HYDROLIZA: NA CZYM ONA POLEGA I PRZYKŁADY REAKCJI - CHEMIA - 2026

Hydrolizy jest reakcja chemiczna, która może wystąpić w cząsteczkami lub jonami, zarówno nieorganicznych i organicznych, i wiąże się z udziałem wody do jego zerwania wiązania. Jej nazwa pochodzi od greckiego „hydro” wody i „lysis” pęknięcia.

Cząsteczka wody, H ₂ O, ustanawia równowagę z jonami soli słabych kwasów i zasad, pojęcie to pojawia się po raz pierwszy w ogólnych badaniach chemii i chemii analitycznej. Jest to zatem jedna z najprostszych reakcji chemicznych.

Ogólne równanie reakcji hydrolizy. Źródło: Gabriel Bolívar.

W kilku przykładach hydrolizy, sama woda nie jest w stanie zerwać pewnego wiązania kowalencyjnego. Kiedy to nastąpi, proces jest przyspieszany lub katalizowany przez zakwaszenie lub alkalizację medium; to znaczy w obecności odpowiednio jonów H ₃ O ⁺ lub OH ^- . Istnieją również enzymy, które katalizują hydrolizę.

Hydroliza zajmuje szczególne miejsce w odniesieniu do biocząsteczek, ponieważ wiązania łączące ich monomery są podatne na hydrolizę w określonych warunkach. Na przykład cukry są hydrolizowane w celu rozbicia polisacharydów na ich składowe monosacharydy dzięki działaniu enzymów glukozydazy.

Co to jest hydroliza?

Powyższy obraz wyjaśnia, czym jest hydroliza. Zauważ, że nie tylko cząsteczka lub substrat (jeśli pośredniczą enzymy) przerywa swoje wiązanie, ale także sama woda, która „pęka” na H ⁺ i OH ^- , gdzie H ⁺ kończy się na A, a OH ^{- na} B. AB Dlatego reaguje z cząsteczką wody, tworząc dwa produkty, AH i B-OH.

Hydroliza jest zatem reakcją odwrotną do kondensacji. Podczas kondensacji dwa produkty, powiedzmy AH i B-OH, łączą się poprzez uwolnienie małej cząsteczki: wody. W hydrolizie cząsteczka jest zużywana, podczas kondensacji jest uwalniana lub produkowana.

Wracając do przykładu cukrów, przypuśćmy, że AB odpowiada dimerowi sacharozy, gdzie A oznacza glukozę, a B oznacza fruktozę. Wiązanie glukozydowe AB może ulegać hydrolizie, dając początek dwóm monosacharydom oddzielnie iw roztworze, i to samo dzieje się z oligo i polisacharydami, jeśli w takich reakcjach pośredniczą enzymy.

Zauważ, że w tej reakcji, w przypadku AB, strzałka ma tylko jeden kierunek; to znaczy jest to nieodwracalna hydroliza. Jednak wiele hydrolizy jest w rzeczywistości odwracalnymi reakcjami, które osiągają równowagę.

Przykłady reakcji hydrolizy

- ATP

ATP jest stabilny między wartościami pH 6,8 i 7,4. Jednak przy ekstremalnych wartościach pH hydrolizuje samorzutnie. U istot żywych hydroliza jest katalizowana przez enzymy znane jako ATPazy:

ATP + H ₂ O => ADP + Pi

Ta reakcja jest silnie egzergoniczna, ponieważ entropia ADP jest większa niż ATP. Wahania energii swobodnej Gibbsa (ΔGº) wynosi - 30,5 kJ / mol. Energia wytwarzana w wyniku hydrolizy ATP jest wykorzystywana w wielu reakcjach endergicznych.

Reakcje sprzężone

W niektórych przypadkach hydroliza ATP jest wykorzystywana do konwersji związku (A) do związku (B).

