加水分解

通常、加水分解は、水の分子が物質に添加される化学的プロセスです。 時には、この添加により、物質と水分子の両方が2つの部分に分割されることがあります。 このような反応では、標的分子(または親分子)の1つの断片が水素イオンを得る。 それは混合物の化学結合を壊します。

SaltsEdit

弱酸または弱塩基(またはその両方)の塩が水に溶解すると、一般的な種類の加水分解が発生します。 水は自発的に水酸化物アニオンとハイドロニウムカチオンにイオン化する。 塩はまた、その構成アニオンおよび陽イオンに解離する。 例えば、酢酸ナトリウムは水中でナトリウムイオンと酢酸イオンに解離する。 ナトリウムイオンは水酸化物イオンとほとんど反応しないが,酢酸イオンはヒドロニウムイオンと結合して酢酸を生成する。 この場合、最終的な結果は、塩基性溶液を生成する水酸化物イオンの相対的な過剰である。

強酸も加水分解を受ける。 例えば、水に硫酸(H2SO4)を溶解することは、加水分解を伴い、硫酸の共役塩基であるヒドロニウムおよび重硫酸塩を得る。 このような加水分解の間に何が起こるかのより技術的な議論については、Brønsted–Lowry酸塩基理論を参照してください。

エステルおよびアミド編集

酸塩基触媒加水分解は非常に一般的であり、その一例はアミドまたはエステルの加水分解である。 それらの加水分解は、求核剤(例えば、水またはヒドロキシルイオン)がエステルまたはアミドのカルボニル基の炭素を攻撃するときに起こる。 水性塩基では、ヒドロキシルイオンは水のような極性分子よりも優れた求核剤である。 酸では、カルボニル基はプロトン化され、これははるかに容易な求核攻撃につながる。 両方の加水分解物の生成物は、カルボン酸基を有する化合物である。

おそらく商業的に実践されているエステル加水分解の最も古い例はケン化(石鹸の形成)である。 それは水酸化ナトリウム(NaOH)のような水様の基盤が付いているトリグリセリド(脂肪)の加水分解です。 プロセスの間に、グリセロールが形成され、脂肪酸は塩基と反応して塩に変換する。 これらの塩は石鹸と呼ばれ、家庭で一般的に使用されています。

さらに、生きている系では、ほとんどの生化学反応(ATP加水分解を含む)は酵素の触媒作用の間に起こる。 酵素の触媒作用は、タンパク質、脂肪、油、および炭水化物の加水分解を可能にする。 一例として、プロテアーゼ(タンパク質中のペプチド結合の加水分解を引き起こすことによって消化を助ける酵素)を考慮することができる。 それらは、エキソペプチダーゼ(末端ペプチド結合の加水分解を触媒し、一度に1つの遊離アミノ酸を遊離させる別のクラスの酵素)とは対照的に、ペプ

しかし、プロテアーゼはあらゆる種類のタンパク質の加水分解を触媒しません。 それらの作用は立体選択的であり、アミド基を触媒作用のための適切な位置に配置するために何らかの配向力が必要であるため、特定の三次構造を有するタンパク質のみが標的とされる。 酵素と基質(蛋白質)間の必要な接触は基質が合うすきまを形作るために酵素がそのような方法で折るので作成されます;すきまはまた触媒作用の基 したがって、隙間に収まらないタンパク質は加水分解を受けない。 この特異性は、ホルモンなどの他のタンパク質の完全性を維持し、したがって生物学的系は正常に機能し続ける。

アミドの酸触媒加水分解のためのメカニズム。

加水分解すると、アミドはカルボン酸とアミンまたはアンモニア(酸の存在下ですぐにアンモニウム塩に変換される)に変換される。 カルボン酸上の二つの酸素基の一つは、水分子から誘導され、アミン(またはアンモニア)は水素イオンを得る。 ペプチドの加水分解はアミノ酸を与える。

ナイロン6,6のような多くのポリアミドポリマーは強酸の存在下で加水分解する。 このプロセスは解重合をもたらす。 このため、ナイロン製品は、少量の酸性水に曝されると破断することによって故障する。 ポリエステルはまた、同様のポリマー分解反応の影響を受けやすい。 この問題は、環境応力亀裂として知られています。

