vanligtvis är hydrolys en kemisk process där en molekyl vatten tillsätts till en substans. Ibland får denna tillsats både substans och vattenmolekyl att delas upp i två delar. I sådana reaktioner får ett fragment av målmolekylen (eller modermolekylen) en vätejon. Det bryter en kemisk bindning i föreningen.
SaltsEdit
en vanlig typ av hydrolys uppstår när ett salt av en svag syra eller svag bas (eller båda) löses i vatten. Vatten joniserar spontant till hydroxidanjoner och hydroniumkatjoner. Saltet dissocierar också i dess beståndsdelar anjoner och katjoner. Till exempel dissocierar natriumacetat i vatten till natrium-och acetatjoner. Natriumjoner reagerar väldigt lite med hydroxidjonerna medan acetatjonerna kombineras med hydroniumjoner för att producera ättiksyra. I detta fall är nettoresultatet ett relativt överskott av hydroxidjoner, vilket ger en basisk lösning.
starka syror genomgår också hydrolys. Exempelvis åtföljs upplösning av svavelsyra (H2SO4) i vatten av hydrolys för att ge hydronium och bisulfat, svavelsyrans konjugatbas. För en mer teknisk diskussion om vad som händer under en sådan hydrolys, se Br Uclunsted–Lowry acid–base theory.
estrar och amidesEdit
syra–bas-katalyserade hydrolyser är mycket vanliga; ett exempel är hydrolys av amider eller estrar. Deras hydrolys inträffar när nukleofilen (ett kärnsökande medel, t.ex. vatten eller hydroxyljon) attackerar kolet i karbonylgruppen i ester eller amid. I en vattenhaltig bas är hydroxyljoner bättre nukleofiler än polära molekyler såsom vatten. I syror blir karbonylgruppen protonerad, vilket leder till en mycket lättare nukleofil attack. Produkterna för båda hydrolyserna är föreningar med karboxylsyragrupper.
kanske är det äldsta kommersiellt praktiserade exemplet på esterhydrolys förtvålning (bildning av tvål). Det är hydrolysen av en triglycerid (fett) med en vattenhaltig bas såsom natriumhydroxid (NaOH). Under processen bildas glycerol, och fettsyrorna reagerar med basen och omvandlar dem till salter. Dessa salter kallas tvål, som vanligtvis används i hushållen.
dessutom sker i levande system de flesta biokemiska reaktioner (inklusive ATP-hydrolys) under katalys av enzymer. Den katalytiska verkan av enzymer möjliggör hydrolys av proteiner, fetter, oljor och kolhydrater. Som ett exempel kan man överväga proteaser (enzymer som hjälper matsmältningen genom att orsaka hydrolys av peptidbindningar i proteiner). De katalyserar hydrolysen av inre peptidbindningar i peptidkedjor, i motsats till exopeptidaser (en annan klass av enzymer, som katalyserar hydrolysen av terminala peptidbindningar, vilket frigör en fri aminosyra åt gången).
proteaser katalyserar emellertid inte hydrolysen av alla typer av proteiner. Deras verkan är stereoselektiv: endast proteiner med en viss tertiär struktur är riktade eftersom någon form av orienteringskraft behövs för att placera amidgruppen i rätt läge för katalys. De nödvändiga kontakterna mellan ett enzym och dess substrat (proteiner) skapas eftersom enzymet viks på ett sådant sätt att det bildar en spricka i vilken substratet passar; sprickan innehåller också de katalytiska grupperna. Därför kommer proteiner som inte passar in i sprickan inte att genomgå hydrolys. Denna specificitet bevarar integriteten hos andra proteiner, såsom hormoner, och därför fortsätter det biologiska systemet att fungera normalt.
vid hydrolys omvandlas en amid till en karboxylsyra och en amin eller ammoniak (som i närvaro av syra omedelbart omvandlas till ammoniumsalter). En av de två syregrupperna på karboxylsyran härrör från en vattenmolekyl och aminen (eller ammoniak) får vätejonen. Hydrolysen av peptider ger aminosyror.
många polyamidpolymerer såsom nylon 6,6 hydrolys i närvaro av starka syror. Processen leder till depolymerisering. Av denna anledning misslyckas nylonprodukter genom sprickbildning när de utsätts för små mängder surt vatten. Polyestrar är också mottagliga för liknande polymernedbrytningsreaktioner. Problemet är känt som miljöspänningssprickning.
