Hypoklorsyre - Hypochlorous acid
|
|
|
|
| Navn | |
|---|---|
|
IUPAC navn
hypoklorsyre, klorsyre (I), kloranol, hydroksidklor
|
|
| Andre navn
Hydrogenhypokloritt, klorhydroksid, hypoklorsyre
|
|
| Identifikatorer | |
|
3D -modell ( JSmol )
|
|
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.029.302 
|
| EC -nummer | |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| HOCl | |
| Molar masse | 52,46 g/mol |
| Utseende | Fargeløs vandig løsning |
| Tetthet | Variabel |
| Løselig | |
| Surhet (p K a ) | 7,53 |
| Konjugert base | Hypokloritt |
| Farer | |
| viktigste farer | etsende, oksidasjonsmiddel |
| NFPA 704 (brann diamant) | |
| Relaterte forbindelser | |
|
Andre anioner
|
Hypofluorsyre Hypobromous acid Hypoiodous acid |
|
Relaterte forbindelser
|
Klor Kalsiumhypokloritt Natriumhypokloritt |
|
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
 bekreft ( hva er ?)
  |
|
| Infobox -referanser | |
Hypoklorsyre (HOCl eller HClO) er en svak syre som dannes når klor oppløses i vann, og selv dissosierer delvis og danner hypokloritt , ClO - . HClO og ClO - er oksidasjonsmidler og de primære desinfeksjonsmidlene til kloroppløsninger. HClO kan ikke isoleres fra disse løsningene på grunn av rask likevekt med forløperen . Natriumhypokloritt (NaClO) og kalsiumhypokloritt (Ca (ClO) 2 ) er blekemidler , deodoranter og desinfeksjonsmidler .
Hypoklorsyre finnes naturlig i hvite blodlegemer hos pattedyr, inkludert menneskekroppen. Det er giftfritt og har blitt brukt som en sikker sårpleie-løsning i mange år.
Når det er oppløst i vann, har hypoklorsyrevann vist seg å ha sterke desinfiseringsegenskaper. Gitt dette og dets giftfrihet, har det blitt identifisert som et nyttig rengjøringsmiddel og rensemiddel. Det har blitt identifisert av det amerikanske miljøvernbyrået som et desinfeksjonsmiddel som er effektivt mot COVID-19, støttet av kliniske studier.
På grunn av dets evne til å trenge gjennom patogeners membraner, brukes det også som en kommersiell deodorizer.
Historie
Hypoklorsyre ble oppdaget i 1834 av den franske kjemikeren Antoine Jérôme Balard (1802–1876) ved å tilsette en fortynnet suspensjon av kvikksølv (II) oksid i vann til en kolbe med klorgass . Han kalte også syren og dens forbindelser.
Til tross for at det er relativt enkelt å lage, er det vanskelig å opprettholde en stabil hypoklorsyreoppløsning. Det er ikke før de siste årene at forskere har vært i stand til kostnadseffektivt å produsere og vedlikeholde hypoklorsyrevann for stabil kommersiell bruk.
Bruker
- Ved organisk syntese omdanner HClO alkener til klorhydriner .
- I biologien genereres hypoklorsyre i aktiverte nøytrofiler ved myeloperoksidase -mediert peroksydasjon av kloridioner, og bidrar til ødeleggelse av bakterier .
- I medisin har hypoklorsyrevann blitt brukt som desinfeksjonsmiddel og desinfeksjonsmiddel.
- I sårpleie, og fra begynnelsen av 2016 har US Food and Drug Administration godkjent produkter hvis viktigste aktive ingrediens er hypoklorsyre til bruk ved behandling av sår og ulike infeksjoner hos mennesker og kjæledyr. Det er også FDA-godkjent som konserveringsmiddel for saltoppløsninger.
- Ved desinfeksjon har den blitt brukt i form av flytende spray, våtservietter og aerosolisert applikasjon. Nyere studier har vist at hypoklorsyrevann er egnet for tåke og aerosolisert bruk for desinfeksjonskamre og egnet for desinfisering av innendørs innstillinger som kontorer, sykehus og helseklinikker
- I matservering og vannfordeling brukes spesialisert utstyr for å generere svake løsninger av HClO fra vann og salt noen ganger for å generere tilstrekkelige mengder trygt (ustabilt) desinfeksjonsmiddel for å behandle matlagingsoverflater og vannforsyninger. Det er også ofte brukt på restauranter på grunn av dets ikke-brennbare og ikke-toksiske egenskaper.
