Hypochlorsyre - Hypochlorous acid

Hypochlorsyre
Navne
	IUPAC navn hypochlorsyre, chlor (I) syre, chloranol, hydroxidochlor
	Andre navne Hydrogenhypochlorit, chlorhydroxid, hypochlorsyre
Identifikatorer
CAS -nummer
3D -model ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard	100.029.302
EF -nummer
PubChem CID
UNII
CompTox Dashboard ( EPA )
	InChI InChI = 1S/ClHO/c1-2/h2H Nøgle: QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N ; InChI = 1/ClHO/c1-2/h2H Nøgle: QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYAT ;
	SMIL OCl;
Ejendomme
Kemisk formel	HOCl
Molar masse	52,46 g/mol
Udseende	Farveløs vandig opløsning
Massefylde	Variabel
Opløselighed i vand	Opløseligt
Surhed (p K a )	7,53
Konjugeret base	Hypochlorit
Farer
Vigtigste farer	ætsende, oxidationsmiddel
NFPA 704 (brand diamant)	3 0 4 OKSE
Relaterede forbindelser
Andre anioner	Hypofluorsyre ; Hypobromous acid ; Hypoiodous acid
Relaterede forbindelser	Klor ; Calciumhypochlorit ; Natriumhypochlorit
	Medmindre andet er angivet, angives data for materialer i deres standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
	kontrollere ( hvad er ?)
	Infobox referencer

Hypochlorsyre (HOCl eller HClO) er en svag syre, der dannes, når chlor opløses i vand, og selv dissocierer delvist og danner hypochlorit , ClO ^- . HClO og ClO ^- er oxidationsmidler og de primære desinfektionsmidler for chloropløsninger. HClO kan ikke isoleres fra disse løsninger på grund af hurtig ækvilibrering med dens forløber . Natriumhypochlorit (NaClO) og calciumhypochlorit (Ca (ClO) ₂ ) er blegemidler , deodoranter og desinfektionsmidler .

Hypochlorsyre findes naturligt i hvide blodlegemer hos pattedyr, herunder menneskekroppen. Det er giftfrit og har været brugt som en sikker sårplejeløsning i mange år.

Når det er opløst i vand, har det vist sig, at hypochlorsyrevand har stærke desinfektionsegenskaber. I betragtning af dette og dets ikke-toksicitet er det blevet identificeret som et nyttigt rengøringsmiddel og desinfektionsmiddel. Det er blevet identificeret af det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur som et desinfektionsmiddel, der er effektivt mod COVID-19, understøttet af kliniske undersøgelser.

På grund af dets evne til at trænge igennem patogeners membraner, bruges det også som en kommerciel deodorizer.

Historie

Hypochlorsyre blev opdaget i 1834 af den franske kemiker Antoine Jérôme Balard (1802-1876) ved at tilføje en fortyndet suspension af kviksølv (II) oxid til en kolbe med klorgas i vand. Han kaldte også syren og dens forbindelser.

På trods af at det er relativt let at lave, er det svært at opretholde en stabil hypochlorsyreopløsning. Det er først i de senere år, at forskere har været i stand til omkostningseffektivt at producere og vedligeholde hypochlorsyrevand til stabil kommerciel brug.

Anvendelser

Ved organisk syntese omdanner HClO alkener til chlorhydriner .
I biologien genereres hypochlorsyre i aktiverede neutrofiler ved myeloperoxidase -medieret peroxidation af chloridioner og bidrager til ødelæggelse af bakterier .
I medicin er hypochlorsyrevand blevet brugt som desinfektionsmiddel og desinfektionsmiddel.
I sårpleje og fra begyndelsen af 2016 har den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration godkendt produkter, hvis vigtigste aktive ingrediens er hypochlorsyre til brug ved behandling af sår og forskellige infektioner hos mennesker og kæledyr. Det er også FDA-godkendt som konserveringsmiddel til saltopløsninger.
Ved desinfektion er det blevet brugt i form af flydende spray, vådservietter og aerosoliseret applikation. Nylige undersøgelser har vist, at hypochlorsyrevand er egnet til tåge og aerosoliseret anvendelse til desinfektionskamre og egnet til desinfektion af indendørs indstillinger som f.eks. Kontorer, hospitaler og sundhedsklinikker
I fødevareservice og vanddistribution bruges undertiden specialiseret udstyr til at generere svage HClO -løsninger fra vand og salt til at generere tilstrækkelige mængder sikkert (ustabilt) desinfektionsmiddel til behandling af madlavningsoverflader og vandforsyninger. Det bruges også almindeligt på restauranter på grund af dets ikke-brandfarlige og ikke-toksiske egenskaber.
Ved vandbehandling er hypochlorsyre det aktive desinfektionsmiddel i hypochloritbaserede produkter (f.eks. Brugt i svømmebassiner).
Tilsvarende i skibe og lystbåde bruger marine sanitetsanordninger elektricitet til at omdanne havvand til hypochlorsyre til at desinficere maseret fækalt affald inden udledning i havet.
Ved deodorisering er hypochlorsyre blevet testet for at fjerne op til 99% af dårlig lugt, herunder skrald, råddent kød, toilet, afføring og urinlugt.

