Paraben - Paraben
Parabener er en klasse af meget anvendte konserveringsmidler i kosmetiske og farmaceutiske produkter. Kemisk er de en række parahydroxybenzoater eller estere af parahydroxybenzoesyre (også kendt som 4-hydroxybenzoesyre ). Parabener er effektive konserveringsmidler i mange typer formler. Disse forbindelser og deres salte anvendes primært til deres bakteriedræbende og fungicide egenskaber. De findes i shampoo , kommercielle fugtighedscreme , barberingsgeler , personlige smøremidler , topiske / parenterale lægemidler, solbruneprodukter, makeup og tandpasta . De bruges også som konserveringsmidler til mad .
Der er ikke etableret nogen effektive direkte forbindelser mellem parabener og kræft .
Handlingsmåde
Parabener er aktive mod et bredt spektrum af mikroorganismer . Deres antibakterielle virkningsmåde forstås imidlertid ikke godt. Det antages, at de virker ved at afbryde membrantransportprocesser eller ved at hæmme syntese af DNA og RNA eller nogle vigtige enzymer, såsom ATPaser og phosphotransferaser, i nogle bakteriearter. Propylparaben betragtes som mere aktiv mod flere bakterier end methylparaben. Den stærkere antibakterielle virkning af propylparaben kan skyldes dets større opløselighed i bakteriemembranen, hvilket kan give det mulighed for at nå cytoplasmiske mål i større koncentrationer. Da størstedelen af undersøgelserne om parabens virkningsmekanisme antyder, at deres antibakterielle virkning er knyttet til membranen, er det imidlertid muligt, at dens større lipidopløselighed forstyrrer lipid-dobbeltlaget og derved interfererer med bakterielle membrantransportprocesser og måske forårsager lækage af intracellulære bestanddele.
Kemi
Parabener er estere af para -hydroxy ben Zoic syre , hvorfra navnet stammer. Almindelige parabener inkluderer methylparaben ( E-nummer E218), ethylparaben (E214), propylparaben (E216), butylparaben og heptylparaben (E209). Mindre almindelige parabener inkluderer isobutylparaben, isopropylparaben , benzylparaben og deres natriumsalte. Den generelle kemiske struktur af en paraben vises øverst til højre på denne side, hvor R symboliserer en alkylgruppe såsom methyl , ethyl , propyl eller butyl .
Syntese
Alle kommercielt anvendte parabener produceres syntetisk, skønt nogle er identiske med dem, der findes i naturen. De fremstilles ved esterificering af para- hydroxybenzoesyre med den passende alkohol , såsom methanol , ethanol eller n-propanol . para- Hydroxybenzoesyre produceres igen industrielt ud fra en modifikation af Kolbe-Schmitt-reaktionen under anvendelse af kaliumphenoxid og kuldioxid .
Sundhedsmæssige overvejelser
De fleste af de tilgængelige parabentoksicitetsdata er fra enkelteksponeringsundersøgelser, hvilket betyder en type paraben i en type produkt. Ifølge parabenforskning er dette relativt sikkert og udgør kun en ubetydelig risiko for det endokrine system. Da mange typer parabener i mange typer produkter ofte anvendes, er det imidlertid nødvendigt med yderligere vurdering af additivet og den kumulative risiko for flere parabenseksponering fra daglig brug af flere kosmetiske og / eller personlige plejeprodukter. FDA siger, at de ikke har nogen oplysninger om, at brug af parabener i kosmetik har nogen indvirkning på helbredet. De fortsætter med at overveje visse spørgsmål og evaluere data om parabener 'mulige helbredseffekter.
Allergiske reaktioner
Parabener er for det meste ikke-irriterende og ikke-sensibiliserende. Blandt personer med kontaktdermatitis eller eksem viste sig mindre end 3% af patienterne at have en følsomhed over for parabener. Mindst et tilfælde er rapporteret om en allergisk reaktion på parabener.
Brystkræft
Den amerikanske Cancer Society nævnt en undersøgelse fra 2004, der fandt parabener i brystvæv af mastektomi patienter, men fandt ikke parabener at være en årsag til de kræftformer. Michael Thun fra ACS sagde, at virkningerne af parabener ville være ringe sammenlignet med andre risici "såsom at tage hormoner efter overgangsalderen og være overvægtige". En 2005-gennemgang konkluderede "det er biologisk usandsynligt, at parabener kunne øge risikoen for ethvert østrogen-medieret slutpunkt, herunder effekter på den mandlige reproduktive kanal eller brystkræft ", og at "værste tilfælde af daglig eksponering for parabener ville udgøre væsentligt mindre risiko i forhold til eksponering for naturligt forekommende endokrine aktive kemikalier i kosten, såsom phytoøstrogen daidzein . "
Østrogen aktivitet
Dyreforsøg har vist, at parabener har svag østrogen aktivitet, der fungerer som xenoøstrogener . I en in vivo- undersøgelse blev virkningen af butylparaben bestemt til at være ca. 1/100.000 af østradiol og blev kun observeret i et dosisniveau omkring 25.000 gange højere end det niveau, der typisk blev brugt til konservering af produkter. Undersøgelsen viste også, at den in vivo østrogene aktivitet af parabener reduceres med omkring tre størrelsesordener sammenlignet med in vitro- aktivitet.
