Хипохлореста киселина

Хипохлорната киселина (ClOH, HClO, HOCl или ClHO ) — слаба киселина која се формира кога хлорот се раствора во вода, а самата делумно се дисоцира, формирајќи хипохлорит, ClO <sup>−</sup> . HClO и ClO <sup>-</sup> се оксидатори и примарни средства за дезинфекција на растворите на хлор. HClO не може да се изолира од овие раствори поради брзата рамнотежа со неговиот прекурсор, хлорот.
Поради неговите силни антимикробни својства, поврзаните соединенија натриум хипохлорит (NaClO) и калциум хипохлорит (Ca(ClO) <sub>2</sub>) се состојки во многу комерцијални белила, дезодоранси и средства за дезинфекција. Белите крвни зрнца на цицачите, како што се луѓето, исто така содржат хипохлорна киселина како средство против туѓи тела. Во живите организми, HOCl се создава со реакција на водород пероксид со хлоридни јони под катализа на хем ензимот миелопероксидаза (MPO).
Како и многу други средства за дезинфекција, растворите на хипохлорна киселина ќе ги уништат патогените, како што е СОВИД-19, адсорбиран на површините. Во ниски концентрации, ваквите раствори можат да послужат за дезинфекција на отворени рани.
1 Историја
Хипохлорната киселина била откриена во 1834 година од францускиот хемичар Антоан Жером Балард (1802–1876) со додавање, во гас хлор, разредена суспензија на жива(II) оксид во вода. Тој исто така ги именувал киселината и нејзините соединенија.
И покрај тоа што е релативно лесно да се направи, тешко е да се одржи стабилен раствор на хипохлорна киселина. Дури последниве години, научниците успеале економично да произведуваат и одржуваат вода со хипохлорна киселина за стабилна комерцијална употреба.
2 Употреба
* Во органската синтеза, HClO ги претвора алкените во хлорохидрини.* Во биологијата, хипохлорната киселина се генерира во активираните неутрофили со пероксидација на хлоридните јони посредувана од миелопероксидаза и придонесува за уништување на бактериите * Во медицината, водата со хипохлорна киселина се користи како средство за дезинфекција и дезинфекција.* Во заздравување на рана, и од почетокот на 2016 година, Управата за храна и лекови на САД одобрила производи чија главна активна состојка е хипохлорна киселина за употреба во лекување на рани и разни инфекции кај луѓето и домашните миленици. Исто така е одобрен од FDA како конзерванс за солени раствори.
* За дезинфекција, се користи во форма на течен спреј, влажни марамчиња и аеросоли. Неодамнешните студии покажале дека водата со хипохлорна киселина е погодна за магла и аеросолирана апликација за комори за дезинфекција и погодна за дезинфекција на затворени простории како што се канцеларии, болници и здравствени клиники.* Во сервисот за храна и дистрибуција на вода, специјализирана опрема за генерирање слаби раствори на HClO од вода и сол понекогаш се користи за да се генерираат соодветни количини на безбедно (нестабилно) средство за дезинфекција за третирање на површините за подготовка на храна и залихите на вода. Исто така, најчесто се користи во рестораните поради неговите незапаливи и нетоксични одлики.
* При третман на вода, хипохлорната киселина е активно средство за дезинфекција во производите базирани на хипохлорит (на пр. се користи во базени).* Слично на тоа, во бродовите и јахтите, уредите за санитација на морето користат електрична енергија за да ја претворат морската вода во хипохлорна киселина за да го дезинфицираат мацерираниот фекален отпад пред испуштањето во морето.
* При дезодоризација, хипохлорната киселина е тестирана за отстранување до 99% од непријатните мириси, вклучувајќи ѓубре, расипано месо, тоалет, столица и мирис на урина. <sup class="noprint Inline-Template Template-Fact" data-ve- >&#x5B; ''потребен е цитат'' &#x5D;</sup>
3 Формирање, стабилност и реакции
Со додавање на хлор во вода се добиваат и хлороводородна киселина (HCl) и хипохлорна киселина (HClO):: Cl <sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O ⇌ HClO + HCl
: Cl <sub>2</sub> + 4 OH <sup>−</sup> ⇌ 2 ClO <sup>-</sup> + 2 H<sub>2</sub>O + 2 e <sup>−</sup>: Cl <sub>2</sub> + 2 e <sup>−</sup> ⇌ 2 Cl <sup>−</sup>
Кога киселините се додаваат во водените соли на хипохлорната киселина (како што е натриум хипохлорит во комерцијалниот раствор за белило), добиената реакција се движи налево и се формира гасот хлор. Така, формирањето на стабилни хипохлоритни избелувачи е олеснето со растворање на гасот хлор во основните водени раствори, како што е натриум хидроксид.
