Hypoklorsyra - Hypochlorous acid

Hypoklorsyra
Namn
	IUPAC -namn hypoklorsyra, klorsyra (I), kloranol, hydroxidoklor
	Andra namn Vätehypoklorit, Klorhydroxid, hypoklorsyra
Identifierare
CAS-nummer
3D -modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard	100.029.302
EG -nummer
PubChem CID
UNII
CompTox Dashboard ( EPA )
	InChI InChI = 1S/ClHO/c1-2/h2H Nyckel: QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N ; InChI = 1/ClHO/c1-2/h2H Nyckel: QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYAT ;
	LER OCl;
Egenskaper
Kemisk formel	HOCl
Molmassa	52,46 g/mol
Utseende	Färglös vattenlösning
Densitet	Variabel
Vattenlöslighet	Löslig
Surhet (p K a )	7.53
Konjugerad bas	Hypoklorit
Faror
Huvudsakliga faror	frätande, oxidationsmedel
NFPA 704 (eldiamant)	3 0 4 OXE
Relaterade föreningar
Andra anjoner	Hypofluorös syra ; Hypobromous acid ; Hypoiodous acid
Relaterade föreningar	Klor ; Kalciumhypoklorit ; Natriumhypoklorit
	Om inte annat anges, ges data för material i deras standardtillstånd (vid 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
	verifiera ( vad är ?)
	Infobox -referenser

Hypoklorsyra (HOCl eller HClO) är en svag syra som bildas när klor löser sig i vatten och själv dissocierar och bildar hypoklorit , ClO ^- . HClO och ClO ^- är oxidationsmedel och de primära desinfektionsmedlen för klorlösningar. HClO kan inte isoleras från dessa lösningar på grund av snabb jämvikt med dess föregångare . Natriumhypoklorit (NaClO) och kalciumhypoklorit (Ca (ClO) ₂ ) är blekmedel , deodoranter och desinfektionsmedel .

Hypoklorsyra finns naturligt i vita blodkroppar hos däggdjur, inklusive människokroppen. Det är giftfritt och har använts som en säker sårvårdslösning i många år.

Vid lösning i vatten har hypoklorsyravatten visat sig ha starka desinfektionsegenskaper. Med tanke på detta och dess giftfrihet har det identifierats som ett användbart rengöringsmedel och desinfektionsmedel. Det har identifierats av US Environmental Protection Agency som ett desinfektionsmedel som är effektivt mot COVID-19, med stöd av kliniska studier.

På grund av dess förmåga att penetrera patogenmembran, används det också som en kommersiell deodoriseringsmedel.

Historia

Hypoklorsyra upptäcktes 1834 av den franska kemisten Antoine Jérôme Balard (1802–1876) genom att i en kolv med klorgas tillsätta en utspädd suspension av kvicksilver (II) oxid i vatten. Han gav också namnet syran och dess föreningar.

Trots att det är relativt enkelt att göra är det svårt att bibehålla en stabil hypoklorsyralösning. Det är inte förrän de senaste åren som forskare har kunnat kostnadseffektivt producera och underhålla hypoklorsyravatten för stabilt kommersiellt bruk.

Användningsområden

Vid organisk syntes omvandlar HClO alkener till klorhydriner .
Inom biologin genereras hypoklorsyra i aktiverade neutrofiler genom myeloperoxidasmedierad peroxidering av kloridjoner och bidrar till förstörelse av bakterier .
Inom medicin har hypoklorsyravatten använts som desinfektionsmedel och desinfektionsmedel.
Inom sårvård, och från början av 2016 har US Food and Drug Administration godkänt produkter vars huvudsakliga aktiva ingrediens är hypoklorsyra för användning vid behandling av sår och olika infektioner hos människor och husdjur. Det är också FDA-godkänt som konserveringsmedel för saltlösning.
Vid desinfektion har den använts i form av flytande spray, våtservetter och aerosoliserad applikation. Nyligen genomförda studier har visat att hypoklorsyravatten är lämpligt för dimma och aerosoliserad applikation för desinfektionskammare och lämpligt för desinfektion av inomhusinställningar som kontor, sjukhus och vårdkliniker
Inom matservering och vattendistribution används ibland specialiserad utrustning för att generera svaga lösningar av HClO från vatten och salt för att generera tillräckliga mängder säkert (instabilt) desinfektionsmedel för att behandla matberedningsytor och vattentillförsel. Det används också ofta på restauranger på grund av dess icke-brandfarliga och giftfria egenskaper.
Vid vattenbehandling är hypoklorsyra det aktiva desinfektionsmedlet i hypokloritbaserade produkter (används t.ex. i simbassänger).
På samma sätt, i fartyg och yachter, använder marina sanitetsanordningar el för att omvandla havsvatten till hypoklorsyra för att desinficera maserat avföringsavfall innan det släpps ut i havet.
Vid deodorisering har hypoklorsyra testats för att avlägsna upp till 99% av illaluktande lukt inklusive skräp, ruttet kött, toalett, avföring och urinlukt.

