Einsatz als Kraftstoffzusatz. Seit 2009 setzt die Volkswagen AG aus alten Frittierfetten gewonnenes Glycerin anstelle von aus Erdöl gewonnenem Ethylenglycol als Kühlmittelzusatz (G13) in ihren Fahrzeugmodellen ein. ⓘ
Glycerin lässt sich in einem neuen Verfahren unter Einwirkung von Ameisensäure zu einem chemischen Grundbaustein – dem Allylalkohol – umsetzen. ⓘ
Landwirtschaft
Bei steigenden Futtermittelpreisen findet Glycerin als Futtermittel für Wiederkäuer, Schweine und Hühner Interesse. ⓘ
Plattformchemikalie in der Chemieindustrie
Glycerin ist eine Plattformchemikalie, da es in großem Umfang biobasiert gewonnen wird, und sich chemisch als Synthesebaustein für zahlreiche verschiedene Endprodukte eignet. ⓘ
Biologische Bedeutung
Die meisten tierischen und pflanzlichen Fette und Öle sind Triacylglyceride (Triglyceride). Sie bestehen aus dem dreiwertigen Alkohol Glycerin, der über die Hydroxygruppen (–OH) dreifach mit Fettsäuren verestert ist. Sie sind Energiespeicher im Fettgewebe oder in Samen von Ölpflanzen, wie Raps, Soja, Sonnenblume, Kokospalmen oder Ölpalmen. Ähnlich aufgebaut sind Phosphoglyceride. Statt der dritten Fettsäure ist eine Phosphatgruppe verestert und an diese ein Rest gekoppelt, wie Cholin im Lecithin. Somit erhält das Molekül einen polaren und einen apolaren Bereich, was die Bildung einer Membran (Zellmembran) ermöglicht. ⓘ
Nahezu alle natürlich vorkommenden Glycerinderivate weisen die sn-Konfiguration auf, welche die räumliche Anordnung der Substituenten am mittleren Kohlenstoffatom des Glycerins festlegt. ⓘ
Einige Insekten enthalten Glycerin als natürliches Gefrierschutzmittel im Blut, um tiefe Temperaturen überleben zu können. Hornissen überleben so bis zu −17 °C und arktische Laufkäfer bis zu −85 °C. ⓘ
Gesundheitsrisiken
In Wasserpfeifentabak
Glycerin wird neben anderen Feuchthaltemitteln Wasserpfeifentabaken in erheblichen Mengen zugesetzt. Eine Untersuchung des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) quantifizierte den Feuchthaltemittelgehalt im Wasserpfeifenrauch und konnte erhebliche Mengen der Feuchthaltemittel Glycerin und Propandiol (Propylenglycol) nachweisen. In der Bewertung der Ergebnisse wurde auf mögliche Gesundheitsgefahren hingewiesen, bei denen sich das BfR auf Studien im Zusammenhang mit der Toxikologie von sogenannten TSNAs und PAHs bezieht, welche ebenso bei der Benutzung von Wasserpfeifen entstehen und Teils sowohl im Blut als auch im Urin von Rauchern von Wasserpfeifen nachgewiesen wurden. ⓘ