Киселината може да се подготви и со растворање на дихлор моноксид во вода; под стандардни водени услови, безводната хипохлорна киселина во моментов е невозможно да се подготви поради лесно реверзибилната рамнотежа помеѓу неа и нејзиниот анхидрид:: 2 HClO ⇌ Cl <sub>2</sub> O + H<sub>2</sub>O''К'' (на 0 °C) =
Присуството на светлина или оксиди на преодни метали на бакар, никел или кобалт ја забрзува егзотермичката  распаѓање на хлороводородна киселина и кислород:: 2 Cl <sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>O → 4 HCl + O <sub>2</sub>
3.1 Фундаментални реакции
Во воден раствор, хипохлорната киселина делумно се дисоцира во анјонскиот ''хипохлорит'' ClO <sup>-</sup> :
: HClO ⇌ ClO <sup>−</sup> + H <sup>+</sup>
Солите на хипохлорната киселина се нарекуваат хипохлорити. Еден од најпознатите хипохлорити е NaClO, активната состојка на белилото.
HClO е посилен оксиданс од хлорот во стандардни услови.
: 2 HClO(aq) + 2 H <sup>+</sup> + 2 e <sup>−</sup> ⇌ Cl <sub>2</sub> (g) + 2 H<sub>2</sub>O''Е'' = +1,63 V
HClO реагира со HCl за да формира хлор:
: HClO + HCl → H<sub>2</sub>O + Cl <sub>2</sub>
HClO реагира со амонијак за да формира монохлорамин:
: NH <sub>3</sub> + HClO → NH <sub>2</sub> Cl + H<sub>2</sub>O
HClO исто така може да реагира со органски амини, формирајќи ''N'' -хлороамини.
Хипохлорната киселина постои во рамнотежа со нејзиниот анхидрид, дихлор моноксид.: 2 HClO ⇌ Cl <sub>2</sub> O + H<sub>2</sub>O''К'' (на 0 °C) =
3.2 Реактивност на HClO со биомолекули
Хипохлорната киселина реагира со широк спектар на биомолекули, вклучувајќи ДНК, РНК, групи на масни киселини, холестерол и белковини.
3.2.1 Реакција со белковински сулфидрилни групи
Нокс и неговите соработници најпрво забележале дека HClO е инхибитор на сулфхидрил кој, во доволна количина, може целосно да ги инактивира белковините што содржат сулфхидрилни групи. Тоа е затоа што HClO ги оксидира сулфидрилните групи, што доведува до формирање на дисулфидни врски што може да резултира со вкрстено поврзување на белковините. Механизмот на HClO на оксидација на сулфхидрил е сличен на оној на монохлораминот и може да биде само бактериостатски, бидејќи штом ќе се дисипира преостанатиот хлор, може да се обнови одредена функција на сулфидрил. Една аминокиселина која содржи сулфхидрил може да исчисти до четири молекули на HClO. Во согласност со ова, предложено е дека сулфхидрилните групи на аминокиселини кои содржат сулфур може да се оксидираат вкупно три пати од три молекули HClO, при што четвртата реагира со α-аминогрупата. Првата реакција дава сулфенска киселина (R–SOH), потоа сулфинска киселина (R–SO <sub>2</sub> H) и на крајот R–SO<sub>3</sub>H. Сулфенските киселини формираат дисулфиди со друга белковинска сулфхидрилна група, предизвикувајќи вкрстено поврзување и агрегација на белковините. Сулфинската киселина и дериватите на R-SO<sub>3</sub>H се произведуваат само при високи моларни ексцеси на HClO, а дисулфидите се формираат првенствено на бактериоцидни нивоа. Дисулфидните врски, исто така, може да се оксидираат со HClO до сулфинска киселина. Бидејќи оксидацијата на сулфхидрилите и дисулфидите еволуира хлороводородна киселина, овој процес резултира со исцрпување на HClO.
