Acid hipocloros - Hypochlorous acid
|
|
|
|
| Numele | |
|---|---|
|
Numele IUPAC
acid hipocloros, acid clor (I), cloranol, hidroxidoclor
|
|
| Alte nume
Hipoclorit de hidrogen, hidroxid de clor, acid hipocloric
|
|
| Identificatori | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.029.302 
|
| Numărul CE | |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Proprietăți | |
| HOCl | |
| Masă molară | 52,46 g / mol |
| Aspect | Soluție apoasă incoloră |
| Densitate | Variabil |
| Solubil | |
| Aciditate (p K a ) | 7.53 |
| Conjugați baza | Hipoclorit |
| Pericole | |
| Principalele pericole | agent coroziv, oxidant |
| NFPA 704 (diamant de foc) | |
| Compuși înrudiți | |
|
Alți anioni
|
Acid hipofluoros Acid hipobromos Acid hipoiodic |
|
Compuși înrudiți
|
Clor Hipoclorit de calciu Hipoclorit de sodiu |
 verifica ( ce este ?)
  |
|
| Referințe infobox | |
Acidul hipocloros (HOCl sau HClO) este un acid slab care se formează atunci când clorul se dizolvă în apă și se disociază parțial, formând hipoclorit , ClO - . HClO și ClO - sunt oxidanți și agenții de dezinfecție primari ai soluțiilor de clor. HClO nu poate fi izolat de aceste soluții datorită echilibrării rapide cu precursorul său . Hipocloritul de sodiu (NaClO) și hipocloritul de calciu (Ca (ClO) 2 ) sunt înălbitori , deodoranți și dezinfectanți .
Acidul hipocloros se găsește în mod natural în celulele albe din sânge ale mamiferelor, inclusiv în corpul uman. Nu este toxic și a fost folosit ca o soluție sigură de îngrijire a rănilor de mulți ani.
Când s-a dizolvat în apă, s-a constatat că apa acidă hipocloră are proprietăți puternice de dezinfectare. Având în vedere acest lucru și netoxicitatea acestuia, a fost identificat ca un agent de curățare și dezinfectant util. Acesta a fost identificat de Agenția SUA pentru Protecția Mediului ca fiind un dezinfectant eficient împotriva COVID-19, susținut de studii clinice.
Datorită capacității sale de a pătrunde în membranele agenților patogeni, este, de asemenea, utilizat ca deodorizant comercial.
Istorie
Acidul hipocloros a fost descoperit în 1834 de chimistul francez Antoine Jérôme Balard (1802–1876) prin adăugarea, într-un balon de clor gazos, a unei suspensii diluate de oxid de mercur (II) în apă. De asemenea, el a denumit acidul și compușii acestuia.
Deși este relativ ușor de realizat, este dificil să mențineți o soluție stabilă de acid hipocloros. Abia în ultimii ani oamenii de știință au reușit să producă și să mențină în mod rentabil apa acidă hipocloră pentru o utilizare comercială stabilă.
Utilizări
- În sinteza organică , HClO transformă alchenele în clorhidrine .
- În biologie , acidul hipocloros este generat în neutrofilele activate prin peroxidarea mediată de mieloperoxidază a ionilor de clorură și contribuie la distrugerea bacteriilor .
- În medicină, apa cu acid hipocloros a fost utilizată ca dezinfectant și dezinfectant.
- În îngrijirea rănilor și, începând cu 2016, Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente a aprobat produse al căror ingredient activ principal este acidul hipocloros pentru a fi utilizate în tratarea rănilor și a diferitelor infecții la oameni și animale de companie. De asemenea, este aprobat de FDA ca conservant pentru soluțiile saline.
- În dezinfecție, a fost utilizat sub formă de spray lichid, șervețele umede și aplicare aerosolizată. Studii recente au arătat că apa cu acid hipocloros este adecvată pentru ceață și aplicații aerosolizate pentru camere de dezinfecție și adecvată pentru dezinfectarea mediului interior, cum ar fi birouri, spitale și clinici de asistență medicală.
- În serviciile alimentare și distribuția apei, echipamente specializate pentru a genera soluții slabe de HClO din apă și sare sunt uneori folosite pentru a genera cantități adecvate de dezinfectant sigur (instabil) pentru tratarea suprafețelor de preparare a alimentelor și a alimentării cu apă. De asemenea, este utilizat în mod obișnuit în restaurante datorită caracteristicilor sale neinflamabile și netoxice.
- În tratarea apei, acidul hipocloros este dezinfectant activ în produsele pe bază de hipoclorit (de exemplu, utilizat în piscine).