Den østrogene aktivitet af parabener øges med længden af alkylgruppen. Det menes, at propylparaben også er østrogen i en vis grad, selvom dette forventes at være mindre end butylparaben i kraft af dets mindre lipofile natur. Da det kan konkluderes, at den østrogene aktivitet af butylparaben er ubetydelig under normal brug, bør det samme konkluderes for kortere analoger på grund af østrogen aktivitet af parabener, der øges med længden af alkylgruppen.
Regulering
Den europæiske videnskabelige komité for forbrugersikkerhed (SCCS) gentog i 2013, at methylparaben og ethylparaben er sikre ved de maksimalt tilladte koncentrationer (op til 0,4% for en ester eller 0,8%, når de anvendes i kombination). SCCS konkluderede, at brugen af butylparaben og propylparaben som konserveringsmiddel i færdige kosmetiske produkter er sikker for forbrugeren, så længe summen af deres individuelle koncentrationer ikke overstiger 0,19%. Isopropylparaben, isobutylparaben, phenylparaben, benzylparaben og pentylparaben blev forbudt ved Europa-Kommissionens forordning (EU) nr. 358/2014.
Kontrovers
Bekymringer omkring hormonforstyrrende stoffer har fået forbrugere og virksomheder til at søge efter parabenfrie alternativer. Et almindeligt alternativ har været phenoxyethanol , men dette har sine egne risici og har ført til en FDA-advarsel om optagelse i brystvortecremer.
Miljømæssige overvejelser
Slip ud i miljøet
Udledning af parabener i miljøet er almindelig på grund af dets allestedsnærværende anvendelse i kosmetiske produkter. En undersøgelse fra 2010 om produkter til personlig pleje fra forbrugerne afslørede, at 44% af de testede produkter indeholder parabener. Når disse produkter vaskes af menneskekroppen, strømmer de ned i afløbet og ud i spildevand fra samfundet. Når dette sker, materialiserer potentialet for parabener til at akkumulere i vandige og faste medier. Nogle af de mest almindelige parabenderivater, der findes i miljøet, inkluderer methylparaben, ethylparaben, propylparaben og butylparaben. Parabener strømmer i spildevand til spildevandsrensningsanlæg (WWTP) som indflydelse, hvor de enten fjernes, ændres kemisk eller frigives i miljøet gennem slam eller tertiært spildevand.
I et spildevandsbehandlingsanlæg i New York (WWTP) blev massebelastning af alle forældreparabenderivater (methylparaben, ethylparaben, propylparaben, butylparaben osv.) Fra indflydende spildevand fundet at være 176 mg / dag / 1000 mennesker. Når denne værdi bruges til at estimere mængden af parabener, der kommer ind i renseanlæg fra de 8,5 millioner mennesker, der i øjeblikket er bosiddende i New York City i et helt år, beregnes en værdi på ca. 546 kg parabener. Derfor viser niveauer af parabenakkumulering sig signifikante ved langvarig overholdelse. Renseanlæg eliminerer mellem 92–98% af parabenderivater; meget af denne fjernelse skyldes imidlertid dannelsen af nedbrydningsprodukter. På trods af deres ansete høje eliminering gennem renseanlæg har forskellige undersøgelser målt høje niveauer af parabenderivater og nedbrydningsprodukter, der er vedvarende i miljøet.