Bildning, stabilitet och reaktioner

Tillsats av klor till vatten ger både saltsyra (HCl) och hypoklorsyra (HOCl):

Cl ₂ + H ₂ O ⇌ HCIO + HCl

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

Cl ₂ + 2 e ^- ⇌ 2 Cl ^-

När syror tillsätts till vattenhaltiga salter av hypoklorsyra (såsom natriumhypoklorit i kommersiell bleklösning) drivs den resulterande reaktionen till vänster och klorgas bildas. Således underlättas bildandet av stabila hypokloritblekmedel genom upplösning av klorgas i basiska vattenlösningar, såsom natriumhydroxid .

Syran kan också framställas genom att lösa diklormonoxid i vatten; under vanliga vattenförhållanden är vattenfri hypoklorsyra för närvarande omöjlig att framställa på grund av den lätt reversibla jämvikten mellan den och dess anhydrid:

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

Närvaron av ljus- eller övergångsmetalloxider av koppar , nickel eller kobolt påskyndar den exoterma sönderdelningen till saltsyra och syre :

2 Cl ₂ + 2 H ₂ O → 4 HCl + O ₂

Grundläggande reaktioner

I vattenhaltig lösning, underklorsyrlighet dissocierar delvis in anjonen hypoklorit ClO ^- :

HOCl ⇌ ClO ^- + H ⁺

Salter av hypoklorsyra kallas hypokloriter . En av de mest kända hypokloriterna är NaClO , den aktiva ingrediensen i blekmedel.

HOCl är en starkare oxidant än klor under standardförhållanden.

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

HClO reagerar med HCl för att bilda klor:

HOCl + HCl → H ₂ O + Cl ₂

HOCl reagerar med ammoniak för att bilda monokloramin :

NH ₃ + HOCl → NH ₂ Cl + H ₂ O

HOCl kan också reagera med organiska aminer och bilda N -kloraminer.

Hypoklorsyra existerar i jämvikt med dess anhydrid ; diklormonoxid .

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

HClO: s reaktivitet med biomolekyler

Hypoklorsyra reagerar med en mängd olika biomolekyler, inklusive DNA , RNA , fettsyragrupper, kolesterol och proteiner.

Reaktion med proteinsulfhydrylgrupper

Knox et al. noterade först att HClO är en sulfhydrylhämmare som i tillräcklig mängd helt kan inaktivera proteiner som innehåller sulfhydrylgrupper . Detta beror på att HClO oxiderar sulfhydrylgrupper, vilket leder till bildning av disulfidbindningar som kan resultera i tvärbindning av proteiner . HClO -mekanismen för sulfhydryloxidation liknar den för monokloramin och kan endast vara bakteriostatisk, för när det kvarvarande kloret försvinner kan viss sulfhydrylfunktion återställas. En sulfhydrylinnehållande aminosyra kan rensa upp till fyra molekyler HOCl. I överensstämmelse med detta har det föreslagits att sulfhydrylgrupper av svavelinnehållande aminosyror totalt kan oxideras tre gånger med tre HClO-molekyler, varvid den fjärde reagerar med a-aminogruppen. Den första reaktionen ger sulfensyra (R – SOH) sedan sulfinsyra (R – SO ₂ H) och slutligen R – SO ₃ H. Sulfensyror bildar disulfider med en annan proteinsulfhydrylgrupp, vilket orsakar tvärbindning och aggregering av proteiner. Sulfinsyra och R – SO ₃ H -derivat produceras endast vid höga molära överskott av HClO, och disulfider bildas främst vid bakteriocidhalter. Disulfidbindningar kan också oxideras av HClO till sulfinsyra. Eftersom oxidationen av sulfhydryl och disulfider utvecklar saltsyra resulterar denna process i utarmning av HClO.