- În mod similar, în nave și iahturi, dispozitivele de salubritate marină utilizează electricitate pentru a transforma apa de mare în acid hipocloros pentru a dezinfecta deșeurile fecale macerate înainte de descărcare în mare.
- În deodorizare, acidul hipocloros a fost testat pentru a elimina până la 99% din mirosurile murdare, inclusiv gunoi, carne putredă, toaletă, scaun și mirosuri de urină.
Formare, stabilitate și reacții
Adăugarea de clor în apă dă atât acid clorhidric (HCI), cât și acid hipocloros (HOCl):
- Cl 2 + H 2 O ⇌ HClO + HCI
- Cl 2 + 4 OH - ⇌ 2 ClO - + 2 H 2 O + 2 e -
- Cl 2 + 2 e - ⇌ 2 Cl -
Când se adaugă acizi la sărurile apoase de acid hipocloros (cum ar fi hipocloritul de sodiu în soluția comercială de înălbitor), reacția rezultată este condusă spre stânga și se formează clor gazos. Astfel, formarea înălbitorilor stabili de hipoclorit este facilitată prin dizolvarea clorului gazos în soluții bazice de apă, cum ar fi hidroxidul de sodiu .
Acidul poate fi preparat și prin dizolvarea monoxidului de diclor în apă; în condiții apoase standard, acidul hipocloros anhidru este în prezent imposibil de preparat datorită echilibrului ușor reversibil dintre acesta și anhidrida sa:
- 2 HOCl ⇌ Cl 2 O + H 2 O K (la 0 ° C) = 3,55 × 10 −3 dm 3 mol −1
Prezența oxizilor de metal ușor sau de tranziție de cupru , nichel sau cobalt accelerează descompunerea exotermă în acid clorhidric și oxigen :
- 2 Cl 2 + 2 H 2 O → 4 HCl + O 2
Reacții fundamentale
În soluție apoasă , acidul hipocloros se disociază parțial în anionul hipoclorit ClO - :
- HOCl ⇌ ClO - + H +
Sărurile de acid hipocloros se numesc hipoclorite . Unul dintre cei mai cunoscuți hipocloritiți este NaClO , ingredientul activ din înălbitor.
HOCl este un oxidant mai puternic decât clorul în condiții standard.
- 2 HClO (aq) + 2 H + + 2 e - ⇌ Cl 2 (g) + 2 H
2O E = +1,63 V
HClO reacționează cu HCl pentru a forma clor:
- HOCI + HCI → H 2 O + CI 2
HOCl reacționează cu amoniac pentru a forma monocloramină :
- NH 3 + HOCI → NH 2 Cl + H 2 O
HOCl poate reacționa și cu amine organice , formând N- cloraminele.
Acidul hipocloros există în echilibru cu anhidrida sa ; monoxid de diclor .
- 2 HOCl ⇌ Cl 2 O + H 2 O K (la 0 ° C) = 3,55 × 10 −3 dm 3 mol −1
Reactivitatea HClO cu biomolecule
Acidul hipocloros reacționează cu o mare varietate de biomolecule, inclusiv ADN , ARN , grupări de acizi grași, colesterol și proteine.
Reacția cu grupările sulfhidril proteice
Knox și colab. a observat mai întâi că HClO este un inhibitor de sulfhidril care, în cantitate suficientă, ar putea inactiva complet proteinele care conțin grupări sulfhidril . Acest lucru se datorează faptului că HClO oxidează grupările sulfhidril, ducând la formarea de legături disulfidice care pot duce la reticularea proteinelor . Mecanismul HClO al oxidării sulfhidrilului este similar cu cel al monocloraminei și poate fi doar bacteriostatic, deoarece odată disipat clorul rezidual, o anumită funcție sulfhidril poate fi restabilită. Un aminoacid care conține sulfhidril poate elimina până la patru molecule de HOCl. În concordanță cu aceasta, s-a propus ca grupările sulfhidril de aminoacizi care conțin sulf să poată fi oxidate în total de trei ori de trei molecule HClO, a patra reacționând cu grupa α-amino. Prima reacție produce acid sulfenic (R – SOH) apoi acid sulfinic (R – SO 2 H) și în cele din urmă R – SO 3 H. Acizii sulfenici formează disulfuri cu o altă grupare sulfhidril proteică, provocând reticulare și agregare a proteinelor. Acidul sulfinic și derivații R – SO 3 H sunt produși numai la excese molare mari de HClO, iar disulfurile se formează în principal la niveluri bacteriocide. Legăturile disulfură pot fi, de asemenea, oxidate de HClO în acid sulfinic. Deoarece oxidarea sulfhidrilor și disulfurilor evoluează acid clorhidric , acest proces are ca rezultat epuizarea HClO.
