Гідроліз

Гідроліз (від дав.-гр. ὕδωρ — вода і λύσις — розкладання)  — реакція обмінного розкладу між речовиною й водою, один із видів сольволізу. При гідролізі солей утворюються кислоти та луги. Органічні сполуки гідролізуються в присутності кислот (кислотний гідроліз) або лугів (лужний гідроліз). Гідролізу піддаються частіше за все з'єднання вуглецю з галогенами.

Типи

Гідроліз - хімічний процес, різновид сольволізу, в якому вихідні молекули розкладаються при участі молекули води з виходом нових речовин.

Найпоширеніший тип гідролізу відбувається, коли сіль слабкої кислоти або слабкої основи (чи обидві солі) розчиняються у воді. Сіль розпадається на позитивні і негативні іони. Наприклад, ацетат натрію дисоціює в воді в ацетат натрію та іони натрію. Іони натрію з іонами гідроксилу реагують дуже мало, в той час як ацетат-іони в поєднанні з іонами водню - краще, для отримання нейтральної оцтової кислоти, і кінцевим результатом є відносне переважання гідроксильних іонів, в результаті чого продукти основні.

Гідроліз солей

Гідроліз солей- різновид реакцій гідролізу, обумовленого протіканням реакцій іонного обміну в розчинах (переважно, водних) розчинних солей-електролітів. Рушійною силою процесу є взаємодія іонів з водою, що приводить до утворення слабкого електроліту в іонному або (рідше) молекулярному вигляді («зв'язування іонів»).

Розрізняють оборотний і необоротний гідроліз солей :

• 1. Гідроліз солі слабкої кислоти і сильної основи (гідроліз за аніоном):

CO2−3+H₂O=HCO−3+OH⁻

Na₂CO₃+Н₂О=NaHCO₃+NaOH

(Розчин має слаболужне середовище, реакція протікає оборотно, гідроліз по другому щаблі протікає в незначній мірі)

• 2. Гідроліз солі сильної кислоти і слабкої основи (гідроліз за катіоном):

Cu²⁺+Н₂О=CuOH⁺+Н⁺

CuCl₂+Н₂О=CuOHCl+HCl

(Розчин має слабокисле середовище, реакція протікає оборотно, гідроліз по другому щаблі протікає в незначній мірі)

• 3. Гідроліз солі слабкої кислоти і слабкої основи:

2Al³⁺+3S²⁻+6Н₂О=2Al(OH)₃(осад)+3H₂S(газ)

Al₂S₃+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂S

(Рівновага зміщена в бік продуктів, гідроліз протікає практично повністю, тому що обидва продукти реакції виходять із зони реакції у вигляді осаду чи газу).

Сіль сильної кислоти і сильної основи не піддається гідролізу, тому розчин нейтральний.

Роль гідролізу в органічній хімії

При нормальних умовах відбувається тільки кілька реакцій між водою та органічними сполуками. Загалом, сильні кислоти або луги додаються в цілях досягнення гідролізу, де вода не має ніякого ефекту. Вони вважаються каталізаторами, призначені для прискорення реакції, але відновлюються по її завершенні.

Кислотно/основно-каталізований гідроліз дуже поширений, одним із прикладів його є гідроліз амідів або ефірів. Він відбувається, коли нуклеофіл (молекула з позитивно зарядженим ядром, наприклад, води або гідроксильних іонів) атакує вуглець карбонільної групи ефіру або аміду. У водному середовищі гідроксильні іони є кращими нуклеофілами, ніж диполі, такі як вода. Карбонільні групи стають протонованими, і це призводить до спрощення нуклеофільної атаки. Продукти гідролізу - сполуки з групами карбонової кислоти.

Класичний приклад гідролізу ефіру - омилення. Це гідроліз тригліцеридів (жиру) з водної основи, наприклад, гідроксид натрію (NaOH). Під час процесу утворюється гліцерин, і жирні кислоти реагують з основами, перетворюючи їх у солі, що називаються милами і звичайно використовуються в домашньому господарстві.

Крім того, гідроліз - важливий процес у рослинних і тваринних організмах, найбільш значущі приклади - обмін речовин і зберігання енергії. Всі живі клітини вимагають постійного енергопостачання для двох основних цілей: біосинтезу макро- і мікромолекул і активного транспорту іонів і молекул через клітинні мембрани. Енергія, одержувана від окислення поживних речовин, не використовується безпосередньо, напряму, а направляється в спеціальні молекули зберігання енергії - аденозинтрифосфат (АТФ), - за допомогою складних і багатоступінчатих реакцій.

Молекули АТФ містить пірофосфат зв'язків (утворених, коли об'єднуються дві одиниці фосфату), що виділябть енергію, коли це необхідно. АТФ може піддаватися гідролізу двома способами: видалення кінцевого фосфату у формі аденозину (АДФ) і неорганічного фосфату, або видалення терміналу дифосфату для отримання аденозину монофосфату (АМФ) і пірофосфату. Останнє, як правило, відколів далі дають два фосфатів. У результаті біосинтезу реакції, які не зустрічаються поодинці, можуть управлятися в напрямку синтезу при фосфатних зв'язків пройшли гідролізу.

Крім того, в живих системах більшість біохімічних реакцій, в тому числі гідроліз АТФ, відбувається в ході каталізу ферментів. Каталітична дія ферментів уможливлює гідроліз білків, жирів, масел і вуглеводів. Як приклад можна розглянути протеази, ферменти, що допомагають травленню, викликаючи гідроліз пептидних зв'язків у білках. Вони каталізують гідроліз пептидних зв'язків в пептидному ланцюзі, на відміну від екзопептидаз, які каталізують гідроліз кінцевого пептиду, звільнюючи окремі вільні амінокислоти.

Однак, протеази не каталізують гідроліз всіх видів білків. Їх дія стерео-селективна: тільки білки з певною третинною структурою. Тому що необхідна певна орієнтація молекули, щоб амідна група перебувала в визначеному місці для каталізу. Ця специфіка зберігає цілісність інших білків, таких як гормони, і, отже, біологічна система продовжує функціонувати в звичайному режимі.

Див. також

• гідроліз торфу

Література

• Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.