Peroksygeenit

Peroksygeenit ovat desinfiointiaineita, jotka sisältävät happi-happisidoksen (O-O-sidos). Peroksygeenit ovat yleisesti käytettyjä vahvoja hapettimia, jotka kykenevät hapettamaan monia yleisimpiä epäpuhtauksia (esim. yhdisteitä, jotka sisältävät hiiltä, typpeä tai rikkiä).

Happi-happisidoksen ominaisuuksia

O-O-sidoksen Lewis-rakenne

Happi-happisidoksessa happiatomien välillä on yksinkertainen kovalenttinen sidos ja O-O-sidoksen sidosenergia on 146 kJ/mol.

Yleensä samanlaisten atomien väliset sidokset heikentyvät, kun liikutaan jaksollisen järjestelmän ryhmissä alaspäin (esimerkiksi yksinkertainen C-C-sidos on vahvempi kuin yksinkertainen Si-Si-sidos). Tähän liittyviä tärkeitä poikkeuksia ovat jakson 2 ja ryhmän 15, 16 sekä 17 yksinkertaiset sidokset (N, O, F), jotka ovat hyvin heikkoja. Happi-happisidoksen heikkous johtuukin vapaiden elektroniparien voimakkaista hylkivistä vuorovaikutuksista happiatomien välillä.

Kun happi-happisidos hajoaa, yleisimmissä peroksygeeneissä muodostuu vapaa radikaali, joka on hydroksyyliradikaali. Hydroksyyliradikaali pystyy reagoimaan kaikkien biologisten makromolekyylien kanssa diffuusiorajansa sisällä, eli peroksygeenit läpäisevät solukalvon helposti. Hydroksyyliradikaalit aiheuttavat mutageneesiä ja solukuolemaa, koska bakteereilla, viruksilla ja alkueliöillä ei ole olemassa entsyymiä, joka olisi spesifioitunut tuhomaan hydroksyyliradikaaleja. Tähän perustuu peroksygeenien desinfioiva ominaisuus.

Hydroksyyliradikaali (OH·)

Hydroksidi-ionin ja hydroksyyliradikaalin ero

Hydroksyyliradikaali on voimakas hapetin, joka reagoi nopeasti elektronirikkaiden molekyylien kanssa (esim. hiilivetyjen kanssa se luo alkoholiryhmän liittymällä vapaaseen vetyatomiin). Hydroksyyliradikaali on erittäin reaktiivinen, johtuen sen vapaista elektroneista. Hydroksyyliradikaali koostuu yhdestä vetyatomista ja yhdestä happiatomista.

Hydroksyyliradikaalin additioreaktio eli liittymisreaktio hiilien tai hiilen ja typen välisiin kaksoissidoksiin sekä samanaikainen vedyn abstraktioreaktio eli vetyatomin ottoreaktio ovat merkityksellisiä peroksygeenien desinfioivan ominaisuuden kannalta. Hydroksyyliradikaalin voimakas epäspesifi hapettuminen proteiinien, solukalvon ja perintöaineksen kanssa johtaa solun toimintahäiriöihin ja vaurioitumiseen. Nämä reaktiot ovat mahdollisia, kun vesiliuoksessa on korkea hydroksyyli puhdistusainepitoisuus.

Esimerkiksi vetyperoksidi tuottaa hydroksyyliradikaaleja katalyyttisessä Fenton-reaktiossa. Fenton-reaktiossa vetyperoksidi hapettuu ja vapautuu solun rakenteita tuhoavia hydroksyyliradikaaleja. Esimerkiksi rautaioni voi toimia katalyyttinä seuraavien reaktioyhtälöiden mukaan.

• ${{Fe^{2+}}+{H_{2}O_{2}}{\rightarrow }{Fe^{3+}}+{\cdot }{OH}+{OH^{+}}}$
• ${{Fe^{3+}}+{H_{2}O_{2}}{\rightarrow }{Fe^{2+}}+{HO_{2}}{\cdot }+{H^{+}}}$

Erilaisia peroksygeenejä

Peroksygeeneihin kuuluvia aineita ovat esimerkiksi:

• Vetyperoksidi ${H_{2}O_{2}}$ on kaikista yleisimmin käytetty peroksygeeni, jota käytetään mm. pintojen ja ihon desinfiointiliuoksissa. Ihon desinfioinnissa käytetään matalampi konsentraatioista liuosta (3-6%) kuin pintojen desinfektiossa (jopa yli 36%).