A + ATP + H ₂ O <=> B + ADP + Pi + H ⁺

- Woda

Dwie cząsteczki wody mogą reagować ze sobą w pozornej hydrolizie:

H ₂ O + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + OH ^-

To tak, jakby jedna z tych cząsteczek wody rozpadła się na H ⁺ i OH ^- , H ⁺ będzie wiązał się z atomem tlenu drugiej cząsteczki wody, co daje początek jonom hydroniowym, H ₃ O ⁺ . Ta reakcja, a nie hydroliza, dotyczy autojonizacji lub autoprotolizy wody.

- Białka

Białka są stabilnymi makrocząsteczkami i do ich całkowitej hydrolizy niezbędne są ekstremalne warunki w aminokwasach, które je tworzą; takie jak stężenie kwasu solnego (6 M) i wysokie temperatury.

Jednak żywe istoty są wyposażone w enzymatyczny arsenał, który umożliwia hydrolizę białek do aminokwasów w dwunastnicy. Enzymy biorące udział w trawieniu białek są prawie całkowicie wydzielane przez trzustkę.

Istnieją enzymy egzopeptydazy, które rozkładają białka, zaczynając na ich końcach: aminopeptydaza na końcu aminowym i karboksypeptydaza na końcu karboksylowym. Enzymy endopeptydazy wywierają swoje działanie wewnątrz łańcucha białkowego, na przykład: trypsyna, pepsyna, chymotrypsyna itp.

- Amidy i estry

Amidy po podgrzaniu w środowisku zasadowym powodują powstanie kwasu karboksylowego i aminy:

RCONH ₂ + H ₂ O => RCOO ^- + NH ₂

Estry w środowisku wodnym są hydrolizowane do kwasu karboksylowego i alkoholu. Proces jest katalizowany przez zasadę lub kwas:

RCO-OR '+ H ₂ O => RCOOH + R'OH

To jest słynna reakcja zmydlenia.

- Zasada kwasowa

W wodzie hydrolizuje się kilka gatunków w celu zakwaszenia lub alkalizacji środowiska wodnego.

Dodanie soli zasadowej

Octan sodu, sól zasadowa, dysocjuje w wodzie, dając jony Na ⁺ (sód) i CH ₃ COO ^- (octan). Jego zasadowość wynika z hydrolizowania octanu w celu wytworzenia jonów OH ^- , podczas gdy sód pozostaje niezmieniony:

CH ₃ COO ^- + H ₂ O <=> CH ₃ COOH + OH ^-

OH ^- odpowiada za wzrost i zasadowość pH.

Dodanie soli kwasowej

Chlorek amonu (NH ₄ Cl) jest tworzony przez jon chlorkowy (Cl ^- ) z kwasu solnego (HCl), mocnego kwasu i kationu amonu (NH ₄ ⁺ ) z wodorotlenku amonu (NH ₄ OH) , słaba podstawa. Cl ^- nie dysocjuje w wodzie, ale kation amonu ulega przemianie w wodzie w następujący sposób:

NH ₄ ⁺ + H ₂ O <=> NH ₃ + H ₃ O ⁺

W wyniku hydrolizy kationu amonowego powstają protony, które zwiększają kwasowość środowiska wodnego, dla którego stwierdza się, że NH ₄ Cl jest solą kwasową.

Dodanie neutralnej soli

Chlorek sodu (NaCl) jest solnym produktem reakcji mocnej zasady (NaOH) z mocnym kwasem (HCl). Rozpuszczając chlorek sodu w wodzie, powstaje kation sodu (Na ⁺ ) i anion (Cl ^- ). Oba jony nie dysocjują w wodzie, więc nie dodają H ⁺ ani OH ^- , utrzymując ich pH na stałym poziomie.

Dlatego mówi się, że chlorek sodu jest solą obojętną.

Bibliografia

1. Mathews, CK, van Holde, KE and Ahern, KG (2002). Biochemia. (Trzecia edycja). Edytować. Pearson-Addison Wesley.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (13 stycznia 2019). Hydroliza: definicja i przykłady. Odzyskany z: thinkco.com
4. Theresa Phillips. (28 kwietnia 2019). Wyjaśnienie procesu hydrolizy. Odzyskane z: thebalance.com
5. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (16 listopada 2016). Hydroliza. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
6. Wikipedia. (2019). Hydroliza. Odzyskane z: en.wikipedia.org