de obicei, hidroliza este un proces chimic în care o moleculă de apă este adăugată la o substanță. Uneori, această adăugare face ca atât substanța, cât și molecula de apă să se împartă în două părți. În astfel de reacții, un fragment din molecula țintă (sau molecula părinte) câștigă un ion de hidrogen. Se rupe o legătură chimică în compus.
SaltsEdit
un tip comun de hidroliză apare atunci când o sare a unui acid slab sau a unei baze slabe (sau ambele) este dizolvată în apă. Apa se ionizează spontan în anioni de hidroxid și cationi de hidroniu. Sarea se disociază, de asemenea, în anionii și cationii constituenți. De exemplu, acetatul de sodiu disociază în apă în ioni de sodiu și acetat. Ionii de sodiu reacționează foarte puțin cu ionii de hidroxid, în timp ce ionii de acetat se combină cu ionii de hidroniu pentru a produce acid acetic. În acest caz, rezultatul net este un exces relativ de ioni de hidroxid, rezultând o soluție de bază.
acizii puternici suferă, de asemenea, hidroliză. De exemplu, dizolvarea acidului sulfuric (H2SO4) în apă este însoțită de hidroliză pentru a da hidroniu și bisulfat, baza conjugată a acidului sulfuric. Pentru o discuție mai tehnică despre ceea ce se întâmplă în timpul unei astfel de hidrolize, a se vedea teoria br–Lowry acid–basic.
esteri și amidesEdit
hidrolizele catalizate acido–bazic sunt foarte frecvente; un exemplu este hidroliza amidelor sau esterilor. Hidroliza lor apare atunci când nucleofilul (un agent care caută nucleul, de exemplu, apa sau ionul hidroxil) atacă carbonul grupării carbonil a esterului sau amidei. Într-o bază apoasă, ionii de hidroxil sunt nucleofili mai buni decât moleculele polare, cum ar fi apa. În acizi, gruparea carbonil devine protonată, ceea ce duce la un atac nucleofil mult mai ușor. Produsele pentru ambele hidrolize sunt compuși cu grupări de acid carboxilic.
probabil cel mai vechi exemplu practicat comercial de hidroliză esterică este saponificarea (formarea săpunului). Este hidroliza unei trigliceride (grăsime) cu o bază apoasă, cum ar fi hidroxidul de sodiu (NaOH). În timpul procesului, se formează glicerol, iar acizii grași reacționează cu baza, transformându-i în săruri. Aceste săruri sunt numite săpunuri, utilizate în mod obișnuit în gospodării.
în plus, în sistemele vii, majoritatea reacțiilor biochimice (inclusiv hidroliza ATP) au loc în timpul catalizei enzimelor. Acțiunea catalitică a enzimelor permite hidroliza proteinelor, grăsimilor, uleiurilor și carbohidraților. De exemplu, se pot lua în considerare proteazele (enzime care ajută digestia prin provocarea hidrolizei legăturilor peptidice din proteine). Acestea catalizează hidroliza legăturilor peptidice interioare în lanțurile peptidice, spre deosebire de exopeptidaze (o altă clasă de enzime, care catalizează hidroliza legăturilor peptidice terminale, eliberând un aminoacid liber la un moment dat).
cu toate acestea, proteazele nu catalizează hidroliza tuturor tipurilor de proteine. Acțiunea lor este stereo-selectivă: numai proteinele cu o anumită structură terțiară sunt vizate, deoarece este nevoie de un fel de forță de orientare pentru a plasa grupul amidic în poziția corectă pentru cataliză. Contactele necesare între o enzimă și substraturile sale (proteine) sunt create deoarece enzima se pliază în așa fel încât să formeze o crăpătură în care se potrivește substratul; crăpătura conține și grupările catalitice. Prin urmare, proteinele care nu se încadrează în crăpătură nu vor suferi hidroliză. Această specificitate păstrează integritatea altor proteine, cum ar fi hormonii și, prin urmare, sistemul biologic continuă să funcționeze normal.
la hidroliză, o amidă se transformă într-un acid carboxilic și o amină sau amoniac (care în prezența acidului sunt transformate imediat în săruri de amoniu). Una dintre cele două grupe de oxigen de pe acidul carboxilic este derivată dintr-o moleculă de apă, iar Amina (sau amoniacul) câștigă ionul de hidrogen. Hidroliza peptidelor dă aminoacizi.
mulți polimeri poliamidici, cum ar fi nailon 6,6 hidrolizat în prezența acizilor puternici. Procesul duce la depolimerizare. Din acest motiv, produsele din nailon eșuează prin fracturare atunci când sunt expuse la cantități mici de apă acidă. Poliesterii sunt, de asemenea, susceptibili la reacții similare de degradare a polimerilor. Problema este cunoscută sub numele de cracare a stresului de mediu.