• Peretikkahappoa ${C_{2}H_{4}O_{3}}$ käytetään myös desinfiointiaineissa ja se on vielä tehokkaampi pienemmissä konsentraatioissa verrattuna vetyperoksidiin. Yleisesti peretikkahappoa käytetään 0.2-0.35% liuoksena esimerkiksi lääketieteellisten laitteiden desinfektiossa. Haittapuolena peretikkahapossa on se, että se syövyttää joitakin metalleja. Se on myös herkästi ärsyttävä aine, joten sitä tulee käyttää vain suljetuissa tiloissa (esimerkiksi pesukone).

• Kaliumperoksimonosulfaatti ${KHSO_{5}}$ on peroksirikkihapon suola, jota käytetään desinfiointiin.

• Natriumperboraattia ${{NaBO_{3}}{\cdot }{nH_{2}O}}$ ja natriumperkarbonaattia ${{Na_{2}CO_{3}}{\cdot }{1.5H_{2}O_{2}}}$ käytetään pesuaineteollisuudessa valkaisuaineina.

• Bentsoyyliperoksidi ${C_{14}H_{10}O_{4}}$ on peroksygeeni, jota käytetään aknelääkkeissä tappamaan aknea aiheuttamia bakteereja.

• Karbamidiperoksidi ${CH_{6}N_{2}O_{2}}$ on peroksygeeni, jota käytetään hammastahnoissa ja valkaisugeeleissä sen hampaita valkaisevan ominaisuutensa ansiosta. Karbamidiperoksidi hajoaa vetyperoksidiksi ja ureaksi sekä lopulta hapeksi, vedeksi, ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi.

• Otsonikaasu ${O_{3}}$ on peroksygeeni, jolla on desinfioivia ominaisuuksia ja sitä käytetään ilman ja vesivarantojen desinfiointiin.

• Metyylietyyliketoniperoksidia ${C_{8}H_{12}O_{6}}$ (tunnetaan myös nimellä 2-butanoniperoksidi, etyylimetyyliketoniperoksidi tai MEKP) käytetään polymerointikatalysaattorina polyesteri- ja aksyylihartsien valmistuksessa ja lasikuituvahvisteisten muovien kovetusaineena. Jos MEKP altistuu iskuille, kitkalle, liekeille tai muille vastaaville syttymislähteille, on se äärimmäisen räjähdysvaarallinen.

Peroksygeenien desinfioivat ominaisuudet

Peroksygeenit ovat voimakkaita hapettimia, joita voidaan käyttää desinfiointiaineina tai antiseptisinä aineina.

Yleisimmin käytetty peroksygeeni on vetyperoksidi. Vetyperoksidi tuottaa vapaita radikaaleja, jotka vahingoittavat soluorganismeja, kuten bakteereita, sieniä ja viruksia. Kaasumuodossa vetyperoksidi toimii kaikista tehokkaimmin, joten sitä voidaan käyttää myös tilojen ja laitteiden steriloinnissa. Vetyperoksidi hajotessaan muuttuu vedeksi ja hapeksi: ${{2H_{2}O_{2}}{\rightarrow }{2H_{2}O}+{O_{2}}}$.

Peroksihappoyhdisteillä on paljon aktiivisuutta, mistä johtuen ne ovat tehokkaita bakteereja, sieniä ja viruksia vastaan. Niiden toiminta perustuu reagointiin proteiinien ja entsyymien kanssa ja ne tekevät soluseinät läpäisevämmiksi.

Peroksygeenipohjaiset desinfiointiaineet eroavat muista desinfiointiaineista sillä, että orgaanisten aineiden ja suolojen lisääminen ei vaikuta peroksygeeneihin. Kun peroksygeeniyhdiste kohtaa ilman kanssa, se muodostaa hydroksyyliradikaaleja, jotka ovat tappavia monille bakteereille. Koska hydroksyyliradikaalit ovat erittäin reaktiivisia, ne tuhoavat solukalvon komponentteja ja aiheuttavat solukalvon tuhoutumisen.

Peroksygeenit ovat tappavia myös esimerkiksi itiöille, sillä ne tuhoavat itiön pinnalla olevia proteiineja, jolloin itiöiden ydin altistuu desinfioinnille.