HYDROLYSE: WORAUS SIE BESTEHT UND BEISPIELE FÜR REAKTIONEN - CHEMIE - 2025

Die Hydrolyse ist eine chemische Reaktion, die in anorganischen und organischen Molekülen oder Ionen auftreten kann und die Beteiligung von Wasser am Aufbrechen seiner Bindungen beinhaltet. Sein Name stammt aus dem Griechischen, "Hydro" des Wassers und "Lyse" des Bruchs.

Das Wassermolekül H ₂ O stellt ein Gleichgewicht mit den Ionen von Salzen schwacher Säuren und Basen her. Dieses Konzept taucht erstmals in allgemeinen Studien der Chemie und in der analytischen Chemie auf. Es ist daher eine der einfachsten chemischen Reaktionen.

Allgemeine Gleichung für eine Hydrolysereaktion. Quelle: Gabriel Bolívar.

In mehreren Beispielen der Hydrolyse kann Wasser allein eine bestimmte kovalente Bindung nicht aufbrechen. In diesem Fall wird der Prozess durch Ansäuern oder Alkalisieren des Mediums beschleunigt oder katalysiert. das heißt, in Gegenwart von H ₃ O ^{+ -} oder OH ^- -Ionen . Es gibt auch Enzyme, die die Hydrolyse katalysieren.

Die Hydrolyse nimmt in Bezug auf Biomoleküle einen besonderen Platz ein, da die Bindungen, die ihre Monomere zusammenhalten, unter bestimmten Bedingungen anfällig für Hydrolyse sind. Beispielsweise werden Zucker hydrolysiert, um Polysaccharide dank der Wirkung von Glucosidaseenzymen in ihre Monosaccharidbestandteile zu zerlegen.

Was ist Hydrolyse?

Das Bild oben erklärt, was Hydrolyse ist. Es ist zu beachten, dass nicht nur das Molekül oder Substrat (wenn Enzyme vermitteln) seine Bindung bricht, sondern auch das Wasser selbst, das in H ⁺ und OH ^- "zerbricht" , wobei H ⁺ mit A endet, und OH ^- mit B. AB Es reagiert daher mit einem Wassermolekül und führt zu zwei Produkten, AH und B-OH.

Die Hydrolyse ist daher die entgegengesetzte Reaktion zur Kondensation. Bei der Kondensation werden zwei Produkte, AH und B-OH, durch die Freisetzung eines kleinen Moleküls vereinigt: das Wasser. Bei der Hydrolyse wird ein Molekül verbraucht, während es bei der Kondensation freigesetzt oder produziert wird.

Zurück zum Beispiel Zucker: Angenommen, AB entspricht einem Saccharose-Dimer, wobei A für Glucose und B für Fructose steht. Die glycosidische Bindung AB kann hydrolysiert werden, um die beiden Monosaccharide getrennt und in Lösung zu erzeugen, und dasselbe passiert mit Oligo und Polysacchariden, wenn Enzyme solche Reaktionen vermitteln.

Beachten Sie, dass bei dieser Reaktion, der von AB, der Pfeil nur eine Richtung hat; das heißt, es ist eine irreversible Hydrolyse. Viele Hydrolysen sind jedoch tatsächlich reversible Reaktionen, die ein Gleichgewicht erreichen.

Beispiele für Hydrolysereaktionen

- ATP

ATP ist zwischen pH-Werten von 6,8 und 7,4 stabil. Bei extremen pH-Werten hydrolysiert es jedoch spontan. Bei Lebewesen wird die Hydrolyse durch Enzyme katalysiert, die als ATPasen bekannt sind:

ATP + H ₂ O => ADP + Pi

Diese Reaktion ist stark exergonisch, da die Entropie von ADP größer ist als die von ATP. Die Variation der freien Gibbs-Energie (ΔGº) beträgt - 30,5 kJ / mol. Die durch die Hydrolyse von ATP erzeugte Energie wird in zahlreichen endergonischen Reaktionen verwendet.

Gekoppelte Reaktionen

In einigen Fällen wird die Hydrolyse von ATP zur Umwandlung einer Verbindung (A) in eine Verbindung (B) verwendet.