ATPEdit
hidroliza este legată de metabolismul și stocarea energiei. Toate celulele vii necesită o aprovizionare continuă de energie pentru două scopuri principale: biosinteza micro și macromolecule, și transportul activ de ioni și molecule peste membranele celulare. Energia derivată din oxidarea nutrienților nu este utilizată direct, ci, printr-o secvență complexă și lungă de reacții, este canalizată într-o moleculă specială de stocare a energiei, adenozin trifosfat (ATP). Molecula ATP conține legături pirofosfatice (legături formate atunci când două unități fosfat sunt combinate împreună) care eliberează energie atunci când este necesar. ATP poate suferi hidroliză în două moduri: În primul rând, eliminarea fosfatului terminal pentru a forma adenozin difosfat (ADP) și fosfat anorganic, cu reacția:
ATP + H
2o ADP + Pi
în al doilea rând, îndepărtarea unui difosfat terminal pentru a produce adenozin monofosfat (AMP) și pirofosfat. Acesta din urmă suferă, de obicei, o scindare suplimentară în cei doi fosfați constituenți ai săi. Acest lucru are ca rezultat reacții de biosinteză, care apar de obicei în lanțuri, care pot fi conduse în direcția sintezei atunci când legăturile fosfat au suferit hidroliză.
Polizaharide
monozaharidele pot fi legate între ele prin legături glicozidice, care pot fi scindate prin hidroliză. Două, trei, mai multe sau mai multe monozaharide astfel legate formează dizaharide, trizaharide, oligozaharide sau, respectiv, polizaharide. Enzimele care hidrolizează legăturile glicozidice se numesc „hidrolaze glicozidice”sau ” glicozidaze”.
cea mai cunoscută dizaharidă este zaharoza (zahărul de masă). Hidroliza zaharozei produce glucoză și fructoză. Invertaza este o zaharază utilizată industrial pentru hidroliza zaharozei la așa-numitul zahăr invertit. Lactaza este esențială pentru hidroliza digestivă a lactozei din lapte; mulți oameni adulți nu produc lactază și nu pot digera lactoza din lapte.
hidroliza polizaharidelor la zaharurile solubile poate fi recunoscută ca zaharificare. Malțul obținut din orz este utilizat ca sursă de amilază-amilază pentru a descompune amidonul în maltoza dizaharidică, care poate fi utilizată de drojdie pentru a produce bere. Alte enzime de amilază pot transforma amidonul în glucoză sau în oligozaharide. Celuloza este mai întâi hidrolizată la celobioză prin celulază și apoi celobioza este hidrolizată în continuare la glucoză prin beta-glucozidază. Rumegătoarele, cum ar fi vacile, sunt capabile să hidrolizeze celuloza în celobioză și apoi glucoză din cauza bacteriilor simbiotice care produc celulaze.
metal aqua ionsEdit
ionii metalici sunt acizi Lewis, iar în soluție apoasă formează complexe aquo metalice cu formula generală M(H2O)nm+. Ionii aqua suferă hidroliză, într-o măsură mai mare sau mai mică. Prima etapă de hidroliză este dată generic ca
M(H2O)nm+ + H2O X(H2O)N−1(OH)(M−1)+ + H3O+
astfel, cationii acvatici se comportă ca acizi în termenii teoriei br-Lowry-acid-bază. Acest efect este ușor de explicat prin luarea în considerare a efectului inductiv al ionului metalic încărcat pozitiv, care slăbește legătura O-H a unei molecule de apă atașate, făcând eliberarea unui proton relativ ușoară.
constanta de disociere, pKa, pentru această reacție este mai mult sau mai puțin liniar legată de raportul sarcină-Dimensiune al ionului metalic. Ionii cu sarcini mici, cum ar fi Na+ sunt acizi foarte slabi, cu hidroliză aproape imperceptibilă. Ionii bivalenți mari, cum ar fi Ca2+, Zn2+, Sn2+ și Pb2+ au un pKa de 6 sau mai mult și nu ar fi în mod normal clasificați ca acizi, dar ionii bivalenți mici, cum ar fi Be2+, suferă o hidroliză extinsă. Ionii trivalenți precum Al3 + și Fe3 + sunt acizi slabi al căror pKa este comparabil cu cel al acidului acetic. Soluțiile de săruri precum BeCl2 sau al (NO3)3 în apă sunt vizibil acide; hidroliza poate fi suprimată prin adăugarea unui acid precum acidul azotic, făcând soluția mai acidă.
hidroliza poate trece dincolo de prima etapă, adesea cu formarea speciilor polinucleare prin procesul de Olare. Unele specii „exotice”, cum ar fi Sn3(OH)42+, Sunt bine caracterizate. Hidroliza tinde să se desfășoare pe măsură ce pH-ul crește, ducând, în multe cazuri, la precipitarea unui hidroxid, cum ar fi Al(OH)3 sau Alo(OH). Aceste substanțe, constituenți majori ai bauxitei, sunt cunoscute sub numele de laterite și sunt formate prin levigarea din roci a majorității ionilor, alții decât aluminiul și fierul și hidroliza ulterioară a aluminiului și fierului rămas.