meestal is hydrolyse een chemisch proces waarbij een molecuul water aan een stof wordt toegevoegd. Soms zorgt deze toevoeging ervoor dat zowel stof als watermolecuul zich in twee delen splitsen. In dergelijke reacties, bereikt één fragment van de doelmolecule (of oudermolecule) een waterstofion. Het breekt een chemische binding in de verbinding.
Zoutedit
een veel voorkomende vorm van hydrolyse treedt op wanneer een zout van een zwak zuur of een zwakke base (of beide) wordt opgelost in water. Water ioniseert spontaan in hydroxide anionen en hydronium kationen. Het zout valt ook uiteen in de samenstellende anionen en kationen. Natriumacetaat dissocieert bijvoorbeeld in water in natrium-en acetaationen. Natriumionen reageren zeer weinig met de hydroxide-ionen, terwijl de acetaationen zich met hydroniumionen combineren om azijnzuur te produceren. In dit geval is het nettoresultaat een relatieve overmaat aan hydroxide-ionen, wat een basisoplossing oplevert.
sterke zuren ondergaan ook hydrolyse. Het oplossen van zwavelzuur (H2SO4) in water gaat bijvoorbeeld gepaard met hydrolyse om hydronium en bisulfaat te geven, de geconjugeerde base van het zwavelzuur. Voor een meer technische bespreking van wat er gebeurt tijdens een dergelijke hydrolyse, zie Brønsted-Lowry zuur-base theorie.
Esters en amidesEdit
zuur-base-gekatalyseerde hydrolyses komen zeer vaak voor; een voorbeeld hiervan is de hydrolyse van amiden of esters. Hun hydrolyse vindt plaats wanneer het nucleofiel (een nucleus-zoekende agent, bijvoorbeeld, water of hydroxylion) de Koolstof van de carbonylgroep van de ester of amide aanvalt. In een waterige base zijn hydroxylionen betere nucleofielen dan polaire moleculen zoals water. In zuren wordt de carbonylgroep geprotoneerd, en dit leidt tot een veel gemakkelijkere nucleofiele aanval. De producten voor beide hydrolyses zijn verbindingen met carbonzuurgroepen.
wellicht het oudste commercieel beoefend voorbeeld van esterhydrolyse is verzeping (vorming van zeep). Het is de hydrolyse van een triglyceride (vet) met een waterige base zoals natriumhydroxide (NaOH). Tijdens het proces wordt glycerol gevormd en de vetzuren reageren met de base, waardoor ze worden omgezet in zouten. Deze zouten worden zepen genoemd, veel gebruikt in huishoudens.
bovendien vinden in levende systemen de meeste biochemische reacties (inclusief ATP-hydrolyse) plaats tijdens de katalyse van enzymen. De katalytische werking van enzymen maakt de hydrolyse van eiwitten, vetten, oliën en koolhydraten mogelijk. Als voorbeeld, kan men proteasen (enzymen die de spijsvertering helpen door hydrolyse van peptidebindingen in proteã nen te veroorzaken) overwegen. Zij katalyseren de hydrolyse van Binnenlandse peptidebindingen in peptideketens, in tegenstelling tot exopeptidases (een andere klasse van enzymen, die de hydrolyse van eindpeptidebindingen katalyseren, bevrijdend één vrij aminozuur tegelijk).
proteasen katalyseren echter niet de hydrolyse van alle soorten eiwitten. Hun actie is stereo-selectief: slechts de proteã nen met een bepaalde tertiaire structuur worden gericht aangezien één of ander soort het oriënteren kracht nodig is om de amidegroep in de juiste positie voor katalyse te plaatsen. De noodzakelijke contacten tussen een enzym en zijn substraten (eiwitten) ontstaan doordat het enzym zo vouwt dat het een spleet vormt waarin het substraat past; de spleet bevat ook de katalytische groepen. Daarom zullen eiwitten die niet in de spleet passen, geen hydrolyse ondergaan. Deze specificiteit behoudt de integriteit van andere proteã nen zoals hormonen, en daarom blijft het biologische systeem normaal functioneren.
na hydrolyse wordt een amide omgezet in een carbonzuur en een amine of ammoniak (die in aanwezigheid van zuur onmiddellijk worden omgezet in ammoniumzouten). Een van de twee zuurstofgroepen op het carboxylzuur wordt afgeleid van een watermolecuul en de amine (of ammoniak) krijgt het waterstofion. De hydrolyse van peptiden geeft aminozuren.
veel polyamidepolymeren zoals nylon 6,6 hydrolyse in aanwezigheid van sterke zuren. Het proces leidt tot depolymerisatie. Om deze reden breken nylon producten bij blootstelling aan kleine hoeveelheden zuur water. Polyesters zijn ook gevoelig voor soortgelijke polymeerafbraakreacties. Het probleem staat bekend als omgevingsspanning kraken.