Dannelse, stabilitet og reaktioner

Tilsætning af chlor til vand giver både saltsyre (HCl) og hypochlorsyre (HOCl):

Cl ₂ + H ₂ O ⇌ HCIO + HCI

Cl ₂ + 4 OH ^- ⇌ 2 ClO ^- + 2 H ₂ O + 2 e ^-

Cl ₂ + 2 e ^- ⇌ 2 Cl ^-

Når syrer tilsættes til vandige salte af hypochlorsyre (såsom natriumhypochlorit i kommerciel blegemiddelopløsning), drives den resulterende reaktion til venstre, og der dannes chlorgas. Således letter dannelsen af stabile hypochloritblegemidler ved at opløse chlorgas i basiske vandopløsninger, såsom natriumhydroxid .

Syren kan også fremstilles ved at opløse dichlormonoxid i vand; under standard vandige betingelser er vandfri hypochlorsyre i øjeblikket umulig at fremstille på grund af den let reversible ligevægt mellem 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 af lette eller overgangsmetaloxider af kobber , nikkel eller kobolt fremskynder den eksotermiske nedbrydning til saltsyre og ilt :

2 Cl ₂ + 2 H ₂ O → 4 HCl + O ₂

Grundlæggende reaktioner

I vandig opløsning dissocierer hypochlorsyre delvist til anionhypochlorit ClO ^- :

HOCl ⇌ ClO ^- + H ⁺

Salte af hypochlorsyre kaldes hypochloritter . En af de mest kendte hypochloritter er NaClO , den aktive ingrediens i blegemiddel.

HOCl er en stærkere oxidant end chlor under standardbetingelser.

2 HCIO (aq) + 2 H ⁺ + 2 e ^- ⇌ Cl ₂ (g) + 2 H
2O E = +1,63 V

HClO reagerer med HCl for at danne chlor:

HOCI + HCI → H ₂ O + Cl ₂

HOCl reagerer med ammoniak for at danne monochloramin :

NH ₃ + HOCI → NH ₂ Cl + H ₂ O

HOCl kan også reagere med organiske aminer og danne N -chloroaminer.

Hypochlorsyre findes i ligevægt med dets anhydrid ; dichlormonoxid .

2 HOCl ⇌ Cl ₂ O + H ₂ O K (ved 0 ° C) = 3,55 × 10 ⁻³ dm ³ mol ⁻¹

HClO's reaktivitet med biomolekyler

Hypochlorsyre reagerer med en lang række biomolekyler, herunder DNA , RNA , fedtsyregrupper, kolesterol og proteiner.

Reaktion med proteinsulfhydrylgrupper

Knox et al. bemærkede først, at HClO er en sulfhydryl -inhibitor, der i tilstrækkelig mængde fuldstændigt kunne inaktivere proteiner indeholdende sulfhydrylgrupper . Dette skyldes, at HClO oxiderer sulfhydrylgrupper, hvilket fører til dannelse af disulfidbindinger, der kan resultere i tværbinding af proteiner . HClO -mekanismen for sulfhydryloxidation ligner den for monochloramin og er muligvis kun bakteriostatisk, for når det resterende chlor er spredt, kan en vis sulfhydrylfunktion genoprettes. Én sulfhydrylholdig aminosyre kan opdage op til fire molekyler HOCl. I overensstemmelse hermed er det blevet foreslået, at sulfhydrylgrupper af svovlholdige aminosyrer i alt kan oxideres tre gange med tre HClO-molekyler, hvor den fjerde reagerer med a-aminogruppen. Den første reaktion giver sulfensyre (R – SOH) derefter sulfinsyre (R – SO ₂ H) og til sidst R – SO ₃ H. Sulfensyrer danner disulfider med en anden proteinsulfhydrylgruppe, hvilket forårsager tværbinding og aggregering af proteiner. Sulfinsyre og R – SO ₃ H -derivater produceres kun ved høje molære overskud af HClO, og disulfider dannes primært ved bakteriocidniveauer. Disulfidbindinger kan også oxideres af HClO til sulfinsyre. Fordi oxidation af sulfhydryl og disulfider udvikler saltsyre, resulterer denne proces i udtømning af HClO.

