acido ipocloroso - Hypochlorous acid

acido ipocloroso
legame acido ipocloroso
riempimento dello spazio con acido ipocloroso
nomi
nome IUPAC
acido ipocloroso, acido clorico(I), cloranolo, idrossidocloruro
Altri nomi
Ipoclorito di idrogeno, idrossido di cloro, acido ipoclorico
Identificatori
Modello 3D ( JSmol )
CheBI
ChemSpider
Scheda informativa dell'ECHA 100.029.302 Modificalo su Wikidata
Numero CE
UNII
  • InChI=1S/ClHO/c1-2/h2H dai un'occhiata
    Legenda: QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N dai un'occhiata
  • InChI=1/ClHO/c1-2/h2H
    Legenda: QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYAT
  • OCl
Proprietà
HOCl
Massa molare 52,46 g/mol
Aspetto esteriore Soluzione acquosa incolore
Densità Variabile
Solubile
Acidità (p K a ) 7.53
Base coniugata ipoclorito
Pericoli
Principali pericoli agente corrosivo, ossidante
NFPA 704 (diamante di fuoco)
3
0
4
Composti correlati
Altri anioni
Acido
ipofluoro Acido
ipobromoso Acido ipoiodo
Composti correlati
Cloro
Ipoclorito di calcio Ipoclorito di
sodio
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L'acido ipocloroso (HOCl o HClO) è un acido debole che si forma quando il cloro si dissolve in acqua e si dissocia parzialmente, formando ipoclorito , ClO . HClO e ClO sono ossidanti e gli agenti di disinfezione primari delle soluzioni di cloro. L'HClO non può essere isolato da queste soluzioni a causa del rapido equilibrio con il suo precursore . L'ipoclorito di sodio (NaClO) e l'ipoclorito di calcio (Ca(ClO) 2 ) sono candeggianti , deodoranti e disinfettanti .

L'acido ipocloroso si trova naturalmente nei globuli bianchi dei mammiferi, compreso il corpo umano. Non è tossico ed è stato utilizzato per molti anni come soluzione sicura per la cura delle ferite.

Quando disciolta in acqua, è stato scoperto che l'acqua acida ipoclorosa ha forti proprietà disinfettanti. Data questa e la sua non tossicità, è stato identificato come un utile detergente e igienizzante. È stato identificato dalla US Environmental Protection Agency come un disinfettante efficace contro il COVID-19, supportato da studi clinici.

A causa della sua capacità di penetrare nelle membrane dei patogeni, è anche usato come deodorante commerciale.

Storia

L'acido ipocloroso fu scoperto nel 1834 dal chimico francese Antoine Jérôme Balard (1802-1876) aggiungendo, a un pallone di cloro gassoso, una sospensione diluita di ossido di mercurio (II) in acqua. Ha anche chiamato l'acido e i suoi composti.

Nonostante sia relativamente facile da realizzare, è difficile mantenere una soluzione di acido ipocloroso stabile. Solo negli ultimi anni gli scienziati sono stati in grado di produrre e mantenere l'acqua con acido ipocloroso a costi contenuti per un uso commerciale stabile.

Usi

  • Nella sintesi organica , l'HClO converte gli alcheni in cloridrine .
  • In biologia , l'acido ipocloroso viene generato nei neutrofili attivati dalla perossidazione degli ioni cloruro mediata dalla mieloperossidasi e contribuisce alla distruzione dei batteri .
  • In medicina, l'acqua acida ipoclorosa è stata utilizzata come disinfettante e igienizzante.
  • Nella cura delle ferite, e dall'inizio del 2016 la Food and Drug Administration degli Stati Uniti ha approvato prodotti il ​​cui principale ingrediente attivo è l'acido ipocloroso per l'uso nel trattamento di ferite e varie infezioni nell'uomo e negli animali domestici. È anche approvato dalla FDA come conservante per soluzioni saline.
  • Nella disinfezione, è stato utilizzato sotto forma di spray liquido, salviettine umidificate e applicazione aerosol. Recenti studi hanno dimostrato che l'acqua acida ipoclorosa è adatta per l'applicazione in nebbia e aerosol per camere di disinfezione e adatta per la disinfezione di ambienti interni come uffici, ospedali e cliniche
  • Nel servizio di ristorazione e nella distribuzione dell'acqua, a volte vengono utilizzate attrezzature specializzate per generare soluzioni deboli di HClO da acqua e sale per generare quantità adeguate di disinfettante sicuro (instabile) per trattare le superfici di preparazione degli alimenti e le riserve idriche. È anche comunemente usato nei ristoranti per le sue caratteristiche non infiammabili e non tossiche.
  • Nel trattamento delle acque, l'acido ipocloroso è il sanitizzante attivo nei prodotti a base di ipoclorito (ad es. utilizzato nelle piscine).
  • Allo stesso modo, nelle navi e negli yacht, i dispositivi igienico-sanitari marini utilizzano l'elettricità per convertire l'acqua di mare in acido ipocloroso per disinfettare i rifiuti fecali macerati prima dello scarico in mare.
  • Nella deodorizzazione, l'acido ipocloroso è stato testato per rimuovere fino al 99% dei cattivi odori, inclusi immondizia, carne marcia, servizi igienici, feci e odori di urina.