3.2.2 Реакција со белковински аминогрупи
Хипохлорната киселина реагира лесно со аминокиселините кои имаат странични синџири на аминогрупи, при што хлорот од HClO го поместува водородот, што резултира со органски хлорамин. Хлорираните аминокиселини брзо се распаѓаат, но белковинските хлорамини се подолготрајни и задржуваат одреден оксидативен капацитет. Томас ''и сор.'' заклучиле од нивните резултати дека повеќето органски хлорамини се распаѓале со внатрешно преуредување и дека помалку достапни NH2 групи промовирале напад на пептидната врска, што резултирало со расцепување на белковината. Мекена и Дејвис откриле дека 10 mM или поголемо HClO е неопходно за да се фрагментираат белковините in vivo. Во согласност со овие резултати, подоцна било предложено дека хлораминот претрпува молекуларно преуредување, ослободувајќи HCl и амонијак за да формира алдехид. Алдехидната група може дополнително да реагира со друга аминогрупа за да формира Шифова база, предизвикувајќи вкрстено поврзување и агрегација на белковините.
3.2.3 Реакција со ДНК и нуклеотиди
Хипохлорната киселина реагира бавно со ДНК и РНК, како и со сите нуклеотиди ин витро. GMP е најреактивен бидејќи HClO реагира и со хетероцикличната NH група и со аминогрупата. На сличен начин, TMP со само хетероциклична NH група која е реактивна со HClO е втората најреактивна. AMP и CMP, кои имаат само бавно реактивна аминогрупа, се помалку реактивни со HClO. Било пријавено дека UMP е реактивен само со многу бавна брзина. Хетероцикличните NH групи се пореактивни од аминогрупите, а нивните секундарни хлорамини се способни да го донираат хлорот. Овие реакции веројатно се мешаат со спарувањето на базите на ДНК и, во согласност со ова, Пруц пријавил намалување на вискозноста на ДНК изложена на HClO слично на она што се гледа со денатурација на топлина. Шеќерните делови се нереактивни и ДНК-рбетот не е скршен. NADH може да реагира со хлорирани TMP и UMP, како и HClO. Оваа реакција може да ги регенерира UMP и TMP и резултира со 5-хидрокси дериват на NADH. Реакцијата со TMP или UMP е полека реверзибилна за да се регенерира HClO. Втора побавна реакција која резултира со расцепување на пиридинскиот прстен се јавува кога е присутен вишок HClO. NAD <sup>+</sup> е инертен на HClO.
3.2.4 Реакција со липиди
Хипохлорната киселина реагира со незаситените врски во липидите, но не и со заситените врски, а јонот ClO<sup>-</sup> не учествува во оваа реакција. Оваа реакција се јавува со хидролиза со додавање на хлор во еден од јаглеродот и хидроксил во другиот. Резултирачкото соединение е хлорохидрин. Поларниот хлор ги нарушува липидните двослоеви и може да ја зголеми пропустливоста. Кога се јавува формирање на хлорохидрин во липидните двослоеви на црвените крвни зрнца, се јавува зголемена пропустливост. Може да дојде до нарушување ако се формира доволно хлорохидрин. Додавањето на преформиран хлорохидрин во црвените крвни зрнца може да влијае и на пропустливоста. Забележан е и холестерол хлорохидрин, но не влијае многу на пропустливоста и се верува дека Cl<sub>2</sub> е одговорен за оваа реакција.
4 Начин на дејство на дезинфекција
''E. coli'' изложена на хипохлорна киселина ја губи одржливоста за помалку од 0,1 секунда поради деактивирање на многу витални системи. Хипохлорната киселина има пријавен од 0,0104-0,156 ppm и 2,6 ppm предизвика 100% инхибиција на растот за 5 минути. Сепак, потребната концентрација за бактерицидна активност е исто така многу зависна од бактериската концентрација.