Reaktion med proteinaminogrupper

Hypoklorsyra reagerar lätt med aminosyror som har aminogrupps sidokedjor, med klor från HClO som förskjuter ett väte, vilket resulterar i en organisk kloramin. Klorerade aminosyror sönderdelas snabbt, men proteinkloraminer håller längre och bibehåller viss oxidativ kapacitet. Thomas et al. slutsatsen från sina resultat som mest organiska kloraminer skämda genom inre omlagring och att färre tillgängliga NH 2 grupper främjas angrepp på peptidbindningen , vilket resulterar i klyvning av proteinet . McKenna och Davies fann att 10 mM eller mer HClO är nödvändigt för att fragmentera proteiner in vivo. I överensstämmelse med dessa resultat föreslogs senare att kloraminen genomgår en molekylär omläggning, vilket frigör HCl och ammoniak för att bilda en aldehyd . Den aldehydgruppen kan reagera vidare med en annan aminogrupp för att bilda en Schiff-bas , vilket orsakar tvärbindning och aggregering av proteiner.

Reaktion med DNA och nukleotider

Hypoklorsyra reagerar långsamt med DNA och RNA samt alla nukleotider in vitro. GMP är den mest reaktiva eftersom HClO reagerar med både den heterocykliska NH -gruppen och aminogruppen. På liknande sätt är TMP med endast en heterocyklisk NH-grupp som är reaktiv med HClO den näst mest reaktiva. AMP och CMP , som endast har en långsamt reaktiv aminogrupp, är mindre reaktiva med HClO. UMP har rapporterats vara reaktivt endast i mycket långsam takt. De heterocykliska NH -grupperna är mer reaktiva än aminogrupper, och deras sekundära kloraminer kan donera klor. Dessa reaktioner stör sannolikt DNA -basparning, och i överensstämmelse med detta har Prütz rapporterat en minskning av viskositeten hos DNA exponerat för HClO liknande det som ses vid värmedenaturering. Sockerdelarna är icke -reaktiva och DNA -ryggraden bryts inte. NADH kan reagera med klorerad TMP och UMP samt HClO. Denna reaktion kan regenerera UMP och TMP och resultera i 5-hydroxidderivatet av NADH. Reaktionen med TMP eller UMP är långsamt reversibel för att regenerera HClO. En andra långsammare reaktion som resulterar i klyvning av pyridinringen sker när överskott av HClO är närvarande. NAD ⁺ är inert mot HClO.

Reaktion med lipider

Klorsyrlighets reagerar med omättade bindningar i lipider , men inte mättade bindningar , och CIO ^- jonen deltar inte i denna reaktion. Denna reaktion sker genom hydrolys med tillsats av klor till det ena kolet och en hydroxyl till det andra. Den resulterande föreningen är ett klorhydrin. Polarkloret stör lipidbilagren och kan öka permeabiliteten. När klorhydrinbildning uppstår i lipidbaserade skikt i röda blodkroppar uppstår ökad permeabilitet. Avbrott kan uppstå om tillräckligt med klorhydrin bildas. Tillsatsen av förformat klorhydrin till röda blodkroppar kan också påverka permeabiliteten. Kolesterol klorhydrin har också observerats, men inte kraftigt påverka permeabilitet, och man tror att Cl ₂ är ansvarig för denna reaktion.

Läget för desinfektionsmedel

E. coli utsatt för hypoklorsyra förlorar livskraft på mindre än 0,1 sekunder på grund av inaktivering av många vitala system. Hypoklorsyra har en rapporterad LD ₅₀ på 0,0104–0,156 ppm och 2,6 ppm orsakade 100% tillväxthämning på 5 minuter. Den koncentration som krävs för baktericid aktivitet är emellertid också mycket beroende av bakteriekoncentration.