Dannelse af nedbrydningsprodukter
Klorerede produkter
Ud over moderparabener er nedbrydningsprodukter fra parabener, der dannes gennem WWTP-stadier, en bekymring for miljøet, herunder mono- og di-chlorerede parabener. Når parabenholdige produkter skylles ned i afløbet, har parabener potentialet til at gennemgå kloreringsreaktioner. Denne reaktion kan forekomme med frit klor til stede i ledningsvand eller med natriumhypochlorit , som ofte bruges i renseanlæg som et sidste desinfektionsmiddel. I neutralt vand har Raman-spektroskopi bekræftet, at chlor overvejende er til stede som hypochlorsyre (HClO). Parabener kan reagere med HClO for at danne mono- og di-chlorerede produkter gennem elektrofil aromatisk substitution . Det elektrofile angreb af klor danner en carbocation, der er stabiliseret ved doneret elektrondensitet fra parabenens hydroxylgruppe. Dette trin er endergonisk på grund af tabet af aromatiske egenskaber , selvom hydroxylgruppen fungerer som en aktiverende gruppe, der øger hastigheden. En base kan derefter abstrahere en proton fra carbonet indeholdende klor, som efterfølges af efterfølgende gendannelse af aromatiske egenskaber af de involverede pi-elektroner . Da hydroxylgruppen er mere aktiverende end estergruppen i parabenet, vil reaktionen dirigere i begge orthopositioner, da parapositionen allerede er blokeret.
Den Arrhenius ligning blev anvendt i en undersøgelse for at beregn aktiveringsenergier for chloreringen af fire forælder parabener (methyl-, ethyl-, propyl- og butylparaben) og blev fundet til området fra 36-47 kJ / mol. I en anden undersøgelse blev ledningsvand ved 20 ° C (68 ° F) indeholdende 50-200 μM frit klor tilsat 0,5 μM propylparaben, og blandingens sammensætning blev overvåget i løbet af 40 minutter for at bestemme, om klorering forekommer under betingelser, der findes i ledningsvand. . Resultaterne fra undersøgelsen bekræfter forsvinden af propylparaben efter 5 minutter, forekomsten af både 3-chlor-propylparaben og 3,5-dichlor-propylparaben paraben med 5 minutter og persistensen af 3,5-dichlor-propylparaben som hovedart resterende i reaktionen. En lignende, men hurtigere tendens, blev fundet i en undersøgelse, hvor reaktionstemperaturen blev øget til 35 ° C.
4-hydroxybenzoesyre (PHBA)
Et andet signifikant parabennedbrydningsprodukt er 4-hydroxybenzoesyre (PHBA). Der er to mekanismer, hvor parabener kan nedbrydes til PHBA. Den første nedbrydningsvej forekommer kemisk. Forældreparabener undergår let basekatalyseret hydrolyse af esterbindingen og danner PHBA. Reaktionen finder sted under moderat alkaliske forhold, specifikt når pH er ≥ 8. Denne reaktion er ret udbredt i husholdningsmiljøer på grund af pH-området for husholdnings spildevand er 6–9 og den almindelige eksistens af parabener i kosmetiske produkter. Når kosmetiske produkter, der indeholder paraben, udledes til indflydelse på spildevand fra samfundet, udsættes de for et miljø, hvor pH ≥ 8, og den basekatalyserede hydrolyse af forældreparabenen følger og danner PHBA.
I elektronoverførselsmekanismen resonerer pi-elektronerne i dobbeltbindingen mellem ilt og carbonylcarbon til iltet, hvilket efterlader en negativ ladning på iltet og en positiv ladning på carbonylcarbonet. En hydroxidion, der virker som en nukleofil, angriber nu elektrofile carbonylcarbonatomet, hvilket gav sp 3 hybridisering på carbonylcarbonatomet. Elektronerne resonerer tilbage for at danne dobbeltbindingen mellem ilt og carbonylcarbon. For at bevare den oprindelige sp 2- hybridisering forlader –OR-gruppen. –OR-gruppen fungerer som en bedre forlader gruppe end –OH-gruppen på grund af dens evne til at opretholde en negativ ladning med større stabilitet. Endelig vil –OR-, der fungerer som en base, deprotonere carboxylsyren til dannelse af en carboxylatanion.
Den anden måde, hvorpå parabener kan nedbrydes til PHBA, forekommer biologisk inden for renseanlæg. Under den sekundære rensningsfase i spildevandsrensningen akkumuleres slam i bunden af det sekundære rensemiddel. Efter adskillelse af de flydende og faste faser af den indkommende indflydelse har parabener en større tendens til at ophobes i slammet. Dette skyldes dets moderate hydrofobicitet, som kvantificeret ved en log K ow- værdi på ca. 1,58. Dette slam er koncentreret i organiske næringsstoffer; følgelig bliver en spredning af mikroorganismer almindelig i slammet. En organisme er Enterobacter cloacae , som biologisk metaboliserer slamparabener i PHBA.
Akkumulering af nedbrydningsprodukter i miljøet
Gennem forskellige analytiske teknikker såsom gaskromatografi og højtydende væskechromatografi er de nøjagtige niveauer af ophobning af parabenderivater og nedbrydningsprodukter i miljøet blevet kvantificeret. Disse niveauer er målt nøjagtigt i tertiært spildevand og spildevandsslam, da disse er de primære veje, for hvilke parabener og deres nedbrydningsprodukter når miljøet ved udledning fra renseanlæg.