4.1 Инхибиција на оксидација на гликоза
Во 1948 година, Нокс ''и сор.'' ја предложиле идејата дека инхибицијата на оксидацијата на гликозата е главен фактор во бактериоцидната природа на растворите на хлор. Тие предложиле активниот агенс или агенсите да се дифузираат низ цитоплазматската мембрана за да ги инактивираат клучните ензими што содржат сулфидрил во гликолитичкиот пат. Оваа група исто така била првата што забележала дека растворите на хлор (HClO) ги инхибираат ензимите на сулфхидрил. Подоцнежните студии покажале дека, на бактериоцидни нивоа, компонентите на цитозолот не реагираат со HClO. Во согласност со ова, Мекфетерс и Кампер откриле дека алдолаза, ензим што Нокс ''и сор.'' предлага ќе биде деактивирана, не било под влијание на HClO in vivo. Понатаму се покажало дека загубата на сулфихидрили не е во корелација со инактивацијата. Тоа го остава прашањето за тоа што предизвикува инхибиција на оксидацијата на гликозата. Откритието дека HClO ја блокира индукцијата на β-галактозидаза со додадена лактоза довела до можен одговор на ова прашање. Навлегувањето на радиоозначените супстрати и со АТП хидролиза и со котранспорт на протони може да биде блокирано со изложување на HClO што претходи на губење на одржливоста. Од оваа опсервација, се предложило дека HClO го блокира навлегувањето на хранливите материи со инактивирање на транспортните белковини. Прашањето за губење на оксидацијата на гликозата е дополнително истражено во однос на губењето на дишењето. Венкобачар ''и сор.'' откриле дека сукцинската дехидрогеназа е инхибирана ин витро од HClO, што довела до истражување на можноста дека нарушувањето на транспортот на електрони може да биде причина за бактериска инактивација. Албрич ''и сор.'' последователно откриле дека HClO ги уништува цитохромите и кластерите на железо-сулфур и забележале дека навлегувањето на кислород се укинува со HClO и се губат аденинските нуклеотиди. Исто така, било забележано дека неповратната оксидација на цитохромите е паралелна со губењето на респираторната активност. Еден начин за справување со загубата на навлегувањето на кислород бил со проучување на ефектите на HClO врз транспортот на електрони зависен од сукцинат. Розен ''и сор.'' откриле дека нивоата на редуцирачки цитохроми во клетките третирани со HClO биле нормални и овие клетки не биле во можност да ги намалат. Сукцинат дехидрогеназата исто така била инхибирана од HClO, запирајќи го протокот на електрони до кислородот. Подоцнежните студии откриле дека активноста на Ubiquinol oxidase прво престанува, а сè уште активните цитохроми го намалуваат преостанатиот хинон. Цитохромите потоа ги пренесуваат електроните на кислородот, што објаснува зошто цитохромите не можат да се реоксидираат, како што е забележано од Розен ''и сор.'' Сепак, оваа линија на истрага била завршена кога Албрич ''и сор.'' откриле дека клеточната инактивација претходи на губењето на дишењето со користење на систем за мешање на протокот што овозможило евалуација на одржливоста на многу помали временски размери. Оваа група открила дека клетките способни за дишење не можат да се поделат по изложување на HClO.
4.2 Осиромашување на аденин нуклеотиди
Откако го елиминирале губењето на дишењето, Албрич ''и сор.'' предложиле дека причината за смртта може да се должи на метаболичка дисфункција предизвикана од осиромашување на аденин нуклеотидите. Барет ''и сор.'' го проучувал губењето на нуклеотидите на аденин со проучување на енергетскиот полнеж на клетките изложени на HClO и открил дека клетките изложени на HClO не биле во можност да го засилат својот енергетски полнеж по додавањето на хранливи материи. Заклучокот бил дека изложените клетки ја изгубиле способноста да го регулираат својот базен на аденилат, врз основа на фактот дека навлегувањето на метаболитите било дефицитарно само 45% по изложувањето на HClO и набљудувањето дека HClO предизвикува внатреклеточна хидролиза на ATP. Исто така, било потврдено дека на бактериоцидни нивоа на HClO, цитосолните компоненти не се засегнати. Така, било предложено дека модификацијата на некои мембрански врзани белковини резултира со екстензивна хидролиза на АТП, а тоа, заедно со неможноста на клетките да го отстранат АМП од цитозолот, ја намалува метаболичката функција. Утврдено е дека една белковина вклучена во губењето на способноста за регенерирање на АТП е АТП синтетаза. Голем дел од ова истражување за дишењето го потврдува набљудувањето дека релевантните бактериоцидни реакции се случуваат на клеточната мембрана.