ATPEdit
hydrolys är relaterad till energimetabolism och lagring. Alla levande celler kräver en kontinuerlig energiförsörjning för två huvudändamål: biosyntesen av mikro-och makromolekyler och den aktiva transporten av joner och molekyler över cellmembran. Energin som härrör från oxidation av näringsämnen används inte direkt, men med hjälp av en komplex och lång reaktionssekvens kanaliseras den till en speciell energilagringsmolekyl, adenosintrifosfat (ATP). ATP-molekylen innehåller pyrofosfatbindningar (bindningar som bildas när två fosfatenheter kombineras) som frigör energi vid behov. ATP kan genomgå hydrolys på två sätt: För det första, avlägsnande av terminalt fosfat för att bilda adenosindifosfat (ADP) och oorganiskt fosfat, med reaktionen:
ATP + H
2O msk ADP + Pi
för det andra, avlägsnande av ett terminalt difosfat för att ge adenosinmonofosfat (AMP) och pyrofosfat. Den senare genomgår vanligtvis ytterligare klyvning i dess två beståndsdelar fosfater. Detta resulterar i biosyntesreaktioner, som vanligtvis förekommer i kedjor, som kan drivas i syntesriktningen när fosfatbindningarna har genomgått hydrolys.
Polysackariderredigera
monosackarider kan kopplas samman med glykosidbindningar, som kan klyvas genom hydrolys. Två, tre, flera eller många monosackarider sålunda kopplade bildar disackarider, trisackarider, oligosackarider respektive polysackarider. Enzymer som hydrolyserar glykosidbindningar kallas” glykosidhydrolaser ”eller”glykosidaser”.
den mest kända disackariden är sackaros (bordsocker). Hydrolys av sackaros ger glukos och fruktos. Invertas är ett sukras som används industriellt för hydrolys av sackaros till så kallat invertsocker. Laktas är viktigt för matsmältningshydrolys av laktos i mjölk; många vuxna människor producerar inte laktas och kan inte smälta laktosen i mjölk.
hydrolysen av polysackarider till lösliga sockerarter kan erkännas som sackarisering. Malt gjord av korn används som en källa till azerbajdzjamylas för att bryta ner stärkelse i disackaridmaltos, som kan användas av jäst för att producera öl. Andra amylasenzymer kan omvandla stärkelse till glukos eller till oligosackarider. Cellulosa hydrolyseras först till cellobiose av cellulas och sedan hydrolyseras cellobiose vidare till glukos av beta-glukosidas. Idisslare som kor kan hydrolysera cellulosa till cellobiose och sedan glukos på grund av symbiotiska bakterier som producerar cellulaser.
metall aqua ionsEdit
metalljoner är Lewis-syror, och i vattenlösning bildar de Metall aquo-komplex med den allmänna formeln M(H2O)nm+. Vattenjonerna genomgår hydrolys, i större eller mindre utsträckning. Det första hydrolyssteget ges generiskt som
m(H2O)nm+ + H2o Coric M(H2O)n−1(OH)(m−1)+ + H3O+
således beter sig vattenkatjonerna som syror i termer av BR-Syrabasteori. Denna effekt förklaras lätt genom att överväga den induktiva effekten av den positivt laddade metalljonen, vilket försvagar O-H-bindningen hos en bunden vattenmolekyl, vilket gör frigörandet av en proton relativt lätt.
dissociationskonstanten, pKa, för denna reaktion är mer eller mindre linjärt relaterad till förhållandet mellan laddning och storlek för metalljonen. Joner med låga laddningar, såsom Na+ är mycket svaga syror med nästan omärkbar hydrolys. Stora divalenta joner som Ca2+, Zn2+, Sn2 + och Pb2+ har en pKa på 6 eller mer och skulle normalt inte klassas som syror, men små divalenta joner som Be2+ genomgår omfattande hydrolys. Trivalenta joner som Al3 + och Fe3+ är svaga syror vars pKa är jämförbar med ättiksyra. Lösningar av salter såsom BeCl2 eller Al(NO3)3 i vatten är märkbart sura; hydrolysen kan undertryckas genom tillsats av en syra såsom salpetersyra, vilket gör lösningen surare.
hydrolys kan fortsätta bortom det första steget, ofta med bildandet av polynukleära arter via olationsprocessen. Vissa ”exotiska” arter som Sn3(OH)42+ är väl karakteriserade. Hydrolys tenderar att fortsätta när pH stiger, vilket i många fall leder till utfällning av en hydroxid såsom Al(OH)3 eller AlO(OH). Dessa ämnen, huvudbeståndsdelar i bauxit, är kända som lateriter och bildas genom urlakning från stenar av de flesta andra joner än aluminium och järn och efterföljande hydrolys av återstående aluminium och järn.