Hypoklorsyre | ||
Identifikasjon | ||
---|---|---|
IUPAC-navn |
hypoklorsyre hydrogenhypokloritt |
|
N o CAS | ||
N o ECHA | 100.029.302 | |
N o EC | 232-232-5 | |
PubChem | ||
ChEBI | 24757 | |
Utseende | fargeløse vandige løsninger | |
Kjemiske egenskaper | ||
Brute formel |
H Cl O [isomerer] |
|
Molarmasse | 52,46 ± 0,002 g / mol H 1,92%, Cl 67,58%, O 30,5%, |
|
pKa | 7.497 | |
Dipolar øyeblikk | ≈ 1.3 D | |
Fysiske egenskaper | ||
Løselighet | oppløselig i vann, Et 2- O, CH 2 Cl 2 |
|
Enheter av SI og STP med mindre annet er oppgitt. | ||
Den underklorsyrling er en svak syre ustabil kjemisk formel H Cl O bare tilgjengelig i løsning , hvor den atom av klor er i den oksydasjonstilstand 1. Den dannes ved å oppløse klor i vann. I form av natriumhypokloritsalt (NaClO) eller kalsiumhypokloritt (Ca (ClO) 2 ) brukes det som et oksidasjonsmiddel , deodorant, desinfiserende middel (for eksempel i svømmebassenger) eller blekemiddel .
I organisk syntese omdanner HClO alkener til halohydriner .
I biologi , neutrofile granulocytter som aktiveres av peroksidasjon av C1- avhengig myelo -peroksidase fremstille underklorsyrling som brukes til å ødelegge bakterier .
I kosmetikkindustrien brukes hypoklorsyre i lav konsentrasjon som et hudrensende middel eller i babyprodukter, det gjør det mulig å opprettholde god fuktighet i huden i følsomme tilfeller.
I næringsmiddelindustrien, vanndistribusjons- eller behandlingsfirmaer, brukes HClO eller saltet i lave konsentrasjoner for desinfeksjon av overflater til matlaging og vannbehandling.
Hypoklorsyre oppnås ved omsetning av klor og vann :
Cl 2 + H 2 O ↔ HOCl + HCl Cl 2 + 4 OH - ↔ 2 ClO - + 2 H 2 O + 2 e - Cl 2 + 2 e - ↔ 2 Cl -Når syrer tilsettes salter av vandig hypoklorsyre (slik som natriumhypokloritt i en kommersiell blekemiddeloppløsning), blir den resulterende reaksjonsblandingen forskjøvet til venstre og forårsaket dannelse av klorgass. Dannelsen av stabile hypoklorittblekemidler blir lettere ved oppløsning av klorgass i basiske vandige oppløsninger så som natriumhydroksydoppløsning.
Hypoklorsyre kan også fremstilles ved å oppløse klordioksid i vann. Under vanlige vandige forhold er vannfri hypoklorsyre umulig å fremstille på grunn av den lett reversible likevekten mellom syreformen og dens anhydrid:
2 HClO ↔ Cl 2 O + H 2 O; ( K (0 ° C) = 3,55 × 10 −3 dm 3 mol −1 )I vandig oppløsning , underklorsyrling delvis spaltes til dens korresponderende base , det hypokloritt anion ClO - , og inn i den solvatiserte H + ion :
HClO ↔ OCl - + H +Saltene av hypoklorsyre kalles hypokloritter . En av de mest kjente er NaClO , den aktive forbindelsen i blekemiddel. HClO er en sterkere oksidasjonsmiddel enn klor under standardbetingelser.
