Hydrolyse: Eksempler (av salter, syre, baser, organisk C.)
Hydrolyse, i kjemi, er en reaksjon av dobbelt dekomponering med vann som en av reaktantene. Dersom en forbindelse er representert ved formelen AB hvori A og B er atomer eller grupper og vann er representert ved formelen HOH, kan hydrolysereaksjonen derfor representeres av den reversible kjemiske ligningen: AB + HOH ⇌ AH + BOH.
Reagenser annet enn vann og hydrolyseprodukter kan være nøytrale molekyler - som i de fleste hydrolyser som involverer organiske forbindelser - eller ioniske molekyler, som ved hydrolysen av salter, syrer og baser.
I bioteknologi og levende organismer er disse stoffene ofte polymerer (Encyclopædia Britannica, 2016).
Ordet er avledet fra hydro, gresk for vann og lysis, som betyr "å miste." Hydrolyse betyr separasjon av kjemikalier når de tilsettes til vann.
De tre hovedtyper av hydrolyse er hydrolysen av salter, hydrolyse av syrer og hydrolysen av baser.
Hydrolys av salter
I vann dissosieres saltene for å danne ioner (helt eller ufullstendig avhengig av den respektive løselighetskonstanten, Ks).
Hydrolysen som involverer ioniske forbindelser kan illustreres ved de kjemiske forandringene som forekommer i en vandig oppløsning av natriumacetatsaltet.
I oppløsning separeres de ioniske bestanddelene i saltet (acetat-ionet og natriumionet). Vannmolekylene kombinerer med acetat-ioner for å danne eddiksyre og hydroksidioner.
CH3COONa + H20 → CH3COOH + Na + + OH-
Eddiksyre dissocieres reversibelt i acetationer og hydrogenioner, men bare i svært liten grad, slik at ionets innhold av løsningen hovedsakelig er natrium- og hydroksidioner. Derfor viser løsningen grunnleggende egenskaper (dvs. det endres til litmuspapir fra rød til blå).
Et annet eksempel på hydrolyse av salter er natriumklorid, som i vandig oppløsning bryter de ioniske bindingene av saltet som er solvatisert av vann som vist i figur 1 (Patrina Kim, 2015).
Figur 1: hydrolyse av natriumklorid
Syr hydrolyse
Vann kan fungere som en syre eller en base, basert på teorien om Brønsted-Lowry-syre. Hvis det virker som en Bronsted-Lowry-syre, vil vannmolekylet donere en proton (H +), også skrevet som et hydroniumion (H3O +).
Hvis det virker som en Bronsted-Lowry-base, ville det akseptere en proton (H +). En sur hydrolysereaksjon ligner meget på en syredissosjonsreaksjon.
CH3COOH + H20OCH3COO + H30O
I den forrige reaksjon blir H + protonen av eddiksyre (CH3COOH) donert til vann, hvilket gir H30 og CH3COO-. Bindene mellom H + og CH3COO- brytes ved tilsetning av vannmolekyler.
En reaksjon med CH3COOH, en svak syre, ligner en syredissosjonsreaksjon, og vann danner en konjugatbase og en hydronionion. Når en svak syre blir hydrolysert, produseres en hydronionion (Illustrated Glossary of Organic Chemistry, SF).
Basishydrolyse
En grunnleggende hydrolysereaksjon vil lignes på basisdissocieringsreaksjonen. En vanlig svak base som dissosierer i vann er ammoniakk:
NH3 + H204NH4 ++ OH-
I hydrolysen av ammoniakk aksepterer ammoniakkmolekylet en proton fra vann (det vil si vann virker som en Bronsted-Lowry-syre) som produserer et hydroksydanion (OH-).
I likhet med en grunnleggende dissosjonsreaksjon danner ammoniakk ammonium og et hydroksyd fra tilsetning av et vannmolekyl.
Hydrolyse av organiske forbindelser
Hydrolysen som involverer organiske forbindelser kan illustreres ved omsetning av vann med en ester av en karboksylsyre.
Alle disse esterene har den generelle formel RCO-OR ', hvor R og R' er kombinasjonsgrupper (for eksempel hvis R og R 'begge representerer metylgruppen, CH3, er esteren metyl acetat).
Hydrolyse involverer flere trinn, hvorav den langsommere er dannelsen av en kovalent binding mellom oksygenatomet i vannmolekylet og karbonatomet i esteren.
I suksessive stadier, som er svært raske, blir karbon-oksygenbindingen av esteren brutt, og hydrogenioner er separert fra det opprinnelige vannmolekylet og bundet til det voksende alkoholmolekylet. Den komplette reaksjonen er representert ved ligningen:
RCO-OR '+ H20 → RCO-OH + R'-OH.
Hvor RCO-OH betegner et molekyl av en karboksylsyre, betyr R'-OH et molekyl av en alkohol, og bindestrek representerer kovalente bindinger som brytes eller dannes under reaksjonen. Et eksempel på hydrolysen av metylacetat er illustrert i figur 2 (Clark, 2004).
Figur 2: hydrolyse av metylacetat
Hydrolysereaksjoner i levende organismer utføres ved hjelp av katalyse av en klasse enzymer kjent som hydrolaser.
De biokjemiske reaksjonene som bryter ned polymerer, som proteiner (peptidbindinger mellom aminosyrer), nukleotider, komplekse sukkerarter og stivelse, og fett katalyseres av denne klassen av enzymer.
Innenfor denne gruppen, lipaser, amylaser og proteinaser hydrolyserer fett, sukker og proteiner, henholdsvis (Boundless, 2016).
Bakterier og sopp som bryter ned cellulose spiller en spesiell rolle i produksjonen av papir og andre dagligdags anvendelser av bioteknologi, fordi de har enzymer (cellulaser og esteraser) som kan bryte ned cellulose i polysakkarider (polymerer av sukkermolekyler) eller glukose og bryte ned Huskelapper.
For eksempel ble proteinase tilsatt til celleekstraktet for å hydrolyse peptidene og fremstille en blanding av frie aminosyrer (Phillips, 2016).
Eksempler på hydrolyse
Oppløsningen av et salt av en svak syre eller av en base i vann er et eksempel på en hydrolysereaksjon. Sterke syrer kan også hydrolyseres. For eksempel produserer oppløsningen av svovelsyre i vann hydronium og bisulfat.
Hydrolysen av et sukker har sitt eget navn: sakkarifisering. For eksempel kan sukkersuksrose undergå hydrolyse for å bryte ned i sin komponent sukker, glukose og fruktose.
Syrebasert katalysert hydrolyse er en annen type hydrolysereaksjon. Et eksempel er hydrolysen av amider.
I biologiske systemer har hydrolyser tendens til å bli katalysert av enzymer. Et godt eksempel er hydrolysen av ATP-energimolekylet. Den katalyserte hydrolyse brukes også til fordøyelsen av proteiner, karbohydrater og lipider (Helmenstine, 2017).
