Hydrolyse (von der griechischen Wurzelwasserdruckprüfung "Wasser" + lysis "Trennung") ist eine chemische Reaktion, in der Moleküle von Wasser (HO) in Wasserstoff cations (H, identisch zu Protonen) und Hydroxyd-Anionen (OH) im Prozess eines chemischen Mechanismus gespalten werden. Es ist der Typ der Reaktion, die verwendet wird, um bestimmte Polymer, besonders diejenigen zu brechen, die durch die Kondensation polymerization gemacht sind. Solche Polymer-Degradierung wird gewöhnlich entweder durch Säure, z.B, konzentrierte Schwefelsäure (HSO), oder durch Alkali, z.B, Natriumshydroxyd (NaOH) katalysiert.

Typen

Hydrolyse ist ein chemischer Prozess, in dem ein Wassermolekül zu einer Substanz hinzugefügt wird, die auf den Spalt dieser Substanz in zwei Teile hinausläuft. Ein Bruchstück des Zielmoleküls (oder Elternteilmoleküls) gewinnt ein Wasserstoffion (H) vom Spalt-Wassermolekül. Der andere Teil des Zielmoleküls holt die hydroxyl Gruppe (OH) des Spalt-Wassermoleküls ab. Tatsächlich werden eine Säure und eine Basis gebildet.

Die allgemeinste Hydrolyse kommt vor, wenn ein Salz einer schwachen sauren oder schwachen Basis (oder beide) in Wasser aufgelöst wird. Wasser zerfällt spontan in hydroxyl Anionen und Wasserstoff cations in Ionen. Das Salz trennt sich auch in seine konstituierenden Anionen und cations ab. Zum Beispiel trennt sich Natriumsazetat in Wasser in Natriums- und Azetationen ab. Natriumsionen reagieren sehr wenig mit den hydroxyl Ionen, wohingegen sich die Azetationen mit Wasserstoffionen verbinden, um essigsaure Säure zu erzeugen. In diesem Fall ist das Nettoergebnis ein Verhältnisübermaß an hydroxyl Ionen, eine grundlegende Lösung verursachend.

Jedoch, unter üblichen Zuständen, kommen nur einige Reaktionen zwischen Wasser und organischen Zusammensetzungen vor. Im Allgemeinen müssen starke Säuren oder starke Basen hinzugefügt werden, um Hydrolyse zu katalysieren.

Säure-grundkatalysierte Hydrolyse ist sehr üblich; ein Beispiel ist die Hydrolyse von amides oder esters. Ihre Hydrolyse kommt vor, wenn der nucleophile (ein Kern suchendes Reagenz, z.B, Wasser oder hydroxyl Ion) den Kohlenstoff der carbonyl Gruppe des ester oder amide angreift. In einer wässrigen Basis, hydroxyl Ionen sind besserer nucleophiles als polare Moleküle wie Wasser. In Säuren wird die carbonyl Gruppe protonated, und das führt zu einem viel leichteren Nucleophilic-Angriff. Die Produkte für beide Hydrolyse sind Zusammensetzungen mit carboxylic sauren Gruppen.

Vielleicht ist das älteste Beispiel der ester Hydrolyse der Prozess genannt Verseifung (Bildung von Seife). Es ist die Hydrolyse eines triglyceride (Fett) mit einer wässrigen Basis wie Natriumshydroxyd (NaOH). Während des Prozesses wird Glyzerin gebildet, und die Fettsäuren reagieren mit der Basis, sie zu Salzen umwandelnd. Diese Salze werden Seifen genannt, die allgemein in Haushalten verwendet sind.

Außerdem ist Hydrolyse ein wichtiger Prozess in Werken und Tieren, das bedeutendste Beispiel, das Energiemetabolismus und Lagerung ist. Alle lebenden Zellen verlangen eine dauernde Versorgung der Energie zu zwei Hauptzwecken: für die Biosynthese von Mikro- und Makromolekülen, und für den aktiven Transport von Ionen und Molekülen über Zellmembranen. Die Energie ist auf die Oxydation von Nährstoffen zurückzuführen gewesen wird direkt, aber mittels einer komplizierten und langen Folge von Reaktionen nicht verwendet, es wird in ein spezielles Energielagerungsmolekül, Adenosin triphosphate (ATP) geleitet.

Das ATP Molekül enthält pyrophosphate Verbindungen (gebildete Obligationen, wenn zwei Phosphateinheiten zusammen verbunden werden), dass Ausgabe-Energie, wenn erforderlich. ATP kann Hydrolyse auf zwei Weisen erleben: Die Eliminierung von Endphosphat, um Adenosin diphosphate (ADP) und anorganisches Phosphat oder die Eliminierung eines Terminals diphosphate zu bilden, um Adenosinmonophosphat (AMPERE) und pyrophosphate nachzugeben. Der Letztere erlebt gewöhnlich weitere Spaltung in seine zwei konstituierenden Phosphate. Das läuft auf Biosynthese-Reaktionen hinaus, die gewöhnlich in Ketten vorkommen, die in der Richtung auf die Synthese gesteuert werden können, als die Phosphatobligationen Hydrolyse erlebt haben.

