Кіріспе

Гипохлор қышқылы – химиялық формуласы ClOH, сондай-ақ HClO, HOCl немесе ClHO деп жазылатын бейорганикалық қосылыс. Оның құрылымы H\sO\sCl. Бұл хлор суға ерігенде түзілетін қышқыл, және ол ішінара ажырап, гипохлорит анионын – ClO− құрайды. HClO және ClO− – тотықтырғыштар, және хлорлы ерітінділердің негізгі дезинфекциялау агенттері. HClO-ны оның алдындағы хлормен жылдам тепе-теңдікке келуіне байланысты осы ерітінділерден бөліп алу мүмкін емес. Оның күшті микробқа қарсы қасиеттері болғандықтан, байланысты қосылыстар – натрий гипохлориті (NaOCl) және кальций гипохлориті (Ca(OCl)2) көптеген тауарлық ағартқыштардың, дезодоранттардың және дезинфекциялау құралдарының құрамына кіреді. Адам сияқты сүтқоректілердің ақ қан жасушалары да шетелдік денелерге қарсы күресу үшін гипохлор қышқылын қамтиды. Тірі организмдерде HOCl сутек пероксидінің хлорид иондарымен гема ферменті – миелопероксидазаның (MPO) катализі арқылы түзіледі. Көптеген басқа дезинфекциялау құралдары сияқты, гипохлор қышқылының ерітінділері беттерге сіңген COVID-19 сияқты патогендерді жояды. Аз концентрациядағы мұндай ерітінділер ашық жараларды дезинфекциялау үшін қолданылуы мүмкін.

Тарих

Гипохлор қышқылы 1834 жылы француз химигі Антуан Жером Балард (1802–1876) хлор газы бар колбаға судағы сынап(II) оксидінің сұйылтылған суспензиясын қосу арқылы ашқан. Ол осы қышқылды және оның қосылыстарын да атаған. Оны жасау салыстырмалы түрде оңай болғанымен, тұрақты гипохлор қышқылының ерітіндісін сақтау қиын. Соңғы жылдар ғана ғалымдарға гипохлор қышқылы суын тиімді өндіріп, тұрақты коммерциялық қолдану үшін сақтауға мүмкіндік берді.

Қолданылуы

Органикалық синтезде HClO алкендерді хлоргидриндерге айналдырады. Биологияда гипохлор қышқылы белсенді нейтрофилдерде миелопероксидазаның қатысуымен хлорид иондарының пероксидтелуі арқылы түзіледі және бактерияларды жоюға көмектеседі. 2016 жылдың басына қарай АҚШ-тың Азық-түлік және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA) адамдар мен үй жануарларындағы жараларды және түрлі инфекцияларды емдеу үшін гипохлор қышқылы негізгі белсенді компоненті бар препараттарды мақұлдады. Сондай-ақ, ол тұзды ерітінділерді сақтау үшін FDA-мен бекітілген консервант ретінде қолданылады. Дезинфекциялауда ол сұйық спрей, ылғалды салфеткалар және аэрозоль түрінде пайдаланылады. Жақындағы зерттеулер гипохлорлы қышқыл судың дезинфекциялық камералар үшін тұман және аэрозольдік қолдануға, сондай-ақ кеңселер, ауруханалар және медициналық орталықтар сияқты жабық кеңістіктерді дезинфекциялауға қолайлы екенін көрсетті. Тамақ өнеркәсібінде және су тарату жүйесінде, тамақ дайындау беттерін және сумен жабдықтауды өңдеу үшін қауіпсіз (тұрақсыз) дезинфекциялық құралдың жеткілікті мөлшерін алу үшін су мен тұздан HClO-ның әлсіз ерітінділерін жасауға арналған арнайы жабдықтар кейде қолданылады. Ол тұтанбайтын және улы емес қасиеттеріне байланысты мейрамханаларда да кеңінен қолданылады. Суды тазартуда гипохлор қышқылы гипохлорит негізіндегі өнімдердегі (мысалы, жүзу бассейіндерінде қолданылатын) белсенді дезинфекциялаушы зат болып табылады. Сол сияқты, кемелер мен яхталарда теңіздік санитарлық құрылғылар теңізге шығарылмас бұрын ұсатылған фекальды қалдықтарды дезинфекциялау үшін теңіз суын гипохлор қышқылына айналдыру үшін электр энергиясын пайдаланады. Иіссіздендіру үшін гипохлор қышқылының қоқыс, шіріген ет, дәретхана, нәжіс және зәр иісі сияқты жағымсыз иістердің 99%-ға дейін жою қабілеті тексерілген.