2 HC1 ( aq ) + 2 H + + 2 e - ↔ Cl 2 ( g ) + 2 H2O (E = +1,63 V)HClO reagerer med HCl for å danne klorgass:
HClO + HCI → H 2 O + Cl 2HClO reagerer med alkaner for å danne organokloriner og vann, eksempel på reaksjon med metan :
CH 4 + HClO → CH 3 Cl + H 2 OHClO reagerer med vann og danner saltsyre og hydrogenperoksid :
HClO + H 2 O → HCI + H 2 O 2HClO reagerer med alkoholer for å danne organiske klorforbindelser og hydrogenperoksid, eksempel på reaksjon med metanol :
HClO + CH 3 OH → CH 3 Cl + H 2 O 2HClO reagerer med aminer for å danne kloraminer og vann, eksempel på reaksjon med ammoniakk :
HClO + NH 3 → NH 2- Cl + H 2 OHClO reagerer med organiske aminer som forårsaker erstatning av aminet med klor, og danner en organisk klorforbindelse og en hydroksylamin , for eksempel med metylamin :
CH 3 NH 2 + HClO → CH 3 Cl + NH 2 OHHypoklorsyre reagerer med mange biomolekyler som DNA , RNA , fettsyrer, kolesterol og proteiner .
Reaksjon av HClO med sulfhydrylgrupper av proteinerI 1948 observerte Knox at HClO var en hemmer av sulfhydrylgrupper , og at proteiner som inneholdt sulfhydrylgrupper ble inaktivert i tilstrekkelig mengde . HClO oksyderer sulfhydrylgrupper som resulterer i dannelse av disulfidbindinger som kan føre til tverrbinding av proteiner. Mekanismen for oksidasjon av sulfhydrylgrupper ved HClO er lik mekanismen for kloraminoksidasjon . Når den resterende klorkonsentrasjonen forsvinner, kan en sulfhydrylfunksjon gjenopprettes. Oksidasjonen av sulfhydrylgrupper med HClO tilsvarer en bakteriostatisk effekt.
Den cystein har en sulfhydrylgruppe kan reagere med opp til fire molekyler av HClO. Den første reaksjon med HClO produserer sulfensyre syre (R-SOH), den andre reaksjons med en HClO molekyl dannes sulfinsyre (R-SO 2 H), deretter reaksjonen med den tredje HClO molekyl dannes det syre. Sulfonsyre (R-SO 3 H).
I et protein reagerer sulfensyre dannet ved virkning av HClO med en annen sulfhydrylgruppe for å danne en disulfidbinding. Denne bindingen kan forårsake tverrbinding eller aggregering av proteiner. Former av sulfinsyre eller sulfonsyre kan bare dannes ved svært høye konsentrasjoner av HClO.
Reaksjon av HClO med aminogrupper i proteinerHypoklorsyre kan reagere lett med aminosyrer som har funksjoner aminer i sidekjeden for å danne et organisk kloramin. Klorerte aminosyrer brytes raskt ned, men kloraminer i proteiner har lengre levetid og beholder oksidativ kapasitet.
Thomas og teamet hans har vist gjennom resultatene at organiske kloraminer brytes ned ved intern omlegging, og at de siste gjenværende NH 2- gruppene kan delta i angrepet av peptidbindingen, noe som fører til spaltning av proteinet. McKenna og Davies fant at det kreves en minimumskonsentrasjon på 10 mM / L HClO for å oppnå proteinfragmenter in vivo. Disse fragmentene stammer fra en molekylær omorganisering av kloramin, og frigjør HCl og ammoniakk for å danne en amidgruppe . Amidgruppen kan videre reagere med en annen aminogruppe for å danne en Schiff-base , forårsaker tverrbinding og aggregering av proteiner.
Reaksjon av HClO med DNA og nukleotiderHypoklorsyre reagerer sakte med DNA og RNA og forskjellige nukleotider in vitro. GMP har en aminfunksjon og en heterosyklisk aminogruppe er det mest reaktive nukleotidet med HClO. Det nest mest reaktive nukleotidet med HClO er TMP takket være tilstedeværelsen av en heterosyklisk aminogruppe. Den AMP og CMP er svakt reaktivt med HClO ved nærvær av en aminfunksjon, de UMP er de minst reaktive nukleotid.