Reaktion med proteinaminogrupper

Hypochlorsyre reagerer let med aminosyrer, der har aminogruppes sidekæder, med klor fra HClO, der fortrænger et hydrogen, hvilket resulterer i en organisk chloramin. Chlorerede aminosyrer nedbrydes hurtigt, men proteinchloraminer holder længere og bevarer en vis oxidationskapacitet. Thomas et al. konkluderede fra deres resultater, at de fleste organiske chloraminer ødelagte ved intern omlejring og at færre tilgængelige NH 2 -grupper fremmet angreb på peptidbindingen , hvilket resulterer i spaltning af proteinet . McKenna og Davies fandt ud af, at 10 mM eller større HClO er nødvendig for at fragmentere proteiner in vivo. I overensstemmelse med disse resultater blev det senere foreslået, at chloraminet undergår en molekylær omlægning, der frigiver HCl og ammoniak til dannelse af et aldehyd . Den Aldehydgruppen kan yderligere reagere med en anden aminogruppe til dannelse af en Schiff-base , der forårsager tværbinding og aggregering af proteiner.

Reaktion med DNA og nukleotider

Hypochlorsyre reagerer langsomt med DNA og RNA samt alle nukleotider in vitro. GMP er den mest reaktive, fordi HClO reagerer med både den heterocykliske NH -gruppe og aminogruppen. På lignende måde er TMP med kun en heterocyklisk NH-gruppe, der er reaktiv med HClO, den næstmest reaktive. AMP og CMP , som kun har en langsomt reaktiv aminogruppe, er mindre reaktive med HClO. UMP er rapporteret at være reaktiv kun i en meget langsom hastighed. De heterocykliske NH -grupper er mere reaktive end aminogrupper, og deres sekundære chloraminer er i stand til at donere chloret. Disse reaktioner forstyrrer sandsynligvis DNA -baseparring, og i overensstemmelse hermed har Prütz rapporteret et fald i viskositet af DNA udsat for HClO svarende til det, der ses ved varmedenaturering. Sukkerdelene er ikke -reaktive, og DNA -rygraden er ikke brudt. NADH kan reagere med chloreret TMP og UMP samt HClO. Denne reaktion kan regenerere UMP og TMP og resultere i 5-hydroxidderivatet af NADH. Reaktionen med TMP eller UMP er langsom reversibel for at regenerere HClO. En anden langsommere reaktion, der resulterer i spaltning af pyridinringen, forekommer, når overskydende HClO er til stede. NAD ⁺ er inert over for HClO.

Reaktion med lipider

Hypochlorsyrling reagerer med umættede bindinger i lipider , men ikke mættede bindinger , og CIO ^- ion ikke deltager i denne reaktion. Denne reaktion sker ved hydrolyse med tilsætning af chlor til det ene af carbonatomer og et hydroxyl til det andet. Den resulterende forbindelse er et chlorhydrin. Polarkloret forstyrrer lipid -dobbeltlag og kan øge permeabiliteten. Når chlorohydrindannelse forekommer i lipid -dobbeltlag af røde blodlegemer, forekommer øget permeabilitet. Afbrydelse kan forekomme, hvis der dannes nok chlorhydrin. Tilsætning af præformet chlorhydrin til røde blodlegemer kan også påvirke permeabiliteten. Cholesterolchlorhydrin er også blevet observeret, men påvirker ikke i høj grad permeabilitet, og det menes, at Cl ₂ er ansvarlig for denne reaktion.

Tilstand for desinfektionsmiddel

E. coli udsat for hypochlorsyre mister levedygtighed på mindre end 0,1 sekunder på grund af inaktivering af mange vitale systemer. Hypochlorsyre har en rapporteret LD ₅₀ på 0,0104-0,156 ppm og 2,6 ppm forårsagede 100% væksthæmning på 5 minutter. Den krævede koncentration til bakteriedræbende aktivitet er imidlertid også stærkt afhængig af bakteriekoncentration.

