Polyéthylène glycol

On appelle polyéthylène glycol ou PEG des polyéthers linéaires de masse molaire inférieure à 20 000 g·mol-1 fabriqués à partir de monomères d'éthylène glycol. Leurs propriétés hydrosolubles et liposolubles en font des produits utilisés dans un grand nombre d'industries (médical, cosmétique, etc.). On les appelle également macrogol dans le domaine médical. On a l'habitude d'indiquer la masse molaire moyenne du polymère après le nom, par exemple PEG-2000 (2 000 g·mol-1).

PEG
Structure (avec n ≥ 4)[1]
Identification
Synonymes

poly(oxyde d'éthylène)
poly(oxyéthylène)
PEG
PEO
No CAS 25322-68-3
No ECHA 100.105.546
No CE 500-038-2
No E E1521
SMILES
Apparence <600 g·mol-1 : liquide incolore, visqueux, légèrement hygroscopique ;

>1 000 g·mol-1 : solide blanc[1]
Propriétés chimiques
Formule C2H4O  [Isomères]
Masse molaire[2] 44,0526 ± 0,0022 g/mol
C 54,53 %, H 9,15 %, O 36,32 %,
Propriétés physiques
T° fusion 4–8 °C (PEG-400),

20–25 °C (PEG-600),
44–48 °C (PEG-1500),
54–58 °C (PEG-4000),
56–63 °C (PEG-6000)[1]
T° ébullition 250 °C (PEG-200)[3]
Solubilité Sol. dans l'eau, dans plusieurs solvants organiques;

facilement sol. dans les hydrocarbures aromatiques,
faiblement sol. dans les hydrocarbures aliphatiques[1]
Masse volumique 1,110–1,140 g·cm-3
(PEG-400, 25 °C),

1,126 g·cm-3
(PEG-600, 25 °C),
1,15–1,21 g·cm-3
(PEG-1500, 25 °C),
1,20–1,21 g·cm-3
(PEG-4000, 25 °C),
1,21 g·cm-3
(PEG-6000, 25 °C)[1]
T° d'auto-inflammation environ 360 °C[3]
Point d’éclair 171 °C[4]
Viscosité dynamique 6,8–8,0 cSt (PEG-400, 98,9 °C),

9,9–11,1 cSt (PEG-600, 98,9 °C),
25–32 cSt (PEG-1500, 98,9 °C),
76–110 cSt (PEG-4000, 98,9 °C),
470–900 cSt (PEG-6000, 98,9 °C)[1]
Propriétés optiques
Indice de réfraction 1,458-1,461[4]
Précautions
NFPA 704
Directive 67/548/EEC
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Lorsque leur masse molaire est supérieure à 20 000 g·mol-1, on les appelle plus communément poly(oxyde d'éthylène) ou poly(oxyéthylène).

Usage comme solvant en chimie

À température ambiante, le PEG est un liquide visqueux incolore lorsqu’il a une masse moléculaire inférieure à 600 g·mol-1 et un solide cireux lorsque sa masse moléculaire est supérieur à 800 g·mol-1. Le PEG liquide est miscible en toute proportion avec l’eau tandis que le PEG solide est hautement soluble dans l’eau. Le PEG de faible masse moléculaire peut donc être utilisé comme solvant polymère, c'est-à-dire un polymère qui agit comme solvant pour des composés de faible masse molaire[5], avec ou sans ajout d’eau. Le PEG peut ainsi dissoudre des sels inorganiques divers par complexation. De plus, la viscosité du PEG diminue lorsque la température augmente. Pour le PEG-1000, la température de fusion se situe vers 35–40 °C, et pour le PEG-2000, la température de fusion se situe vers 44–45 °C.

Solubilité

Le PEG est soluble dans l'eau, le toluène, le dichlorométhane, l’alcool et l’acétone mais n’est pas soluble dans les hydrocarbures aliphatiques comme l’hexane, le cyclohexane ou le diéthyléther. Le PEG dans l’eau peut être considéré comme un cosolvant de l’eau qui fait baisser la polarité de la solution pour permettre une meilleure solubilité des produits organiques. La faible solubilité des réactifs organiques et de leurs intermédiaires dans l’eau est le principal obstacle au développement de la chimie en milieu aqueux. De plus, le PEG peut être récupéré d’une solution aqueuse avec un solvant adéquat ou par distillation.

