Hipoklórsav - Hypochlorous acid
|
|
|
|
| Nevek | |
|---|---|
|
IUPAC név
hipoklórsav, klór (I) sav, kloranol, hidroxidoklór
|
|
| Más nevek
Hidrogén -hipoklorit, Klór -hidroxid, hipoklórsav
|
|
| Azonosítók | |
|
3D modell ( JSmol )
|
|
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.029.302 
|
| EK -szám | |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
CompTox műszerfal ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Tulajdonságok | |
| HOCl | |
| Moláris tömeg | 52,46 g/mol |
| Megjelenés | Színtelen vizes oldat |
| Sűrűség | Változó |
| Oldódó | |
| Savasság (p K a ) | 7.53 |
| Konjugált bázis | Hipoklorit |
| Veszélyek | |
| Fő veszélyek | maró, oxidálószer |
| NFPA 704 (tűzgyémánt) | |
| Rokon vegyületek | |
|
Más anionok
|
Hypofluorsav Hypobromous acid Hypoiodous sav |
|
Rokon vegyületek
|
Klór Kalcium -hipoklorit Nátrium -hipoklorit |
|
Eltérő rendelkezés hiányában az adatok a szabványos állapotú anyagokra vonatkoznak (25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
 ellenőrizze ( mi az ?)
  |
|
| Infobox hivatkozások | |
A hipoklórsav (HOCl vagy HClO) egy gyenge sav , amely a klór vízben való oldódásakor keletkezik, és maga részben disszociál, hipokloritot (ClO -) képezve . HCIO és ClO - anyagok oxidáiószerek, és az elsődleges fertőtlenítő szerek a klór megoldásokat. A HClO -t nem lehet izolálni ezekből az oldatokból a prekurzorral való gyors egyensúly miatt . A nátrium -hipoklorit (NaClO) és a kalcium -hipoklorit (Ca (ClO) 2 ) fehérítők , dezodorok és fertőtlenítőszerek .
A hipoklórsav természetesen megtalálható az emlősök fehérvérsejtjeiben, beleértve az emberi testet is. Nem mérgező, és évek óta biztonságos sebkezelő megoldásként használják.
Vízben oldva a hipoklórsavas víz erős fertőtlenítő tulajdonságokkal rendelkezik. Tekintettel erre és nem mérgező tulajdonságaira, hasznos tisztító- és fertőtlenítőszerként azonosították. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége a COVID-19 elleni hatékony fertőtlenítőszerként azonosította, amelyet klinikai vizsgálatok támasztanak alá.
Mivel képes behatolni a kórokozók membránjába, kereskedelmi szagtalanító szerként is használják.
Történelem
A hipoklórsavat 1834 -ben fedezte fel Antoine Jérôme Balard (1802–1876) francia vegyész azzal, hogy egy klórgáz -lombikhoz híg higany (II) -oxid vízben készült szuszpenzióját adta hozzá . Megnevezte a savat és vegyületeit is.
Annak ellenére, hogy viszonylag könnyen elkészíthető, nehéz stabil hipoklór -sav oldatot fenntartani. A tudósok csak az utóbbi években tudták költséghatékonyan előállítani és fenntartani a hipoklórsavas vizet a stabil kereskedelmi használatra.
Felhasználások
- A szerves szintézis , HCIO alakítja alkének a klórhidrinek .
- A biológiában a hipoklórsav az aktivált neutrofilekben keletkezik kloridionok mieloperoxidáz által közvetített peroxidációjával, és hozzájárul a baktériumok elpusztításához .
- Az orvostudományban a hipoklórsavas vizet fertőtlenítő és fertőtlenítő szerként használták.
- A sebkezelésben 2016 elejétől az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala jóváhagyta azokat a termékeket, amelyek fő hatóanyaga a hipoklórsav, sebek és különböző fertőzések kezelésére emberekben és háziállatokban. Ezenkívül az FDA által jóváhagyott sóoldatok tartósítószereként is.