Reacția cu grupările amino proteice
Acidul hipocloros reacționează ușor cu aminoacizii care au lanțuri laterale ale grupării amino , clorul din HClO deplasând un hidrogen, rezultând o cloramină organică. Aminoacizii clorurați se descompun rapid, dar proteinele cloramine au o durată mai lungă de viață și păstrează o anumită capacitate oxidativă. Thomas și colab. a concluzionat din rezultatele lor că cloramina cele mai organice putrezite prin rearanjare internă și că mai puține disponibile NH 2 grupuri promovat atacul pe legătura peptidică , având ca rezultat scindarea proteinei . McKenna și Davies au descoperit că HClO 10 mM sau mai mare este necesar pentru a fragmenta proteinele in vivo. În concordanță cu aceste rezultate, s-a propus mai târziu că cloramina suferă o rearanjare moleculară, eliberând HCI și amoniac pentru a forma o aldehidă . Gruparea aldehidă poate reacționa în continuare cu o altă grupare amino pentru a forma o bază Schiff , provocând reticularea și agregarea proteinelor.
Reacție cu ADN și nucleotide
Acidul hipocloros reacționează lent cu ADN și ARN, precum și cu toate nucleotidele in vitro. GMP este cel mai reactiv deoarece HClO reacționează atât cu gruparea NH heterociclică, cât și cu grupa amino. În mod similar, TMP cu doar o grupare NH heterociclică care este reactivă cu HClO este a doua cea mai reactivă. AMP și CMP , care au doar o grupare amino reactivă încet, sunt mai puțin reactivi cu HClO. S- a raportat că UMP este reactiv doar într-un ritm foarte lent. Grupurile heterociclice NH sunt mai reactive decât grupările amino, iar cloraminele lor secundare sunt capabile să doneze clorul. Aceste reacții pot interfera cu asocierea bazelor ADN și, în concordanță cu aceasta, Prütz a raportat o scădere a vâscozității ADN-ului expus la HClO similară cu cea observată la denaturarea termică. Porțiunile de zahăr nu sunt reactive, iar coloana vertebrală a ADN-ului nu este ruptă. NADH poate reacționa cu TMP clorurat și UMP, precum și cu HClO. Această reacție poate regenera UMP și TMP și are ca rezultat derivatul 5-hidroxi al NADH. Reacția cu TMP sau UMP este reversibilă lent pentru a regenera HClO. O a doua reacție mai lentă care are ca rezultat scindarea inelului piridinic apare atunci când este prezent excesul de HClO. NAD + este inert la HClO.
Reacție cu lipide
Acidul hipocloros reacționează cu legături nesaturate în lipide , dar nu legături saturate , iar clo - ion nu participă la această reacție. Această reacție are loc prin hidroliză cu adăugare de clor la unul dintre carboni și un hidroxil la celălalt. Compusul rezultat este o clorhidrină. Clorul polar perturba straturile bilidice lipidice și ar putea crește permeabilitatea. Când se produce formarea de clorhidrină în straturile lipidice ale globulelor roșii, are loc o permeabilitate crescută. Întreruperea ar putea apărea dacă se formează suficientă clorhidrină. Adăugarea de clorhidrină preformată la celulele roșii din sânge poate afecta și permeabilitatea. De asemenea, s-a observat clorhidrina colesterolului , dar nu afectează foarte mult permeabilitatea și se crede că Cl 2 este responsabil pentru această reacție.
Modul de acțiune dezinfectant
E. coli expuși la acidul hipocloros își pierd viabilitatea în mai puțin de 0,1 secunde din cauza inactivării multor sisteme vitale. Acidul hipocloros are un LD 50 raportatde 0,0104-0,156 ppm și 2,6 ppm a cauzat o inhibare a creșterii 100% în 5 minute. Cu toate acestea, concentrația necesară pentru activitatea bactericidă este, de asemenea, foarte dependentă de concentrația bacteriană.