HClO-ның биомолекулалармен реактивтілігі

Гипохлор қышқылы ДНҚ, РНК, май қышқылдары топтары, холестерин және белоктар сияқты көптеген биомолекулалармен әрекеттеседі.

Белсенді сульфидрил топтарымен әрекеттесу

Нокс және басқалар ақуыздардың өзара байланысына алып келуі мүмкін. Сульфидрил тотығуының HClO механизмі монохлораминнің механизміне ұқсас және тек бактериостатикалық болуы мүмкін, себебі қалдық хлордың таралуынан кейін кейбір сульфидрил функциясы қалпына келтірілуі мүмкін. Хлорланған аминқышқылдары жылдам ыдырайды, бірақ ақуыз хлораминдері ұзақ сақталады және белгілі бір тотықтыру қабілетін сақтайды. 10 мМ немесе одан жоғары HClO концентрациясы ақуыздарды ішінде фрагменттеу үшін қажет екендігі анықталды. Осы нәтижелермен сәйкес, кейіннен хлорамин молекулалық қайта құрылымдалуға ұшырап, HCl және аммиакты бөліп, альдегид түзеді деп болжанды. Альдегид тобы тағы бір амин тобымен реакцияласып, Шифф негізін құрайды, бұл ақуыздардың өзара байланысуына және агрегациясына себеп болады. ГМП ең реактивті, себебі HClO гетероциклді NH тобымен де, амин тобымен де реакцияға түседі. Сол сияқты, тек HClO-мен реакцияға түсетін гетероциклді NH тобы бар TMP екінші реактивті болып табылады. АМФ және КМФ тек баяу реакцияға түсетін амин тобына ие, сондықтан HClO-мен реакцияға аз жауап береді.

Дезинфекциялау әрекеті

Гипохлорлы қышқылға ұшыраған E. coli көптеген маңызды жүйелердің іс-қимылының тоқтауынан 0,1 секундтан кем уақыт ішінде тірі қалу қабілетін жоғалтады. Гипохлорлы қышқылдың 0,0104–0,156 ppm және 2,6 ppm концентрациясы 5 минут ішінде 100% өсуді тежеді. Осыған сәйкес, МакФеттерс пен Кампер альдолаза ферментінің, Кнокс және авторлар бұл мәселеге жауап табу мүмкіндігін қарастырды. АТФ гидролизі және протондық ко-транспорт арқылы радиобелгіленген субстраттардың сіңуі, тірі қалу қабілетін жоғалту алдында HClO әсерінен бұғатталуы мүмкін. Глюкоза тотығуының жоғалу мәселесі тыныс алудың жоғалуы тұрғысынан зерттелді. Венкобахар және авторлар HClO-мен in vitro жағдайында сукцинат дегидрогеназаның тежелуін анықтады, бұл электрондық тасымалдаудың бұзылуы бактериялардың белсенділігін жоғалту себебі болуы мүмкін деген болжамға әкелді. Альбрих және авторлар. Розен және авторлар.

ДНҚ репликациясының тежелуі

Жақында бактериялардың HClO әсерінен жойылғандығы ДНК репликациясының тежелуі нәтижесінде болады деген ұсыныс жасалды. Бактериялар HClO-ға ұшырағанда, протеин синтезінің тежелуінен бұрын ДНК синтезінің күрт төмендеуі байқалады, бұл көрсеткіш тірі қалу қабілетінің жоғалтуымен тікелей байланысты. Бактериялық геном репликациясы кезінде репликацияның басталу нүктесі (E. coli-дегі oriC) жасуша мембранасымен байланысты ақуыздарға қосылады. Зерттеулер көрсеткендей, HClO әсерінен алынған мембраналардың oriC-ке деген байланысу қабілеті төмендейді, және бұл төмендеу тірі қалу қабілетінің жоғалтуымен үндеседі. Розен және әріптестері жасаған зерттеуде, әртүрлі репликациялық басталу нүктелері бар плазмидтердің ДНК репликациясын HClO-мен тежеу жылдамдығы салыстырылды. Нәтижесінде, кейбір плазмидтерде oriC бар плазмидтерге қарағанда репликацияның тежелуі кешіккені анықталды. Розеннің тобы ДНК репликациясына қатысатын мембраналық ақуыздардың белсенділігін жою HClO-ның әрекет ету механизмі болып табылады деген гипотезаны ұсынды.

