Glicerolo: sintesi, reazioni, usi

L’ 1,2,3-propantriolo noto come glicerolo o glicerina è un composto organico di grande rilevanza in numerosi ambiti industriali e scientifici. Presente naturalmente negli oli e nei grassi animali e vegetali sotto forma di componente dei trigliceridi, il glicerolo si distingue per le sue eccellenti proprietà chimico-fisiche, che ne fanno una sostanza estremamente versatile.

E’ presente nei lipidi dove si trova sotto forma di trigliceride ovvero in forma esterificata in cui al posto dell’idrogeno presente nei gruppi –OH vi sono tre catene di acidi grassi a lunga catena. Da secoli utilizzato in farmacia, cosmetica, alimentazione e nella produzione di materiali, il glicerolo ha trovato negli ultimi decenni un impiego crescente anche in ambiti tecnologici e ambientali, grazie alla sua biocompatibilità, non tossicità e capacità igroscopica.

Proprietà chimico-fisiche

Dal punto di vista fisico, il glicerolo si presenta come un liquido incolore, denso e viscoso, con una consistenza oleosa e un odore leggermente dolciastro. Ha un punto di fusione relativamente basso, pari a circa 17.8 °C, e un punto di ebollizione elevato, intorno ai 290 °C, anche se tende a decomporsi prima di raggiungere temperature troppo alte. La sua densità è superiore a quella dell’acqua, attestandosi intorno a 1.26 g/cm³ a 20 °C, e possiede una viscosità marcata, il che lo rende utile in molte applicazioni come lubrificante o additivo umettante.

Una delle caratteristiche più importanti del glicerolo è la sua miscibilità completa con l’acqua, dovuta alla presenza dei gruppi -OH che formano legami a idrogeno con le molecole d’acqua. È solubile anche in alcuni solventi organici, come l’etanolo, mentre è meno compatibile con solventi apolari come l’etere etilico. La sua tensione superficiale relativamente elevata, unita alla viscosità, lo rende ideale per formulazioni in campo cosmetico e farmaceutico, dove agisce spesso come stabilizzante o agente idratante.

Dal punto di vista chimico, il glicerolo è un composto abbastanza reattivo, soprattutto grazie ai suoi gruppi ossidrilici. Può reagire con acidi carbossilici per formare esteri, come nel caso della sintesi dei trigliceridi nei lipidi. In presenza di ossidanti, il glicerolo può trasformarsi in diversi prodotti, tra cui acido glicerico, acido tartronico o diidrossiacetone, a seconda delle condizioni di reazione. Un’altra reazione significativa è la disidratazione acida, che porta alla formazione di acroleina, un composto volatile con odore pungente e usi industriali. Inoltre, il glicerolo è igroscopico, cioè ha la capacità di assorbire l’umidità dall’ambiente, rendendolo prezioso in molte formulazioni industriali come umettante.

Sintesi del glicerolo

Dall’idrolisi dei trigliceridi in ambiente alcalino si ottiene il glicerolo e tre sali di acidi grassi con cui sono fatti i saponi. Il glicerolo è abitualmente ottenuto come sottoprodotto della preparazione dei saponi.

Il glicerolo è ottenuto dalla fermentazione degli zuccheri con rese molto basse che possono essere elevate fino al 25% in presenza di solfito di sodio:

C₆H₁₂O₆ → HOCH₂CHOHCH₂OH + CH₃CHO + CO₂

Può essere ottenuto a livello industriale a partire dal propene che viene fatto reagire con il cloro con ottenimento del cloruro di allile. Quest’ultimo in presenza di NaOH dà luogo alla formazione di un alcol allilico. Per reazione con HClO dà una β-monocloridrina che per successiva reazione con NaOH dà il glicerolo

Il glicerolo è anche ottenuto come sottoprodotto della sintesi del biodiesel.

Reazioni

Il glicerolo ha due gruppi –OH che sono di tipo primario e un gruppo –OH di tipo secondario. Poiché i gruppi alcolici primari sono più acidi dei gruppi alcolici secondari facendo reagire a temperatura ambiente il glicerolo con il sodio sono attaccati solo i gruppi –OH primari. Si  ottiene l’1,3-disodio gliceroato NaOCH₂CHOHCH₂ONa.