Formazione, stabilità e reazioni

L'aggiunta di cloro per l'acqua dà sia di acido cloridrico (HCl) e acido ipocloroso (HOCl):

Cl 2 + H 2 O ⇌ HClO + HCl
Cl 2 + 4 OH ⇌ 2 ClO + 2 H 2 O + 2 e
Cl 2 + 2 e 2 Cl

Quando gli acidi vengono aggiunti ai sali acquosi dell'acido ipocloroso (come l'ipoclorito di sodio in una soluzione di candeggina commerciale), la reazione risultante viene portata a sinistra e si forma gas di cloro. Pertanto, la formazione di candeggianti ipocloriti stabili è facilitata dalla dissoluzione del gas di cloro in soluzioni acquose basiche, come l'idrossido di sodio .

L'acido può anche essere preparato sciogliendo il monossido di dicloruro in acqua; in condizioni acquose standard, l'acido ipocloroso anidro è attualmente impossibile da preparare a causa dell'equilibrio facilmente reversibile tra esso e la sua anidride:

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

La presenza di ossidi leggeri o di metalli di transizione di rame , nichel o cobalto accelera la decomposizione esotermica in acido cloridrico e ossigeno :

2 Cl 2 + 2 H 2 O → 4 HCl + O 2

Reazioni fondamentali

In soluzione acquosa, l'acido ipocloroso si dissocia parzialmente nell'anione ipoclorito ClO :

HOCl ⇌ ClO + H +

I sali dell'acido ipocloroso sono chiamati ipocloriti . Uno degli ipocloriti più conosciuti è il NaClO , il principio attivo della candeggina.

HOCl è un ossidante più forte del cloro in condizioni standard.

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

HClO reagisce con HCl per formare cloro:

HOCl + HCl → H 2 O + Cl 2

HOCl reagisce con l'ammoniaca per formare la monoclorammina :

NH 3 + HOCl → NH 2 Cl + H 2 O

HOCl può anche reagire con ammine organiche , formando N- cloroammine.

L'acido ipocloroso esiste in equilibrio con la sua anidride ; monossido di dicloro .

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

Reattività di HClO con biomolecole

L'acido ipocloroso reagisce con un'ampia varietà di biomolecole, inclusi DNA , RNA , gruppi di acidi grassi, colesterolo e proteine.

Reazione con gruppi sulfidrilici proteici

Knox et al. ha notato per primo che HClO è un inibitore sulfidrilico che, in quantità sufficiente, potrebbe inattivare completamente le proteine ​​contenenti gruppi sulfidrilici . Questo perché HClO ossida i gruppi sulfidrilici, portando alla formazione di legami disolfuro che possono provocare reticolazione delle proteine . Il meccanismo HClO dell'ossidazione sulfidrilica è simile a quello della monoclorammina e può essere solo batteriostatico, perché una volta dissipato il cloro residuo, può essere ripristinata una parte della funzione sulfidrilica. Un amminoacido contenente sulfidrile può eliminare fino a quattro molecole di HOCl. Coerentemente con ciò, è stato proposto che i gruppi sulfidrilici di amminoacidi contenenti zolfo possano essere ossidati per un totale di tre volte da tre molecole di HClO, con il quarto che reagisce con il gruppo α-amminico. La prima reazione produce acido solfenico (R-SOH), quindi acido solfinico (R-SO 2 H) e infine R-SO 3 H. Gli acidi solfenici formano disolfuri con un altro gruppo proteico sulfidrilico, causando reticolazione e aggregazione delle proteine. L'acido solfinico e i derivati R-SO 3 H sono prodotti solo ad alti eccessi molari di HClO e i disolfuri si formano principalmente a livelli battericidi. I legami disolfuro possono anche essere ossidati da HClO ad acido solfinico. Poiché l'ossidazione di sulfidrili e disolfuri sviluppa acido cloridrico , questo processo provoca l'esaurimento di HClO.

