Войти
Общая химическая структура парабена ( пара- гидроксибензоат), где R = алкильная группа Парабены - это класс широко используемых консервантов в косметических и фармацевтических продуктах. Химически они представляют собой серию парагидроксибензоатов или сложных эфиров парагидроксибензойной кислоты (также известной как 4-гидроксибензойная кислота ). Парабены являются эффективными консервантами во многих формулах. Эти соединения и их соли используются в первую очередь из-за их бактерицидных и фунгицидных свойств. Они содержатся в шампунях, коммерческих увлажняющих средствах, гелях для бритья, личных смазках, местных / парентеральных фармацевтических препаратах, средствах для загара, макияже и зубной пасте. Они также используются в качестве пищевых консервантов.
Никаких эффективных прямых связей между парабенами и раком не установлено.
Парабены активны против широкого спектра микроорганизмов. Однако их антибактериальный механизм действия изучен недостаточно. Считается, что они действуют, нарушая процессы мембранного транспорта или ингибируя синтез ДНК и РНК или некоторых ключевых ферментов, таких как АТФазы и фосфотрансферазы, у некоторых видов бактерий. Пропилпарабен считается более активным против большего числа бактерий, чем метилпарабен. Более сильное антибактериальное действие пропилпарабена может быть связано с его большей растворимостью в бактериальной мембране, что может позволить ему достигать цитоплазматических мишеней в более высоких концентрациях. Однако, поскольку большинство исследований механизма действия парабенов предполагают, что их антибактериальное действие связано с мембраной, возможно, что его более высокая растворимость в липидах разрушает липидный бислой, тем самым вмешиваясь в процессы транспорта бактериальной мембраны и, возможно, вызывая утечка внутриклеточных компонентов.
Парабены являются сложными эфирами из пара -гидрокси бен Zoic кислоты, из которого получено имя. Обычные парабены включают метилпарабен ( E-номер E218), этилпарабен (E214), пропилпарабен (E216), бутилпарабен и гептилпарабен (E209). Менее распространенные парабены включают изобутилпарабен, изопропилпарабен, бензилпарабен и их натриевые соли. Общая химическая структура парабена показана в правом верхнем углу этой страницы, где R символизирует алкильную группу, такую как метил, этил, пропил или бутил.
Все коммерчески используемые парабены производятся синтетическим путем, хотя некоторые из них идентичны тем, которые встречаются в природе. Они получают путем этерификации из пара -hydroxybenzoic кислоты с соответствующим спиртом, таким как метанол, этанол или н-пропанол. пара- гидроксибензойная кислота, в свою очередь, производится промышленным способом путем модификации реакции Кольбе-Шмитта с использованием феноксида калия и диоксида углерода.
Большинство доступных данных о токсичности парабенов получены из исследований однократного воздействия, что означает наличие одного типа парабена в одном типе продукта. Согласно исследованию парабенов, это относительно безопасно и представляет лишь незначительный риск для эндокринной системы. Однако, поскольку многие типы парабенов широко используются во многих типах продуктов, необходима дополнительная оценка дополнительного и совокупного риска многократного воздействия парабенов при ежедневном использовании множества косметических средств и / или средств личной гигиены. FDA заявляет, что у них нет информации о том, что использование парабенов в косметике каким-либо образом влияет на здоровье. Они продолжают рассматривать некоторые вопросы и оценивать данные о возможном влиянии парабенов на здоровье.
Парабены по большей части не вызывают раздражения и сенсибилизации. Было обнаружено, что среди людей с контактным дерматитом или экземой менее 3% пациентов имеют чувствительность к парабенам. Сообщалось как минимум об одном случае аллергической реакции на парабены.
Американское общество рака упоминается исследование 2004 года, которое показало, парабены в тканях груди мастэктомии пациентов, но не нашли парабены быть причиной рака. Майкл Тун из ACS заявил, что эффекты парабенов будут незначительными по сравнению с другими рисками, «такими как прием гормонов после менопаузы и избыточный вес». В обзоре 2005 года был сделан вывод, что «биологически неправдоподобно, что парабены могут увеличивать риск какой-либо конечной точки, опосредованной эстрогеном, включая воздействие на мужской репродуктивный тракт или рак груди » и что «ежедневное воздействие парабенов в худшем случае будет представлять значительно меньший риск по сравнению с воздействие естественных эндокринных активных химических веществ в рационе, таких как фитоэстроген даидзеин ».