Hämning av glukosoxidation

1948, Knox et al. föreslog tanken att hämning av glukosoxidation är en viktig faktor för den bakteriocida naturen hos klorlösningar. Han föreslog att det aktiva medlet eller medlen diffundera genom cytoplasmamembranet att inaktivera viktiga sulfhydryl -innehållande enzymer i glykolytiska vägen . Denna grupp var också den första som noterade att klorlösningar (HOCl) hämmar sulfhydryl -enzymer . Senare studier har visat att vid baktericida nivåer, cytosol gör komponenterna inte reagerar med HOCl. I överensstämmelse med detta fann McFeters och Camper att aldolas , ett enzym som Knox et al. föreslår skulle inaktiveras, påverkades inte av HOCl in vivo . Det har vidare visats att förlust av sulfhydryl inte korrelerar med inaktivering. Det lämnar frågan om vad som orsakar hämning av glukosoxidation . Upptäckten att HOCl blockerar induktion av β-galaktosidas med tillsatt laktos ledde till ett möjligt svar på denna fråga. Upptaget av radiomärkt substrat av både ATP-hydrolys och proton samtransport kan blockeras genom exponering för HOCl föregående förlust av viabilitet. Från denna observation föreslog den att HOCl blockerar upptag av näringsämnen genom att inaktivera transportproteiner. Frågan om förlust av glukosoxidation har undersökts ytterligare när det gäller andningsförlust. Venkobachar et al. fann att bärnstensdehydrogenas inhiberades in vitro av HOCl, vilket ledde till undersökningen av möjligheten att avbrott i elektrontransport kan vara orsaken till bakteriell inaktivering. Albrich et al. fann därefter att HOCl förstör cytokromer och järn-svavelkluster och observerade att syreupptagningen avskaffas av HOCl och adeninnukleotider går förlorade. Det observerades också att irreversibel oxidation av cytokromer parallellt med förlusten av andningsaktivitet. Ett sätt att hantera förlusten av syreupptag var genom att studera effekterna av HOCl på succinatberoende elektrontransport . Rosen et al. fann att nivåerna av reducerbara cytokromer i HOCl-behandlade celler var normala, och dessa celler kunde inte reducera dem. Succinatdehydrogenas inhiberades också av HOCl, vilket stoppade flödet av elektroner till syre. Senare studier visade att Ubiquinol oxidas aktivitet upphör först, och de fortfarande aktiva cytokromerna minskar kvarvarande kinon. De cytokromer passerar sedan de elektroner till syre , vilket förklarar varför de cytokromer inte kan återoxideras, såsom observerats av Rosen et al. Denna undersökningslinje upphörde emellertid när Albrich et al. fann att cellulär inaktivering föregår förlust av andning genom att använda ett flödesblandningssystem som möjliggjorde utvärdering av lönsamhet på mycket mindre tidsskalor. Denna grupp fann att celler som kan andas inte kunde dela sig efter exponering för HOCl.

Förtäring av adeninnukleotider

Efter att ha eliminerat andningsförlust har Albrich et al. föreslår att dödsorsaken kan bero på metabolisk dysfunktion orsakad av utarmning av adeninnukleotider. Barrette et al. studerade förlusten av adeninnukleotider genom att studera energiladdningen för HOCl-exponerade celler och fann att celler som exponerades för HOCl inte kunde öka sin energiladdning efter tillsats av näringsämnen. Slutsatsen var att exponerade celler har tappat förmågan att reglera sin adenylatpool, baserat på det faktum att metabolitupptag endast var 45% bristfällig efter exponering för HOCl och observationen att HOCl orsakar intracellulär ATP -hydrolys. Det bekräftades också att vid bakteriocidala nivåer av HOCl är cytosoliska komponenter opåverkade. Så det föreslogs att modifiering av något membranbundet protein resulterar i omfattande ATP-hydrolys, och detta, tillsammans med cellernas oförmåga att avlägsna AMP från cytosolen, försämrar metabolisk funktion. Ett protein som är inblandat i förlust av förmåga att regenerera ATP har befunnits vara ATP -syntetas . Mycket av denna forskning om andning bekräftar iakttagelsen att relevanta bakteriocidreaktioner äger rum vid cellmembranet.