Reazione con gruppi amminici proteici

L'acido ipocloroso reagisce prontamente con gli amminoacidi che hanno catene laterali di gruppi amminici , con il cloro di HClO che sostituisce un idrogeno, risultando in una clorammina organica. Gli amminoacidi clorurati si decompongono rapidamente, ma le clorammine proteiche hanno una vita più lunga e mantengono una certa capacità ossidativa. Tommaso et al. hanno concluso dai loro risultati che la maggior parte delle clorammine organiche decadono per riarrangiamento interno e che un minor numero di gruppi NH 2 disponibili promuove l'attacco al legame peptidico , con conseguente scissione della proteina . McKenna e Davies hanno scoperto che sono necessari 10 mM o più HClO per frammentare le proteine ​​in vivo. Coerentemente con questi risultati, è stato successivamente proposto che la clorammina subisca un riarrangiamento molecolare, rilasciando HCl e ammoniaca per formare un'aldeide . Il gruppo aldeidico può reagire ulteriormente con un altro gruppo amminico per formare una base di Schiff , causando reticolazione e aggregazione delle proteine.

Reazione con DNA e nucleotidi

L'acido ipocloroso reagisce lentamente con il DNA e l'RNA e con tutti i nucleotidi in vitro. GMP è il più reattivo perché HClO reagisce sia con il gruppo NH eterociclico che con il gruppo amminico. In modo simile, il TMP con solo un gruppo NH eterociclico che è reattivo con HClO è il secondo più reattivo. AMP e CMP , che hanno solo un gruppo amminico lentamente reattivo, sono meno reattivi con HClO. È stato riportato che l' UMP è reattivo solo a un ritmo molto lento. I gruppi NH eterociclici sono più reattivi dei gruppi amminici e le loro clorammine secondarie sono in grado di donare il cloro. Queste reazioni probabilmente interferiscono con l'appaiamento delle basi del DNA e, coerentemente con ciò, Prütz ha riportato una diminuzione della viscosità del DNA esposto a HClO simile a quella osservata con la denaturazione termica. Le porzioni di zucchero non sono reattive e la spina dorsale del DNA non è rotta. NADH può reagire con TMP clorurato e UMP così come HClO. Questa reazione può rigenerare UMP e TMP e dà come risultato il 5-idrossi derivato del NADH. La reazione con TMP o UMP è lentamente reversibile per rigenerare HClO. Una seconda reazione più lenta che provoca la scissione dell'anello piridinico si verifica quando è presente un eccesso di HClO. NAD + è inerte a HClO.

Reazione con i lipidi

L'acido ipocloroso reagisce con legami insaturi nei lipidi , ma non con legami saturi , e lo ione ClO non partecipa a questa reazione. Questa reazione avviene per idrolisi con aggiunta di cloro ad uno dei carboni e di un ossidrile all'altro. Il composto risultante è una cloridrina. Il cloro polare distrugge i doppi strati lipidici e potrebbe aumentare la permeabilità. Quando si verifica la formazione di cloridrina nei doppi strati lipidici dei globuli rossi, si verifica un aumento della permeabilità. Potrebbe verificarsi un'interruzione se si forma una quantità sufficiente di cloridrina. Anche l'aggiunta di cloridrina preformata ai globuli rossi può influire sulla permeabilità. È stata osservata anche la cloridrina di colesterolo , ma non influisce molto sulla permeabilità e si ritiene che il Cl 2 sia responsabile di questa reazione.

Modalità di azione disinfettante

E. coli esposto all'acido ipocloroso perde vitalità in meno di 0,1 secondi a causa dell'inattivazione di molti sistemi vitali. L'acido ipocloroso ha una DL 50 riportatadi 0,0104-0,156 ppm e 2,6 ppm ha causato l'inibizione della crescita del 100% in 5 minuti. Tuttavia, la concentrazione richiesta per l'attività battericida è anche fortemente dipendente dalla concentrazione batterica.