In ambiente acido il glicerolo è disidratato e la reazione può procedere in due modi. Se la disidratazione avviene sul gruppo ossidrilico primario si ottiene, come principale prodotto di reazione l’idrossiacetone. Se invece avviene sul gruppo ossidrilico secondario si ottiene il 3-idrossipropanale che è successivamente disidratata ad acroleina usata per la produzione industriale dell’acido acrilico.

Può essere ossidato e, a seconda dell’agente ossidante, dà luogo alla formazione di diversi prodotti di reazione in presenza di:

– acido nitrico diluito dà l’acido 2,3-diidrossipropanoico noto come acido glicerico

-acido nitrico concentrato dà oltre all’acido glicerico l’acido 2-idrossipropandioico noto come acido tartronico

– nitrato di bismuto dà l’acido ossopropandioico noto come acido mesossalico

-reattivo di Fenton costituito da perossido di idrogeno e ione Fe²⁺ dà gliceraldeide e diidrossiacetone

–permanganato dà acido ossalico e biossido di carbonio a seguito di una reazione violenta ed esplosiva

Fu utilizzato per ottenere uno dei poliesteri che si diffuse nel corso della Prima Guerra Mondiale noto con il nome di Glyptal, resina alchidica, ottenuta da glicerolo, anidride ftalica e acidi grassi che veniva utilizzato come rivestimento e come materiale impregnante

Per reazione  con acido nitrico fumante si ottiene la nitroglicerina.

che è un noto esplosivo ma presenta indicazioni farmacologiche per la sua attività vasodilatatrice.

Usi del glicerolo

Grazie alla sua versatilità, il glicerolo trova applicazione in una vasta gamma di settori industriali, tecnologici e scientifici. Le sue proprietà, tra cui la biocompatibilità, la capacità di trattenere l’umidità, la non tossicità e la stabilità chimica, lo rendono un ingrediente fondamentale in moltissime formulazioni e processi produttivi.

Uno degli ambiti più consolidati è quello cosmetico e farmaceutico. In creme, lozioni, dentifrici, saponi e prodotti per la cura della pelle, il glicerolo agisce come umettante e idratante, aiutando a mantenere la pelle morbida ed evitando la disidratazione. Nella farmaceutica, viene utilizzato come veicolo per principi attivi in sciroppi, supposte, gel e colliri, e come agente plastificante nelle capsule di gelatina. La sua innocuità per l’organismo umano ne consente l’uso anche in prodotti destinati a bambini e persone con pelle sensibile.

Nel settore alimentare, il glicerolo è impiegato come additivo (E422), dove svolge diverse funzioni: agisce come umidificante, dolcificante (ha un sapore dolce ma un basso indice glicemico), stabilizzante e solvente. Si trova in gomme da masticare, prodotti da forno, bevande, dolci e alimenti destinati a regimi speciali.

In ambito industriale, il glicerolo è utilizzato nella produzione di resine, plastiche biodegradabili, liquidi antigelo e lubrificanti. In particolare, è un componente di base in molte formulazioni di antigelo per la sua capacità di abbassare il punto di congelamento dell’acqua. Viene anche impiegato come plastificante in materiali polimerici e come agente lubrificante nei macchinari che lavorano alimenti o farmaci, dove è richiesta la compatibilità con l’ambiente e la salute umana.

Negli ultimi anni, il glicerolo ha assunto un ruolo emergente anche nel settore energetico. Come sottoprodotto della produzione di biodiesel, viene sfruttato per la sintesi di biocarburanti, come fonte di carbonio per la crescita microbica, o per la produzione di idrogeno e altri composti chimici a valore aggiunto. Questo lo rende particolarmente interessante nel contesto dell’economia circolare e della valorizzazione dei rifiuti industriali.

Inoltre, in biotecnologia e laboratorio, il glicerolo è spesso usato per conservare campioni biologici, come ceppi batterici o enzimi, grazie alla sua capacità crioprotettiva, ossia di proteggere le cellule dai danni del congelamento. Inoltre, viene utilizzato come componente nei gel per l’elettroforesi, nelle soluzioni tampone e in diverse reazioni enzimatiche.

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