Эксперименты на животных показали, что парабены обладают слабой эстрогенной активностью, действуя как ксеноэстрогены. В исследовании in vivo было установлено, что эффект бутилпарабена составляет примерно 1/100 000 от эффекта эстрадиола, и наблюдался только при уровне дозы, примерно в 25 000 раз превышающей уровень, обычно используемый для консервирования продуктов. Исследование также показало, что эстрогенная активность парабенов in vivo снижена примерно на три порядка по сравнению с активностью in vitro.
Эстрогенная активность парабенов увеличивается с увеличением длины алкильной группы. Считается, что пропилпарабен в определенной степени также является эстрогенным, хотя ожидается, что он будет меньше, чем бутилпарабен, в силу его менее липофильной природы. Поскольку можно сделать вывод, что эстрогенная активность бутилпарабена незначительна при нормальном использовании, то же самое следует сделать и для более коротких аналогов из-за эстрогенной активности парабенов, возрастающей с увеличением длины алкильной группы.
Европейский научный комитет по безопасности потребителей (SCCS) в 2013 году подтвердил, что метилпарабен и этилпарабен безопасны при максимально разрешенных концентрациях (до 0,4% для одного сложного эфира или 0,8% при использовании в комбинации). SCCS пришел к выводу, что использование бутилпарабена и пропилпарабена в качестве консервантов в готовых косметических продуктах безопасно для потребителя, если сумма их индивидуальных концентраций не превышает 0,19%. Изопропилпарабен, изобутилпарабен, фенилпарабен, бензилпарабен и пентилпарабен запрещены Постановлением Европейской комиссии (ЕС) № 358/2014.
Опасения по поводу эндокринных разрушителей побудили потребителей и компании искать альтернативы, не содержащие парабенов. Распространенной альтернативой был феноксиэтанол, но он имеет свои риски и привел к предупреждению FDA о включении в кремы для сосков.
Выбросы парабенов в окружающую среду являются обычным явлением из-за его повсеместного использования в косметических продуктах. Исследование потребительских товаров личной гигиены, проведенное в 2010 году, показало, что 44% протестированных продуктов содержат парабены. При смывании этих продуктов с человеческого тела они стекают в канализацию в общественные сточные воды. Как только это происходит, появляется возможность для парабенов накапливаться в водных и твердых средах. Некоторые из наиболее распространенных производных парабена, встречающихся в окружающей среде, включают метилпарабен, этилпарабен, пропилпарабен и бутилпарабен. Парабены попадают со сточными водами на очистные сооружения (КОС) в качестве входящего потока, где они либо удаляются, химически изменяются, либо выбрасываются в окружающую среду через ил или третичные сточные воды.
Общий поток парабенов, проходящих через очистные сооружения. На одной из станций очистки сточных вод в Нью-Йорке массовая нагрузка всех исходных производных парабена (метилпарабен, этилпарабен, пропилпарабен, бутилпарабен и т. Д.) Из поступающих сточных вод составила 176 мг / день на 1000 человек. Когда это значение используется для оценки количества парабенов, поступающих на очистные сооружения от 8,5 миллионов человек, проживающих в настоящее время в Нью-Йорке в течение всего года, рассчитывается примерно 546 кг парабенов. Следовательно, уровни накопления парабенов оказываются значительными при длительном наблюдении. Очистные сооружения удаляют от 92 до 98% производных парабенов; однако большая часть этого удаления происходит из-за образования продуктов разложения. Несмотря на предполагаемую высокую степень элиминации на очистных сооружениях, в различных исследованиях были измерены высокие уровни производных парабенов и продуктов разложения, сохраняющихся в окружающей среде.
Реакция общего парабена с хлорноватистой кислотой (HClO) с образованием моно- и дихлорированных продуктов. 
Стрелочный механизм образования монохлорированного парабена. 
Хлорирование пропилпарабена с течением времени в воде при 20 ° C, содержащей 0,5 мкМ пропилпарабена и 50 мкМ свободного хлора. Помимо исходных парабенов, продукты разложения парабенов, которые образуются на стадиях очистки сточных вод, представляют опасность для окружающей среды, включая моно- и дихлорированные парабены. Когда парабеносодержащие продукты смываются в канализацию, парабены могут вступать в реакции хлорирования. Эта реакция может происходить со свободным хлором, присутствующим в водопроводной воде, или с гипохлоритом натрия, который часто используется на очистных сооружениях в качестве последнего этапа дезинфекции. В нейтральной воде спектроскопия комбинационного рассеяния подтвердила, что хлор преимущественно присутствует в виде хлорноватистой кислоты (HClO). Парабены могут реагировать с HClO с образованием моно- и дихлорированных продуктов посредством электрофильного ароматического замещения. Электрофильная атака хлора образует карбокатион, который стабилизируется донорной электронной плотностью от гидроксильной группы парабена. Этот этап является эндергоническим из-за потери ароматичности, хотя гидроксильная группа действует как активирующая группа, которая увеличивает скорость. Затем основание может оторвать протон от углерода, содержащего хлор, за чем следует последующее восстановление ароматичности вовлеченными пи-электронами. Поскольку гидроксильная группа активирует больше, чем сложноэфирная группа парабена, реакция будет проходить в обоих орто-положениях, поскольку пара-положение уже заблокировано.