Inibizione dell'ossidazione del glucosio

Nel 1948 Knox et al. proposto l'idea che l'inibizione dell'ossidazione del glucosio è un fattore importante nella natura battericida delle soluzioni di cloro. Ha proposto che l'agente o gli agenti attivi si diffondano attraverso la membrana citoplasmatica per inattivare gli enzimi chiave contenenti sulfidrile nella via glicolitica . Questo gruppo è stato anche il primo a notare che le soluzioni di cloro (HOCl) inibiscono gli enzimi sulfidrilici . Studi successivi hanno dimostrato che, a livelli battericidi, i componenti del citosol non reagiscono con HOCl. In accordo con questo, McFeters e Camper hanno scoperto che l' aldolasi , un enzima che Knox et al. propone sarebbe inattivato, non fosse influenzato da HOCl in vivo . È stato inoltre dimostrato che la perdita di sulfidrili non è correlata all'inattivazione. Ciò lascia la domanda su cosa causa l'inibizione dell'ossidazione del glucosio . La scoperta che HOCl blocca l'induzione della β-galattosidasi mediante aggiunta di lattosio ha portato a una possibile risposta a questa domanda. L'assorbimento di substrati radiomarcati sia dall'idrolisi dell'ATP che dal co-trasporto di protoni può essere bloccato dall'esposizione a HOCl che precede la perdita di vitalità. Da questa osservazione, ha proposto che HOCl blocchi l'assorbimento dei nutrienti inattivando le proteine ​​di trasporto. La questione della perdita di ossidazione del glucosio è stata ulteriormente esplorata in termini di perdita della respirazione. Venkobachar et al. hanno scoperto che la deidrogenasi succinica è stata inibita in vitro da HOCl, il che ha portato allo studio della possibilità che l'interruzione del trasporto degli elettroni potesse essere la causa dell'inattivazione batterica. Albirich et al. successivamente ha scoperto che HOCl distrugge i citocromi e i cluster ferro-zolfo e ha osservato che l'assorbimento di ossigeno è abolito da HOCl e i nucleotidi di adenina sono persi. È stato anche osservato che l'ossidazione irreversibile dei citocromi è parallela alla perdita dell'attività respiratoria. Un modo per affrontare la perdita di assorbimento di ossigeno era studiare gli effetti di HOCl sul trasporto di elettroni dipendente dal succinato . Rosen et al. hanno scoperto che i livelli di citocromi riducibili nelle cellule trattate con HOCl erano normali e queste cellule non erano in grado di ridurli. Anche la succinato deidrogenasi è stata inibita da HOCl, interrompendo il flusso di elettroni verso l'ossigeno. Studi successivi hanno rivelato che l'attività dell'ubichinolo ossidasi cessa prima e che i citocromi ancora attivi riducono il chinone rimanente. I citocromi poi passano i elettroni da ossigeno , che spiega perché i citocromi non possono essere ossidato, come osservato da Rosen et al. Tuttavia, questa linea di indagine si è conclusa quando Albrich et al. hanno scoperto che l'inattivazione cellulare precede la perdita della respirazione utilizzando un sistema di miscelazione del flusso che ha consentito la valutazione della vitalità su scale temporali molto più piccole. Questo gruppo ha scoperto che le cellule in grado di respirare non potevano dividersi dopo l'esposizione a HOCl.

Deplezione dei nucleotidi di adenina

Dopo aver eliminato la perdita della respirazione, Albrich et al. propone che la causa della morte possa essere dovuta a una disfunzione metabolica causata dalla deplezione dei nucleotidi adenina. Barretta et al. ha studiato la perdita di nucleotidi di adenina studiando la carica energetica delle cellule esposte a HOCl e ha scoperto che le cellule esposte a HOCl non erano in grado di aumentare la loro carica energetica dopo l'aggiunta di nutrienti. La conclusione è stata che le cellule esposte hanno perso la capacità di regolare il loro pool di adenilato, in base al fatto che l'assorbimento del metabolita era carente solo del 45% dopo l'esposizione a HOCl e all'osservazione che HOCl provoca idrolisi intracellulare di ATP. È stato inoltre confermato che, a livelli battericidi di HOCl, i componenti citosolici non sono interessati. Quindi è stato proposto che la modifica di alcune proteine ​​legate alla membrana determini un'estesa idrolisi dell'ATP e questo, insieme all'incapacità delle cellule di rimuovere l'AMP dal citosol, deprima la funzione metabolica. Si è scoperto che una proteina coinvolta nella perdita della capacità di rigenerare l'ATP è l' ATP sintetasi . Gran parte di questa ricerca sulla respirazione riconferma l'osservazione che importanti reazioni battericide avvengono a livello della membrana cellulare.