ATPEdit
hydrolyse is gerelateerd aan energiemetabolisme en-opslag. Alle levende cellen hebben een continue toevoer van energie nodig voor twee hoofddoeleinden: de biosynthese van micro-en macromoleculen, en het actieve transport van ionen en moleculen door celmembranen. De energie afkomstig van de oxidatie van nutriënten wordt niet direct gebruikt, maar wordt door middel van een complexe en lange reeks reacties in een speciaal energieopslagmolecuul, adenosine trifosfaat (ATP), gekanaliseerd. De ATP-molecule bevat pyrofosfaatverbindingen (banden die worden gevormd wanneer twee fosfaateenheden samen worden gecombineerd) die energie vrijgeven wanneer nodig. ATP kan hydrolyse op twee manieren ondergaan: Ten eerste, de verwijdering van terminaal fosfaat om adenosinedifosfaat (ADP) en anorganisch fosfaat te vormen, met de reactie:
ATP + H
2O → ADP + Pi
ten tweede, de verwijdering van een terminaal difosfaat om adenosinemonofosfaat (AMP) en pyrofosfaat te produceren. Deze laatste ondergaat gewoonlijk verdere splitsing in de twee samenstellende fosfaten. Dit resulteert in biosynthesereacties, die gewoonlijk in kettingen voorkomen, die in de richting van synthese kunnen worden gedreven wanneer de fosfaatbanden hydrolyse hebben ondergaan.
Polysacharideedit
monosacchariden kunnen met elkaar worden verbonden door glycosidebindingen, die door hydrolyse kunnen worden gespleten. Twee, drie, verscheidene of vele monosachariden zo verbonden vorm disachariden, trisachariden, oligosachariden, of polysachariden, respectievelijk. Enzymen die glycosidebindingen hydrolyseren worden “glycosidehydrolasen” of “glycosidasen”genoemd.
de bekendste disacharide is sucrose (tafelsuiker). Hydrolyse van sucrose levert glucose en fructose op. Invertase is een sucrase die industrieel wordt gebruikt voor de hydrolyse van sucrose tot zogenaamde invertsuiker. Lactase is essentieel voor de digestieve hydrolyse van lactose in melk; veel volwassen mensen produceren geen lactase en kunnen de lactose niet verteren in melk.
de hydrolyse van polysachariden tot oplosbare suikers kan worden herkend als saccharificatie. Mout van gerst wordt gebruikt als bron van β-amylase om zetmeel af te breken in de disacharidemouttose, die door gist kan worden gebruikt om bier te produceren. Andere amylaseenzymen kunnen zetmeel omzetten in glucose of oligosachariden. Cellulose wordt eerst gehydrolyseerd tot cellobiose door cellulase en vervolgens wordt cellobiose verder gehydrolyseerd tot glucose door bèta-glucosidase. Herkauwers zoals koeien kunnen cellulose hydrolyseren tot cellobiose en vervolgens glucose door symbiotische bacteriën die cellulasen produceren.
metaalaqua ion edit
metaalionen zijn Lewis-zuren, en in waterige oplossing vormen ze metaalaquocomplexen met de algemene formule M (H2O)nm+. De aqua-ionen ondergaan in meer of mindere mate hydrolyse. De eerste hydrolysestap wordt algemeen gegeven als
m(H2O)nm+ + H2o M M(H2O)n−1(OH) (M−1)+ + H3O+
. Dit effect wordt gemakkelijk verklaard door het inductieve effect van het positief geladen metaalion te beschouwen, dat de O-H binding van een aangesloten watermolecuul verzwakt, waardoor de bevrijding van een proton relatief gemakkelijk is.
de dissociatieconstante, pKa, voor deze reactie is min of meer lineair gerelateerd aan de lading-grootteverhouding van het metaalion. Ionen met lage ladingen, zoals Na+ zijn zeer zwakke zuren met bijna onmerkbare hydrolyse. Grote divalente ionen zoals Ca2+, Zn2+, Sn2+ en Pb2+ hebben een pKa van 6 of meer en worden normaal gesproken niet als zuren geclassificeerd, maar kleine divalente ionen zoals Be2+ ondergaan uitgebreide hydrolyse. Trivalente ionen zoals Al3 + en Fe3+ zijn zwakke zuren waarvan de pKa vergelijkbaar is met die van azijnzuur. Oplossingen van zouten zoals BeCl2 of Al (NO3)3 in water zijn merkbaar zuur; de hydrolyse kan worden onderdrukt door toevoeging van een zuur zoals salpeterzuur, waardoor de oplossing zuurder wordt.
hydrolyse kan verder gaan dan de eerste stap, vaak met de vorming van polynucleaire soorten via het proces van olatie. Sommige “exotische” soorten zoals Sn3 (OH)42+ zijn goed gekarakteriseerd. Hydrolyse heeft de neiging om te gaan als pH stijgt, wat in veel gevallen leidt tot de precipitatie van een hydroxide zoals Al(OH)3 of ALO(OH). Deze stoffen, de belangrijkste bestanddelen van bauxiet, worden laterieten genoemd en worden gevormd door uitloging uit gesteente van de meeste andere ionen dan aluminium en ijzer en vervolgens door hydrolyse van het resterende aluminium en ijzer.