- A fertőtlenítés során folyékony spray, nedves törlőkendő és aeroszolos alkalmazás formájában alkalmazták. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a hipoklórsav -víz alkalmas köd- és aeroszolos használatra fertőtlenítő kamrákhoz, valamint beltéri, például irodák, kórházak és egészségügyi klinikák fertőtlenítésére
- Az ételszolgáltatásban és a vízosztásban néha speciális berendezéseket használnak a HClO gyenge oldatainak vízből és sóból történő előállítására, hogy megfelelő mennyiségű biztonságos (instabil) fertőtlenítőszert állítsanak elő az élelmiszer -előkészítő felületek és vízkészletek kezelésére. Gyakran használják éttermekben is, mivel nem gyúlékony és nem mérgező.
- A vízkezelés során a hipoklórsav az aktív fertőtlenítőszer a hipoklorit alapú termékekben (pl. Úszómedencékben).
- Hasonlóképpen, a hajókban és jachtokban a tengeri higiénés eszközök elektromos energiát használnak fel, hogy a tengervizet hipoklórsavvá alakítsák, hogy fertőtlenítsék a macerált széklethulladékot a tengerbe történő kibocsátás előtt.
- A szagtalanítás során a hipoklórsavat 99% -ban eltávolították a kellemetlen szagokból, beleértve a szemetet, a rothadt húst, a vécét, a székletet és a vizelet szagát.
Kialakulás, stabilitás és reakciók
A klór hozzáadása a vízhez sósavat (HCl) és hipoklórsavat (HOCl) is eredményez:
- 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 -
Ha savakat adnak a hipoklór -sav vizes sójához (például nátrium -hipoklorithoz a kereskedelmi forgalomban lévő fehérítő oldatban), a kapott reakciót balra hajtják, és klórgáz képződik. Így a stabil hipoklorit fehérítők képződését megkönnyíti a klórgáz bázisos vizes oldatokban, például nátrium -hidroxidban való feloldása .
A savat úgy is előállíthatjuk, hogy diklór -monoxidot vízben oldunk ; szabványos vizes körülmények között a vízmentes hipoklórsavat jelenleg lehetetlen előállítani, mivel könnyen visszafordítható egyensúly áll fenn közte és anhidridje között:
- 2 HOCl ⇌ Cl 2 O + H 2 O K (0 ° C -on) = 3,55 × 10 −3 dm 3 mol −1
A fény jelenlétében, vagy átmenetifém-oxidok réz , nikkel , vagy kobalt gyorsítja az exoterm bomlási be sósav és oxigén :
- 2 Cl 2 + 2 H 2 O → 4 HCl + O 2
Alapvető reakciók
A vizes oldatban, hipoklórsav részlegesen disszociál, és az anion -hipoklorit ClO - :
- HOCl ⇌ ClO - + H +
Sók A hipoklórsav nevezzük hipokloritok . Az egyik legismertebb hipoklorit a NaClO , a fehérítő hatóanyaga.
A HOCl erősebb oxidálószer, mint a klór normál körülmények között.
- 2 HCIO (aq) + 2 H + + 2e - ⇌ Cl 2 (g) + 2 H
2O E = +1,63 V
A HClO reagál a sósavval, és klórt képez:
- HOCl + HCl → H 2 O + Cl 2
A HOCl ammóniával reagálva monoklóramint képez :
- NH 3 + HOCl → NH 2 Cl + H 2 O
A HOCl szerves aminokkal is reagálhat , N -klór -aminokat képezve .
A hipoklórsav egyensúlyban van anhidridjével ; diklór -monoxid .
- 2 HOCl ⇌ Cl 2 O + H 2 O K (0 ° C -on) = 3,55 × 10 −3 dm 3 mol −1
A HClO reakcióképessége biomolekulákkal
A hipoklórsav sokféle biomolekulával reagál, beleértve a DNS -t , RNS -t , zsírsavcsoportokat, koleszterint és fehérjéket.
Reakció fehérje -szulfhidril -csoportokkal
Knox és mtsai. először megjegyezte, hogy a HClO egy szulfhidril -inhibitor, amely elegendő mennyiségben teljesen inaktiválhatja a szulfhidril -csoportokat tartalmazó fehérjéket . Ennek az az oka, hogy a HClO oxidálja a szulfhidril -csoportokat, és diszulfidkötésekhez vezet, amelyek fehérjék térhálósodását eredményezhetik . A szulfhidril -oxidáció HClO mechanizmusa hasonló a monoklóraminhoz , és csak bakteriosztatikus lehet, mivel a maradék klór eloszlatása után bizonyos szulfhidril -funkció helyreállítható. Egy szulfhidril-tartalmú aminosav akár négy molekula HOCl-t is képes felszívni. Ezzel összhangban javasolták, hogy a kéntartalmú aminosavak szulfhidrilcsoportjai összesen háromszor oxidálhatók három HClO molekulával, a negyedik pedig az α-aminocsoporttal reagál. Az első reakció szulfénsavat (R – SOH), majd szulfinsavat (R – SO 2 H) és végül R – SO 3 H -t eredményez. A szulfénsavak diszulfidokat képeznek egy másik fehérje-szulfhidril-csoporttal, ami fehérjék térhálósodását és aggregációját okozza. A szulfinsavat és az R – SO 3 H származékokat csak nagy móltúlzott HClO -feleslegben állítják elő, és a diszulfidok elsősorban bakteriocid szinten képződnek. A diszulfidkötéseket HClO is szulfinsavvá oxidálhatja. Mivel az oxidációs a szulfhidrilek és diszulfidok fejlődik sósavval , ezt a folyamatot kiürülését eredményezi HCIO.
Reakció fehérje aminocsoportokkal
A hipoklórsav könnyen reagál az aminosavakkal, amelyek aminocsoport oldalláncokkal rendelkeznek, a HClO-ból származó klór pedig hidrogént helyettesít, és szerves klóramint eredményez. A klórozott aminosavak gyorsan lebomlanak, de a fehérje- klóraminok hosszabb élettartamúak és megtartanak némi oxidációs képességüket. Thomas et al. eredményeikből arra a következtetésre jutottak, hogy a legtöbb szerves klóramin belső átrendeződés hatására bomlik le, és hogy kevesebb rendelkezésre álló NH 2 csoport elősegíti a peptidkötés elleni támadást , ami a fehérje lehasadását eredményezi . McKenna és Davies úgy találta, hogy 10 mM vagy nagyobb HClO szükséges a fehérjék in vivo fragmentálásához. Ezekkel az eredményekkel összhangban később felmerült, hogy a kloramin molekuláris átrendeződésen megy keresztül, sósav és ammónia szabadul fel aldehid képződése céljából . Az aldehidcsoport tovább reagálhat egy másik aminocsoporttal, hogy Schiff-bázist képezzen , ami fehérjék térhálósodását és aggregációját okozza.
Reakció DNS -sel és nukleotidokkal
A hipoklórsav lassan reagál a DNS -sel és az RNS -sel, valamint az összes nukleotiddal in vitro. A GMP a legreaktívabb, mert a HClO mind a heterociklusos NH -csoporttal, mind az aminocsoporttal reagál. Hasonló módon a TMP csak a HClO-val reagáló heterociklusos NH-csoporttal a második legreaktívabb. Az AMP és a CMP , amelyek csak lassan reagáló aminocsoporttal rendelkeznek, kevésbé reagálnak a HClO -val. A jelentések szerint az UMP csak nagyon lassan reagál. A heterociklusos NH -csoportok reaktívabbak, mint az aminocsoportok, és másodlagos klóraminjaik képesek a klór adományozására. Ezek a reakciók valószínűleg zavarják a DNS -bázis párosodását, és ezzel összhangban Prütz a HClO -nak kitett DNS viszkozitásának csökkenéséről számolt be, hasonlóan a hő denaturálásához. A cukorrészek nem reagálnak, és a DNS gerincét nem törik meg. A NADH reagálhat klórozott TMP -vel és UMP -vel, valamint HClO -val. Ez a reakció képes regenerálni az UMP-t és a TMP-t, és a NADH 5-hidroxi-származékát eredményezi. A reakció TMP -vel vagy UMP -vel lassan reverzibilis a HClO regenerálásához. A második lassabb reakció, amely a piridingyűrű lehasadását eredményezi, akkor fordul elő, ha felesleges HClO van jelen. A NAD + inert a HClO -val szemben.
Reakció lipidekkel
A hipoklórossav reagál telítetlen kötéseket a lipidek , de nem telített kötést , és a CIO - ion nem vesz részt ebben a reakcióban. Ez a reakció úgy történik hidrolízis hozzáadásával klórt , hogy az egyik szénatom, és a hidroxilcsoport a másik. A kapott vegyület egy klórhidrin. A poláris klór megzavarja a lipid kettős rétegeket, és növelheti a permeabilitást. Ha klórhidrin képződik a vörösvértestek lipid kettősrétegeiben, fokozott permeabilitás lép fel. Megszakítás léphet fel, ha elegendő klórhidrin képződik. Az előre elkészített klórhidrin hozzáadása a vörösvérsejtekhez szintén befolyásolhatja a permeabilitást. Megfigyelték a koleszterin -klórhidrint is, de nem befolyásolják nagymértékben a permeabilitást, és úgy vélik, hogy a Cl 2 felelős ezért a reakcióért.
A fertőtlenítő hatás módja
A hipoklórsavnak kitett E. coli 0,1 másodperc alatt elveszíti életképességét számos létfontosságú rendszer inaktiválása miatt. A hipoklórossav van egy jelentett LD 50 a 0,0104-0,156 ppm és 2,6 ppm okozott 100% -os növekedési gátlást 5 perc alatt. A baktericid aktivitáshoz szükséges koncentráció azonban nagymértékben függ a baktériumkoncentrációtól is.
A glükóz oxidációjának gátlása
1948 -ban Knox és mtsai. azt az elképzelést javasolta, hogy a glükóz oxidációjának gátlása a klóroldatok bakteriocid jellegének egyik fő tényezője. Azt javasolta, hogy a hatóanyag vagy ágensek diffundáljanak a citoplazmatikus membránon, hogy inaktiválják a legfontosabb szulfhidril -tartalmú enzimeket a glikolitikus úton . Ez a csoport volt az első, aki megjegyezte, hogy a klóroldatok (HOCl) gátolják a szulfhidril -enzimeket . Későbbi vizsgálatok kimutatták, hogy bakteriocid szinten a citoszol komponensek nem reagálnak a HOCl -dal. Ezzel egyetértésben McFeters és Camper megállapították, hogy az aldoláz , egy enzim, amelyet Knox és mtsai. javaslatok inaktiválódnak, a HOCl nem befolyásolja in vivo . Továbbá kimutatták, hogy a szulfhidrilveszteség nem korrelál az inaktiválással. Ez felveti a kérdést, hogy mi okozza a glükóz oxidációját. Az a felfedezés, hogy a HOCl blokkolja a β-galaktozidáz hozzáadott laktóz általi indukcióját, lehetséges választ adott erre a kérdésre. A felvételt a radioaktívan jelölt szubsztrát által mind az ATP hidrolízis és proton CO-szállítási lehet elzárt kitettség HOCl előző elvesztése életképességét. Ebből a megfigyelésből azt javasolta, hogy a HOCl blokkolja a tápanyagok felvételét a transzportfehérjék inaktiválásával. A glükóz oxidációjának elvesztésének kérdését tovább vizsgálták a légzésvesztés szempontjából. Venkobachar és mtsai. megállapította, hogy a borostyánkősav -dehidrogenázt gátolta in vitro a HOCl, ami annak a lehetőségnek a vizsgálatához vezetett, hogy az elektronszállítás megzavarása lehet a bakteriális inaktiváció oka. Albrich és mtsai. Ezt követően megállapította, hogy a HOCl elpusztítja a citokrómokat és a vas-kén klasztereket, és megfigyelte, hogy az oxigénfelvételt a HOCl megszünteti, és az adenin-nukleotidok elvesznek. Azt is megfigyelték, hogy a citokrómok visszafordíthatatlan oxidációja párhuzamosan lépett fel a légzési aktivitás elvesztésével. Az oxigénfelvétel elvesztésének kezelésének egyik módja a HOCl szukcinátfüggő elektronszállításra gyakorolt hatásának tanulmányozása volt . Rosen és mtsai. azt találták, hogy a redukálható citokrómok szintje a HOCl-vel kezelt sejtekben normális, és ezek a sejtek nem képesek csökkenteni őket. A szukcinát -dehidrogenázt a HOCl is gátolta, megállítva az elektronok oxigénáramlását. Későbbi vizsgálatok azt mutatták, hogy az ubiquinol-oxidáz aktivitás először megszűnik, és a még aktív citokrómok csökkentik a fennmaradó kinont. A citokrómok majd át a elektronok , hogy az oxigén , ami megmagyarázza, hogy miért a citokrómok nem lehet reoxidáljuk, megfigyeltek szerint Rosen et al. Ennek a vizsgálati sornak azonban véget vetett, amikor Albrich és mtsai. megállapította, hogy a sejtek inaktiválása megelőzi a légzés elvesztését egy áramláskeverő rendszer használatával, amely lehetővé tette az életképesség értékelését sokkal kisebb időskálán. Ez a csoport megállapította, hogy a lélegezni képes sejtek nem tudnak osztódni a HOCl -nak való kitettség után.
Az adenin nukleotidok kimerülése
Miután megszüntette a légzésvesztést, Albrich és mtsai. azt javasolja, hogy a halál oka az adenin -nukleotidok kimerülése által okozott anyagcserezavar lehet. Barrette és mtsai. tanulmányozta az adenin-nukleotidok veszteségét a HOCl-expozíciónak kitett sejtek energiatöltésének tanulmányozásával, és megállapította, hogy a HOCl-nek kitett sejtek nem képesek fokozni az energiatöltetüket a tápanyagok hozzáadása után. A következtetés az volt, hogy a kitett sejtek elvesztették az adenilátkészletük szabályozásának képességét, mivel az a tény, hogy a metabolitok felvétele csak 45% -ban volt hiányos a HOCl -expozíció után, és az a megfigyelés, hogy a HOCl intracelluláris ATP -hidrolízist okoz. Azt is megerősítették, hogy a HOCl bakteriocid szintjén a citoszol komponensek nem változnak. Tehát azt javasolták, hogy néhány membránhoz kötött fehérje módosítása kiterjedt ATP-hidrolízist eredményez, és ez azzal párosul, hogy a sejtek nem tudják eltávolítani az AMP-t a citoszolból, gátolják az anyagcsere-funkciót. Az egyik fehérje, amely részt vesz az ATP -regenerálási képesség elvesztésében, az ATP -szintetáz . A légzéssel kapcsolatos kutatások nagy része megerősíti azt a megfigyelést, hogy a releváns bakteriocid reakciók a sejtmembránon játszódnak le.
A DNS replikáció gátlása
A közelmúltban azt javasolták, hogy a HOCl általi bakteriális inaktiváció a DNS replikáció gátlásának eredménye . Amikor a baktériumokat HOCl -nak teszik ki, a DNS -szintézis rohamosan csökken, ami megelőzi a fehérjeszintézis gátlását , és szorosan párhuzamos az életképesség elvesztésével. A bakteriális genom replikációja során a replikáció eredete (oriC E. coliban ) kötődik a sejtmembránhoz kapcsolódó fehérjékhez, és megfigyelték, hogy a HOCl kezelés csökkenti az extrahált membránok affinitását az oriC iránt, és ez a csökkent affinitás párhuzamba állítja a veszteséget is az életképességről. Rosen et al. összehasonlította a különböző replikációs eredetű plazmidok DNS -replikációjának HOCl gátlási sebességét, és azt találta, hogy bizonyos plazmidok késleltetik a replikáció gátlását az oriC -t tartalmazó plazmidokhoz képest. Rosen csoportja azt javasolta, hogy a DNS -replikációban részt vevő membránfehérjék inaktiválása a HOCl hatásmechanizmusa.