すべての生きている細胞は、2つの主な目的のためにエネルギーの継続的な供給を必要とします: マイクロおよび高分子の生合成、および細胞膜を渡るイオンそして分子の活動的な輸送。 栄養素の酸化から得られるエネルギーは直接使用されませんが、反作用の複雑で、長い順序によって、特別なエネルギー貯蔵の分子、アデノシン三リン酸(ATP) ATP分子には、必要に応じてエネルギーを放出するピロリン酸結合(2つのリン酸単位が一緒に結合されるときに形成される結合)が含まれています。 ATPは2つの方法で加水分解を受けることができます: まず、末端リン酸を除去してアデノシン二リン酸(ADP)および無機リン酸を形成し、反応:

ATP+H
2O→ADP+Pi

次に、末端二リン酸を除去してアデノシン一リン酸(AMP)およびピロリン酸を得る。 後者は、通常、その二つの構成リン酸塩にさらに開裂を受ける。 これは、リン酸結合が加水分解を受けたときに合成の方向に駆動することができる、通常は鎖で起こる生合成反応をもたらす。

スクロース グリコシド結合は、2つの単糖単位を一緒に保持する中心酸素原子によって表される。

単糖類は、加水分解によって切断することができるグリコシド結合によって一緒に連結することができる。 このように連結された2個、3個、数個または多くの単糖類は、それぞれ二糖類、三糖類、オリゴ糖類、または多糖類を形成する。 グリコシド結合を加水分解する酵素は、「グリコシド加水分解酵素」または「グリコシダーゼ」と呼ばれています。

最もよく知られている二糖類はショ糖(表糖)です。 スクロースの加水分解はブドウ糖およびフルクトースをもたらします。 インベルターゼは、いわゆる転化糖へのスクロースの加水分解のために工業的に使用されるスクラーゼである。 ラクターゼはミルクの乳糖の消化が良い加水分解のために必要です;多くの大人の人間はラクターゼを作り出さないし、ミルクの乳糖を消化できません。

多糖類の可溶性糖への加水分解は、糖化として認識することができる。 大麦から作られた麦芽は、澱粉を二糖マルトースに分解するβ-アミラーゼの供給源として使用され、酵母がビールを製造するために使用することができる。 他のアミラーゼ酵素は、デンプンをグルコースまたはオリゴ糖に変換することができる。 セルロースは最初にセルラーゼによってセロビオースに加水分解され、次にセロビオースはベータglucosidaseによってブドウ糖に更に加水分解されます。 牛のような反芻動物は、セルラーゼを産生する共生細菌のために、セルロースをセロビオースに加水分解し、次にグルコースに加水分解することができる。

: 水溶液中の金属イオン

金属イオンはルイス酸であり、水溶液中では一般式M(H2O)nm+の金属アクオ錯体を形成する。 アクアイオンは、多かれ少なかれ加水分解を受ける。 最初の加水分解ステップは、一般的に

M(H2O)nm++H2O≤M(H2O)n−1(OH)(m−1)++H3O+

として与えられ、アクアカチオンはBrønsted-Lowry酸塩基理論の観点から酸として振る舞う。 この効果は,付着した水分子のO-H結合を弱め,プロトンの放出を比較的容易にする正に帯電した金属イオンの誘導効果を考慮することによって容易に説明できる。

この反応に対する解離定数pKaは、金属イオンの電荷対サイズ比に多かれ少なかれ直線的に関係しています。 Na+のような低電荷のイオンは、ほとんど知覚できない加水分解を伴う非常に弱い酸である。 Ca2+、Zn2+、Sn2+、Pb2+のような大きな二価イオンは6以上のpKaを持ち、通常は酸として分類されませんが、Be2+のような小さな二価イオンは広範な加水分解 Al3+やFe3+のような三価イオンは弱酸であり、そのpKaは酢酸のそれに匹敵する。 水のBecl2またはAl(NO3)3のような塩の解決は顕著に酸性です;加水分解は解決を酸性にさせる硝酸のような酸を加えることによって抑制すること

加水分解は最初のステップを超えて進行する可能性があり、多くの場合、オレーションのプロセスを介して多核種が形成される。 Sn3(OH)42+のようないくつかの”エキゾチックな”種はよく特徴付けられています。 加水分解は、pHが上昇するにつれて進行する傾向があり、多くの場合、a l(O H)3またはAlo(O H)のような水酸化物の沈殿に至る。 ボーキサイトの主要成分であるこれらの物質はラテライトとして知られており、アルミニウムと鉄以外のイオンの大部分の岩石から浸出し、残りのア

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