Hämning av DNA -replikation

Nyligen har det föreslagits att bakteriell inaktivering av HOCl är ett resultat av hämning av DNA -replikation. När bakterier exponeras för HOCl sker en brådskande minskning av DNA -syntes som föregår inhibering av proteinsyntes och är nära parallellt med förlust av livskraft. Under bakteriell genomreplikation binds replikationens ursprung (oriC i E. coli ) till proteiner som är associerade med cellmembranet, och det observerades att HOCl -behandling minskar affiniteten hos extraherade membran för oriC, och denna minskade affinitet parallellt med förlust av livskraft. En studie av Rosen et al. jämförde HOCl -hämningshastigheten av DNA -replikation av plasmider med olika replikationsursprung och fann att vissa plasmider uppvisade en fördröjning av hämning av replikation jämfört med plasmider innehållande oriC. Rosen grupp föreslog att inaktivering av membranproteiner involverade i DNA -replikation är verkningsmekanismen för HOCl.

Proteinutveckling och aggregering

HOCl är känt för att orsaka posttranslationella modifieringar av proteiner , de anmärkningsvärda är cystein- och metioninoxidation . En färsk undersökning av HOCl: s bakteriedödande roll avslöjade att den var en kraftig inducerare av proteinaggregation. Hsp33, en chaperon som är känd för att aktiveras av oxidativ värmestress, skyddar bakterier från effekterna av HOCl genom att fungera som ett holdas , vilket effektivt förhindrar proteinaggregation. Stammar av Escherichia coli och Vibrio cholerae som saknar Hsp33 gjordes särskilt känsliga för HOCl. Hsp33 skyddade många väsentliga proteiner från aggregering och inaktivering på grund av HOCl, som är en trolig medlare av HOCls bakteriedödande effekter.

Hypokloriter

Hypokloriter är salterna av hypoklorsyra; kommersiellt viktiga hypokloriter är kalciumhypoklorit och natriumhypoklorit .

Produktion av hypokloriter med hjälp av elektrolys

Lösningar av hypokloriter kan produceras in situ genom elektrolys av en vattenlösning av natriumklorid i både sats- och flödesprocesser. Sammansättningen av den resulterande lösningen beror på pH vid anoden. Under sura förhållanden kommer den producerade lösningen att ha en hög koncentration av klor -syra, men kommer också att innehålla upplöst gasformigt klor, vilket kan vara frätande, vid ett neutralt pH kommer lösningen att vara cirka 75% hypoklorsyra och 25% hypoklorit. En del av den klorgas som produceras löser sig och bildar hypokloritjoner. Hypokloriter produceras också genom disproportionering av klorgas i alkaliska lösningar.

Säkerhet

HOCl klassificeras som icke-farligt av Environmental Protection Agency i USA. Som vilket oxidationsmedel som helst kan det vara frätande eller irriterande beroende på dess koncentration och pH.

I ett kliniskt test testades hypokloriskt surt vatten för ögonirritation, hudirritation och toxicitet, de drog slutsatsen att det är giftfritt, icke-irriterande för ögon och hud.

I en nyligen genomförd studie har en saltlösningshygienlösning bevarad med ren hypoklorsyra visat sig minska bakterielasten avsevärt utan att förändra mångfalden av bakteriearter på ögonlocken. Efter 20 minuters behandling minskade stafylokocker> 99%.

Kommersialisering

För desinfektion, trots att det har upptäckts för länge sedan, är det svårt att bibehålla stabiliteten i klorvätesyra, i lösning försämras de aktiva föreningarna snabbt tillbaka till saltvatten och förlorar dess desinfektionsförmåga, därför har det varit svårt att transportera för bred användning. Trots dess starkare desinfektionsförmåga på grund av kostnaden används den inte ofta som ett desinfektionsmedel jämfört med blekmedel och alkohol.

Den tekniska utvecklingen har minskat tillverkningskostnaderna och möjliggör tillverkning och tappning av hypoklorsyravatten för hemmabruk och kommersiellt bruk. Det mest hypoklorsyravattnet har dock en kort hållbarhet och är inte lämpligt att förvara länge. Att hålla sig borta från värme och direkt solljus kan hjälpa till att bromsa försämringen. Vidareutvecklingen av elektrokemiska celler med kontinuerligt flöde har implementerats i nya produkter, vilket möjliggör kommersialisering av inhemska och industriella enheter för kontinuerligt flöde för in-situ-generering av hypoklorsyra för desinfektionsändamål.

Languages

In other projects