Parabens stabilitet i spildevandsslam er relativt høj på grund af deres evne til at binde sig med organisk materiale. Jordadsorptionskoefficientværdier blev beregnet af US Environmental Protection Agency som 1,94 (methylparaben), 2,20 (ethylparaben), 2,46 (propylparaben) og 2,72 (butylparaben), som alle antyder, at parabener har evnen til at klæbe til den organiske del af sediment og slam og vedvarer således miljømæssigt.
Chlorerede parabener fjernes fra renseanlæg med kun 40% effektivitet sammenlignet med 92-98% effektivitet af moderparabener. Faldet i fjernelseseffektivitet kan tilskrives den reducerede bionedbrydelighed af chlorerede parabener, deres øgede samlede stabilitet i hele Renseanlæg og deres relativt lave sorption til slamfasen på grund af lave log K ow- værdier.
Højere niveauer af PHBA findes i tertiært spildevand i sammenligning med parabenderivater, og PHBA findes i den højeste koncentration i spildevandsslam. Der er to grunde til disse akkumuleringsniveauer. Den første grund er PHBA tendens til sorbere til faste partikler, som kan tilnærmes ved benzoesyre høje K d på ca. 19. pKa PHBA er 2,7, men det er i et miljø med en pH-værdi mellem 6-9. Da pKa er mindre end pH-værdien, deprotoneres carboxylsyren. Den carboxylat gør det muligt at virke som en sorbent på faste miljømatricer og dermed fremme dets aggregering i tertiær spildevand, men især spildevandsslam, der fungerer som selve den faste matrix. Den anden grund skyldes den mellemliggende stigning i niveauer af PHBA under den sekundære klaringsfase af WWTP gennem biologiske processer.
Miljømæssige bekymringer med nedbrydningsprodukter af paraben
Flere undersøgelser har knyttet chlorerede parabener til hormonforstyrrende funktioner, specifikt efterligner virkningerne af østrogen , og chlorerede parabener menes at være 3-4 gange mere giftige end deres forældreparaben. I Daphnia magna forekommer generel toksicitet, der tildeles af chlorerede parabener, ved ikke-specifik forstyrrelse af cellemembranens funktion. Styrken af de chlorerede parabener korrelerer med forbindelsens tilbøjelighed til at akkumulere i cellemembraner. Således øges chlorerede parabener generelt i toksicitet, når deres esterkæder øges i længden på grund af deres øgede hydrofobicitet.
Konsekvenserne af PHBA's miljøakkumulering berettiger også opmærksomhed. Hvis tertiært spildevand genanvendes til brug i samfundet som gråvand , udgør det en fare for mennesker. Disse farer inkluderer, men er ikke begrænset til, unormal fosterudvikling, hormonforstyrrende aktivitet og forkert østrogenfremmende virkning. Hvis tertiært spildevand udledes til miljøet i floder og vandløb, eller hvis slammet bruges som gødning, udgør det en fare for miljøorganismer. Det er især giftigt for disse organismer på lavere trofiske niveauer, især forskellige alger. Faktisk er det blevet vist, at LC 50 for en specifik algeart, Selenastrum capricornutum , er 0,032 mikrogram pr. Liter (μg / L). Dette er mindre end den naturlige forekomst af PHBA i tertiær spildevand på et niveau på 0,045 μg / L, hvilket indikerer, at de nuværende niveauer af PHBA i tertiær spildevand potentielt kan udrydde mere end 50% af Selenastrum capricornutum, det kommer i kontakt med.
Fjernelse af parabener ved ozonering
Ozonering er en avanceret behandlingsteknik, der er blevet betragtet som en mulig metode til at begrænse mængden af parabener, chlorerede parabener og PHBA, der akkumuleres i miljøet. Ozon er en ekstremt kraftig oxidant, der oxiderer parabener og gør dem lettere at fjerne, når de først er passeret gennem et filter. På grund af ozons elektrofile natur kan den let reagere med den aromatiske parabenring til dannelse af hydroxylerede produkter. Ozonering betragtes generelt som en mindre farlig desinfektionsmetode end chlorering, selvom ozonisering kræver flere omkostningsovervejelser. Ozonering har vist stor effektivitet ved fjernelse af parabener (98,8-100%) og en lidt lavere effektivitet på 92,4% for PHBA. En moderat lavere fjernelsesrate observeres imidlertid for chlorerede parabener (59,2-82,8%). En foreslået reaktionsmekanisme til fjernelse af parabener ved ozonisering er detaljeret mekanistisk.