Inhibarea oxidării glucozei
În 1948, Knox și colab. a propus ideea că inhibarea oxidării glucozei este un factor major în natura bacteriocidă a soluțiilor de clor. El a propus ca agentul sau agenții activi să difuzeze pe membrana citoplasmatică pentru a inactiva enzimele cheie care conțin sulfhidril în calea glicolitică . Acest grup a fost, de asemenea, primul care a observat că soluțiile de clor (HOCl) inhibă enzimele sulfhidril . Studiile ulterioare au arătat că, la niveluri bacteriocide, componentele citosolului nu reacționează cu HOCl. În acord cu acest lucru, McFeters și Camper au descoperit că aldolaza , o enzimă pe care Knox și colab. propune să fie inactivat, nu a fost afectat de HOCl in vivo . S-a mai demonstrat că pierderea sulfhidrilor nu se corelează cu inactivarea. Aceasta lasă întrebarea cu privire la ce cauzează inhibarea oxidării glucozei . Descoperirea că HOCl blochează inducerea β-galactozidazei prin adăugarea de lactoză a condus la un posibil răspuns la această întrebare. Captarea substraturilor radiomarcate atât prin hidroliza ATP, cât și prin co-transportul protonilor poate fi blocată prin expunerea la HOCl, înainte de pierderea viabilității. Din această observație, a propus că HOCl blochează absorbția nutrienților prin inactivarea proteinelor de transport. Problema pierderii oxidării glucozei a fost explorată în continuare în ceea ce privește pierderea respirației. Venkobachar și colab. a constatat că dehidrogenaza succinică a fost inhibată in vitro de HOCl, ceea ce a condus la investigarea posibilității ca întreruperea transportului de electroni să fie cauza inactivării bacteriene. Albrich și colab. a constatat ulterior că HOCl distruge citocromii și grupurile de fier-sulf și a observat că absorbția oxigenului este abolită de HOCl și că se pierd nucleotidele de adenină. De asemenea, s-a observat că oxidarea ireversibilă a citocromilor a fost paralelă cu pierderea activității respiratorii. O modalitate de abordare a pierderii absorbției de oxigen a fost prin studierea efectelor HOCl asupra transportului de electroni dependent de succinat . Rosen și colab. a constatat că nivelurile de citocromi reductibili în celulele tratate cu HOCl erau normale și aceste celule nu au putut să le reducă. Succinat dehidrogenaza a fost, de asemenea, inhibată de HOCl, oprind fluxul de electroni către oxigen. Studiile ulterioare au arătat că activitatea Ubiquinol oxidazei încetează mai întâi, iar citocromii încă activi reduc restul de chinonă. De citocromii apoi trec electronii la oxigen , ceea ce explică de ce citocromii nu poate fi reoxidized, așa cum sa observat de către Rosen et al. Cu toate acestea, această linie de anchetă a fost încheiată când Albrich și colab. a constatat că inactivarea celulară precede pierderea respirației prin utilizarea unui sistem de amestecare a fluxului care a permis evaluarea viabilității pe scări de timp mult mai mici. Acest grup a constatat că celulele capabile să respire nu se pot diviza după expunerea la HOCl.
Epuizarea nucleotidelor de adenină
După ce a eliminat pierderea respirației, Albrich și colab. propune că cauza morții poate fi cauzată de disfuncții metabolice cauzate de epuizarea nucleotidelor adeninei. Barrette și colab. a studiat pierderea de nucleotide adeninice prin studierea sarcinii energetice a celulelor expuse la HOCl și a constatat că celulele expuse la HOCl nu au putut să-și intensifice sarcina energetică după adăugarea de substanțe nutritive. Concluzia a fost că celulele expuse și-au pierdut capacitatea de a-și regla rezerva de adenilat, pe baza faptului că absorbția de metaboliți a fost deficitară doar cu 45% după expunerea la HOCl și a observației că HOCl provoacă hidroliza intracelulară a ATP. De asemenea, s-a confirmat că, la niveluri bacteriocide de HOCl, componentele citosolice nu sunt afectate. Deci, s-a propus că modificarea unor proteine legate de membrană are ca rezultat hidroliza extinsă a ATP, iar aceasta, împreună cu incapacitatea celulelor de a elimina AMP din citosol, deprimă funcția metabolică. S-a constatat că o proteină implicată în pierderea capacității de regenerare a ATP este ATP sintetaza . O mare parte din această cercetare privind respirația reconfirmă observația că reacțiile bacteriocide relevante au loc la nivelul membranei celulare.