Heterosykliske NH-grupper er mer reaktive enn amingrupper, flere sekundære kloraminer kan frigjøre klor. Disse forskjellige reaksjonene forstyrrer sammenkoblingen av DNA-baser. Prutz viste at reduksjonen i viskositet av DNA eksponert for HClO er lik den som er observert med deres fra termisk denaturering . Sukkerfragmentene som danner nukleotidene reagerer ikke med HClO, så DNA-ryggraden blir ikke ødelagt. NADH kan reagere med klorerte TMP og UMP så vel som med HClO. Denne reaksjonen kan regenerere UMP og TMP og gi 5-hydroksy-NADH-derivatet. Reaksjonen med TMP eller UMP er langsom og reversibel for å regenerere HClO. En andre, langsommere reaksjon resulterer i at spaltingen av pyridinringen skjer når overskudd av HClO er til stede. NAD + er inert i nærvær av HClO.
Reaksjon av HClO med lipiderHypoklorsyre reagerer med umettede bindinger i lipider , men ikke med mettede bindinger , OCl-ionet - reagerer ikke med lipider. Reaksjonen mellom HClO og umettede lipider er oksidasjon med tilsetning av klor på et av karbonatomene og tilsetning av en hydroksylgruppe på den andre. Den resulterende forbindelsen er et klorhydrin. Polar klor forstyrrer lipid-dobbeltlagene og øker permeabiliteten til membranen. Denne observasjonen ble observert på hematokrit. Variasjonene i permeabilitet avhenger av konsentrasjonen av klohydrin. Chlohydrins har blitt observert på kolesterol , men denne modifikasjonen ikke påvirker permeabiliteten av membranen, dessuten er det antatt at Cl 2 ville være opphav til tilstedeværelsen av klorhydrin på kolesterol.
Når Escherichia coli utsettes for hypoklorsyre, mister den levedyktigheten på mindre enn 100 ms på grunn av inaktivering av mange vitale systemer. Hypoklorsyre har en deklarert LD50 på 0,0104 til 0,156 ppm, ved 2,6 ppm forårsaker den fullstendig hemming av bakterievekst innen 5 minutter. Konsentrasjonen av HClO som kreves for å oppnå en bakteriedrepende egenskap er imidlertid veldig avhengig av den opprinnelige bakteriekonsentrasjonen.
I 1948 foreslo Knox og hans kolleger at den viktigste faktoren i kloroppløsningenes bakteriedrepende natur kan være hemming av glukoseoksidasjon . De antar at det aktive middel diffunderer over den cytoplasmatiske membranen for å inaktivere viktige enzymer som inneholder sulfhydrylgrupper i glykolyseveien . Denne gruppen er også den første til å merke seg at HOCl-løsninger hemmer enzymer som inneholder sulfhydrylgrupper. Senere studier har vist at ved bakteriedrepende nivåer, cytosol komponenter ikke reagerer med HClO. McFeters og Camper fant at aldolase , et enzym som Knox antas å være inaktivert, ikke påvirkes av HOCl in vivo.
HOCl har vist seg å blokkere induksjon av β-galaktosidase av laktose . Opptak av radiomerket ATP og proton co-transport substrater er blokkert av eksponering for HOCl. Fra denne observasjonen foreslo han at HOCl blokkerer absorpsjonen av næringsstoffer ved å inaktivere transportproteiner.
Tapet av glukoseoksidasjon studeres gjennom studiet av tap av respiratorisk aktivitet. Venkobachar og hans kolleger fant at ravsyre dehydrogenase inhiberes in vitro av HOCl, noe som tyder på at forstyrrelse av elektrontransportkjeden kan være årsaken til bakteriell inaktivering. Albrich fant at HOCl ødelegger cytokromer og jern- svovelklynger , at oksygenopptaket forsvinner i nærvær av HOCl, og adeninnukleotider er fraværende. Hypotesen som knytter den irreversible oksidasjonen av cytokromer med HClO og tapet av respiratorisk aktivitet, er blitt foreslått, for å validere denne hypotesen, blir studien av virkningen av HClO på transport av suksinatavhengige elektroner utført. Rosen har vist at nivåene av oksyderte cytokromer som skal reduseres i celler behandlet med HClO er normale, men at cellene ikke klarer å redusere dem. Succinatdehydrogenase inhiberes også av HOCl som får strømmen av elektroner til oksygen til å stoppe. Senere studier har vist at aktiviteten til ubiquinoloxidase først opphører, og at cytokromene fremdeles er aktive reduserer gjenværende kinon. Cytokromer frigjør elektroner på oksygen, og forklarer hvorfor cytokromer ikke kan oksideres, slik Rosen observerte. Denne hypotesen blir endelig forlatt når Albrich finner at celleinaktivering går foran tap av respiratorisk aktivitet. Han viste også at celler som er i stand til å puste ikke lenger kunne dele seg etter eksponering for HOCl.