Уравнение Аррениуса использовалось в исследовании для расчета энергий активации хлорирования четырех исходных парабенов (метил-, этил-, пропил- и бутилпарабен), и было обнаружено, что оно находится в диапазоне 36–47 кДж / моль. В другом исследовании в водопроводную воду при 20 ° C (68 ° F), содержащую 50–200 мкМ свободного хлора, добавляли 0,5 мкМ пропилпарабена, и в течение 40 минут контролировали состав смеси, чтобы определить, происходит ли хлорирование в условиях, характерных для водопроводной воды.. Результаты исследования подтверждают исчезновение пропилпарабена через 5 минут, появление как 3-хлорпропилпарабена, так и 3,5-дихлорпропилпарабенпарабена через 5 минут, а также стойкость 3,5-дихлорпропилпарабена в качестве основного вещества. остающийся в реакции. Аналогичная, хотя и более быстрая тенденция была обнаружена в исследовании, в котором температура реакции была увеличена до 35 ° C.
Общая реакция, показывающая разложение исходного парабена до 4-гидроксибензойной кислоты посредством катализируемого основанием гидролиза сложноэфирной связи. 
Механизм нажатия стрелки, показывающий разложение исходного парабена до PHBA посредством катализируемого основанием гидролиза сложноэфирной связи Еще одним важным продуктом разложения парабенов является 4-гидроксибензойная кислота (PHBA). Есть два механизма, по которым парабены могут разлагаться до PHBA. Первый путь разложения происходит химически. Исходные парабены легко подвергаются катализируемому основанием гидролизу сложноэфирной связи с образованием ПГБА. Реакция происходит в умеренно щелочных условиях, особенно при pH ≥ 8. Эта реакция довольно распространена в домашних условиях из-за диапазона pH бытовых сточных вод 6–9 и преобладающего присутствия парабенов в косметических продуктах. Когда парабеносодержащие косметические продукты сбрасываются в сток коммунальных сточных вод, они подвергаются воздействию среды с pH ≥ 8, и происходит катализируемый основанием гидролиз исходного парабена с образованием ПГБА.
В механизме переноса электронов пи-электроны в двойной связи между кислородом и карбонильным углеродом резонируют с кислородом, оставляя отрицательный заряд на кислороде и положительный заряд на карбонильном углероде. Ион гидроксида, действуя как нуклеофил, атакует теперь электрофильный карбонильный углерод, приводя к гибридизации sp 3 на карбонильном углероде. Электроны снова резонируют, образуя двойную связь между кислородом и карбонильным углеродом. Чтобы сохранить исходную гибридизацию sp 2, группа –OR уйдет. Группа –OR действует как уходящая группа лучше, чем группа –ОН, благодаря своей способности сохранять отрицательный заряд с большей стабильностью. Наконец, -OR-, действуя как основание, будет депротонировать карбоновую кислоту с образованием карбоксилат-аниона.
Второй путь, по которому парабены могут разлагаться до PHBA, происходит биологически на очистных сооружениях. Во время фазы вторичного отстойника очистки сточных вод ил накапливается на дне вторичного отстойника. При разделении жидкой и твердой фаз поступающего потока парабены имеют большую тенденцию накапливаться в иле. Это связано с его умеренной гидрофобностью, количественно определяемой значением log K ow, равным приблизительно 1,58. Этот отстой сконцентрирован в органических питательных веществах; следовательно, распространение микроорганизмов в иле становится обычным явлением. Одним из организмов является Enterobacter cloacae, который биологически метаболизирует парабены ила в PHBA.
С помощью различных аналитических методов, таких как газовая хроматография и высокоэффективная жидкостная хроматография, были определены точные уровни накопления производных парабена и продуктов разложения в окружающей среде. Эти уровни были точно измерены в третичных сточных водах и осадках сточных вод, поскольку они являются основными путями, по которым парабены и продукты их разложения попадают в окружающую среду после сброса с очистных сооружений.
