HYDROLÝZA: Z ČEHO SE SKLÁDÁ A PŘÍKLADY REAKCÍ - CHEMIE - 2025

Hydrolýza je chemická reakce, která se může objevit v molekulami nebo ionty jak anorganické a organické, a zahrnuje účast vody k lámání svých vazeb. Její název pochází z řečtiny, „hydro“ vody a „lýza“ prasknutí.

Molekula vody, H ₂ O, zavádí rovnováhy s ionty solí slabých kyselin a zásad, tento koncept se objeví poprvé v obecných studií chemie a v analytické chemii. Je to tedy jedna z nejjednodušších chemických reakcí.

Obecná rovnice pro hydrolytickou reakci. Zdroj: Gabriel Bolívar.

V několika příkladech hydrolýzy není voda sama schopna přerušit určitou kovalentní vazbu. Když k tomu dojde, je proces urychlen nebo katalyzován okyselením nebo alkalizací média; to znamená, že v přítomnosti H ₃ O ⁺ nebo OH ^- ionty, v daném pořadí. Existují také enzymy, které katalyzují hydrolýzu.

Hydrolýza zaujímá zvláštní místo, pokud jde o biomolekuly, protože vazby, které drží jejich monomery pohromadě, jsou za určitých podmínek náchylné k hydrolýze. Například cukry jsou hydrolyzovány za účelem štěpení polysacharidů na jejich monosacharidy, které působí, díky působení glukosidázových enzymů.

Co je to hydrolýza?

Výše uvedený obrázek vysvětluje, co je hydrolýza. Všimněte si, že nejen molekula nebo substrát (pokud enzymy zprostředkovávají) přeruší svou vazbu, ale také samotná voda, která „se zlomí“ na H ⁺ a OH ^-, kde H ⁺ končí A a OH ^- s B. AB Reaguje proto s molekulou vody, čímž vznikají dva produkty, AH a B-OH.

Hydrolýza je tedy opačnou reakcí než kondenzace. Při kondenzaci se dva produkty, řekněme AH a B-OH, spojí uvolněním malé molekuly: vody. Při hydrolýze je molekula spotřebována, zatímco při kondenzaci je uvolňována nebo produkována.

Vrátíme-li se k příkladu cukrů, předpokládejme, že AB odpovídá dimeru sacharózy, kde A představuje glukózu a B představuje fruktózu. Glukosidická vazba AB může být hydrolyzována za vzniku dvou monosacharidů samostatně a v roztoku, a totéž se stane oligo a polysacharidům, pokud enzymy zprostředkovávají takové reakce.

Všimněte si, že v této reakci, AB, má šipka pouze jeden směr; to znamená, že je to ireverzibilní hydrolýza. Mnoho hydrolýz je však ve skutečnosti reverzibilními reakcemi, které dosahují rovnováhy.

Příklady hydrolytických reakcí

- ATP

ATP je stabilní mezi hodnotami pH 6,8 a 7,4. Při extrémních hodnotách pH však spontánně hydrolyzuje. U živých bytostí je hydrolýza katalyzována enzymy známými jako ATPázy:

ATP + H ₂ O => ADP + Pi

Tato reakce je silně exergonická, protože entropie ADP je větší než entropie ATP. Variace Gibbsovy volné energie (ΔGº) je - 30,5 kJ / mol. Energie produkovaná hydrolýzou ATP se používá při mnoha endergonických reakcích.

Spojené reakce

V některých případech se hydrolýza ATP používá pro přeměnu sloučeniny (A) na sloučeninu (B).

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

- Voda

Dvě molekuly vody mohou vzájemně reagovat při zjevné hydrolýze:

H ₂ O + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + OH ^-

Je to, jako by jedna z těchto molekul vody praskla na H ⁺ a OH ^-, H ^{+ se} bude vázat na atom kyslíku druhé molekuly vody, což vede k hydroniovému iontu, H ₃ O ⁺. Tato reakce, spíše než hydrolýza, je o autoionizaci nebo autoprotolýze vody.

- Proteiny

Proteiny jsou stabilní makromolekuly a pro dosažení jejich úplné hydrolýzy jsou v aminokyselinách, které je tvoří, nutné extrémní podmínky; jako je koncentrace kyseliny chlorovodíkové (6 M) a vysoké teploty.

Živé bytosti však mají enzymatický arzenál, který umožňuje hydrolýzu proteinů na aminokyseliny v dvanáctníku. Enzymy podílející se na trávení bílkovin jsou slinivkou téměř úplně vylučovány.

Existují exopeptidázové enzymy, které degradují proteiny, počínaje jejich konci: aminopeptidáza na aminovém konci a karboxypeptidáza na karboxylovém konci. Enzymy endopeptidázy uplatňují svůj účinek uvnitř proteinového řetězce, například: trypsin, pepsin, chymotrypsin atd.

- Amidy a estery

Když se amidy zahřívají v alkalickém prostředí, vznikají karboxylové kyseliny a aminy:

RCONH ₂ + H ₂ O => RCOO ^- + NH ₂

Estery ve vodném médiu jsou hydrolyzovány na karboxylovou kyselinu a alkohol. Tento proces je katalyzován buď bází, nebo kyselinou:

RCO-OR ‚+ H ₂ O => RCOOH + R'OH

Toto je slavná saponifikační reakce.

- Kyselinová báze

Ve vodě je několik druhů hydrolyzováno za účelem okyselení nebo alkalizace vodného média.

Přidání bazické soli

Octan sodný, bazické soli, disociuje ve vodě, čímž se získá Na ⁺ (sodíku) a CH ₃ COO ^- (acetát) ionty. Jeho zásaditost je způsobena skutečností, že acetát je hydrolyzován za vzniku OH ^- iontů, zatímco sodík zůstává nezměněn:

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

OH ^- je zodpovědný za to, že pH stoupne a stane se bazickým.

Přidání kyselé soli

Chlorid amonný (NH ₄ Cl) je tvořen iont chloridu (Cl ^-) z kyseliny chlorovodíkové (HCl), silné kyseliny, a amonného kationtu (NH ₄ ⁺) z hydroxidu amonného (NH ₄ OH), slabá základna. Cl ^- nedisocionuje ve vodě, ale amoniový kation se ve vodě transformuje následujícím způsobem:

NH ₄ ⁺ + H ₂ O <=> NH ₃ + H ₃ O ⁺

Hydrolýza amonného kationtu vytváří protony, které zvyšují kyselost vodného média, takže se dospělo k závěru, že NH ₄ Cl je sůl s kyselinou.

Přidání neutrální soli

Chlorid sodný (NaCl) je slaný produkt reakce silné báze (NaOH) se silnou kyselinou (HC1). Rozpuštěním chloridu sodného ve vodě se vytvoří kationt sodný (Na ⁺) a anion (Cl ^-). Oba ionty se nedisociovají ve vodě, takže nepřidávají H ⁺ ani OH ^- a udržují konstantní pH.

Proto se uvádí, že chlorid sodný je neutrální sůl.

Reference

1. Mathews, CK, van Holde, KE a Ahern, KG (2002). Biochemie. (Třetí edice). Upravit. Pearson-Addison Wesley.
2. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (13. ledna 2019). Hydrolýza: Definice a příklady. Obnoveno z: thinkco.com
4. Theresa Phillips. (28. dubna 2019). Vysvětlení procesu hydrolýzy. Obnoveno z: thebalance.com
5. Editors of Encyclopaedia Britannica. (2016, 16. listopadu). Hydrolýza. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
6. Wikipedia. (2019). Hydrolýza. Obnoveno z: en.wikipedia.org