Le PEG 400 permet une haute solubilité des sels comme CH3COOK, KI, KNO3, KCN, K2CrO7 et peut donc être utilisé pour des réactions d’oxydation et de substitution.

Les catalyseurs de transfert de phase (PTC) sont utilisés pour transporter un réactif aqueux dans la phase organique dans un état activé la réaction peut avoir lieu entre un réactif aqueux et un réactif organique. Le PEG a la capacité de servir comme PTC car les chaînes polyéthylène peuvent former des complexes avec les cations métalliques comme les éthers couronnes. Les solutions de PEG ont une habilité à coordonner les cations. Pour maintenir l’électroneutralité des complexes PEG-cations métalliques doivent apporter un équivalent d’anion dans la phase organique et rendent l’anion disponible pour la réaction avec les réactifs organiques. L’activité catalytique du PEG dépend de la masse moléculaire et de la nature des cations et des anions. Le PEG et de nombreux dérivés ont été utilisés comme PTC pour remplacer les PTC onéreux et toxiques. Le PEG est moins cher que les éthers couronnes, les cryptants et plus stable aux hautes températures. Pour ces différentes raisons, le PEG a été utilisé comme PTC dans des SN, des oxydations des réactions de Williamson.

Stabilité chimique

Le PEG est stable aux acides, aux bases, à la chaleur, au dioxygène au peroxyde d’hydrogène, aux oxydants et aux réducteurs comme NaBH4 bien qu’une oxydation de l’hydroxyle terminal soit possible dans certains systèmes comme H2O2 ou Na2WO4.

Propriétés environnementales

Le PEG n'est pas biodégradable mais bio éliminable par filtration rénale. Le PEG est un produit dont les effets de toxicités sont connus. La pression de vapeur est très faible et diminue lorsque la masse moléculaire augmente. Le PEG n'est pas inflammable, n'est pas volatil et est considéré par le FDA comme un produit sûr.

Usage industriel

Le PEG est utilisé dans de nombreux secteurs de l'industrie. Il sert par exemple comme épaississant ou gélifiant à la base de nombreux produits cosmétiques (savons liquides, crèmes hydratantes, shampoings, etc.) et paramédicaux (gels hydroalcooliques, lubrifiants intimes, etc.). Il est également utilisé comme solvant dans les encres pour imprimantes ou pour fabriquer des billes de Paintball, ou bien comme additif alimentaire et dans certaines résines polyesters (PEG 400).

Usage comme médicament laxatif

On utilise entre autres des macrogols de haut poids moléculaire comme laxatifs osmotiques en cas de constipation. Il s'agit principalement de macrogol 3350 et de macrogol 4000. Les propriétés laxatives du macrogol sont liées à un accroissement du volume des liquides intestinaux. Les selles étant plus molles car mieux hydratées transitent plus vite dans le côlon et sont plus facilement évacuées.

Contre-indications principales

Comme tous les laxatifs, ils sont à éviter en cas d'obstruction intestinale ou de perforation et dans l'affection du mégacôlon toxique.

Effets secondaires

Il y a un risque de diarrhées. Si l'effet n'est pas voulu, il faut alors réduire la dose, et d'allergie au macrogol requérant un arrêt impératif du traitement, :

« Le PEG a déjà été mis en cause dans des réactions anaphylactiques après ingestion de médicaments ou de préparation colique en contenant, mais aussi après injection de produit de contraste ou d’hormones. Le risque de sensibilisation semble plus élevé avec les médicaments injectables contenant du PEG de plus haut poids moléculaire »[6].

Spécialités

Le polyéthylène glycol à usage médical est disponible sous diverses dénominations commerciales (Kolopeg, Fortrans, Klean-prep) mais cependant les médecins et pharmaciens, quel que soit leur pays ainsi que la langue qu'ils parlent, connaissent souvent cette substance sous sa dénomination commune internationale, à savoir le macrogol.

Usage comme préparation colique

On retrouve également le PEG (ou macrogol) dans les préparations coliques. Ce dernier a pour rôle d'équilibrer les échanges d'eau car l'objectif est ici de faire un lavage intestinal grâce à une quantité importante de liquide qui transitera sans absorption tout le long du tube digestif.