- Ved vannbehandling er hypoklorsyre det aktive rensemidlet i hypoklorittbaserte produkter (f.eks. Brukt i svømmebassenger).
- På skip og yachter bruker marine sanitæranlegg på samme måte elektrisitet til å omdanne sjøvann til hypoklorsyre for å desinfisere maserert fekalt avfall før det slippes ut i sjøen.
- Ved deodorisering har hypoklorsyre blitt testet for å fjerne opptil 99% av vond lukt, inkludert søppel, råttent kjøtt, toalett, avføring og urinlukt.
Dannelse, stabilitet og reaksjoner
Tilsetning av klor til vann gir både saltsyre (HCl) og hypoklorsyre (HOCl):
- Cl 2 + H 2 O ⇌ HClO + HCl
- Cl 2 + 4 OH - ⇌ 2 ClO - + 2 H 2 O + 2 e -
- Cl 2 + 2 e - ⇌ 2 Cl -
Når syrer tilsettes til vandige salter av hypoklorsyre (slik som natriumhypokloritt i kommersiell blekemiddelløsning), blir den resulterende reaksjonen drevet til venstre, og klorgass dannes. Dermed blir dannelsen av stabile hypoklorittblekemidler lettere ved å oppløse klorgass i basiske vannløsninger, slik som natriumhydroksyd .
Syren kan også fremstilles ved å oppløse diklormonoksid i vann; under vanlige vandige forhold er vannfri hypoklorsyre for tiden umulig å fremstille på grunn av den lett reversible likevekten mellom den og dens anhydrid:
- 2 HOCl ⇌ Cl 2 O + H 2 O K (ved 0 ° C) = 3,55 × 10 −3 dm 3 mol −1
Tilstedeværelsen av lette eller overgangsmetalloksider av kobber , nikkel eller kobolt akselererer den eksotermiske nedbrytningen til saltsyre og oksygen :
- 2 Cl 2 + 2 H 2 O → 4 HCl + O 2
Grunnleggende reaksjoner
I vandig løsning dissosierer hypoklorsyre delvis til anionhypokloritt ClO - :
- HOCl ⇌ ClO - + H +
Salter av hypoklorsyre kalles hypokloritter . En av de mest kjente hypoklorittene er NaClO , den aktive ingrediensen i blekemiddel.
HOCl er en sterkere oksidant enn klor under standardbetingelser.
- 2 HClO (aq) + 2 H + + 2 e - ⇌ Cl 2 (g) + 2- H
2O E = +1,63 V
HClO reagerer med HCl for å danne klor:
- HOCl + HCl → H 2 O + Cl 2
HOCl reagerer med ammoniakk for å danne monokloramin :
- NH 3 + HOCl → NH 2- Cl + H 2 O
HOCl kan også reagere med organiske aminer og danne N -kloraminer.
Hypoklorsyre eksisterer i likevekt med anhydridet ; diklormonoksid .
- 2 HOCl ⇌ Cl 2 O + H 2 O K (ved 0 ° C) = 3,55 × 10 −3 dm 3 mol −1
Reaktivitet av HClO med biomolekyler
Hypoklorsyre reagerer med et stort utvalg av biomolekyler, inkludert DNA , RNA , fettsyregrupper, kolesterol og proteiner.
Reaksjon med proteinsulfhydrylgrupper
Knox et al. bemerket først at HClO er en sulfhydryl -hemmer som i tilstrekkelig mengde fullstendig kan inaktivere proteiner som inneholder sulfhydrylgrupper . Dette er fordi HClO oksiderer sulfhydrylgrupper, noe som fører til dannelse av disulfidbindinger som kan resultere i tverrbinding av proteiner . HClO -mekanismen for sulfhydryloksidasjon ligner den for monokloramin , og kan bare være bakteriostatisk, fordi når det resterende klor er spredt, kan noen sulfhydrylfunksjon gjenopprettes. En sulfhydrylholdig aminosyre kan fjerne opptil fire molekyler HOCl. I samsvar med dette har det blitt foreslått at sulfhydrylgrupper av svovelholdige aminosyrer totalt kan oksyderes tre ganger med tre HClO-molekyler, hvor den fjerde reagerer med a-aminogruppen. Den første reaksjonen gir sulfensyre (R – SOH) deretter sulfinsyre (R – SO 2 H) og til slutt R – SO 3 H. Sulfensyrer danner disulfider med en annen proteinsulfhydrylgruppe, noe som forårsaker tverrbinding og aggregering av proteiner. Sulfinsyre og R – SO 3 H -derivater produseres bare ved høye molære overskudd av HClO, og disulfider dannes først og fremst ved bakteriocidnivåer. Disulfidbindinger kan også oksideres av HClO til sulfinsyre. Fordi oksidasjon av sulfhydryl og disulfider utvikler saltsyre , resulterer denne prosessen i uttømming av HClO.
Reaksjon med proteinaminogrupper
Hypoklorsyre reagerer lett med aminosyrer som har aminogruppers sidekjeder, med klor fra HClO som fortrenger et hydrogen, noe som resulterer i et organisk kloramin. Klorerte aminosyrer brytes raskt ned, men proteinkloraminer holder lenger og beholder en viss oksidasjonsevne. Thomas et al. konkluderte med resultatene at de fleste organiske kloraminer forfalt ved intern omorganisering og at færre tilgjengelige NH 2 -grupper fremmet angrep på peptidbindingen , noe som resulterte i spaltning av proteinet . McKenna og Davies fant at 10 mM eller større HClO er nødvendig for å fragmentere proteiner in vivo. I samsvar med disse resultatene ble det senere foreslått at kloraminet gjennomgår en molekylær omlegging, og frigjør HCl og ammoniakk for å danne et aldehyd . Den aldehydgruppe kan reagere videre med en annen aminogruppe for å danne en Schiff-base , som forårsaker tverrbinding og aggregering av proteiner.
Reaksjon med DNA og nukleotider
Hypoklorsyre reagerer sakte med DNA og RNA samt alle nukleotider in vitro. GMP er den mest reaktive fordi HClO reagerer med både den heterocykliske NH -gruppen og aminogruppen. På lignende måte er TMP med bare en heterocyklisk NH-gruppe som er reaktiv med HClO den nest mest reaktive. AMP og CMP , som bare har en sakte reaktiv aminogruppe, er mindre reaktive med HClO. UMP har blitt rapportert å være reaktiv bare i en veldig lav hastighet. De heterocykliske NH -gruppene er mer reaktive enn aminogrupper, og deres sekundære kloraminer er i stand til å donere kloret. Disse reaksjonene forstyrrer sannsynligvis DNA -baseparring, og i samsvar med dette har Prütz rapportert en reduksjon i viskositeten til DNA utsatt for HClO, lik det som ble sett med varmedenaturering. Sukkerdelene er ikke -reaktive og DNA -ryggraden brytes ikke. NADH kan reagere med klorert TMP og UMP samt HClO. Denne reaksjonen kan regenerere UMP og TMP og resultere i 5-hydroksy-derivatet av NADH. Reaksjonen med TMP eller UMP er sakte reversibel for å regenerere HClO. En andre langsommere reaksjon som resulterer i spaltning av pyridinringen oppstår når overskudd av HClO er tilstede. NAD + er inert overfor HClO.
Reaksjon med lipider
Underklorsyrling reagerer med umettede bindinger på lipider , men ikke mettede bindinger , og ClO - ionet ikke deltar i denne reaksjon. Denne reaksjonen skjer ved hydrolyse med tilsetning av klor til det ene karbonet og et hydroksyl til det andre. Den resulterende forbindelse er et klorhydrin. Polarkloret forstyrrer lipidbilag og kan øke permeabiliteten. Når klorhydrindannelse forekommer i lipiddobbeltlag i røde blodlegemer, oppstår økt permeabilitet. Avbrudd kan oppstå hvis det dannes nok klorhydrin. Tilsetning av forhåndsformet klorhydrin til røde blodlegemer kan også påvirke permeabiliteten. Kolesterolklorhydrin er også observert, men påvirker ikke permeabiliteten i stor grad, og det antas at Cl 2 er ansvarlig for denne reaksjonen.
Modus for desinfeksjonsmiddel
E. coli utsatt for hypoklorsyre mister levedyktigheten på mindre enn 0,1 sekunder på grunn av inaktivering av mange vitale systemer. Hypoklorsyre har en rapportert LD 50 på 0,0104–0,156 ppm og 2,6 ppm forårsaket 100% veksthemming på 5 minutter. Imidlertid er konsentrasjonen som kreves for bakteriedrepende aktivitet også sterkt avhengig av bakteriekonsentrasjon.
Hemming av glukoseoksidasjon
I 1948 uttalte Knox et al. foreslo ideen om at inhibering av glukoseoksidasjon er en viktig faktor i kloroppløsningenes bakteriocide natur. Han foreslo at det aktive middel eller midler diffundere over den cytoplasmiske membranen for å inaktivere nøkkel sulfhydryl -inneholdende enzymer i glykolysen . Denne gruppen var også den første som la merke til at kloroppløsninger (HOCl) hemmer sulfhydryl -enzymer . Senere studier har vist at det på bacteriocide nivå, cytosol trenger komponenter som ikke reagerer med HOCI. I enighet med dette fant McFeters og Camper at aldolase , et enzym som Knox et al. foreslår at den ville bli inaktivert, ble upåvirket av HOCl in vivo . Det er videre vist at tap av sulfhydryl ikke korrelerer med inaktivering. Det etterlater spørsmålet om hva som forårsaker hemming av glukoseoksidasjon . Oppdagelsen av at HOCl blokkerer induksjon av β-galaktosidase ved tilsatt laktose førte til et mulig svar på dette spørsmålet. Opptaket av radioaktivt merkede substrater ved både ATP-hydrolyse og proton kotransport kan være blokkert ved eksponering for HOCl foregående tap av levedyktighet. Fra denne observasjonen foreslo den at HOCl blokkerer opptak av næringsstoffer ved å inaktivere transportproteiner. Spørsmålet om tap av glukoseoksidasjon har blitt undersøkt nærmere når det gjelder tap av respirasjon. Venkobachar et al. fant at ravsyre dehydrogenase ble hemmet in vitro av HOCl, noe som førte til undersøkelsen av muligheten for at forstyrrelse av elektrontransport kan være årsaken til bakteriell inaktivering. Albrich et al. fant senere at HOCl ødelegger cytokromer og jern-svovelklynger og observerte at oksygenopptak blir avskaffet av HOCl og adeninnukleotider går tapt. Det ble også observert at irreversibel oksidasjon av cytokromer parallelt med tap av respiratorisk aktivitet. En måte å løse tapet av oksygenopptak på var å studere effekten av HOCl på suksinatavhengig elektrontransport . Rosen et al. fant at nivåene av reduktable cytokromer i HOCl-behandlede celler var normale, og disse cellene klarte ikke å redusere dem. Succinat dehydrogenase ble også hemmet av HOCl, og stoppet strømmen av elektroner til oksygen. Senere studier avslørte at Ubiquinol oxidase-aktiviteten først opphører, og de fortsatt aktive cytokromene reduserer det gjenværende kinonet. De cytokromer deretter passere elektroner til oksygen , noe som forklarer hvorfor de cytokromer ikke kan bli reoksydert, som observert av Rosen et al. Denne undersøkelseslinjen ble imidlertid avsluttet da Albrich et al. fant at mobil inaktivering går foran tap av åndedrett ved å bruke et flytblandingssystem som tillot evaluering av levedyktighet på mye mindre tidsskalaer. Denne gruppen fant at celler som var i stand til å puste ikke kunne dele seg etter eksponering for HOCl.
Nedbrytning av adeninnukleotider
Etter å ha eliminert tap av åndedrett, sa Albrich et al. foreslår at dødsårsaken kan skyldes metabolsk dysfunksjon forårsaket av tømming av adeninnukleotider. Barrette et al. studerte tapet av adeninnukleotider ved å studere energiladningen til HOCl-eksponerte celler og fant at celler utsatt for HOCl ikke klarte å øke energiladningen etter tilsetning av næringsstoffer. Konklusjonen var at eksponerte celler har mistet evnen til å regulere adenylatbassenget, basert på det faktum at metabolittopptaket bare var 45% mangelfullt etter eksponering for HOCl og observasjonen av at HOCl forårsaker intracellulær ATP -hydrolyse. Det ble også bekreftet at cytosoliske komponenter på bakteriocide nivåer av HOCl ikke påvirkes. Så det ble foreslått at modifikasjon av noe membranbundet protein resulterer i omfattende ATP-hydrolyse, og dette, kombinert med cellens manglende evne til å fjerne AMP fra cytosolen, demper metabolsk funksjon. Ett protein involvert i tap av evne til å regenerere ATP har vist seg å være ATP -syntetase . Mye av denne forskningen om respirasjon bekrefter observasjonen av at relevante bakteriocide reaksjoner finner sted ved cellemembranen.
Hemming av DNA -replikasjon
Nylig har det blitt foreslått at bakteriell inaktivering av HOCl er et resultat av inhibering av DNA -replikasjon. Når bakterier blir utsatt for HOCl, er det en brå nedgang i DNA -syntese som går foran inhibering av proteinsyntese , og er nært parallelt med tap av levedyktighet. Under replikasjon av bakteriell genom binder replikasjonens opprinnelse (oriC i E. coli ) seg til proteiner som er assosiert med cellemembranen, og det ble observert at HOCl -behandling reduserer affiniteten til ekstraherte membraner for oriC, og denne reduserte affiniteten paralleller også med tap av levedyktighet. En studie av Rosen et al. sammenlignet hastigheten for HOCl -inhibering av DNA -replikasjon av plasmider med forskjellige replikasjonsopprinnelser og fant at visse plasmider viste en forsinkelse i inhibering av replikasjon sammenlignet med plasmider som inneholdt oriC. Rosen gruppe foreslo at inaktivering av membranproteiner involvert i DNA -replikasjon er virkningsmekanismen for HOCl.
Proteinutfoldelse og aggregering
HOCl er kjent for å forårsake post-translasjonelle modifikasjoner av proteiner , de mest bemerkelsesverdige er cystein- og metioninoksidasjon . En nylig undersøkelse av HOCls bakteriedrepende rolle avslørte at det var en kraftig induserende faktor for proteinaggregasjon. Hsp33, en chaperone som er kjent for å bli aktivert av oksidativt varmestress, beskytter bakterier mot effekten av HOCl ved å fungere som en holdase , og effektivt forhindre proteinaggregasjon. Stammer av Escherichia coli og Vibrio cholerae som mangler Hsp33 ble gjort spesielt følsomme for HOCl. Hsp33 beskyttet mange essensielle proteiner mot aggregering og inaktivering på grunn av HOCl, som er en sannsynlig formidler av HOCls bakteriedrepende effekter.
Hypokloritter
Hypokloritter er saltene av hypoklorsyre; kommersielt viktige hypokloritter er kalsiumhypokloritt og natriumhypokloritt .
Produksjon av hypokloritter ved bruk av elektrolyse
Løsninger av hypokloritter kan produseres in situ ved elektrolyse av en vandig natriumkloridoppløsning i både batch- og strømningsprosesser. Sammensetningen av den resulterende løsningen avhenger av pH ved anoden. Under sure forhold vil løsningen som produseres ha en høy konsentrasjon av hypoklorsyre, men vil også inneholde oppløst gassformig klor, som kan være etsende, ved en nøytral pH vil løsningen være rundt 75% hypoklorsyre og 25% hypokloritt. Noen av klorgassene som produseres vil oppløse dannende hypoklorittioner. Hypokloritter produseres også ved disproportionering av klorgass i alkaliske løsninger.
Sikkerhet
HOCl er klassifisert som ikke-farlig av Environmental Protection Agency i USA. Som ethvert oksidasjonsmiddel kan det være etsende eller irriterende avhengig av konsentrasjon og pH.
I en klinisk test ble hypoklorsyrevann testet for øyeirritasjon, hudirritasjon og toksisitet, de konkluderte med at det er giftfritt, ikke-irriterende for øyne og hud.
I en nylig studie viste en saltvannshygieneløsning konservert med ren hypoklorsyre å redusere bakteriell belastning betydelig uten å endre mangfoldet av bakteriearter på øyelokkene. Etter 20 minutters behandling var det> 99% reduksjon av stafylokokker -bakteriene.
Kommersialisering
Til desinfeksjon, til tross for at det ble oppdaget for lenge siden, er stabiliteten til hypoklorsyrevann vanskelig å opprettholde, i løsning forverres de aktive stoffene raskt tilbake til saltvann og mister sin desinfiserende evne, derfor har det vært vanskelig å transportere for bred bruk. Til tross for de sterkere desinfiseringsmulighetene på grunn av kostnadene, brukes det ikke ofte som et desinfeksjonsmiddel sammenlignet med blekemiddel og alkohol.
Den teknologiske utviklingen har redusert produksjonskostnadene og tillater produksjon og tapping av hypoklorsyrevann til hjemmebruk og kommersiell bruk. Imidlertid har mest hypoklorsyrevann kort holdbarhet og er ikke egnet til å holde på lenge. Å lagre seg unna varme og direkte sollys kan bidra til å bremse forringelsen. Videreutviklingen av elektrokjemiske celler med kontinuerlig strøm er implementert i nye produkter, noe som muliggjør kommersialisering av innenlandske og industrielle enheter for kontinuerlig strømning for generering på stedet av hypoklorsyre til desinfeksjonsformål.
Se også
- Diklormonoksid : det tilsvarende sure oksidet
- Hypofluor syre
- Perklorsyre