Inibizione della replicazione del DNA

Recentemente è stato proposto che l'inattivazione batterica da parte di HOCl sia il risultato dell'inibizione della replicazione del DNA . Quando i batteri sono esposti a HOCl, c'è un precipitoso declino nella sintesi del DNA che precede l'inibizione della sintesi proteica e si avvicina strettamente alla perdita di vitalità. Durante la replicazione del genoma batterico, l' origine della replicazione (oriC in E. coli ) si lega alle proteine ​​​​associate alla membrana cellulare ed è stato osservato che il trattamento con HOCl riduce l'affinità delle membrane estratte per oriC e questa diminuzione dell'affinità è parallela alla perdita di fattibilità. Uno studio di Rosen et al. ha confrontato il tasso di inibizione di HOCl della replicazione del DNA di plasmidi con origini di replicazione diverse e ha scoperto che alcuni plasmidi mostravano un ritardo nell'inibizione della replicazione rispetto ai plasmidi contenenti oriC. Il gruppo di Rosen ha proposto che l'inattivazione delle proteine ​​di membrana coinvolte nella replicazione del DNA sia il meccanismo d'azione di HOCl.

Dispiegamento e aggregazione delle proteine

HOCl è noto per causare modifiche post-traduzionali alle proteine , le più importanti sono l' ossidazione della cisteina e della metionina . Un recente esame del ruolo battericida di HOCl ha rivelato che è un potente induttore dell'aggregazione proteica. Hsp33, un chaperone noto per essere attivato dallo stress da calore ossidativo, protegge i batteri dagli effetti di HOCl agendo come holdasi , prevenendo efficacemente l'aggregazione proteica. I ceppi di Escherichia coli e Vibrio cholerae privi di Hsp33 sono stati resi particolarmente sensibili a HOCl. Hsp33 ha protetto molte proteine ​​essenziali dall'aggregazione e dall'inattivazione dovute a HOCl, che è un probabile mediatore degli effetti battericidi di HOCl.

ipocloriti

Gli ipocloriti sono i sali dell'acido ipocloroso; ipocloriti commercialmente importanti sono l'ipoclorito di calcio e l'ipoclorito di sodio .

Produzione di ipocloriti mediante elettrolisi

Soluzioni di ipocloriti possono essere prodotte in situ mediante elettrolisi di una soluzione acquosa di cloruro di sodio in processi sia batch che a flusso. La composizione della soluzione risultante dipende dal pH all'anodo. In condizioni acide la soluzione prodotta avrà un'elevata concentrazione di acido ipocloroso, ma conterrà anche cloro gassoso disciolto, che può essere corrosivo, a pH neutro la soluzione sarà intorno al 75% di acido ipocloroso e al 25% di ipoclorito. Parte del gas di cloro prodotto si dissolverà formando ioni ipoclorito. Gli ipocloriti sono prodotti anche dalla sproporzione del gas di cloro in soluzioni alcaline.

Sicurezza

HOCl è classificato come non pericoloso dall'Agenzia per la protezione dell'ambiente negli Stati Uniti. Come qualsiasi agente ossidante può essere corrosivo o irritante a seconda della sua concentrazione e del pH.

In un test clinico, l'acqua con acido ipocloroso è stata testata per l'irritazione degli occhi, l'irritazione della pelle e la tossicità, hanno concluso che non è tossica, non irritante per gli occhi e la pelle.

In un recente studio, è stato dimostrato che una soluzione igienica salina conservata con acido ipocloroso puro riduce significativamente la carica batterica senza alterare la diversità delle specie batteriche sulle palpebre. Dopo 20 minuti di trattamento, si è verificata una riduzione >99% dei batteri Stafilococchi.

Commercializzazione

Per la disinfezione, nonostante sia stata scoperta molto tempo fa, la stabilità dell'acqua acida ipoclorosa è difficile da mantenere, in soluzione i composti attivi si deteriorano rapidamente di nuovo in acqua salata, perdendo la sua capacità disinfettante, quindi è stato difficile da trasportare per un ampio utilizzo. Nonostante le sue maggiori capacità disinfettanti a causa del costo, non è comunemente usato come disinfettante rispetto alla candeggina e all'alcol.

Gli sviluppi tecnologici hanno ridotto i costi di produzione e consentono la produzione e l'imbottigliamento di acqua con acido ipocloroso per uso domestico e commerciale. Tuttavia, la maggior parte dell'acqua con acido ipocloroso ha una durata di conservazione breve e non è adatta per essere conservata a lungo. Conservare lontano da fonti di calore e dalla luce solare diretta può aiutare a rallentare il deterioramento. L'ulteriore sviluppo di celle elettrochimiche a flusso continuo è stato implementato in nuovi prodotti, consentendo la commercializzazione di dispositivi a flusso continuo domestici e industriali per la generazione in situ di acido ipocloroso per scopi di disinfezione.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno