PERAZIJNZUUR: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, PRODUCTIE, GEBRUIK - CHEMIE - 2025

Het perazijnzuur is een vloeibare organische verbinding waarvan de chemische formule C ₂ H ₄ O _{3 is} . Het is het peroxide van azijnzuur, dus het is ook bekend als peroxyazijnzuur. Het molecuul is vergelijkbaar met dat van azijnzuur CH ₃ COOH maar met een extra zuurstof in de carboxyl.

Het behoort tot de klasse van organische peroxiden, dit zijn door de mens gemaakte moleculen. De kiemdodende en steriliserende eigenschappen van zijn waterige oplossingen zijn bekend sinds 1902. Deze werking kan in sommige gevallen worden uitgeoefend bij concentraties zo laag als 0,001%.

Perazijnzuur. Auteur: Marilú Stea.

Door deze eigenschap wordt het veel gebruikt in klinieken en ziekenhuizen om medische apparatuur te steriliseren, met als bijkomend voordeel dat de afbraakproducten niet giftig zijn voor mensen.

PAA-oplossingen zijn sterk oxiderend, een eigenschap die is gebruikt om papierpulp of in wasserijen te bleken. Het wordt ook toegepast om chemische reacties uit te voeren waarbij deze eigenschap vereist is, zoals epoxidatie en hydroxylering.

De oxiderende en desinfecterende werking wordt gebruikt bij het reinigen van apparatuur waar voedsel en dranken worden verwerkt. Bovendien is het corrosief voor sommige metalen en moet het bij opslag uit de buurt van organische of gemakkelijk oxideerbare verbindingen worden gehouden.

Merk op dat de geconcentreerde oplossingen explosief kunnen zijn, daarom moet het bij voorkeur verdund worden bereid en op koude plaatsen worden bewaard. De corrosieve kracht wordt ook uitgeoefend op de menselijke huid, slijmvliezen en weefsels, dus er moet voorzichtig mee worden omgegaan en met beschermende uitrusting.

Structuur

Peroxyazijnzuur heeft een molecuul dat erg lijkt op azijnzuur, maar met extra zuurstof in de structuur van de -COOH-groep, aangezien het 3 zuurstofatomen heeft in plaats van twee.

Structuur van perazijnzuur. Auteur: Su-no-G. Bron: Selfmade. Bron: Wikipedia Commons.

Nomenclatuur

- Perazijnzuur

- Peroxyazijnzuur

- Ethanoperoxonzuur

- PAA (PeroxiAcetic Acid).

Eigendommen

Fysieke toestand

Heldere, kleurloze vloeistof met een scherpe azijngeur.

Molecuulgewicht

76,05 g / mol

Kookpunt

110 ºC (met explosie)

Vlampunt

40,5 ºC (open cup-methode)

Zelfontbranding temperatuur

200 ºC (is de temperatuur waarbij het spontaan brandt)

Dichtheid

1,226 g / cm ³ bij 15 ° C

Viscositeit

3.280 cP bij 25,6 ° C

Brekingsindex

1.3974 bij 20 ºC

Oplosbaarheid

Het is in elke verhouding mengbaar met water. Het is oplosbaar in polaire organische oplosmiddelen, zoals ethanol. Enigszins oplosbaar in aromatische oplosmiddelen. Zeer goed oplosbaar in ether en zwavelzuur.

pH

Minder dan 2.

Dissociatieconstante

pK _a = 8,20 bij 25 ° C (het is zwakker dan azijnzuur dat pK _a = 4,8 heeft)

Chemische eigenschappen

Als zuur is PAA veel zwakker dan het zuur waaruit het komt, azijnzuur.

Het heeft een hoog potentieel als oxidatiemiddel. Het is zeer reactief waardoor het moeilijk op te slaan is en dit heeft het gebruik ervan beperkt.

De afbraakproducten zijn azijnzuur CH ₃ COOH, zuurstof O ₂ , waterstofperoxide H ₂ O ₂ en water H ₂ O. H ₂ O _{2 wordt} op zijn beurt afgebroken tot water en zuurstof. Al deze verbindingen zijn milieuvriendelijk.

Het is een epoxiderend en hydroxylerend middel voor olefinische bindingen (C = C dubbele bindingen). Dit betekent dat het actief deelneemt aan de vorming van epoxiden in dubbele bindingen van organische moleculen en aan de toevoeging van -OH-groepen hierin.

PAA is corrosief voor sommige metalen, zoals glad staal, gegalvaniseerd ijzer, koper, messing en brons. Andere metalen zijn resistent zoals roestvrij staal, puur aluminium en vertind ijzer.

Tast synthetische en natuurlijke rubbers aan en extraheert de weekmaker uit sommige vinylpolymeren.

Het heeft een scherpe en penetrante geur die doet denken aan azijnzuur (azijnzuur is het hoofdbestanddeel van azijn).

Het verkrijgen van

Door ijsazijn (watervrij, d.w.z. zonder water) te laten reageren met waterstofperoxide H ₂ O ₂ in aanwezigheid van een mineraal zuur (zoals zwavelzuur H ₂ SO ₄ ), wordt een deel van het azijnzuur geoxideerd en worden waterige oplossingen verkregen van perazijnzuur, azijnzuur en H ₂ O ₂ .

Het verkrijgen van waterige oplossingen van perazijnzuur. Auteur: Marilú Stea

H ₂ SO ₄ fungeert als een katalysator of versneller van de reactie. Stabiliserende middelen zoals pyridine-2,6-dicarbonzuur worden gebruikt.

Als deze oplossingen worden gedestilleerd, kan een hogere concentratie perazijnzuur worden verkregen.

Het kan ook worden verkregen door oxidatie van aceetaldehyde CH ₃ CHO met ozon O ₃ , of door reactie van azijnzuuranhydride (CH ₃ CO) ₂ O met H ₂ O ₂ .

Een andere manier om het precies daar te krijgen waar het nodig is, is door tetra-acetyl-ethyleendiamine (TAED) toe te voegen aan een alkalische oplossing van H ₂ O ₂ .

Toepassingen

In de geneeskunde als sterilisatiemiddel voor apparatuur

PAA fungeert als ontsmettingsmiddel voor medische apparatuur in klinieken, ziekenhuizen, medische en tandartspraktijken.

Gesteriliseerde tandheelkundige apparatuur. Auteur: Daniel Frank. Bron: Pexels.

Sommige bronnen melden dat zijn werking tegen micro-organismen in het algemeen als volgt kan worden ingedeeld: bacteriën> virussen> bacteriesporen> protozoaire cysten. Dit betekent dat het effectiever is tegen bacteriën en minder effectief tegen protozoaire cysten.

In onderzoeken die zijn uitgevoerd naar de bacteriedodende werking van PAA en andere hoogwaardige ontsmettingsmiddelen tegen Staphylococcus aureus en Pseudomonas aeruginosa in endoscopie-apparatuur, bleek PAA de snelste te zijn in zijn microbicide werking.

Staphylococcus aureus kan infecties van de weke delen, huidinfecties, longontsteking en hartweefselinfecties veroorzaken. Pseudomonas aeruginosa kan longontsteking veroorzaken.

Bacteriën vormen biofilms die hen beschermen tegen externe prikkels of stress, door een dikke laag extracellulaire eiwitten, polysacchariden en nucleïnezuren.

Deze biofilms zijn zeer resistent tegen gangbare antibiotica en ontsmettingsmiddelen. In apparatuur zoals endoscopen hebben ze de neiging zich te vormen in de smalle kanalen hiervan, als gevolg van onjuiste of ondoelmatige reinigings- en desinfectieroutines.

PAA valt deze biofilms waarschijnlijk aan door oxidatie van de meer gevoelige moleculaire bindingen van eiwitten, enzymen en andere metabolieten. Dit leidt tot de afbraak van de celwanden van de ziektekiemen, hun sporen en cysten.

Bovendien kan PAA, wanneer het de cel binnendringt, essentiële enzymen oxideren, wat het transport van moleculen en vitale biochemische processen verstoort.

Desinfectietijden zijn al enkele jaren vastgesteld, maar tijdens bepaalde onderzoeken werd vastgesteld dat behandeling met PAA al na 5 minuten celvormveranderingen veroorzaakte met de vorming van pockets of uitstulpingen in de celwand van de cellen. bacteriën en ineenstorting van de cellulaire structuren van de micro-organismen na 30 minuten.

Hoewel de PAA opviel door zijn snelheid, hebben de onderzoekers aanbevolen om de tijden die zijn vastgelegd in de reinigings- en desinfectieprotocollen opnieuw te evalueren en ze te verhogen voor de meeste hoogwaardige antiseptica, om hun totale effectiviteit te garanderen.

Een van de negatieve aspecten van PAA is dat er enkele pathogenen zijn waartegen het niet erg effectief is, zoals de cysten van Giardia lamblia en Cryptosporidium parvum (parasieten die diarree of andere darmaandoeningen kunnen veroorzaken).