4.3 Инхибиција на репликацијата на ДНК
Неодамна било предложено дека бактериската инактивација со HClO е резултат на инхибиција на репликацијата на ДНК. Кога бактериите се изложени на HClO, постои нагло опаѓање на синтезата на ДНК што претходи на инхибиција на синтезата на белковините и тесно паралелно со губењето на одржливоста. За време на репликацијата на бактерискиот геном, потеклото на репликацијата (oriC во ''Е. coli'' ) се врзува за белковините кои се поврзани со клеточната мембрана и било забележано дека третманот со HClO го намалува афинитетот на екстрахираните мембрани за oriC, а овој намален афинитет, исто така, паралелно со губењето на одржливоста. Студијата на Розен ''и сор.'' ја споредила стапката на HClO инхибиција на репликацијата на ДНК на плазмидите со различно потекло на репликација и открила дека одредени плазмиди покажале доцнење во инхибицијата на репликацијата во споредба со плазмидите што содржат oriC. Групата на Розен предложила дека инактивацијата на мембранските белковини вклучени во репликацијата на ДНК се механизмот на дејство на HClO.
4.4 Расплет и агрегација на белковини
Познато е дека HClO предизвикува пост-преведувачки модификации на белковините, од кои најзначајните се оксидацијата на цистеин и метионин. Неодамнешното испитување на бактерицидната улога на HClO открило дека тој е моќен поттикнувач на агрегација на белковини. Hsp33, шаперон за кој се знае дека се активира со оксидативен топлински стрес, ги штити бактериите од ефектите на HClO со тоа што делува како холдаза, ефикасно спречувајќи ја агрегацијата на белковините. Видовите на ''Escherichia coli'' и ''Vibrio cholerae'' кои немаат Hsp33 биле особено чувствителни на HClO. Hsp33 заштитил многу есенцијални белковини од агрегација и инактивација поради HClO, што е веројатен посредник на бактерицидните ефекти на HClO.
5 Хипохлорити
Хипохлоритите се соли на хипохлорна киселина; комерцијално важни хипохлорити се калциум хипохлорит и натриум хипохлорит .
5.1 Производство на хипохлорити со помош на електролиза
Растворите на хипохлорити може да се произведат in-situ со електролиза на воден раствор на натриум хлорид и во сериските и во тековите процеси. Составот на добиениот раствор зависи од pH вредноста на анодата. Во кисели услови произведениот раствор ќе има висока концентрација на хипохлорна киселина, но ќе содржи и растворен гасовит хлор, кој може да биде корозивен, при неутрална pH растворот ќе биде околу 75% хипохлорна киселина и 25% хипохлорит. Дел од произведениот гас хлор ќе се раствори формирајќи хипохлоритни јони. Хипохлоритите се произведуваат и со диспропорционалност на гасот хлор во алкалните раствори.
6 Безбедност
HClO е класифициран како неопасен од Агенцијата за заштита на животната средина во САД. Како и секое оксидирачко средство, може да биде корозивно или надразнувачко во зависност од неговата концентрација и pH вредност.
Во клинички тест, водата со хипохлорна киселина била тестирана за иритација на очите, иритација на кожата и токсичност. Тестот заклучил дека е нетоксичен и не иритирачки за окото и кожата.
Во една студија од 2017 година, се покажало дека солен хигиенски раствор зачуван со чиста хипохлорна киселина значително го намалува бактериското оптоварување без да ја менува разновидноста на бактериските видови на очните капаци. По 20 минути од третманот, имал >99% намалување на бактериите Staphylococci.
7 Комерцијализација
За дезинфекција, и покрај тоа што е одамна откриена, стабилноста на водата со хипохлорна киселина тешко се одржува. Во раствор, активните соединенија брзо се распаѓаат назад во солена вода, губејќи ја својата способност за дезинфекција, што го отежнува транспортот за широка употреба. И покрај неговите посилни способности за дезинфекција, поретко се користи како средство за дезинфекција во споредба со белилото и алкохолот поради цената.
Технолошкиот развој ги намалил трошоците за производство и овозможил производство и флаширање на хипохлорна кисела вода за домашна и комерцијална употреба. Сепак, повеќето вода со хипохлорна киселина има краток рок на траење. Складирањето подалеку од топлина и директна сончева светлина може да помогне да се забави влошувањето. Понатамошниот развој на електрохемиските ќелии со континуиран проток е имплементиран во нови производи, овозможувајќи комерцијализација на домашни и индустриски уреди со континуиран проток за insitu генерирање хипохлорна киселина за цели на дезинфекција.