Außerdem, in lebenden Systemen, finden die meisten biochemischen Reaktionen (einschließlich der ATP Hydrolyse) während der Katalyse von Enzymen statt. Die katalytische Handlung von Enzymen erlaubt die Hydrolyse von Proteinen, Fetten, Ölen und Kohlenhydraten. Als ein Beispiel kann man in Betracht ziehen macht Spaß pro-(Enzyme, die Verzehren durch das Verursachen der Hydrolyse von peptide Obligationen in Proteinen helfen). Sie katalysieren die Hydrolyse des Interieurs peptide Obligationen in peptide Ketten im Vergleich mit exopeptidases (eine andere Klasse von Enzymen, die die Hydrolyse des Terminals peptide Obligationen katalysieren, eine freie Aminosäure auf einmal befreiend).

Jedoch, macht Spaß pro-katalysieren die Hydrolyse aller Arten von Proteinen nicht. Ihre Handlung ist stereoauswählend: Nur Proteine mit einer bestimmten tertiären Struktur werden ins Visier genommen. Weil eine Art Ortsbestimmungskraft erforderlich ist, um die amide Gruppe in die richtige Position für die Katalyse zu legen. Die notwendigen Kontakte zwischen einem Enzym und seinen Substraten (Proteine) werden geschaffen, weil sich das Enzym auf solche Art und Weise faltet, um eine Kluft zu bilden, in die das Substrat passt; die Kluft enthält auch die katalytischen Gruppen. Deshalb werden Proteine, die die Kluft nicht einbauen, Hydrolyse nicht erleben. Diese Genauigkeit bewahrt die Integrität anderer Proteine wie Hormone, und deshalb setzt das biologische System fort, normalerweise zu fungieren.

Hydrolyse von Amide-Verbindungen

In der Hydrolyse eines amide wird es in eine carboxylic Säure und ein Amin oder Ammoniak umgewandelt. Die carboxylic Säure ließ auf eine hydroxyl Gruppe ableiten ein Wassermolekül und das Amin (oder Ammoniak) gewinnen das Wasserstoffion.

Ein spezifischer Fall der Hydrolyse einer Amide-Verbindung ist die Hydrolyse von peptides zu kleineren Bruchstücken oder Aminosäuren.

Viele Polyamid-Polymer wie Nylonstrümpfe 6,6 werden angegriffen und hydrolysed in Gegenwart von starken Säuren. Solcher Angriff führt zu depolymerization, und Nylonstrümpfe-Produkte scheitern durch das Zerbrechen, wenn ausgestellt, zu sogar kleinen Beträgen von Säure. Andere Polymer, die durch das Stiefwachstum polymerization gemacht sind, sind gegen ähnliche Polymer-Degradierungsreaktionen empfindlich. Das Problem ist als das Betonungskorrosionsknacken bekannt.

Hydrolyse des Polysaccharids

Monosaccharid kann zusammen durch glycosidic Obligationen verbunden werden, die durch die Hydrolyse zerspaltet werden können. Zwei, drei, hat mehreres oder vieles Monosaccharid so Form disaccharides, trisaccharides, oligosaccharides oder Polysaccharid beziehungsweise verbunden. Enzyme, die hydrolyse glycosidic Obligationen "glycoside genannt werden, faulenzen" oder "glycosidases" hydro.

Der am besten bekannte disaccharide ist Rohrzucker (Tabellenzucker). Die Hydrolyse von Rohrzucker gibt Traubenzucker und fructose nach. Invertase ist ein sucrase verwendet industriell für die Hydrolyse von Rohrzucker zu so genanntem Zucker des umgekehrten Bogens. Lactase ist für die Verdauungshydrolyse von Milchzucker in Milch notwendig. Der Mangel an lactase in Menschen verursacht Milchzucker-Intoleranz.

Die Hydrolyse des Polysaccharids zu auflösbarem Zucker wird "saccharification" genannt. Von der Gerste gemachtes Malz wird als eine Quelle von β-amylase verwendet, um Stärke in den disaccharide maltose zu brechen, der durch die Hefe verwendet werden kann, um Bier zu erzeugen. Andere amylase Enzyme können Stärke zu Traubenzucker oder zu oligosaccharides umwandeln. Zellulose wird zu Traubenzucker oder dem disaccharide cellobiose durch cellulases umgewandelt. Tiere wie Kühe (ruminants) sind im Stande, Zellulose wegen symbiotischer Bakterien zu verdauen, die cellulases erzeugen.