Bij afvalwaterzuivering

De desinfecterende werking van PAA in gemeentelijk of industrieel afvalwater effluenten wordt al meer dan 30 jaar onderzocht.

Restwaterzuiveringsinstallatie. Auteur: Michal Jarmoluk. Bron: Pixabay.

Een van de voordelen is het brede spectrum van zijn kiemdodende activiteit, zelfs in de aanwezigheid van organisch materiaal, evenals het feit dat het geen secundaire producten produceert die schadelijk zijn voor het milieu.

De effectiviteit van zijn werking lijkt onder meer af te hangen van de hoeveelheid organische stof die in het effluent aanwezig is, het type en de hoeveelheid micro-organismen die moeten worden verwijderd, de concentratie van PAA in het te behandelen water, de pH en de duur van de behandeling.

In sommige gevallen is PAA beter gebleken dan natriumhypochloriet voor het desinfecteren van afvalwater in tropische klimaten en is het effectief geweest tegen het choleravirus, naast vele andere pathogenen.

Een van de negatieve punten is echter dat door het azijnzuur dat achterblijft na desinfectie, het watereffluent wordt beladen met organisch materiaal, waardoor het risico op nieuwe groei van micro-organismen toeneemt.

Aan de andere kant is het een duur product, waardoor het vanwege dit aspect nog niet erg competitief is met bijvoorbeeld natriumhypochloriet.

In de voedingsindustrie

Omdat het een sterk oxidatiemiddel is, is het zeer effectief tegen micro-organismen bij lage temperaturen en dit heeft geleid tot een brede toepassing ervan als bactericide en fungicide bij de verwerking van voedsel en dranken.

Dit omvat vlees- en pluimveeverwerkingsfabrieken, zuivelbedrijven, brouwerijen, wijnmakerijen of wijnmakerijen en fabrieken voor frisdrank. Op al deze plaatsen wordt de PAA toegepast omdat deze ideaal is om ter plaatse (op locatie) te reinigen.

De enzymen die in sommige voedingsmiddelen worden aangetroffen, zoals peroxidase en catalase, die waterstofperoxide H ₂ O ₂ deactiveren , hebben geen schadelijk effect op perazijnzuur. Eiwitresten doen het ook geen kwaad.

Vanwege het feit dat PAA in voedsel wordt afgebroken tot azijnzuur en waterstofperoxide, wordt het als veilig beschouwd voor gebruik in toepassingen waarbij voedsel niet wordt afgespoeld.

Het dient als desinfectiemiddel en sterilisatiemiddel voor roestvrijstalen en glazen tanks, leidingen en tankwagens, die dienen voor het transport en de opslag van dranken.

Roestvrijstalen tanks om bier in op te slaan. Auteur: Roberta Keiko Kitahara Santana. Bron: Unsplash.

Omdat het kenmerkend is voor het genereren van niet-giftige producten en dat ze bij hoge verdunning geen smaken of geuren produceren, besparen ze tijd en geld voor deze industrieën.

In de pulp- en papierindustrie

Perazijnzuur is een belangrijk chloorvrij middel in de bleektechnologie in de papierpulpindustrie.

Sommige auteurs beschouwen perazijnzuur als een geactiveerd derivaat van H ₂ O ₂ , waarbij een van de waterstofatomen is vervangen door een acylgroep CH ₃ C (= O) -.

Hierdoor reageert perazijnzuur in sterkere mate met organische substraten dan H ₂ O ₂ en kan het worden gebruikt bij oxidatiereacties onder mildere omstandigheden dan met H ₂ O ₂ .

Onder neutrale of matig alkalische omstandigheden, waarbij het peracetaat-ion CH ₃ C (= O) OO- een sterk nucleofiel is (het wordt aangetrokken door elektron-deficiënte atomen), verwijdert het selectief chromoforen of gekleurde verbindingen die aanwezig zijn in papierpulp.

Hierdoor kunnen deze industrieën over een zeer effectief bleekmiddel beschikken en waarvan de residuen hun waterige effluenten niet verontreinigen.

Bij de productie van andere chemische verbindingen

Perazijnzuur dient als oxidatiemiddel om epoxyverbindingen te bereiden, als katalysator om polyesterharsen te maken en om caprolactam en glycerol te verkrijgen.

Bij het terugwinnen van polymeren voor recycling

Sommige onderzoekers zijn erin geslaagd om bruikbare materialen terug te winnen door bepaald polymeerafval te behandelen met PAA-oplossingen.

Het proces wordt uitgevoerd door oxidatie van bepaald met koolstofvezel versterkt polymeerafval uit lucht- en ruimtevaartactiviteiten met oplossingen van ijsazijn en waterstofperoxide.

Op deze manier wordt in situ perazijnzuur gegenereerd, dat de epoxyhars voor 97% ontleedt en de koolstofvezel intact laat.

Vervolgens wordt door destillatie meer dan 90% van het azijnzuur teruggewonnen, wat resulteert in verdere ontleding van het polymeer dat winbare alifatische en fenolische verbindingen genereert.

Koolstofvezel wordt schoon verkregen en behoudt zijn lengte en treksterkte vergelijkbaar met die van nieuwe vezels.

Koolstofvezel. Cjp24. Bron: Wikipedia Commons.

Het proces wordt uitgevoerd onder milde omstandigheden, zonder gasvormige emissies, waardoor het milieuvriendelijk is.

In wasserijen

Vanwege de oxiderende kracht van gekleurde verbindingen, wordt perazijnzuur gebruikt bij het bleken van wasgoed. In deze gevallen wordt het mengsel van tetra-acetyl-ethyleendiamine met H ₂ O ₂ is in een alkalisch medium wordt gebruikt om het te verkrijgen ter plaatse.

Het toepassingsbereik is zeer breed, aangezien het kan worden gebruikt in hard water of water met een hoog gehalte aan calcium- en magnesiumzouten, bij een pH tussen 3,0 en 7,5 en temperaturen van 0 tot 40 ºC.

Risico's

Perazijnzuur of PAA kunnen zeer corrosief zijn. Het is sterk irriterend voor de huid en ogen.

Als de oplossingen worden ingenomen, veroorzaakt het corrosie van de slijmvliezen van de mond, keel, slokdarm en maagdarmkanaal, wat pijn en slikproblemen veroorzaakt.

Bij inademing van de dampen treedt irritatie van de luchtwegen op en bij langdurige inademing treedt oedeem in de longen op.

Oplossingen die meer dan 15% PAA bevatten, beginnen een zekere mate van instabiliteit en explosiviteit te vertonen en schokken of schudden moeten worden vermeden. Ze kunnen explosief ontleden. Als de PAA-concentratie in oplossing hoger is dan 56%, kan deze ontploffen door de heftige verdamping van azijnzuur.

Warmte moet worden vermeden. Het wordt als een ontvlambare vloeistof beschouwd. De ontleding ervan is gewelddadig met een explosie bij 110 ° C. Het moet op een koele plaats worden bewaard, bij voorkeur onder koeling, of op zeer goed geventileerde plaatsen.

Het is sterk oxiderend en daarom gevaarlijk in contact met organische materialen. Bij opslag moet het worden geïsoleerd van andere verbindingen, vooral organische, brandbare, ontvlambare of oxideerbare verbindingen. Het moet worden gescheiden van zuren, logen en zware metalen.

Bij verhitting tot ontbinding, geeft het scherpe en irriterende dampen af, die de ogen, neus en keel irriteren.

Als het wordt gemorst, mag het niet in de riolering terechtkomen, aangezien dit brand- of explosiegevaar oplevert.

Als preventieve maatregelen bij het hanteren raden we rubberen handschoenen en beschermende kleding, een gelaatsscherm of oogbescherming (bril of veiligheidsbril), ademhalingsbescherming aan en niet eten, drinken of roken tijdens het werken met hun oplossingen.

Referenties

1. Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Perazijnzuur. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. Das, M. et al. (2018). Een efficiënte methode voor het recyclen van CFRP-afval met behulp van perazijnzuur. ACS Duurzame Chemie & Engineering. Opgehaald van pubs.acs.org.
3. Chino, T. et al. (2017). Morfologische bacteriedodende snelwerkende effecten van perazijnzuur, een hoogwaardig desinfectiemiddel, tegen Staphylococcus aureus en Pseudomona aeruginosa biofilms in slangen. Antimicrob resistent tegen infectiecontrole. 2017: 6: 122. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
4. Pan, GX et al. (1999). Reactiviteit van ferulinezuur en zijn derivaten ten opzichte van waterstofperoxide en perazijnzuur. J. Agric. Food Chem.1999, 47, 3325-3331. Opgehaald van pubs.acs.org.
5. Kitis, Mehmet. (2004). Desinfectie van afvalwater met perazijnzuur: een overzicht. Environment International 30 (2004) 47-55. Opgehaald van sciencedirect.com.