Белоктардың ашылуы мен жиналуы

HClO ақуыздарға посттрансляциялық өзгерістерді тудыратыны белгілі, олардың ең маңыздысы – цистеин мен метиониннің тотығуы. Жақында HClO-ның бактерицидтік рөлін зерттеу оның ақуыздардың агрегациясын күшті түрде ынталандыратынын көрсетті. Оксидативтік жылу стресімен белсендірілетін шаперон болып танылған Hsp33, холдаза ретінде әрекет ете отырып, ақуыздардың агрегациясын тиімді түрде болдырмау арқылы бактерияларды HClO әсерінен қорғайды. Hsp33-ы жоқ Escherichia coli және Vibrio cholerae штаммдары HClO-ға айқын сезімталдық танытты. Hsp33 көптеген маңызды ақуыздарды HClO-ның бактерицидтік әсерінің ықтимал медиаторы болып табылатын HClO-ға байланысты агрегациядан және белсенділігінен айырылудан қорғады.

Гипохлориттер

Гипохлориттер – гипохлоро қышқылының тұздары; коммерциялық тұрғыдан маңызды гипохлориттер – кальций гипохлориті және натрий гипохлориті.

Электролиз арқылы гипохлориттерді өндіру

Гипохлориттердің ерітінділерін сулы натрий хлориді ерітіндісін электролиз арқылы үзіліссіз және ағынды процестерде тікелей өндіруге болады. Алынған ерітіндінің құрамы анодтағы pH деңгейіне байланысты. Қышқыл жағдайда өндірілген ерітіндіде гипохлорлы қышқылдың концентрациясы жоғары болады, бірақ оның ішінде коррозия тудыруы мүмкін еріген хлор газы да болады. Ал бейтарап pH деңгейінде ерітіндінің құрамы шамамен 75% гипохлорлы қышқыл және 25% гипохлориттен тұрады. Көбінесе өндірілген хлор газы еріп, гипохлорит иондарын түзетін болады. Гипохлориттер сілтілік ерітінділерде хлор газының диспропорциялануы арқылы да пайда болады.

Қауіпсіздік

HClO АҚШ-тағы Қоршаған ортаны қорғау агенттігімен қауіпті емес деп жіктеледі. Кез келген тотықтырғыш зат сияқты, оның коррозиялық немесе тітіркендіргіш қасиеттері концентрациясына және pH деңгейіне байланысты. Клиникалық сынақ барысында гипохлорлы қышқыл суының көзге, теріге тигізгендегі тітіркендіру және уыттылық әсерлері тексерілді. Сынақ нәтижесінде ол көзге және теріге уытты емес және тітіркендірмейтін екені анықталды. 2017 жылғы зерттеуде таза гипохлорлы қышқылмен консервіленген тұзды гигиеналық ерітінді бактериялық жүктемені айтарлықтай төмендетіп, қақпақтардағы бактерия түрлерінің әртүрлілігін өзгертпегені көрсетілді. 20 минуттық емдеуден кейін стафилококк бактериясының саны 99%-дан астамға азайды.

Коммерциялық мақсатқа

Дезинфекция үшін, көп бұрын ашылғанына қарамастан, гипохлорлы қышқыл суының тұрақтылығын сақтау қиын. Ерітіндідегі белсенді заттар тез ыдырайды және тұзды суға айналып, дезинфекциялық қасиеттерін жоғалтады, бұл оны кеңінен қолдану үшін тасымалдауды қиындатады. Оның дезинфекциялық қабілеті күшті болғанымен, бағасының жоғары болуына байланысты, әктас пен спиртке қарағанда дезинфекция үшін сирек қолданылады. Технологиялық жетістіктер өндіріс құнын төмендетіп, гипохлорлы қышқыл суын үй және коммерциялық пайдалану үшін өндіруге және бөтелкелеуге мүмкіндік берді. Дегенмен, көптеген гипохлорлы қышқыл суының жарамдылық мерзімі қысқа. Оны ыстықтан және тікелей күн сәулесінен сақтау оның бұзылуын баяулатуға көмектеседі. Тұрақты ағынды электрохимиялық жасушалардың одан әрі дамуы жаңа өнімдерге енгізілді, бұл гипохлорлы қышқылды дезинфекция мақсатында орнында (in situ) өндіруге арналған тұрақты ағынды құрылғыларды коммерцияландыруға мүмкіндік берді.