Fehérje kibontakozás és aggregáció
Ismert, hogy a HOCl transzláció utáni módosításokat okoz a fehérjékben , a legjelentősebbek a cisztein és a metionin oxidációja. A HOCl baktericid szerepének nemrégiben végzett vizsgálata azt mutatta, hogy a fehérjeaggregáció erős induktora. A Hsp33, az oxidatív hőstressz által aktivált chaperone védi a baktériumokat a HOCl hatásaitól azáltal, hogy holdázként működik , és hatékonyan megakadályozza a fehérjék aggregációját. Az Escherichia coli és a Vibrio cholerae törzseket, amelyekben nincs Hsp33, különösen érzékenyé tették a HOCl -ra. A Hsp33 számos esszenciális fehérjét megvédett a HOCl miatti aggregációtól és inaktiválódástól, ami a HOCl baktericid hatásainak valószínű közvetítője.
Hipokloritok
A hipokloritok a hipoklórsav sói; kereskedelmi szempontból fontos hipokloritok a kalcium -hipoklorit és a nátrium -hipoklorit .
Hipokloritok előállítása elektrolízissel
A hipokloritok oldatai in situ állíthatók elő vizes nátrium-klorid-oldat elektrolízisével mind szakaszos, mind áramlási folyamatokban. A kapott oldat összetétele az anód pH -jától függ. Savas körülmények között az előállított oldat magas hipoklór -sav koncentrációjú lesz, de oldott gázhalmazállapotú klórt is tartalmaz, amely maró hatású lehet, semleges pH -n az oldat körülbelül 75% hipoklórsav és 25% hipoklorit. A keletkező klórgáz egy része feloldódik, és hipoklorit -ionokat képez. A hipokloritokat a klórgáz lúgos oldatokban való aránytalan aránya is előállítja .
Biztonság
Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége a HOCl-t nem veszélyesnek minősítette. Mint minden oxidálószer, koncentrációjától és pH -jától függően maró vagy irritáló hatású lehet.
Egy klinikai vizsgálat során a hipoklórsavas vizet szemirritációra, bőrirritációra és toxicitásra vizsgálták, és arra a következtetésre jutottak, hogy nem mérgező, nem irritálja a szemet és a bőrt.
Egy nemrégiben végzett vizsgálatban kimutatták, hogy a tiszta hipoklórsavval tartósított sós higiéniai oldat jelentősen csökkenti a bakteriális terhelést anélkül, hogy megváltoztatná a szemhéjon lévő baktériumfajok sokféleségét. 20 perces kezelés után> 99% -kal csökkent a Staphylococcus baktériumok száma.
Kereskedelmezés
Fertőtlenítésre, annak ellenére, hogy már régen felfedezték, a hipoklórsav -víz stabilitását nehéz fenntartani, oldatban a hatóanyagok gyorsan visszaalakulnak sós vízbe, elveszítve fertőtlenítő képességüket, ezért nehéz volt széles körben szállítani. Annak ellenére, hogy a költségei miatt erősebb fertőtlenítő képessége van, nem gyakran használják fertőtlenítőszerként a fehérítőhöz és az alkoholhoz képest.
A technológiai fejlődés csökkentette a gyártási költségeket, és lehetővé tette az otthoni és kereskedelmi használatra szánt hipoklórsavas víz gyártását és palackozását. A legtöbb hipoklórsavas víz azonban rövid ideig eltartható, és nem alkalmas hosszú ideig tárolásra. A hőtől és közvetlen napsugárzástól való tárolás segíthet lassítani a romlást. A folyamatos áramlású elektrokémiai cellák továbbfejlesztését új termékekben valósították meg, lehetővé téve a hazai és ipari folyamatos áramlású eszközök forgalmazását a hipoklórsav in situ előállításához fertőtlenítési célokra.
Lásd még
- Diklór -monoxid : a megfelelő savas oxid
- Hipofluoros sav
- Perklórsav