Концентрации парабенов в пробах третичной сточной воды в мкг / л (слева). Концентрации парабенов в пробах осадка сточных вод в мкг / г (справа). Устойчивость парабенов в осадках сточных вод относительно высока из-за их способности связываться с органическими веществами. Значения коэффициента адсорбции почвы были рассчитаны Агентством по охране окружающей среды США и составили 1,94 (метилпарабен), 2,20 (этилпарабен), 2,46 (пропилпарабен) и 2,72 (бутилпарабен), все из которых предполагают, что парабены обладают способностью прикрепляться к органической части осадок и ил и, таким образом, сохраняются в окружающей среде.
Хлорированные парабены удаляются из очистных сооружений с эффективностью всего 40% по сравнению с эффективностью 92–98% исходных парабенов. Снижение эффективности удаления можно объяснить снижением способности хлорированных парабенов к биологическому разложению, их повышенной общей стабильностью на всех очистных сооружениях и их относительно низкой сорбцией в фазе ила из-за низких значений log Kflow.
Более высокие уровни PHBA обнаруживаются в третичных сточных водах по сравнению с производными парабенов, а PHBA присутствует в самых высоких концентрациях в илах сточных вод. Такой уровень накопления объясняется двумя причинами. Первая причина - это склонность PHBA к сорбции твердыми частицами, что можно приблизительно оценить по высокому значению K d бензойной кислоты, равному примерно 19. pKa PHBA составляет 2,7, но это в среде с pH от 6 до 9. Поскольку pKa меньше pH, карбоновая кислота будет депротонирована. Карбоксилат позволяет ему действовать в качестве сорбента на твердых экологических матриц, тем самым способствуя его агрегации в третичном сточных вод, но особенно осадка сточных вод, который действует как самой твердой матрице. Вторая причина связана с промежуточным увеличением уровней PHBA во время фазы вторичного осветлителя на очистных сооружениях посредством биологических процессов.
Многочисленные исследования связывают хлорированные парабены с эндокринными нарушениями функций, в частности, имитируя эффекты эстрогена, а хлорированные парабены, как полагают, в 3-4 раза более токсичны, чем их родительские парабены. У Daphnia magna общая токсичность хлорированных парабенов возникает из-за неспецифического нарушения функции клеточных мембран. Эффективность хлорированных парабенов коррелирует со склонностью соединения накапливаться в клеточных мембранах. Таким образом, хлорированные парабены обычно увеличивают токсичность по мере увеличения длины их сложноэфирных цепей из-за их повышенной гидрофобности.
Последствия накопления PHBA в окружающей среде также заслуживают внимания. Если третичные сточные воды повторно используются в общественных местах в качестве серой воды, они представляют опасность для людей. Эти опасности включают, но не ограничиваются ими, аномальное развитие плода, активность, нарушающую эндокринную систему, и неправильные эффекты, способствующие эстрогену. Если третичные сточные воды сбрасываются в окружающую среду в реках и ручьях или если ил используется в качестве удобрения, он представляет опасность для организмов окружающей среды. Он особенно токсичен для организмов на более низких трофических уровнях, особенно для различных видов водорослей. Фактически, было показано, что LC 50 для определенного вида водорослей, Selenastrum capricornutum, составляет 0,032 микрограмма на литр (мкг / л). Это меньше естественного содержания PHBA в третичных стоках на уровне 0,045 мкг / л, что указывает на то, что нынешние уровни PHBA в третичных стоках потенциально могут уничтожить более 50% Selenastrum capricornutum, с которым он контактирует.
Стрелочный механизм озонирования парабенов. Озонирование - это передовой метод лечения, который рассматривался как возможный метод ограничения количества парабенов, хлорированных парабенов и PHBA, которые накапливаются в окружающей среде. Озон - чрезвычайно мощный окислитель, который окисляет парабены и облегчает их удаление после прохождения через фильтр. Из-за электрофильной природы озона он может легко реагировать с ароматическим парабеновым кольцом с образованием гидроксилированных продуктов. Озонирование обычно считается менее опасным методом дезинфекции, чем хлорирование, хотя озонирование требует более затратных соображений. Озонирование продемонстрировало высокую эффективность удаления парабенов (98,8–100%) и несколько меньшую эффективность 92,4% для PHBA. Однако умеренно более низкая скорость удаления наблюдается для хлорированных парабенов (59,2–82,8%). Предлагаемый механизм реакции для удаления парабенов озонированием подробно описан механически.