Hæmning af glukoseoxidation

I 1948 beskrev Knox et al. foreslog tanken om, at inhibering af glukoseoxidation er en vigtig faktor i kloropløsningenes bakteriocide karakter. Han foreslog, at det eller de aktive midler diffunderer hen over den cytoplasmatiske membran for at inaktivere centrale sulfhydryl -indeholdende enzymer i den glykolytiske vej . Denne gruppe var også den første til at bemærke, at chloropløsninger (HOCl) inhiberer sulfhydryl -enzymer . Senere undersøgelser har vist, at cytosolkomponenterne ved bakteriocide niveauer ikke reagerer med HOCl. I overensstemmelse hermed fandt McFeters og Camper, at aldolase , et enzym, som Knox et al. foreslår, ville blive inaktiveret, var upåvirket af HOCl in vivo . Det er yderligere blevet vist, at tab af sulfhydryl ikke korrelerer med inaktivering. Det efterlader spørgsmålet om, hvad der forårsager hæmning af glucoseoxidation . Opdagelsen af at HOCl blokerer induktion af β-galactosidase ved tilsat laktose førte til et muligt svar på dette spørgsmål. Optagelsen af radioaktivt mærket substrater ved både ATP-hydrolyse og proton -co-transport kan blive blokeret ved udsættelse for HOCI foregående tab af levedygtighed. Fra denne observation foreslog den, at HOCl blokerer optagelse af næringsstoffer ved at inaktivere transportproteiner. Spørgsmålet om tab af glukoseoxidation er blevet undersøgt yderligere med hensyn til tab af åndedræt. Venkobachar et al. fandt, at ravsyre dehydrogenase blev inhiberet in vitro af HOCl, hvilket førte til undersøgelse af muligheden for, at afbrydelse af elektrontransport kunne være årsag til bakteriel inaktivering. Albrich et al. fandt efterfølgende, at HOCl ødelægger cytokromer og jern-svovlklynger og observerede, at iltoptagelse afskaffes af HOCl, og adenin-nukleotider går tabt. Det blev også observeret, at irreversibel oxidation af cytokromer parallelt med tabet af respiratorisk aktivitet. En måde at imødegå tabet af iltoptagelse var ved at studere virkningerne af HOCl på succinatafhængig elektrontransport . Rosen et al. fandt ud af, at niveauer af reducerbare cytokromer i HOCl-behandlede celler var normale, og disse celler var ude af stand til at reducere dem. Succinat dehydrogenase blev også inhiberet af HOCl, hvilket stoppede strømmen af elektroner til ilt. Senere undersøgelser viste, at Ubiquinol-oxidaseaktiviteten først ophører, og de stadig aktive cytokromer reducerer den resterende quinon. De cytochromer derefter passere elektroner til oxygen , hvilket forklarer, hvorfor de cytochromer ikke kan reoxideres som observeret af Rosen et al. Denne undersøgelseslinje blev imidlertid afsluttet, da Albrich et al. fandt ud af, at cellulær inaktivering går forud for tab af åndedræt ved at bruge et flowblandingssystem, der tillod evaluering af levedygtighed på meget mindre tidsskalaer. Denne gruppe fandt ud af, at celler, der var i stand til at ånde, ikke kunne dele sig efter eksponering for HOCl.

Udtømning af adenin -nukleotider

Efter at have fjernet tab af åndedræt, Albrich et al. foreslår, at dødsårsagen kan skyldes metabolisk dysfunktion forårsaget af udtømning af adeninnukleotider. Barrette et al. studerede tabet af adeninnukleotider ved at studere energiopladningen af HOCl-eksponerede celler og fandt ud af, at celler udsat for HOCl ikke var i stand til at øge deres energiladning efter tilsætning af næringsstoffer. Konklusionen var, at udsatte celler har mistet evnen til at regulere deres adenylatpulje, baseret på det faktum, at metabolitoptagelse kun var 45% mangelfuld efter udsættelse for HOCl og observationen af, at HOCl forårsager intracellulær ATP -hydrolyse. Det blev også bekræftet, at cytosoliske komponenter på bakteriocide niveauer af HOCl er upåvirkede. Så det blev foreslået, at modifikation af noget membranbundet protein resulterer i omfattende ATP-hydrolyse, og dette, kombineret med cellernes manglende evne til at fjerne AMP fra cytosolen, undertrykker metabolisk funktion. Et protein involveret i tab af evne til at regenerere ATP har vist sig at være ATP -syntetase . Meget af denne forskning om respiration bekræfter iagttagelsen af, at relevante bakteriocide reaktioner finder sted ved cellemembranen.