Hypotesen om tap av åndedrettsfunksjon som forklarer at bakteriedød ved kontakt med HClO ble avvist, foreslår Albrich at bakteriedøden kan knyttes til en metabolsk dysfunksjon forårsaket av uttømming av adeninnukleotider. Barrette studerte mengden ATP tilgjengelig for bakterier i kontakt med HOCl, han viste at celler eksponert for HOCl ikke klarer å øke mengden ATP etter tilsetning av næringsstoffer. Han konkluderer med at eksponerte celler har mistet evnen til å regulere deres adeninmasse basert på det faktum at absorpsjon av metabolitten er redusert til 45% etter eksponering for HOCl og at HOCl forårsaker hydrolyse av ATP intracellular. Det er også bekreftet at ved bakteriedrepende konsentrasjoner av HOCl-cytosoliske komponenter ikke påvirkes. Det foreslås derfor at membranproteinene modifiseres av HClO, noe som fører til en økning i hydrolysen av ATP, og at HClO forstyrrer kapasiteten til bakterieceller til å ekstrahere AMP fra cytosolen, disse to elementene forårsaker en betydelig metabolsk forstyrrelse. Et protein involvert i tapet av evnen til å regenerere ATP er ATP-syntase . Mye av denne respirasjonsforskningen bekrefter observasjonen om at de relevante bakteriedrepende reaksjonene finner sted på cellemembranivå.
Nylig har hypotesen om at inaktivering av bakterier med HOCl er relatert til inhibering av DNA-replikasjon blitt foreslått. I nærvær av HClO observeres det at DNA- syntese i bakterier avtar kraftig, før hemming av proteinsyntese som kan forklare tapet av cellelevedyktighet. Under replikasjon av det bakterielle genomet binder replikasjonsopprinnelsen (oriC i E. coli ) seg til proteiner bundet til cellemembranen. I nærvær av HClO avtar affiniteten til oriC med ekstraherte membraner, denne reduksjonen skal knyttes til reduksjonen i levedyktighet. En studie av Rosen sammenlignet konsentrasjonen av HClO og inhiberingen av DNA-replikasjon av plasmider med forskjellige replikasjonsopprinnelser. Han finner at noen plasmider utviser en forsinkelse i hemming av replikasjon sammenlignet med plasmider som inneholder oriC. Rosen foreslår at HClO inaktiverer membranproteiner involvert i DNA-replikasjon, og at det er denne inaktivering som er opprinnelsen til den bakteriedrepende effekten av hypoklorsyre.
HOCl forårsaker posttranslasjonelle modifikasjoner av proteiner ved å oksidere cysteiner og metioniner , det anses å være et molekyl som fremmer proteinaggregering. Hsp33, et kaperonmolekyl er kjent for å bli aktivert av oksidativ varmestress, beskytter bakterier mot effekten av HOCl ved å fungere som en holdase, og forhindrer effektivt aggregering av proteiner. Stammer av E. coli og Vibrio cholerae som mangler Hsp33 blir spesielt utsatt for HOCl.
Hypokloritter er salter av hypoklorsyre; de mest brukte kommersielle hypoklorittene er kalsiumhypokloritt og natriumhypokloritt.
Hypoklorittløsninger kan produseres ved elektrolyse av en vandig kloridoppløsning ved hjelp av kloralkaliprosessen . Klorgass produseres ved anoden, mens det dannes hydrogen ved katoden. Noe av klorgassen som produseres kan oppløses for å danne hypoklorittioner . Hypokloritter er også proporsjonering av gassformig klor i alkaliske løsninger.