En toxicologie d'urgence, le produit est employé dans de rares cas en irrigation digestive (ingéré par le patient ou administré par sonde gastrique) pour provoquer des diarrhées. La connaissance des rapports bénéfices/risques repose sur quelques cas cliniques. Les indications principales sont l'ingestion de toxiques non adsorbés par le charbon activé (fer et lithium) ou à libération prolongée ou retardée, ainsi que l'ingestion de boulettes de drogues[7].

Recherche d'autres applications médicales
  • Le PEG de haut poids moléculaire, par exemple le PEG 8000 donné per os, est un agent très efficace de prévention du cancer colorectal dans les modèles précliniques[8]. Dans la base de données de chimioprévention c'est le produit le plus puissant pour inhiber la cancérogenèse induite chimiquement chez le rat. Les essais cliniques n'ayant pas été réalisés on ne sait pas si la prévention du cancer par le PEG est possible chez l'homme.
  • Le PEG, injecté au cobaye juste après un traumatisme vertébral, favorise la réparation des membranes nerveuses dans la moelle épinière, et permet une guérison rapide[9]. On ne sait pas encore si cet effet permettrait de prévenir la paraplégie chez l'Homme.
  • Le PEG est utilisé pour augmenter la biodisponibilité de l’interféron dans le cadre du traitement de l'hépatite C[10].

Biologie moléculaire

Le PEG est aussi utilisé pour fusionner deux cellules en vue de l'obtention d'hybrides somatiques.

Il est employé en biologie moléculaire en combinaison avec de l'ADN recombinant pour modifier des levures[11].

Le PEG 2000 est utilisé comme excipient dans les vaccins à ARNm, comme le Comirnaty (Tozinaméran) des firmes Pfizer et BioNTech, ou celui de Moderna Therapeutics, afin de stabiliser et prolonger la demi-vie des capsules lipidiques transportant l’ARNm, en formant à leur surface une couche hydrophile"[12]. Des cas de réactions allergiques ont été constatés chez des personnes ayant des antécédents (1,1 cas pour 100 000) [13], dont quelques chocs anaphylactiques.

Notes et références
  1. « Polyethylene glycol », sur Hazardous Substances Data Bank (consulté le )
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. POLYETHYLENE GLYCOL (200 - 600), fiche(s) de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée(s) le 9 mai 2009
  4. (en) « polymer solvent », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne :  (2006-), 2e éd.
  5. https://francais.medscape.com/voirarticle/3606753
  6. Alison L. Jones et Paul I. Dargan, Toxicologie d'urgence, Elsevier Masson, (ISBN 978-2-84299-849-3, lire en ligne), p. 13
  7. D.E. Corpet, G. Parnaud, M. Delverdier, G. Peiffer et S. Taché, « Consistent and Fast Inhibition of Colon Carcinogenesis by Polyethylene Glycol in Mice and Rats Given Various Carcinogens », Cancer Research, vol. 60,‎ (lire en ligne)
  8. R.B. Borgens et D. Bohnert, « Rapid recovery from spinal cord injury after subcutaneously administered polyethylene glycol », J Neurosci Res, vol. 66,‎ (PMID 11746451, DOI 10.1002/jnr.1254)
  9. (en) M. P. Manns, H. Wedemeyer et M. Cornberg, « Treating viral hepatitis C: efficacy, side effects, and complications », Gut, vol. 55, no 9,‎ , p. 1350–1359 (ISSN 0017-5749 et 1468-3288, PMID 16905701, DOI 10.1136/gut.2005.076646, lire en ligne, consulté le )
  10. Denis Tagu, Principes des techniques de biologie moléculaire, Editions Quae, (ISBN 978-2-7380-0859-6, lire en ligne), p. 21
  11. https://francais.medscape.com/voirarticle/3606753?
  12. Prescrire rédaction "Vaccin covid-19 à ARN messager tozinaméran (Comirnaty° des firmes Pfizer et BioNtech) et les personnes âgées : quelques données, beaucoup d'incertitudes." Revue Prescrire, 23/12/2020 (version numérique).

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