Inhibarea replicării ADN-ului
Recent s-a propus că inactivarea bacteriană de către HOCl este rezultatul inhibării replicării ADN- ului. Atunci când bacteriile sunt expuse la HOCl, există o scădere precipitată a sintezei ADN care precede inhibarea sintezei proteinelor și este paralelă cu pierderea viabilității. În timpul replicării genomului bacterian, originea replicării (oriC în E. coli ) se leagă de proteinele asociate cu membrana celulară și s-a observat că tratamentul cu HOCl scade afinitatea membranelor extrase pentru oriC, iar această afinitate scăzută este, de asemenea, paralelă cu pierderea de viabilitate. Un studiu realizat de Rosen și colab. a comparat rata de inhibare a HOCl a replicării ADN a plasmidelor cu origini de replicare diferite și a constatat că anumite plasmide au prezentat o întârziere în inhibarea replicării în comparație cu plasmidele care conțin oriC. Grupul lui Rosen a propus că inactivarea proteinelor de membrană implicate în replicarea ADN sunt mecanismul de acțiune al HOCl.
Desfășurarea și agregarea proteinelor
Se știe că HOCl provoacă modificări post-translaționale ale proteinelor , cele mai notabile fiind oxidarea cisteinei și metioninei . O examinare recentă a rolului bactericid al HOCl a arătat că este un inductor puternic al agregării proteinelor. Hsp33, o șaperonă cunoscută a fi activată de stresul termic oxidativ, protejează bacteriile de efectele HOCl acționând ca holdază , prevenind în mod eficient agregarea proteinelor. Tulpinile de Escherichia coli și Vibrio cholerae lipsite de Hsp33 au fost făcute deosebit de sensibile la HOCl. Hsp33 a protejat multe proteine esențiale de agregare și inactivare datorate HOCl, care este un probabil mediator al efectelor bactericide ale HOCl.
Hipocloriti
Hipocloritii sunt sărurile acidului hipocloros; hipocloritii importanți comercial sunt hipocloritul de calciu și hipocloritul de sodiu .
Producerea de hipocloriti folosind electroliza
Soluțiile de hipoclorite pot fi produse in-situ prin electroliza unei soluții apoase de clorură de sodiu atât în procesele discontinue, cât și în flux. Compoziția soluției rezultate depinde de pH-ul de la anod. În condiții de acid soluția produsă va avea o concentrație mare de acid hipocloros, dar va conține și clor gazos dizolvat, care poate fi coroziv, la un pH neutru soluția va fi în jur de 75% acid hipocloros și 25% hipoclorit. O parte din clorul gazos produs se va dizolva formând ioni hipoclorit. Hipocloritii sunt, de asemenea, produși prin disproporționarea clorului gazos în soluții alcaline.
Siguranță
HOCl este clasificat ca nepericulos de către Agenția pentru Protecția Mediului din SUA. Ca orice agent oxidant, poate fi coroziv sau iritant în funcție de concentrația și pH-ul său.
Într-un test clinic, apa cu acid hipocloros a fost testată pentru iritarea ochilor, iritarea pielii și toxicitatea, au ajuns la concluzia că este netoxică, neiritantă pentru ochi și piele.
Într-un studiu recent, s-a demonstrat că o soluție salină de igienă conservată cu acid pur hipocloros reduce sarcina bacteriană în mod semnificativ, fără a modifica diversitatea speciilor bacteriene de pe pleoape. După 20 de minute de tratament, a existat o reducere de> 99% a bacteriei Staphylococci.
Comercializare
Pentru dezinfecție, în ciuda faptului că a fost descoperită cu mult timp în urmă, stabilitatea apei cu acid hipocloros este dificil de menținut, în soluție compușii activi se deteriorează rapid înapoi în apă sărată, pierzându-și capacitatea de dezinfectare, prin urmare a fost dificil de transportat pentru o utilizare pe scară largă. În ciuda capacităților sale mai puternice de dezinfectare datorate costurilor, nu este utilizat în mod obișnuit ca dezinfectant în comparație cu înălbitorul și alcoolul.
Evoluțiile tehnologice au redus costurile de fabricație și permit fabricarea și îmbutelierea apei cu acid hipocloros pentru uz casnic și comercial. Cu toate acestea, cea mai mare parte a apei cu acid hipocloros are o durată scurtă de valabilitate și nu este adecvată pentru păstrare pentru o perioadă lungă de timp. Depozitarea departe de căldură și de lumina directă a soarelui poate ajuta la încetinirea deteriorării. Dezvoltarea ulterioară a celulelor electrochimice cu flux continuu a fost implementată în produse noi, permițând comercializarea dispozitivelor de curgere continuă casnice și industriale pentru generarea in-situ a acidului hipocloros în scopul dezinfectării.
Vezi si
- Monoxid de diclor : oxidul acid corespunzător
- Acid hipofluoros
- Acid percloric