Nichtumkehrbarkeit der Hydrolyse unter physiologischen Bedingungen

Unter physiologischen Bedingungen (z.B, in der verdünnten wässrigen Lösung), ist eine hydrolytic Spaltungsreaktion, in der die Konzentration eines metabolischen Vorgängers (auf der Ordnung 10 bis 10 Mahlzahn) niedrig ist, im Wesentlichen thermodynamisch irreversibel. Ein Beispiel anzuführen:

: + HO  X + Y

:

Das Annehmen, dass x die Endkonzentration von Produkten ist, und dass C die anfängliche Konzentration von A und W = [HO] = 55.5 Mahlzahn, dann x ist, kann mit der Gleichung berechnet werden:

lassen Sie K×W = k:

dann

Für einen Wert von C = 0.001 Mahlzahn und k = 1 Mahlzahn, x/C > 0.999. Weniger als 0.1 % des ursprünglichen Reaktionspartners würden da sein, sobald die Reaktion abgeschlossen ist.

Dieses Thema der physiologischen Nichtumkehrbarkeit der Hydrolyse wird durchweg in metabolischen Pfaden verwendet, da viele biologische Prozesse durch die Spaltung von wasserfreien pyrophosphate Obligationen gesteuert werden.

Hydrolyse von Metallwasser-Ionen

Metallionen sind Säuren von Lewis, und in der wässrigen Lösung bilden sie Wasser-Ionen, von der allgemeinen Formel M (HO).

Die Wasser-Ionen erleben Hydrolyse in einem größeren oder kleineren Ausmaß. Der erste Hydrolyse-Schritt wird allgemein als gegeben

: M (HO) + HO M (HO) (OH) + HO

So benimmt sich das Wasser-Ion als eine Säure in Bezug auf die Theorie der sauren Basis von Brønsted-Lowry. Das wird durch das Betrachten der induktiven Wirkung des positiv beladenen Metallions leicht erklärt, das das O-H Band eines beigefügten Wassermoleküls schwächt, die Befreiung eines Protons relativ leicht machend.

Die Trennung unveränderlich, pK, für diese Reaktion ist mehr oder weniger geradlinig mit dem Verhältnis der Anklage zur Größe des Metallions verbunden. Ionen mit niedrigen Anklagen, wie Na sind sehr schwache Säuren mit fast der nicht wahrnehmbaren Hydrolyse. Große divalent Ionen wie Ca, Zn, Sn und Pb haben einen pK 6 oder mehr und würden als Säuren nicht normalerweise klassifiziert, aber kleine divalent Ionen, zum Beispiel, Sein erleben umfassende Hydrolyse. Dreiwertige Ionen wie Al und Fe sind schwache Säuren, deren pK mit dieser von essigsaurer Säure vergleichbar ist. Lösungen von Salzen wie BeCl oder Al (NICHT) in Wasser sind merklich acidic; die Hydrolyse kann durch das Hinzufügen einer Säure wie Stickstoffsäure, das Bilden der Lösung mehr acidic unterdrückt werden.

Hydrolyse kann außer dem ersten Schritt häufig mit der Bildung der Polykernarten weitergehen.

Einige "exotische" Arten wie Sn werden (OH) gut charakterisiert. Hydrolyse neigt dazu, als PH-Anstieg-Führung, in vielen Fällen, zum Niederschlag eines Hydroxyds wie Al (OH) oder AlO (OH) zuzunehmen. Diese Substanzen, die Hauptbestandteile von Bauxit, sind als laterites bekannt und werden durch das Durchfiltern von Felsen der meisten Ionen außer Aluminium und Eisen und nachfolgender Hydrolyse des restlichen Aluminiums und Eisen gebildet.

Ionen mit einer formellen Anklage vier haben umfassende Hydrolyse erlebt, und Salze von Zr können nur zum Beispiel bei stark acidic Lösungen erhalten werden. Mit der Oxydation setzt fünf fest, und höher ist die Konzentration des Wasser-Ions in der Lösung unwesentlich. Tatsächlich ist das Wasser-Ion eine starke Säure. Zum Beispiel enthalten wässrige Lösungen von Cr (VI) CrO.

:Cr (HO) → CrO + 2 HO + 8 H

Bemerken Sie dass Reaktionen wie

: CrO + HO 2 CrO + 2 H

sind formell Hydrolyse-Reaktionen, weil Wassermoleküle aufgeteilt werden, Wasserstoffionen nachgebend. Solche Reaktionen sind unter polyoxometalates üblich.

Siehe auch

• Adenosin triphosphate
• Aluminiumhydroxyd
• Katabolismus
• Kondensationsreaktion
• Wasserentzug-Synthese
• Hydrolyse unveränderlicher
• Hemmstoff-Protein
• Polymer-Degradierung
• Resomation
• Solvolyse
• Thermalhydrolyse
• Gewebeverzehren