Hæmning af DNA -replikation

For nylig er det blevet foreslået, at bakteriel inaktivering ved HOCl er et resultat af inhibering af DNA -replikation. Når bakterier udsættes for HOCl, er der et voldsomt fald i DNA -syntese, der går forud for inhibering af proteinsyntese , og er meget tæt på tab af levedygtighed. Under bakteriel genomreplikation binder replikationens oprindelse (oriC i E. coli ) sig til proteiner, der er forbundet med cellemembranen, og det blev observeret, at HOCl -behandling reducerer affiniteten af ekstraherede membraner for oriC, og denne formindskede affinitet er også parallelt med tab af levedygtighed. En undersøgelse af Rosen et al. sammenlignede hastigheden af HOCl -inhibering af DNA -replikation af plasmider med forskellig replikationsoprindelse og fandt, at visse plasmider udviste en forsinkelse i inhiberingen af replikation sammenlignet med plasmider indeholdende oriC. Rosen gruppe foreslog, at inaktivering af membranproteiner involveret i DNA -replikation er virkningsmekanismen for HOCl.

Proteinudfoldelse og aggregering

HOCl vides at forårsage posttranslationelle ændringer af proteiner , idet de bemærkelsesværdige er cystein- og methioninoxidation . En nylig undersøgelse af HOCl's bakteriedræbende rolle afslørede, at det var en potent inducer af proteinaggregation. Hsp33, en chaperone, der vides at blive aktiveret af oxidativ varmestress, beskytter bakterier mod virkningerne af HOCl ved at virke som en holdase og effektivt forhindre proteinaggregation. Stammer af Escherichia coli og Vibrio cholerae uden Hsp33 blev gjort særligt følsomme over for HOCl. Hsp33 beskyttede mange essentielle proteiner mod aggregering og inaktivering på grund af HOCl, som er en sandsynlig formidler af HOCl's bakteriedræbende virkninger.

Hypochloritter

Hypochloritter er salte af hypochlorsyre; kommercielt vigtige hypochloritter er calciumhypochlorit og natriumhypochlorit .

Fremstilling af hypochloritter ved hjælp af elektrolyse

Opløsninger af hypochloritter kan fremstilles in situ ved elektrolyse af en vandig natriumchloridopløsning i både batch- og flowprocesser. Sammensætningen af den resulterende opløsning afhænger af pH ved anoden. Under sure betingelser vil den producerede opløsning have en høj koncentration af hypochlorsyre, men vil også indeholde opløst gasformigt chlor, som kan være ætsende, ved en neutral pH vil opløsningen være omkring 75% hypochlorsyre og 25% hypochlorit. Nogle af den producerede chlorgas opløses og danner hypochloritioner. Hypochloritter fremstilles også ved disproportionering af chlorgas i alkaliske opløsninger.

Sikkerhed

HOCl er klassificeret som ikke-farligt af Environmental Protection Agency i USA. Som ethvert oxidationsmiddel kan det være ætsende eller irriterende afhængigt af dets koncentration og pH.

I en klinisk test blev hypochlorsyrevand testet for øjenirritation, hudirritation og toksicitet, de konkluderede, at det er giftfrit, ikke-irriterende for øje og hud.

I en nylig undersøgelse viste en saltvandshygiejnisk løsning konserveret med ren hypochlorsyre at reducere bakterielasten betydeligt uden at ændre mangfoldigheden af bakteriearter på øjenlågene. Efter 20 minutters behandling var der> 99% reduktion af stafylokokker -bakterierne.

Kommercialisering

Til desinfektion, selvom det er opdaget for længe siden, er hypoklorsyrens vandstabilitet vanskelig at opretholde, i opløsning forringes de aktive forbindelser hurtigt tilbage til saltvand og mister dets desinficerende evne, derfor har det været svært at transportere til bred brug. På trods af dets stærkere desinfektionsmuligheder på grund af omkostninger bruges det ikke almindeligt som et desinfektionsmiddel sammenlignet med blegemiddel og alkohol.

Den teknologiske udvikling har reduceret produktionsomkostningerne og giver mulighed for fremstilling og aftapning af hypochlorsyrevand til hjemmebrug og kommerciel brug. Dog har det fleste hypochlorsyrevand en kort holdbarhed og er ikke egnet til at opbevare i lang tid. Opbevaring væk fra varme og direkte sollys kan hjælpe med at bremse forringelsen. Den videre udvikling af elektrokemiske celler med kontinuerligt flow er blevet implementeret i nye produkter, hvilket muliggør kommercialisering af indenlandske og industrielle enheder til kontinuerlig strømning til in-situ-generation af hypochlorsyre til desinfektionsformål.

Se også

Dichlormonoxid : det tilsvarende sure oxid
Hypofluorøst syre
Perchlorsyre

Languages

In other projects