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

- Wasser

Zwei Wassermoleküle können bei scheinbarer Hydrolyse miteinander reagieren:

H ₂ O + H ₂ O H ₃ O ⁺ + OH ^-

Es ist, als ob eines dieser Wassermoleküle in H ⁺ und OH ^- gebrochen wäre , wobei das H ⁺ an das Sauerstoffatom des anderen Wassermoleküls binden würde, wodurch das Hydroniumion H ₃ O ^{+ entsteht} . Bei dieser Reaktion geht es nicht um Hydrolyse, sondern um Autoionisierung oder Autoprotolyse von Wasser.

- Proteine

Proteine ​​sind stabile Makromoleküle, und um ihre vollständige Hydrolyse zu erreichen, sind in den Aminosäuren, aus denen sie bestehen, extreme Bedingungen erforderlich; wie eine Konzentration von Salzsäure (6 M) und hohe Temperaturen.

Lebewesen sind jedoch mit einem enzymatischen Arsenal ausgestattet, das die Hydrolyse von Proteinen zu Aminosäuren im Zwölffingerdarm ermöglicht. Die an der Proteinverdauung beteiligten Enzyme werden fast vollständig von der Bauchspeicheldrüse ausgeschieden.

Es gibt Exopeptidaseenzyme, die Proteine ​​abbauen, beginnend an ihren Enden: Aminopeptidase am Aminoende und Carboxypeptidase am Carboxylende. Endopeptidaseenzyme üben ihre Wirkung innerhalb der Proteinkette aus, zum Beispiel: Trypsin, Pepsin, Chymotrypsin usw.

- Amide und Ester

Amide ergeben beim Erhitzen in einem alkalischen Medium eine Carbonsäure und ein Amin:

RCONH ₂ + H ₂ O => RCOO ^- + NH ₂

Ester in einem wässrigen Medium werden zu einer Carbonsäure und einem Alkohol hydrolysiert. Der Prozess wird entweder durch eine Base oder eine Säure katalysiert:

RCO-OR '+ H ₂ O => RCOOH + R'OH

Dies ist die berühmte Verseifungsreaktion.

- Säure Base

In Wasser werden mehrere Spezies hydrolysiert, um das wässrige Medium anzusäuern oder zu alkalisieren.

Ein basisches Salz hinzufügen

Natriumacetat, ein basisches Salz, dissoziiert in Wasser unter Bildung von Na ⁺ (Natrium) - und CH ₃ COO ^- (Acetat) -Ionen . Seine Basizität beruht auf der Tatsache, dass Acetat unter Bildung von OH ^- Ionen hydrolysiert wird , während Natrium unverändert bleibt:

CH ₃ COO ^- + H ₂ O CH ₃ COOH + OH ^-

OH ^- ist dafür verantwortlich, dass der pH-Wert steigt und basisch wird.

Ein saures Salz hinzufügen

Ammoniumchlorid (NH ₄ Cl) wird durch das Chloridion (Cl ^- ) aus Salzsäure (HCl), einer starken Säure, und das Ammoniumkation (NH ₄ ⁺ ) aus Ammoniumhydroxid (NH ₄ OH) gebildet. eine schwache Basis. Cl ^- dissoziiert nicht in Wasser, aber das Ammoniumkation wird auf folgende Weise in Wasser umgewandelt:

NH ₄ ⁺ + H ₂ O NH ₃ + H ₃ O ⁺

Die Hydrolyse des Ammoniumkations erzeugt Protonen, die den Säuregehalt eines wässrigen Mediums erhöhen, woraus geschlossen wird, dass NH ₄ Cl ein saures Salz ist.

Hinzufügen eines neutralen Salzes

Natriumchlorid (NaCl) ist ein Salzprodukt der Reaktion einer starken Base (NaOH) mit einer starken Säure (HCl). Durch Auflösen von Natriumchlorid in Wasser entstehen das Natriumkation (Na ⁺ ) und das Anion (Cl ^- ). Beide Ionen dissoziieren nicht in Wasser, daher fügen sie kein H ⁺ oder OH ^{- hinzu} und halten ihren pH-Wert konstant.

Daher soll Natriumchlorid ein neutrales Salz sein.

Verweise

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